EP4215715A1 - Box drilling apparatus and method for producing a borehole - Google Patents

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Publication number
EP4215715A1
EP4215715A1 EP22152662.7A EP22152662A EP4215715A1 EP 4215715 A1 EP4215715 A1 EP 4215715A1 EP 22152662 A EP22152662 A EP 22152662A EP 4215715 A1 EP4215715 A1 EP 4215715A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
receiving space
box
housing
soil material
box drill
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22152662.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Semel
Roland Braun
Ulli Wiedenmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bauer Spezialtiefbau GmbH
Original Assignee
Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bauer Spezialtiefbau GmbH filed Critical Bauer Spezialtiefbau GmbH
Priority to EP22152662.7A priority Critical patent/EP4215715A1/en
Publication of EP4215715A1 publication Critical patent/EP4215715A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/08—Roller bits
    • E21B10/18—Roller bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B27/00—Containers for collecting or depositing substances in boreholes or wells, e.g. bailers, baskets or buckets for collecting mud or sand; Drill bits with means for collecting substances, e.g. valve drill bits
    • E21B27/005—Collecting means with a strainer

Definitions

  • the invention relates to a box drill for creating a hole in the ground, with a drum-shaped housing, which has an inner receiving space for receiving removed soil material, at least one receiving opening on an underside and an essentially closed cover on the upper side of the housing, and a removal device, which is arranged in the area of the underside of the housing and is designed for removing soil material, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for creating a hole in the ground with such a box drill according to the preamble of claim 10.
  • the picked-up soil material does not empty out of the drum-shaped housing without further ado. This can occur, for example, when the soil material removed includes a larger proportion of cohesive soils, such as clayey or loamy soils.
  • the adhesion of the material filling in the box drill can also be increased by the fact that a relatively high degree of filling is given, the bottom material being pressed into the receiving space of the housing.
  • a drill with a box drill in which an axially displaceable push plate is arranged inside the drum-shaped housing, through which picked up soil material can be pushed out mechanically downwards.
  • a box drill is mechanically complex, since an axial actuator, in particular one or more hydraulic cylinders, must be provided for moving the thrust plate.
  • corresponding hydraulic lines for the hydraulic cylinders for the power supply must also be provided.
  • the supply of hydraulic fluid from the drilling device to a rotating drilling tool necessarily requires a rotary union, which is expensive and maintenance-intensive.
  • a feed plate within the receiving space of the box drill and in particular the arrangement of hydraulic cylinders within the receiving space reduces the possible receiving volume for soil material. This means that to create a borehole, an increased number of drilling steps have to be carried out with the box drill. This reduces the efficiency in use.
  • the invention is based on the object of specifying a box drill and a method with which, with a simple construction of the box drill, a hole can be drilled in the ground in an efficient manner even if the ground material is cohesive.
  • the box drill according to the invention is characterized in that a pressure source is arranged in an upper region of the housing, which is in line connection with the receiving space of the housing via a valve device and that the valve device can be controlled via a controller in such a way that the valve device is opened to empty the receiving space of soil material picked up during drilling, with a pressure medium flowing into the receiving space.
  • a basic idea of the invention is to support the emptying of the receiving space of the box drill by introducing a pressure medium, ie a gas or a liquid under pressure.
  • a pressure medium ie a gas or a liquid under pressure.
  • a plug of material can form in the box auger, which can be loosened relatively easily with a blast of compressed air from above.
  • the valve device can be opened before, during or after the opening of the box drill, so that the pressure medium can flow into the upper region of the receiving space in the housing, with the soil material picked up being expelled downwards from the receiving space supported and/or effected.
  • the box drill according to the invention thus allows a borehole to be created more efficiently, with less noise and more safely, using a box drill.
  • the pressure medium can be introduced or generated in any suitable manner, for example by a compressor as part of a pressure source on the box drill or the associated drilling device.
  • a pressure accumulator such as a filled gas cartridge, for example with CO 2 , can also be provided, which is preferably light is changeable.
  • the valve device can be controlled in such a way that compressed air forming during drilling is taken up as pressure medium from the receiving space in a pressure container as the pressure source, when the box drill is pulled out of the ground, the valve device for trapping compressed air in the pressure container is closed and for emptying the receiving space of soil material taken up during drilling, the valve device is opened, with compressed air flowing back into the receiving space.
  • the pressure medium is generated in an efficient and energy-saving manner during the drilling process in that air present in the box drill at the beginning of a drilling step is displaced upwards by the soil material penetrating the box drill with drilling fluid and is thus compressed in an upper region of the box drill by the hydrostatic pressure.
  • This compressed air can be received via a pressure tank provided at the top of the box drill.
  • a line connection between the pressure container and the receiving space can be closed, so that the compressed air is retained even when the box drill is pulled upwards.
  • a preferred embodiment of the invention further consists in the fact that a hinged bottom is foldably mounted on the underside of the housing and can be adjusted downwards between a closed position for closing the housing and an open position for emptying the receiving space.
  • the lower area of the housing is opened by opening the hinged bottom into the open position, so that the box drill can be emptied easily.
  • the at least one receiving opening is formed on the folding floor and that a rotary plate is rotatably mounted on the folding floor for opening and closing the at least one receiving opening.
