EP4006298B1

EP4006298B1 - Bohrvorrichtung

Info

Publication number: EP4006298B1
Application number: EP21209482.5A
Authority: EP
Inventors: Sascha ZIPP
Original assignee: Zipp Industries & Co Kg GmbH
Current assignee: Zipp Industries & Co Kg GmbH
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2024-01-03
Anticipated expiration: 2041-11-22
Also published as: DE102020131532A1; EP4006298C0; EP4006298A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit einem Bohrgestänge und einer Bohrkrone, wobei die Bohrkrone am in Längsrichtung bohrseitigen Ende der Bohrvorrichtung angeordnet ist und die Bohrkrone einen Mittelteil sowie Klappflügel aufweist, die um eine Klappflügelschwenkachse, welche orthogonal zur Bohrvorrichtungslängsachse verläuft, entlang seitlicher Kontaktflächen des Mittelteils nach außen und innen schwenkbar sind, wobei die Klappflügel bei Rotation der Bohrvorrichtung in Arbeitsdrehrichtung nach außen schwenken, wodurch sich die Stirnfläche der Bohrkrone vergrößert.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Bohrverfahren für Gestein und Erdreich bekannt. Derartige Bohrungen werden beispielsweise im Tiefbau, zum Setzen von Ankern, welche Zugkräfte in den Boden oder Fels einleiten, und in der Geothermie eingesetzt. Bei diesen Bohrverfahren wird die Bohrkrone typischerweise in eine drehende und zusätzlich häufig schlagende Bewegung versetzt. Weiter unterscheidet man zwischen verrohrten und unverrohrten Bohrungen. Beim verrohrten Bohren wird die Bohrkrone mit dem Bohrgestänge (Innengestänge) durch ein Außenrohr an die Zielposition gebracht, um dort die Bohrung im Bohrgut vorzunehmen. Dabei ragt das Bohrgestänge mit der Bohrkrone, welche das bohrseitige Ende der Bohrvorrichtung bildet und daher mit dem Bohrgut in Kontakt kommt, aus dem Außenrohr heraus.
Auf der einen Seite sollte das Außenrohr einen bestimmten Durchmesser nicht überschreiten, um das Einbringen des Außenrohrs zu erleichtern. Auf der anderen Seite kann es wünschenswert sein, eine Bohrung mit einem Durchmesser vorzunehmen, der größer ist als der Durchmesser des Außenrohrs. Für diesen Fall ist es bereits bekannt, sich öffnende Bohrkronen einzusetzen. Dabei verfügt die Bohrkrone über Klappflügel, die beim Drehen der Bohrkrone in Arbeitsdrehrichtung durch die Zentrifugalkräfte nach außen bewegt werden, sodass sich der Bohrdurchmesser vergrößert. Als Arbeitsdrehrichtung wird in diesem Zusammenhang die Drehrichtung verstanden, in der sich die Bohrkrone bzw. die Bohrvorrichtung drehen, um die gewünschte Bohrwirkung zu erzielen. Eine derartige Bohrkrone ist beispielsweise aus der EP 2 927 417 A2 bekannt.
Eine sich öffnende Bohrkrone muss um eine Achse orthogonal zur Längsachse der Bohrvorrichtung verschwenkbar sein, anderseits sollte die Bohrkrone beim Andrücken an das Bohrgut jedoch möglichst starr sein. Darüber hinaus ist es wünschenswert, über eine Bohrkrone zu verfügen, bei der sich die Verschwenkung der Klappflügel in einfacher Weise steuern lässt, möglichst ohne Applikation von Spülwasser, welche eine hohe Pumpleistung notwendig macht.
Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich daher die Aufgabe, eine entsprechende Bohrvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bohrvorrichtung mit einem Bohrgestänge und einer Bohrkrone, wobei die Bohrkrone am in Längsrichtung bohrseitigen Ende der Bohrvorrichtung angeordnet ist und die Bohrkrone einen Mittelteil sowie Klappflügel aufweist, die um eine Klappflügelschwenkachse, welche orthogonal zur Bohrvorrichtungslängsachse verläuft, entlang seitlicher Kontaktflächen des Mittelteils nach außen und innen schwenkbar sind, wobei die Klappflügel bei Rotation der Bohrvorrichtung in Arbeitsdrehrichtung nach außen schwenken, wodurch sich die Stirnfläche der Bohrkrone vergrößert, wobei die Klappflügel jeweils über einen Fußteil mit einem Langloch verfügen, durch welches ein Stift oder eine Schraube entlang der Klappflügelschwenkachse verläuft, sodass die Klappflügel entlang der Langlöcher zwischen einer Bohrstellung, in der die Stirnseiten der Klappflügel mit weiteren stirnseitigen Bereichen der Bohrkrone eine gemeinsame Ebene ausbilden, und einer Schwenkstellung verschiebbar sind, in der die Klappflügel axial über den Mittelteil vorstehen und nach außen und innen schwenkbar sind, wobei die Fußteile der Klappflügel in der Bohrstellung formschlüssig in entsprechende Aufnahmen in der Bohrkrone eingreifen, wobei die Bohrkrone zu jedem Klappflügel über eine in Richtung des jeweiligen Fußteils weisende abgeschrägte Fläche verfügt, die in Richtung des bohrseitigen Endes der Bohrvorrichtung nach radial außen verläuft, und wobei die Klappflügel durch Rotation der Bohrvorrichtung entgegen der Arbeitsdrehrichtung in eine nach innen geschwenkte Stellung bringbar sind, in der die abgeschrägten Flächen jeweils einen Anschlag für die Fußteile der Klappflügel bilden.
Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung weist ein Bohrgestänge, auch Innengestänge genannt, auf, an dessem einem Ende sich die Bohrkrone befindet. Das Bohrgestänge bildet somit den Bohrkronenträger. Die Bohrkrone weist beim Bohren in Richtung des zu bohrenden Bohrguts und ist so beschaffen, dass sie durch Dreh- und/oder Schlagbewegung eine Bohrwirkung herbeiführt. Die Bohrkrone verfügt über eine dem Bohrgut zugewandte Stirnseite, die im Wesentlichen senkrecht zur Bohrvorrichtungslängsachse verläuft, wobei als Bohrvorrichtungslängsachse die Längsachse verstanden wird, die durch das gesamte Bohrgestänge verläuft. Die Bohrkrone kann jedoch seitliche Abschrägungen aufweisen, die ebenfalls eine Bohrwirkung herbeiführen.
Die Bohrkrone verfügt über einen Grundkörper mit einem nicht schwenkbaren Mittelteil sowie Klappflügel, die sich um eine Klappflügelschwenkachse nach außen und innen schwenken lassen, wobei die Klappflügelschwenkachse senkrecht zur Bohrvorrichtungslängsachse verläuft. Sowohl der Mittelteil als auch die Klappflügel verfügen über beim Bohren dem Bohrgut zugewandte Stirnseiten, die eine Bohrwirkung herbeiführen. Wenn die Klappflügel nach außen geschwenkt sind, vergrößern die Klappflügel die für das Bohren zur Verfügung stehende Stirnfläche, wobei der Gesamtdurchmesser der Bohrkrone in diesem Zustand normalerweise den Durchmesser des Außenrohrs übersteigt. Entsprechend ist der Bohrdurchmesser größer als der Außendurchmesser der Verrohrung. Die Verschwenkung nach außen erfolgt aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte automatisch, wenn die Bohrvorrichtung in Arbeitsdrehrichtung rotiert wird. In der Regel verfügt die Bohrkrone über zwei Klappflügel, die verschwenkbar an gegenüberliegenden Seiten des Mittelteils anliegen und in Bohrstellung in entgegengesetzter Richtung bezogen auf die Bohrvorrichtungslängsachse nach außen geschwenkt werden. Girundsätzlich denkbar sind jedoch auch Bohrvorrichtungen mit mehr als zwei Klappflügeln, insbesondere im Falle größerer Bohrkronen.
Um die Bohrvorrichtung hingegen in das Außenrohr einzuführen oder, nach Beendigung der Bohrung, wieder in das Außenrohr zurückzuziehen, werden die Klappflügel nach innen verschwenkt, wodurch der Gesamtquerschnitt der Bohrkrone so weit abnimmt, dass ihr Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenrohrs. Dieses Verschwenken nach innen kann manuell von außen erfolgen, es kann jedoch auch durch eine Rotation der Bohrvorrichtung entgegen der Arbeitsdrehrichtung herbeigeführt werden.