  • the receiving opening can be closed in a simple manner by briefly changing the direction of rotation of the box drill to the opposite direction. In the closed position, the Box drills are pulled out of the borehole without recorded soil material removed from the receiving space falling back into the borehole. Efficient implementation of the method can thus be achieved.
  • the folding floor is then pivoted open together with the rotary plate at the emptying position about a swivel joint.
  • the removal device can be provided at any suitable position on the box drill. It is particularly preferred that the removal device is arranged on the folding floor and/or the rotary plate. In particular, the removal device is located in the area of the at least one receiving opening, so that removed soil material can enter the drum-shaped housing directly through the receiving opening.
  • a further preferred embodiment of the box drill according to the invention consists in that a closable passage opening is additionally provided on the cover of the housing, through which a fluid can escape from the receiving space of the housing to the outside.
  • air can first be compressed by the hydrostatic pressure in the receiving space which is closed at the top and can be held in the pressure vessel.
  • the passage opening provided on the top of the housing can be opened, so that when drilling in a borehole with support suspension, in particular a drilling fluid, drilling fluid received in the drum-shaped housing can flow out of the receiving space upwards together with any remaining residual air. This creates sufficient free space to accommodate the removed soil material.
  • a fluid can be a liquid, in particular drilling fluid, and/or a gas.
  • the passage opening can be closed by means of a control valve which can be actuated by a controller.
  • the controller can control the opening and closing of the control valve at the passage opening and of the valve device as a function of one another.
  • the open control valve can in particular then be located at the through-opening be closed again at a point in time at which a defined residual amount of drilling fluid remains above the removed soil material in the upper area of the receiving space of the drum-shaped housing.
  • the liquid layer can then serve as a kind of mechanical stamp when the compressed air is introduced into the receiving space in order to exert the pressure generated by the inflowing compressed air on the soil material plug in the receiving space of the drum-shaped housing over as large an area as possible. This makes it possible for even a relatively small amount of compressed air to result in a pulsed emptying of the soil material.
  • the passage opening can preferably be opened again immediately thereafter, so that the formation of a negative pressure in the upper area of the receiving space during emptying is counteracted. The pressure equalization effected in this way supports emptying.
  • the pressure medium can be introduced directly into the receiving space and the soil material can be expelled by direct contact or via a layer of drilling fluid.
  • an expansion element is arranged in an upper region of the receiving space, which can be moved further into the receiving space for emptying through the pressure medium.
  • the expansion element can preferably be a flexible membrane or a film which is inflatable.
  • a displaceable stamp can be provided, which can be displaced through the print medium.
  • the invention also includes a drilling device with a carrier device with a rotary drive, by means of which a box drill can be driven to create a hole in the ground, with the box drill according to the invention described above being used.
  • the carrier device can be a conventional carrier device or drilling device with an undercarriage and an uppercarriage rotatably mounted thereon.
  • the undercarriage can in particular have a chassis, in particular a crawler chassis.
  • a controller for controlling the box drill is arranged on the carrier device.
  • the controller can be the valve device and/or the control valve at the through-opening steer.
  • the controller is designed in particular as an electronic controller, which is wired or wirelessly connected to the actuators.
  • a corresponding program control can be stored, which determines the respective point in time for opening or closing depending on the drilling process, in particular on a position of the box drill when lowering or pulling.
  • a box drill according to the claims described above is used, with a pressure medium being introduced into the receiving space from the pressure source in order to empty the box drill of the soil material.
  • a preferred method variant of the invention consists in that the box drill is rotated into the ground while removing soil material, the removed soil material is received in the receiving space of the box drill, during drilling a pressure container as a pressure source is filled with compressed air as the pressure medium from the receiving space, when the box drill is pulled, the pressure container is closed with the compressed air taken up and the box drill is emptied of the drilling material at an emptying position, the pressure container being opened and compressed air being returned to the receiving space Supporting the emptying of the removed soil material is initiated.
  • the compressed air can thus be generated in an efficient manner when lowering the box drill into the ground and when lowering into an existing borehole.
  • the method step of emptying according to the invention by means of pressure medium can only take place at certain sub-steps when drilling a bore, in particular when soil layers with cohesive soil material are penetrated. If soil layers with loose soil material, such as sandy or gravelly material, are penetrated, there is no need to introduce pressure when emptying. In principle, however, pressure medium that is present can also be introduced into the receiving space during each emptying step.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention consists in that a passage opening on the cover of the housing is closed to build up a pressure of the compressed air and that the passage opening for the passage of fluid from the receiving space is opened at a further specific point in time. In this way it can be achieved that, for example, drilling fluid can flow out of the receiving space upwards again during drilling, so that sufficient space remains for receiving the removed soil material.
  • a control valve on the through-opening can be controlled via a controller in such a way that, on the one hand, a sufficient build-up of compressed air takes place in the pressure vessel and, on the other hand, a certain residual amount of fluid remains in the upper area of the receiving space between the ceiling and the received floor material.
  • the box drill When the box drill is emptied, it is preferably only filled with the removed soil material and the residual drilling fluid immediately before the emptying process, with little or no residual air being present in the receiving space before the compressed air is introduced.
  • the only drawing shows a side view of a box drill according to the invention.