Die Klappflügel verfügen jeweils über einen Fußteil, welcher formschlüssig in eine entsprechende Aufnahme in der Bohrkrone eingeführt werden kann. Fußteil und Aufnahme weisen jeweils eine Erstreckung in Längsrichtung entsprechend der Bohrvorrichtungslängsachse auf, d.h. durch Ausüben einer Kraft auf die Stirnseite der Bohrkrone werden die Fußteile in die entsprechenden Aufnahmen gepresst. Dies geschieht durch den vom Bohrgut bzw. der Fläche, auf die die Bohrkrone aufgesetzt wird, ausgeübten Gegendruck. Die Fußteile der Klappflügel sind normalerweise schmaler als die weiter bohrseitig gelegenen Bereiche der Klappflügel. Entsprechend schmal sind auch die Aufnahmen für die Fußteile ausgebildet, sodass die Fußteile formschlüssig in die Aufnahmen aufgenommen werden können. Der Ausdruck "schmal" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Ausdehnung orthogonal zur Längsrichtung der Bohrvorrichtung. Die Fußteile können auch radial versetzt zu den weiter bohrseitig gelegenen Bereichen der Klappflügel angeordnet sein.
Wenn die Fußteile vollständig in die Aufnahmen eingeführt sind, bilden die Stirnseiten der Klappflügel mit den Stirnseiten des Mittelteils eine gemeinsame Stirnfläche zum Bohren. In dieser Stellung sind die Klappflügel hinsichtlich einer Verschwenkung nach innen oder außen fixiert, d. h. die Bohrkrone bildet insgesamt eine starre Einheit, die den mechanischen Belastungen beim Bohren gewachsen ist. Damit eine Verschiebung der Klappflügel in Längsrichtung überhaupt möglich ist, verfügen die Fußteile jeweils über ein Langloch, durch das ein Stift verläuft, der den Klappflügel mit dem Mittelteil verbindet. Der Kopf des Stiftes muss einen Durchmesser aufweisen, dass ein Hinausrutschen aus dem Langloch nicht möglich ist. Der Begriff Stift wird in diesem Zusammenhang weit ausgelegt, auch ein Bolzen oder eine Schraube werden als Stift im Sinne der Erfindung aufgefasst, d. h. insbesondere kann auch eine Schraube eingesetzt werden. Als äquivalent zum Vorsehen eines Langlochs im Fußteil wird auch eine umgekehrte Ausgestaltung angesehen, bei der die Bohrkrone für jeden Klappflügel über ein Langloch verfügt, in welches ein vom Fußteil ausgehender Stift/eine Schraube eingreifen kann.
Nach Beendigung des Bohrvorgangs wird das Bohrgestänge angehoben, sodass die Fußteile der Klappflügel aus den Aufnahmen rutschen und die Klappflügel in die Schwenkstellung übergehen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung sind die abgeschrägten Flächen in der Bohrkrone, die beim Verschwenken des Klappflügels nach innen als Anschlag für den Fußteil des jeweiligen Klappflügels dienen. Die abgeschrägten Flächen können auch als Winkelfase bezeichnet werden. Eine abgeschrägte Fläche im Sinne der Erfindung ist auch eine leicht abgerundete Fläche, die im Übrigen die Funktion der beschriebenen abgeschrägten Fläche erfüllt. Zu jedem Klappflügel ist eine solche abgeschrägte Fläche vorgesehen. Diese abgeschrägte Fläche weist in Richtung einer Längskante des jeweiligen Fußteils, wenn das Fußteil nicht in die entsprechende Aufnahme eingreift, mit anderen Worten der Klappflügel sich in der Schwenkstellung befindet, in der eine Verschwenkung nach außen oder innen möglich ist. Die abgeschrägte Fläche ist so beschaffen, dass die durch sie erzeugte Ausnehmung sich in Richtung des bohrseitigen Endes weitet, d. h. die abgeschrägte Fläche verläuft in Richtung des bohrseitigen Endes der Bohrvorrichtung nach radial außen. In entgegengesetzter Richtung, d. h. am von der Bohrseite abgewandten Ende, geht die abgeschrägte Fläche in die Aufnahme für den Fußteil des Klappflügels über, sodass der Fußteil des Klappflügels die abgeschrägte Fläche entlang in die Aufnahme gleiten kann. Im Längsschnitt der Bohrvorrichtung betrachtet liegt die abgeschrägte Fläche, die die nach innen geschwenkte Position des jeweiligen Klappflügels begrenzen soll, normalerweise einseitig vor, d. h. sie erstreckt sich auf einer Seite vom bohrseitigen Ende der Aufnahme über eine gewisse Distanz weiter in Richtung des bohrseitigen Endes der Bohrvorrichtung nach radial außen. Auf diese Weise bildet die abgeschrägte Fläche auf der einen Seite einen Anschlag für den Klappflügel, wenn dieser nach innen verschwenkt wird, und lässt darüber hinaus den Fußteil des Klappflügels die abgeschrägte Fläche entlang in die Aufnahme gleiten, wenn der Bohrkopf in die Bohrposition gebracht wird.