  • the illustrated box drill 10 has a drum-shaped housing 12 with an inner receiving space 14 .
  • a torque can be transmitted by a carrier device or drilling device, which is not shown and is known in principle, so that the box drill 10 is set in rotation about the central drilling axis 11.
  • the drum-shaped housing 12 On its underside, the drum-shaped housing 12 has a receiving opening 16 which can be closed via a hinged bottom 22 with a rotary plate 26 which is mounted so as to be rotatable about the drilling axis 11 and is only shown schematically.
  • a removal device 20 with removal teeth is formed on the folding floor 22 in the area of the receiving opening 16 .
  • the receiving opening 16 When drilling with a first direction of rotation about the drilling axis 11, the receiving opening 16 is open, with soil material 4 removed by the removal device 20 together with drilling fluid 6, which can in particular be a supporting fluid, such as a bentonite fluid, entering the receiving space 14 of the drum-shaped housing 12.
  • drilling fluid 6 which can in particular be a supporting fluid, such as a bentonite fluid, entering the receiving space 14 of the drum-shaped housing 12.
  • the air remaining in the receiving space 14 is displaced upwards to the closed ceiling 18 and is thereby compressed.
  • This air which is compressed during drilling, can be taken up in a pressure container 32 which serves as a pressure source 30 .
  • the valve device 36 opens, the compressed air can be taken in.
  • the valve device 36 can be closed again in a targeted manner, so that the compressed air is enclosed in the pressure vessel 32 .
  • a passage opening 40 on the cover 18 of the housing 12 which opening can be opened and closed via a controllable control valve 42.
  • excess drilling fluid 6 can escape upwards from the housing 12 until a desired residual liquid layer of drilling fluid 6 remains above the removed soil material 4 received, as shown schematically in the figure.
  • the rotary plate 26 can first be rotated relative to the hinged floor 22 by changing the direction of rotation about the drilling axis 11. the rotary plate 26 closing the receiving opening 16 on the folding base 22 .
  • the box drill 10 can now be pulled up out of the well via the drill rod 8 and moved to a desired emptying position.
  • the lockable folding floor 22 can be unlocked, so that the folding floor 22 can swing open or swing out downwards about a swivel joint 24 on the housing 12 of the box drill 10 .
  • the removed soil material 4 with the remaining drilling fluid 6 in the receiving space 14 can now emerge downwards through the underside of the housing 12 which has been opened in this way.
  • valve device 36 can be opened to support the emptying process, with compressed air from the pressure container 32 as the pressure source 30 being able to enter the receiving space 14 again.
  • an additional pressure impulse is exerted from above on the contents of the box drill 10, so that a possibly adhering plug of removed soil material 4 is additionally expelled.
  • an existing static friction force can be overcome by the pressure pulse and the range of the lower friction force can thus be reached.
  • the removed soil material 4 can emerge downwards from the interior space 14 together with the overlying layer of drilling fluid 6 .
  • the presence of a certain layer of drilling fluid 6 when the compressed air is introduced from the pressure vessel 32 can improve the most uniform possible distribution of the compressed air blast on an upper side of a plug of removed soil material 4 in the receiving space 14, so that even a relatively small blast of compressed air is sufficient to bring about a desired expulsion.
  • the through-opening 40 can preferably also be opened by opening the control valve 42, so that a pressure equalization is effected at the same time as the plug of soil material emerges from the drum-shaped housing 12 after the blast of compressed air. This can prevent a vacuum effect that could otherwise make draining difficult.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kastenbohrer zum Erstellen einer Bohrung im Boden, mit einem eimerförmigen Gehäuse, welches einen inneren Aufnahmeraum zum Aufnehmen von abgetragenem Bodenmaterial, mindestens eine Aufnahmeöffnung an einer Unterseite und eine im Wesentlichen geschlossene Decke an der Oberseite des Gehäuses aufweist, und einer Abtragseinrichtung, welche im Bereich der Unterseite des Gehäuses angeordnet und zum Abtragen von Bodenmaterial ausgebildet ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem oberen Bereich des Gehäuses eine Druckquelle angeordnet ist, welche über eine Ventileinrichtung mit dem Aufnahmeraum des Gehäuses in Leitungsverbindung steht, und dass die Ventileinrichtung derart steuerbar ist, dass zum Entleeren des Aufnahmeraums von beim Bohren aufgenommenes Bodenmaterial die Ventileinrichtung geöffnet ist, wobei ein Druckmedium aus der Druckquelle in den Aufnahmeraum strömt.The invention relates to a box drill for creating a borehole in the ground, with a bucket-shaped housing which has an inner receiving space for receiving removed soil material, at least one receiving opening on an underside and an essentially closed cover on the upper side of the housing, and a removal device, which is arranged in the area of the underside of the housing and is designed to remove soil material. According to the invention, a pressure source is arranged in an upper region of the housing, which is in line connection with the receiving space of the housing via a valve device, and that the valve device can be controlled in such a way that, in order to empty the receiving space of soil material picked up during drilling, the Valve device is open, wherein a pressure medium flows from the pressure source into the receiving space.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kastenbohrer zum Erstellen einer Bohrung im Boden, mit einem trommelförmigen Gehäuse, welches einen inneren Aufnahmeraum zum Aufnehmen von abgetragenem Bodenmaterial, mindestens eine Aufnahmeöffnung an einer Unterseite und eine im Wesentlichen geschlossene Decke an der Oberseite des Gehäuses aufweist, und einer Abtragseinrichtung, welche im Bereich der Unterseite des Gehäuses angeordnet und zum Abtragen von Bodenmaterial ausgebildet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a box drill for creating a hole in the ground, with a drum-shaped housing, which has an inner receiving space for receiving removed soil material, at least one receiving opening on an underside and an essentially closed cover on the upper side of the housing, and a removal device, which is arranged in the area of the underside of the housing and is designed for removing soil material, according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden mit einem solchen Kastenbohrer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention also relates to a method for creating a hole in the ground with such a box drill according to the preamble of claim 10.

Gattungsgemäße Kastenbohrer sind seit langem bei der Erstellung von Bohrungen im Boden im Spezialtiefbau bekannt. Die Durchmesser der dabei erstellten Bohrungen betragen typischerweise bis zu 1 Meter und mehr. Beim Einbringen eines Kastenbohrers in den Boden wird das abgetragene Bodenmaterial in dem trommelförmigen Gehäuse aufgenommen. Sobald das Gehäuse hinreichend gefüllt ist, wird der Kastenbohrer aus dem Bohrloch gezogen und zu einer Entleerposition bewegt. An der Entleerposition kann ein Boden des Kastenbohrers geöffnet werden, so dass enthaltenes abgetragenes Bodenmaterial aufgrund der Wirkung der Schwerkraft aus dem Gehäuse nach unten fallen kann.Generic box drills have long been known for drilling holes in the ground in foundation engineering. The diameters of the boreholes created are typically up to 1 meter and more. When a box auger is driven into the ground, the excavated soil material is received in the drum-shaped housing. Once the casing is sufficiently filled, the box bit is withdrawn from the wellbore and moved to a dump position. At the dump position, a bottom of the box auger can be opened so that contained excavated soil material can fall down from the housing due to the effect of gravity.

In bestimmten Fällen kann es jedoch vorkommen, dass das aufgenommene Bodenmaterial sich nicht ohne Weiteres aus dem trommelförmigen Gehäuse entleert. Dies kann etwa dann auftreten, wenn das abgetragene Bodenmaterial einen größeren Anteil an bindigen Böden umfasst, etwa ton- oder lehmhaltige Böden. Das Anhaften der Materialfüllung in dem Kastenbohrer kann auch dadurch gesteigert werden, dass ein relativ höher Füllgrad gegeben ist, wobei das Bodenmaterial in den Aufnahmeraum des Gehäuses eingepresst ist.In certain cases, however, it may happen that the picked-up soil material does not empty out of the drum-shaped housing without further ado. This can occur, for example, when the soil material removed includes a larger proportion of cohesive soils, such as clayey or loamy soils. The adhesion of the material filling in the box drill can also be increased by the fact that a relatively high degree of filling is given, the bottom material being pressed into the receiving space of the housing.

Zum Entleeren des Kastenbohrers ist es in derartigen Fällen bekannt, dass durch das Bohrgerät eine Rüttelbewegung um die Bohrachse ausgeführt wird. Dies ist lärmintensiv und führt auch nicht in jedem Fall zu einer gewünschten Entleerung.In order to empty the box drill, it is known in such cases that the drilling device executes a shaking movement about the drilling axis. This is noisy and does not always lead to the desired emptying.

Weiter ist es bekannt, dass in bestimmten Fällen das Bedienpersonal einen Wasserstrahl unter hohem Druck von unten in den Bohreimer leitet, um so anhaftendes Bodenmaterial zu lösen. Ein derartiges Entfernen des Bodenmaterials ist jedoch zeit- und arbeitsintensiv. Zudem sind bei solchen Arbeiten von Bedienpersonen am oder unterhalb eines geöffneten Bohrwerkzeuges hohe Sicherheitsmaßnahmen zu berücksichtigen.Furthermore, it is known that in certain cases the operating personnel directs a water jet under high pressure into the drill bucket from below in order to loosen adhering soil material. However, such soil removal is time consuming and labor intensive. In addition, with such work by operators on or below an open drilling tool, high safety measures must be taken into account.