Wenn die Bohrvorrichtung entgegen der Arbeitsdrehrichtung in Rotation versetzt wird, schwenken die Klappflügel nach innen. Dabei bilden die abgeschrägten Flächen einen Anschlag für die Fußteile der Klappflügel, die Schwenkbewegung der Klappflügel wird somit begrenzt. Auf diese Weise wird auch sichergestellt, dass der Gesamtdurchmesser der Bohrvorrichtung nach Verschwenkung der Klappflügel nach innen so ist, dass ein Einführen oder Zurückziehen in das Außenrohr möglich ist. Zum Einführen in das Außenrohr wird die Bohrvorrichtung wie beschrieben in Rotation versetzt und anschließend durch Absenken des Bohrgestänges in das Außenrohr geführt.
Auch wenn keine vollständige Verschwenkung der Klappflügel nach innen durch Rotation entgegen der Arbeitsdrehrichtung erfolgt, helfen die abgeschrägten Flächen beim Zurückziehen der Bohrvorrichtung in das Außenrohr, nämlich als Einfädelfase. Die Klappflügel berühren somit beim Zurückziehen den Rand des Außenrohres und werden nach innen geklappt, bis sie an die abgeschrägten Flächen stoßen, sodass sie insgesamt eine Stellung einnehmen, in der ein Rückzug in das Außenrohr möglich ist.
Eine weitere Funktion der abgeschrägten Flächen ist die Funktion als Zentrierung, d. h. die abgeschrägten Flächen sorgen dafür, dass die Fußteile der Klappflügel im Bohrmodus in die hierfür vorgesehenen Aufnahmen gleiten und die oben beschriebene fixierte Position einnehmen.
Die Klappflügel der Bohrkrone können in der Schwenkstellung mechanisch oder durch Versetzen in eine Rotationsbewegung in oder entgegen der Arbeitsdrehrichtung problemlos gesteuert werden. Die Nutzung von Spülflüssigkeit zur Steuerung der Bohrkrone ist nicht notwendig. Entsprechend muss keine Energie in zusätzliche Pumpleistung zur Steuerung der Bohrkrone investiert werden.
Insgesamt hat die Bohrkrone in der stirnseitigen Draufsicht auf die Bohr- oder Stirnfläche typischerweise im Wesentlichen eine Kreisform, aus der einzelne Bereiche überstehen, um über die Drehbewegung eine ausreichende Bohrwirkung herbeizuführen. Die überstehenden Bereiche können insbesondere Teile der Klappflügel sein. Von den überstehenden Bereichen abgesehen fügen sich die Klappflügel jedoch in die Grundform der Bohrkrone ein, d. h. die seitlich des Mittelteils liegenden Freiräume werden durch die Klappflügel ausgefüllt. Anders ausgedrückt weist die Bohrkrone stirnseitig Ausnehmungen auf, zwischen denen sich der Mittelteil befindet, wobei die Ausnehmungen ganz oder vollständig von den Klappflügeln ausgefüllt werden. Die Klappflügel selbst bilden in der Draufsicht vorzugsweise ein Kreissegment oder einen Teil eines Kreissegments aus. Die Stirnfläche der Bohrkrone kann einen abgeschrägten Rand aufweisen.