Aus der US 2014/0262522 A1 ist ein Bohrgerät mit einem Kastenbohrer bekannt, bei welchem innerhalb des trommelförmigen Gehäuses eine axial verschiebbare Schubplatte angeordnet ist, durch welche aufgenommenes Bodenmaterial mechanisch nach unten ausgeschoben werden kann. Ein derartiger Kastenbohrer ist jedoch mechanisch aufwändig, da ein axialer Stellantrieb, insbesondere ein oder mehrere Hydraulikzylinder zum Verschieben der Schubplatte vorzusehen sind. Darüber hinaus sind auch entsprechende Hydraulikleitungen für die Hydraulikzylinder zur Energieversorgung vorzusehen. Die Zuführung von Hydraulikfluid von dem Bohrgerät zu einem rotierenden Bohrwerkzeug bedarf zwingend einer Drehdurchführung, welche teuer und wartungsintensiv ist. Zudem reduziert eine Vorschubplatte innerhalb des Aufnahmeraumes des Kastenbohrers und insbesondere auch die Anordnung von Hydraulikzylindern innerhalb des Aufnahmeraumes das mögliche Aufnahmevolumen für Bodenmaterial. Dies bedeutet, dass zur Erstellung eines Bohrloches eine erhöhte Zahl von Bohrschritten mit dem Kastenbohrer durchzuführen ist. Hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit im Einsatz reduziert.From the US 2014/0262522 A1 a drill with a box drill is known, in which an axially displaceable push plate is arranged inside the drum-shaped housing, through which picked up soil material can be pushed out mechanically downwards. However, such a box drill is mechanically complex, since an axial actuator, in particular one or more hydraulic cylinders, must be provided for moving the thrust plate. In addition, corresponding hydraulic lines for the hydraulic cylinders for the power supply must also be provided. The supply of hydraulic fluid from the drilling device to a rotating drilling tool necessarily requires a rotary union, which is expensive and maintenance-intensive. In addition, a feed plate within the receiving space of the box drill and in particular the arrangement of hydraulic cylinders within the receiving space reduces the possible receiving volume for soil material. This means that to create a borehole, an increased number of drilling steps have to be carried out with the box drill. This reduces the efficiency in use.

Der Erfindung liegt die Aufgab e zugrunde, einen Kastenbohrer und ein Verfahren anzugeben, mit welchen bei einem einfachen Aufbau des Kastenbohrers gleichwohl in effizienter Weise eine Bohrung im Boden auch bei bindigem Bodenmaterial hergestellt werden kann.The invention is based on the object of specifying a box drill and a method with which, with a simple construction of the box drill, a hole can be drilled in the ground in an efficient manner even if the ground material is cohesive.

Die Aufgabe wird zum einen durch einen Kastenbohrer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved on the one hand by a box drill with the features of claim 1 and on the other hand with a method having the features of claim 10 . Preferred embodiments of the invention are specified in the respective dependent claims.

Der erfindungsgemäße Kastenbohrer ist dadurch gekennzeichnet, dass an einem oberen Bereich des Gehäuses eine Druckquelle angeordnet ist, welche über eine Ventileinrichtung mit dem Aufnahmeraum des Gehäuses in Leitungsverbindung steht und dass die Ventileinrichtung über eine Steuerung derart steuerbar ist, dass zum Entleeren des Aufnahmeraums von beim Bohren aufgenommenes Bodenmaterial die Ventileinrichtung geöffnet ist, wobei ein Druckmedium in den Aufnahmeraum strömt.The box drill according to the invention is characterized in that a pressure source is arranged in an upper region of the housing, which is in line connection with the receiving space of the housing via a valve device and that the valve device can be controlled via a controller in such a way that the valve device is opened to empty the receiving space of soil material picked up during drilling, with a pressure medium flowing into the receiving space.

Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, das Entleeren des Aufnahmeraums des Kastenbohrers durch Einleiten eines Druckmediums, also eines Gases oder einer Flüssigkeit unter Druck zu unterstützen. Insbesondere bei stark bindigen Böden kann sich in dem Kastenbohrer ein Materialpfropfen bilden, der sich bei einem Druckluftimpuls von oben relativ leicht lösen lässt.A basic idea of the invention is to support the emptying of the receiving space of the box drill by introducing a pressure medium, ie a gas or a liquid under pressure. Particularly in the case of very cohesive soils, a plug of material can form in the box auger, which can be loosened relatively easily with a blast of compressed air from above.

Zum Entleeren des Kastenbohrers kann vor, während oder nach dem Öffnen des Kastenbohrer die Ventileinrichtung geöffnet werden, so dass das Druckmedium in den oberen Bereich des Aufnahmeraumes in dem Gehäuse strömen kann, wobei ein Austreiben des aufgenommenen Bodenmaterials aus dem Aufnahmeraum nach unten unterstützt und/oder bewirkt wird.To empty the box drill, the valve device can be opened before, during or after the opening of the box drill, so that the pressure medium can flow into the upper region of the receiving space in the housing, with the soil material picked up being expelled downwards from the receiving space supported and/or effected.