In der Regel weist die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung zwei Klappflügel auf. Diese liegen zu beiden Seiten des Mittelteils in hierfür vorgesehenen Ausnehmungen der Bohrkrone. Der Mittelteil verfügt somit über zwei seitliche, normalerweise parallel angeordnete Kontaktflächen, an denen die Klappflügel nach außen und innen vorbei gleiten können. Sowohl beim Schwenken nach außen als auch nach innen bewegen sich die Klappflügel sinnvollerweise entsprechend in entgegengesetzter Richtung, sodass die überstehenden Bereiche der Klappflügel nach Außenschwenk in die Bohrstellung in entgegengesetzter Richtung über die kreisförmige Grundfläche der Bohrkrone überstehen.
In der nach innen geschwenkten Stellung, die dafür vorgesehen ist, die Bohrvorrichtung in das Außenrohr einzuführen oder in dieses zurückzuziehen, sollten die Klappflügel nicht oder nur so unwesentlich radial über die weiteren Bereiche der Bohrkrone hinausstehen, dass das Einführen/Zurückziehen in das Außenrohr nicht behindert wird.
Um eine ausreichende Bohrwirkung, insbesondere auch bei schlagendem Antrieb zu erzielen, kann die Bohrkrone stirnseitig über Schneidelemente verfügen, die über die sonstige Stirnfläche der Bohrkrone hervorstehen. Derartige Schneidelemente sind insbesondere Hartmetallobjekte, beispielsweise Hartmetallkugeln, Hartmetallplatten oder Hartmetallstifte, die in die Bohrkrone eingebettet sein können. Hartmetalle sind Metallmatrixverbundwerkstoffe, bei denen Hartstoffe wie Wolframcarbid in eine Metallmatrix eingebettet sind. Sofern die Stirnfläche der Bohrkrone einen abgeschrägten Rand aufweist, sollte auch dieser mit entsprechenden Schneidelementen versehen sein.
Das Bohrgestänge ist typischerweise mit einer Antriebswelle gekoppelt bzw. koppelbar. Insbesondere kann das Bohrgestänge an seinem der Bohrseite abgewandten Ende über Kupplungsstücke verfügen, über die es mit einem Antrieb für die Bohrvorrichtung koppelbar ist.
Bei dem Antrieb kann es sich um einen drehenden und/oder schlagenden Antrieb handeln. Bevorzugt ist ein drehender und schlagender Antrieb. Insbesondere kann die Bohrvorrichtung über einen Hydraulikhammer oder Imlochhammer angetrieben werden. Die Bohrvorrichtung kann bei verschiedenen bekannten Bohrverfahren eingesetzt werden, beispielsweise bei Rammbohrverfahren, Schneckenbohrverfahren, Doppelkopfbohrverfahren oder Überlagerungsbohrverfahren.
Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung kann in Bohrverfahren mit oder ohne Spülung eingesetzt werden. Im Falle von Bohrverfahren mit Spülung sind in der Bohrkrone Spülkanäle vorgesehen, durch welche Spülflüssigkeit auf die Stirnseite der Bohrkrone gebracht wird. Die Spülflüssigkeit hat in diesem Zusammenhang zumeist unterschiedliche Funktionen. Zum einen dient sie dem Entfernen des Bohrkleins, zum anderen wird auf diese Weise die Bohrkrone gekühlt. Eine weitere Aufgabe der Spülflüssigkeit besteht darin, den Sitz der Klappflügel zu reinigen und eine einwandfreie Funktion der Klapp- oder Schwenkmechanik zu gewährleisten. Um letzteres zu erreichen, ist es sinnvoll, Bohrungen für die Spülkanäle im Bereich der Aufnahme für die Fußteile der Klappflügel vorzusehen, sodass die Fixierung der Klappflügel für die Bohrstellung nicht durch Verunreinigungen behindert wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Kombination aus einer Bohrvorrichtung wie zuvor beschrieben und einem Außenrohr, durch welches die Bohrvorrichtung an die Bohrposition gebracht wird, wobei die Bohrkrone in Bohrposition über das Außenrohr hinausragt.
Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Ansprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.
Es zeigen:

Fig. 1: die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung in der Seitenansicht ohne Klappflügel;
Fig. 2: einen Klappflügel in der Seitenansicht;
Fig. 3: die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung in der Seitenansicht mit eingeklappten Klappflügeln;
Fig. 4: eine Draufsicht auf die Stirnseite der Bohrkrone mit eingeklappten Klappflügeln;
Fig. 5: die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung in der Seitenansicht mit ausgeklappten Klappflügeln;
Fig. 6: eine Draufsicht auf die Stirnseite der Bohrkrone mit ausgeklappten Klappflügeln;
Fig. 7: die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung in der Seitenansicht im Außenrohr mit eingeklappten Klappflügeln und
Fig. 8: die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung in der Seitenansicht im Außenrohr mit ausgeklappten Klappflügeln.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 1 in der Seitenansicht dargestellt, jedoch nur der Grundkörper, d. h. ohne Klappflügel. Die Bohrvorrichtung weist ein Bohrgestänge 2 sowie zum bohrseitigen Ende 13, d. h. dem Ende, das mit dem Bohrgut in Kontakt kommt, eine Bohrkrone 3 auf. Die Bohrkrone 3 hat an ihrer Stirnfläche 7 diverse Schneidelemente 14, bei denen es sich insbesondere um Hartmetallobjekte handelt.
Der Grundkörper weist am bohrseitigen Ende eingerückte seitliche Kontaktflächen 6 auf beiden Seiten der Bohrkrone 3 auf, an denen die hier nicht dargestellten Klappflügel 5 beim Schwenken nach außen oder innen entlanggleiten können. Darüber hinaus ist auf beiden Seiten jeweils eine Aufnahme 11 für den Fußteil 8 des Klappflügels 5 vorgesehen. In der Bohrstellung kann der Fußteil 8 in die Aufnahme 11 eingreifen, sodass der Klappflügel 5 fixiert wird. In die Stiftaufnahme 17 greift ein Stift 10 ein, über den der Klappflügel 5 mittels seines Langlochs 9 am Grundkörper befestigt ist, sodass der Klappflügel 5 um den Stift 10 verschoben und verschwenkt werden kann. Als Stift 10 kann auch eine Schraube verwendet werden, die im Übrigen die gleiche Funktion erfüllt. Des Weiteren ist im Bereich der Aufnahme 11 ein Spülkanal 15 vorgesehen, durch den Spülflüssigkeit austreten und die Mechanik der Bohrkrone 3 reinigen kann.
Ein weiteres erfindungsgemäß bedeutsames Merkmal ist die abgeschrägte Fläche 12, die beim einwärtigen Einklappen des Klappflügels 5 als Anschlag dient. Darüber hinaus dient die abgeschrägte Fläche 12 auch dazu, den Fußteil 8 des Klappflügels 5 in die für ihn vorgesehene Aufnahme 11 gleiten zu lassen, wenn die Bohrkrone 3 durch den stirnseitigen Andruck des Bohrguts in die Bohrstellung überführt wird. Schließlich dient die abgeschrägte Fläche 12 auch als Einfädelfase, wenn die Klappflügel 5 soweit angeklappt werden müssen, dass ein Rückzug in das Außenrohr möglich ist.
In Fig. 2 ist ein Klappflügel 5 dargestellt. Dieser verfügt stirnseitig so wie die nicht schwenkbaren Bereiche 4 der Bohrkrone 3 über Schneidelemente 14. Am der Stirnseite entgegengesetzten Ende weist die Bohrkrone 3 einen deutlich schmaleren Fußteil 8 mit einem Langloch 9 auf. Über dieses Langloch 9 wird der Klappflügel 5 mittels eines Stiftes 10 an der Bohrkrone 3 in einer Weise befestigt, dass zum einen ein Verschwenken des Klappflügels 5 um den Stift 10 möglich ist und zum anderen ein Verschieben des Langlochs 9 um den Stift 10.
Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 1 in der Seitenansicht mit eingeklappten Klappflügeln 5. Zu beiden Seiten der Bohrkrone 3 ist nunmehr jeweils ein Klappflügel 5 angebracht. Die Klappflügel 5 befinden sich in der Schwenkstellung, d. h. die Klappflügel 5 können um den Stift 10 nach außen oder innen geklappt oder geschwenkt werden. Beim Schwenken nach innen dient die hier verdeckte abgeschrägte Fläche 12 als Anschlag. In der Schwenkstellung stehen die Klappflügel 5 seitlich nicht über die sonstigen Bereiche der Bohrkrone 3 hinaus, weshalb in dieser Stellung ein Einführen oder Zurückziehen in ein Außenrohr problemlos möglich ist. Beim Verschwenken der Klappflügel 5 gleiten diese an den seitlichen Kontaktflächen 6 des Mittelteils 4 der Bohrkrone 3 vorbei. In Längsrichtung hingegen stehen die Klappflügel 5 deutlich über die angrenzenden Bereiche der Bohrkrone 3 hinaus.
Die Situation aus Fig. 3 ist in Fig. 4 in der stirnseitigen Draufsicht dargestellt. Die Klappflügel 5 stehen nicht über den Umfang der Bohrkrone 3 hinaus, vielmehr hat die Bohrkrone 3 in dieser Stellung insgesamt einen kreisförmigen Querschnitt. Die Bohrkrone 3 weist einen nicht klapp- oder verschwenkbaren Mittelteil 4 auf. Seitlich davon hat die Bohrkrone 3 Aussparungen, in denen die Klappflügel 5 zu liegen kommen. Die Klappflügel 5 können entlang der seitlichen Kontaktflächen 6 des Mittelteils 4 verschwenkt werden.
Sowohl der Mittelteil 4 als auch die Klappflügel 5 weisen stirnseitig eine Vielzahl an Schneidelementen 14 aus Hartmetall auf, mit denen eine ausreichende Bohrwirkung auch in Gestein o. ä. erzielt werden kann. Schließlich sind stirnseitig in der Bohrkrone 3 Mündungen der Spülkanäle 15 vorgesehen, durch die Spülflüssigkeit zum Abtransport des Bohrkleins und zum Kühlen der Bohrkrone 3 auf die Stirnseite 7 gebracht werden kann.
In Fig. 5 ist die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 1 in der Seitenansicht mit ausgeklappten Klappflügeln 5 dargestellt. Hierbei handelt es sich um die Bohrstellung, in dieser sind die Fußteile 8 der Klappflügel 5 in die entsprechenden Aufnahmen 11 eingefahren und daher seitlich fixiert. Das Einschieben der Fußteile 8 in die Aufnahmen 11 geschieht durch das Gegeneinanderverschieben des Stiftes 10 gegenüber dem Langloch 9. Die Stirnseiten der Klappflügel 5 und die Stirnseiten des nicht schwenkbaren Mittelteils 4 der Bohrkrone 3 bilden eine gemeinsame Ebene, an der man eine Vielzahl an Schneidelementen 14 erkennt. Da die Klappflügel 5 radial überstehen, ist die Stirnfläche 7 beim Bohren entsprechend vergrößert und man erhält ein Bohrloch mit größerem Durchmesser.
Die Situation aus Fig. 5 ist in Fig. 6 in der stirnseitigen Draufsicht dargestellt. Die Klappflügel 5 stehen nun deutlich über den Umfang der Bohrkrone 3 hinaus und können mit ihren überstehenden Kanten eine Schneidwirkung herbeiführen. Im Übrigen entspricht die Darstellung der aus Fig. 4.
In Fig. 7 ist die Bohrvorrichtung 1 mit eingeklappten Klappflügeln 5 entsprechend Fig. 3 im Außenrohr 16 dargestellt. Durch das Einklappen der Klappflügel 5 ist der Gesamtdurchmesser so, dass ein Einführen in und das Durchführen durch das Außenrohr 16 problemlos möglich ist.