Durch den erfindungsgemäßen Kastenbohrer kann ein Entleeren erheblich vereinfacht werden, so dass ansonsten notwendige lärmintensive Rüttelbewegungen vermieden oder zumindest reduziert werden können. Entsprechendes gilt für aufwändige Unterstützungsmaßnahmen durch Bedienpersonal etwa mittels Wasserstrahl.Emptying can be considerably simplified by the box drill according to the invention, so that otherwise necessary noisy shaking movements can be avoided or at least reduced. The same applies to complex support measures by operating personnel, for example using a water jet.

Der erfindungsgemäße Kastenbohrer erlaubt so ein effizienteres, geräuschärmeres und sichereres Erstellen eines Bohrloches mittels eines Kastenbohrers.The box drill according to the invention thus allows a borehole to be created more efficiently, with less noise and more safely, using a box drill.

Grundsätzlich kann das Druckmedium in jeder geeigneten Weise eingeleitet oder erzeugt werden, etwa durch einen Kompressor als Teil einer Druckquelle am Kastenbohrer oder dem zugehörigen Bohrgerät. Auch kann ein Druckspeicher, etwa eine gefüllte Gaskartusche, etwa mit CO2, vorgesehen sein, welche vorzugsweise leicht wechselbar ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Ventileinrichtung derart steuerbar ist, dass beim Abbohren sich bildende komprimierte Luft als Druckmedium aus dem Aufnahmeraum in einem Druckbehälter als Druckquelle aufgenommen wird, beim Ziehen des Kastenbohrers aus dem Boden die Ventileinrichtung zum Einschließen von komprimierter Luft in dem Druckbehälter geschlossen ist und zum Entleeren des Aufnahmeraums von beim Bohren aufgenommenes Bodenmaterial die Ventileinrichtung geöffnet ist, wobei komprimierte Luft zurück in den Aufnahmeraum strömt.In principle, the pressure medium can be introduced or generated in any suitable manner, for example by a compressor as part of a pressure source on the box drill or the associated drilling device. A pressure accumulator, such as a filled gas cartridge, for example with CO 2 , can also be provided, which is preferably light is changeable. According to an advantageous embodiment of the invention, it is preferred that the valve device can be controlled in such a way that compressed air forming during drilling is taken up as pressure medium from the receiving space in a pressure container as the pressure source, when the box drill is pulled out of the ground, the valve device for trapping compressed air in the pressure container is closed and for emptying the receiving space of soil material taken up during drilling, the valve device is opened, with compressed air flowing back into the receiving space.

Folglich wird das Druckmedium in effizienter und energieschonender Weise während des Bohrvorganges dadurch erzeugt, dass im Kastenbohrer vorhandene Luft zu Beginn eines Bohrschrittes durch das von unten in den Kastenbohrer eindringende Bodenmaterial mit Bohrflüssigkeit nach oben verdrängt und so in einem oberen Bereich des Kastenbohrers durch den hydrstatischen Druck komprimiert wird. Diese komprimierte Luft kann über einen am oberen Bereich des Kastenbohrers vorgesehenen Druckbehälter aufgenommen werden. Vor oder beim Ziehen des Kastenbohrers aus der Bohrung kann eine Leitungsverbindung zwischen dem Druckbehälter und dem Aufnahmeraum geschlossen werden, so dass die komprimierte Luft auch bei einem nach-oben-Ziehen des Kastenbohrers weiter erhalten bleibt.Consequently, the pressure medium is generated in an efficient and energy-saving manner during the drilling process in that air present in the box drill at the beginning of a drilling step is displaced upwards by the soil material penetrating the box drill with drilling fluid and is thus compressed in an upper region of the box drill by the hydrostatic pressure. This compressed air can be received via a pressure tank provided at the top of the box drill. Before or when the box drill is pulled out of the bore, a line connection between the pressure container and the receiving space can be closed, so that the compressed air is retained even when the box drill is pulled upwards.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht weiter darin, dass an der Unterseite des Gehäuses ein Klappboden klappbar gelagert ist, welcher zwischen einer Verschlussposition zum Verschließen des Gehäuses nach unten und einer Öffnungsposition zum Entleeren des Aufnahmeraums verstellbar ist. Durch das Aufklappen des Klappbodens in die Öffnungsposition wird der untere Bereich des Gehäuses geöffnet, so dass hierdurch ein gutes Entleeren des Kastenbohrers ermöglicht wird.A preferred embodiment of the invention further consists in the fact that a hinged bottom is foldably mounted on the underside of the housing and can be adjusted downwards between a closed position for closing the housing and an open position for emptying the receiving space. The lower area of the housing is opened by opening the hinged bottom into the open position, so that the box drill can be emptied easily.

Besonders bevorzugt ist es dabei, dass an dem Klappboden die mindestens eine Aufnahmeöffnung ausgebildet ist und dass an dem Klappboden eine Drehplatte drehbar zum Öffnen und Schließen der mindestens einen Aufnahmeöffnung gelagert ist. Mittels der Drehplatte, welche im Bohrbetrieb in der Bohrdrehrichtung in die Öffnungsposition geschoben ist, kann die Aufnahmeöffnung in einfacher Weise dadurch geschlossen werden, dass die Drehrichtung des Kastenbohrers kurzfristig in die entgegengesetzte Richtung geändert wird. In der so geschlossenen Position kann der Kastenbohrer aus dem Bohrloch gezogen werden, ohne dass aufgenommenes abgetragenes Bodenmaterial aus dem Aufnahmeraum zurück in das Bohrloch fällt. So kann eine effiziente Verfahrensdurchführung erreicht werden.It is particularly preferred that the at least one receiving opening is formed on the folding floor and that a rotary plate is rotatably mounted on the folding floor for opening and closing the at least one receiving opening. By means of the rotary plate, which is pushed into the open position in the drilling direction of rotation during drilling operation, the receiving opening can be closed in a simple manner by briefly changing the direction of rotation of the box drill to the opposite direction. In the closed position, the Box drills are pulled out of the borehole without recorded soil material removed from the receiving space falling back into the borehole. Efficient implementation of the method can thus be achieved.

Zum Entleeren wird dann der Klappboden zusammen mit der Drehplatte an der Entleerposition um ein Schwenkgelenk aufgeschwenkt.For emptying, the folding floor is then pivoted open together with the rotary plate at the emptying position about a swivel joint.

Grundsätzlich kann die Abtragseinrichtung an jeder geeigneten Position an dem Kastenbohrer vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist es, dass die Abtragseinrichtung an dem Klappboden und/oder der Drehplatte angeordnet ist. Insbesondere befindet sich die Abtragseinrichtung im Bereich der mindestens einen Aufnahmeöffnung, so dass abgetragenes Bodenmaterial unmittelbar durch die Aufnahmeöffnung in das trommelförmige Gehäuse gelangen kann.In principle, the removal device can be provided at any suitable position on the box drill. It is particularly preferred that the removal device is arranged on the folding floor and/or the rotary plate. In particular, the removal device is located in the area of the at least one receiving opening, so that removed soil material can enter the drum-shaped housing directly through the receiving opening.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Kastenbohrers besteht darin, dass an der Decke des Gehäuses zusätzlich eine verschließbare Durchtrittsöffnung vorgesehen ist, über welche ein Fluid aus dem Aufnahmeraum des Gehäuses nach außen austreten kann. Insbesondere wenn der Druckbehälter beim Abteufen des Kastenbohrers in ein bereits bestehendes Bohrloch während des weiteren Abbohrens abgesenkt wird, kann in dem nach oben geschlossenen Aufnahmeraum zunächst Luft durch den hydrostatischen Druck komprimiert und in dem Druckbehälter aufgenommen werden. Nach einem anschließenden Verschließen der Ventileinrichtung kann die an der Decke des Gehäuses vorgesehene Durchtrittsöffnung geöffnet werden, so dass sich beim Bohren in einem Bohrloch mit Stützsuspension, insbesondere einer Bohrflüssigkeit, in dem trommelförmigen Gehäuse aufgenommene Bohrflüssigkeit zusammen mit eventuell verbliebender Restluft aus dem Aufnahmeraum nach oben ausströmen kann. Hierdurch wird ausreichend Freiraum zum Aufnehmen des abgetragenen Bodenmaterials geschaffen. Ein Fluid kann eine Flüssigkeit, insbesondere Bohrflüssigkeit, und/oder ein Gas sein.A further preferred embodiment of the box drill according to the invention consists in that a closable passage opening is additionally provided on the cover of the housing, through which a fluid can escape from the receiving space of the housing to the outside. In particular, when the pressure vessel is lowered into an already existing borehole during further drilling when the box drill is being sunk, air can first be compressed by the hydrostatic pressure in the receiving space which is closed at the top and can be held in the pressure vessel. After a subsequent closing of the valve device, the passage opening provided on the top of the housing can be opened, so that when drilling in a borehole with support suspension, in particular a drilling fluid, drilling fluid received in the drum-shaped housing can flow out of the receiving space upwards together with any remaining residual air. This creates sufficient free space to accommodate the removed soil material. A fluid can be a liquid, in particular drilling fluid, and/or a gas.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, dass die Durchtrittsöffnung mittels eines Stellventils verschließbar ist, welches durch eine Steuerung betätigbar ist. Die Steuerung kann dabei das Öffnen und Schließen des Stellventils an der Durchtrittsöffnung sowie der Ventileinrichtung in Abhängigkeit voneinander steuern. Nach dem Schließen der Ventileinrichtung kann insbesondere dann das geöffnete Stellventil an der Durchtrittsöffnung zu einem Zeitpunkt wieder geschlossen werden, an welchem noch im oberen Bereich des Aufnahmeraums des trommelförmigen Gehäuses eine definierte Restmenge an Bohrflüssigkeit über dem abgetragenen Bodenmaterial verbleibt.It is particularly expedient here that the passage opening can be closed by means of a control valve which can be actuated by a controller. In this case, the controller can control the opening and closing of the control valve at the passage opening and of the valve device as a function of one another. After the valve device has been closed, the open control valve can in particular then be located at the through-opening be closed again at a point in time at which a defined residual amount of drilling fluid remains above the removed soil material in the upper area of the receiving space of the drum-shaped housing.