Fig. 8 zeigt die Bohrvorrichtung 1 aus Fig. 7, wobei die Bohrkrone 3 zur Bohrseite hin aus dem Außenrohr 16 partiell ausgeschoben wurde. Durch Andruck auf das Bohrgut bzw. die Bohrfläche gleiten die Fußteile 8 der Klappflügel 5 in die Aufnahmen 11, d. h. die Klappflügel 5 gelangen in die Bohrstellung. In dieser Stellung kragen die Klappflügel 5 seitlich über die übrigen Bereiche der Bohrkrone 3 und auch über das Außenrohr 16 hinaus. Um nach Beendigung des Bohrvorgangs die Bohrkrone 3 wieder in das Außenrohr 16 zurückziehen zu können, müssen zunächst die Klappflügel 5 eingeklappt werden, wodurch der Durchmesser verringert wird. Dies geschieht beispielsweise durch Rotation der Bohrvorrichtung 1 entgegen der Arbeitsdrehrichtung.

Claims

Bohrvorrichtung mit einem Bohrgestänge (2) und einer Bohrkrone (3), wobei die Bohrkrone (3) am in Längsrichtung bohrseitigen Ende der Bohrvorrichtung (1) angeordnet ist und die Bohrkrone (3) einen Mittelteil (4) sowie Klappflügel (5) aufweist, die um eine Klappflügelschwenkachse, welche orthogonal zur Bohrvorrichtungslängsachse verläuft, entlang seitlicher Kontaktflächen (6) des Mittelteils (4) nach außen und innen schwenkbar sind, wobei die Klappflügel (5) bei Rotation der Bohrvorrichtung (1) in Arbeitsdrehrichtung nach außen schwenken, wodurch sich die Stirnfläche (7) der Bohrkrone (3) vergrößert,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Klappflügel (5) jeweils über einen Fußteil (8) mit einem Langloch (9) verfügen, durch welches ein Stift oder eine Schraube (10) entlang der Klappflügelschwenkachse verläuft, sodass die Klappflügel (5) entlang der Langlöcher (9) zwischen einer Bohrstellung, in der die Stirnseiten der Klappflügel (5) mit weiteren stirnseitigen Bereichen der Bohrkrone (3) eine gemeinsame Ebene ausbilden, und einer Schwenkstellung verschiebbar sind, in der die Klappflügel (5) axial über den Mittelteil (4) vorstehen und nach außen und innen schwenkbar sind, wobei die Fußteile (8) der Klappflügel (5) in der Bohrstellung formschlüssig in entsprechende Aufnahmen (11) in der Bohrkrone (3) eingreifen, wobei die Bohrkrone (3) zu jedem Klappflügel (5) über eine in Richtung des jeweiligen Fußteils (8) weisende abgeschrägte Fläche (12) verfügt, die in Richtung des bohrseitigen Endes der Bohrvorrichtung (1) nach radial außen verläuft, und wobei die Klappflügel (5) durch Rotation der Bohrvorrichtung (1) entgegen der Arbeitsdrehrichtung in eine nach innen geschwenkte Stellung bringbar sind, in der die abgeschrägten Flächen (12) jeweils einen Anschlag für die Fußteile (8) der Klappflügel (5) bilden.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrvorrichtung (1) zwei Klappflügel (5) aufweist.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappflügel (5) in der nach innen geschwenkten Stellung radial nicht über die weiteren Bereiche der Bohrkrone (3) hinausstehen.
Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrkrone (3) stirnseitig über vorragende Schneidelemente (14) verfügt.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidelemente (14) Hartmetallobjekte, insbesondere Hartmetallstifte sind.
Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgestänge (2) mit einer Antriebswelle gekoppelt oder über Kupplungsstücke koppelbar ist.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein drehender und/oder schlagender Antrieb ist.
Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrvorrichtung (1) über einen Hydraulikhammer oder Imlochhammer angetrieben wird.
Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Spülkanäle (15) in der Bohrkrone (3), durch welche Spülflüssigkeit auf die Stirnseite der Bohrkrone (3) bringbar ist.
Bohrvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Bohrungen für die Spülkanäle (15) im Bereich der Aufnahmen (11) für die Fußteile (8) der Klappflügel (5).
Kombination aus einer Bohrvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einem Außenrohr (16), durch welches die Bohrvorrichtung (1) an die Bohrposition gebracht wird, wobei die Bohrkrone (3) in Bohrposition über das Außenrohr (16) hinausragt.