Beim Entleeren des trommelförmigen Kastenbohrers kann dann die Flüssigkeitsschicht beim Einleiten der komprimierten Luft in den Aufnahmeraum als eine Art mechanischer Stempel dienen, um möglichst großflächig den durch die einströmende Druckluft erzeugten Druck auf den Bodenmaterialpfropfen im Aufnahmeraum des trommelförmigen Gehäuses auszuüben. Hierdurch wird es ermöglicht, dass auch eine relativ geringe Menge an komprimierter Luft impulsartig zu einem Entleeren des Bodenmaterials führt. Unmittelbar darauf kann die Durchtrittsöffnung vorzugsweise wieder geöffnet werden, so dass dem Bilden eines Unterdrucks in dem oberen Bereich des Aufnahmeraums beim Entleeren entgegengewirkt wird. Dieser so bewirkte Druckausgleich unterstützt das Entleeren.When emptying the drum-shaped box drill, the liquid layer can then serve as a kind of mechanical stamp when the compressed air is introduced into the receiving space in order to exert the pressure generated by the inflowing compressed air on the soil material plug in the receiving space of the drum-shaped housing over as large an area as possible. This makes it possible for even a relatively small amount of compressed air to result in a pulsed emptying of the soil material. The passage opening can preferably be opened again immediately thereafter, so that the formation of a negative pressure in the upper area of the receiving space during emptying is counteracted. The pressure equalization effected in this way supports emptying.

Grundsätzlich kann das Druckmedium direkt in den Aufnahmeraum eingeleitet werden und das Bodenmaterial durch direkten Kontakt oder über eine Bohrflüssigkeitsschicht austreiben. Bevorzugt ist nach einer Weiterentwicklung der Erfindung, dass in einem oberen Bereich des Aufnahmeraums ein Expansionselement angeordnet ist, welches zum Entleeren durch das Druckmedium weiter in den Aufnahmeraum bewegbar ist. Das Expansionselement kann vorzugsweise eine flexible Membran oder eine Folie sein, welches aufblasbar ist. Alternativ kann ein verschiebbarer Stempel vorgesehen sein, welcher durch das Druckmedium verschiebbar ist.In principle, the pressure medium can be introduced directly into the receiving space and the soil material can be expelled by direct contact or via a layer of drilling fluid. According to a further development of the invention, it is preferred that an expansion element is arranged in an upper region of the receiving space, which can be moved further into the receiving space for emptying through the pressure medium. The expansion element can preferably be a flexible membrane or a film which is inflatable. Alternatively, a displaceable stamp can be provided, which can be displaced through the print medium.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Bohrgerät mit einer Trägervorrichtung mit einem Drehantrieb, durch welchen ein Kastenbohrer zum Erstellen einer Bohrung im Boden antreibbar ist, wobei der zuvor beschriebene erfindungsgemäße Kastenbohrer zum Einsatz kommt. Die Trägervorrichtung kann insbesondre ein übliches Trägergerät oder Bohrgerät mit einem Unterwagen und einem darauf drehbar gelagerten Oberwagen sein. Der Unterwagen kann insbesondere ein Fahrwerk aufweisen, insbesondere ein Raupenfahrwerk.The invention also includes a drilling device with a carrier device with a rotary drive, by means of which a box drill can be driven to create a hole in the ground, with the box drill according to the invention described above being used. In particular, the carrier device can be a conventional carrier device or drilling device with an undercarriage and an uppercarriage rotatably mounted thereon. The undercarriage can in particular have a chassis, in particular a crawler chassis.

Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass an der Trägervorrichtung eine Steuerung zum Steuern des Kastenbohrers angeordnet ist. Die Steuerung kann dabei die Ventileinrichtung und/oder das Stellventil an der Durchlassöffnung steuern. Die Steuerung ist insbesondere als eine elektronische Steuerung ausgeführt, welche kabelgebunden oder drahtlos mit den Stelleinrichtungen in Verbindung steht.According to a development of the invention, it is particularly advantageous that a controller for controlling the box drill is arranged on the carrier device. The controller can be the valve device and/or the control valve at the through-opening steer. The controller is designed in particular as an electronic controller, which is wired or wirelessly connected to the actuators.

Zum Ansteuern der Ventileinrichtung beziehungsweise des Stellventils kann eine entsprechende Programmsteuerung hinterlegt sein, welche den jeweiligen Zeitpunkt zum Öffnen oder Schließen abhängig vom Verfahrensablauf des Bohrens, insbesondere von einer Position des Kastenbohrers beim Absenken oder Ziehen bestimmt.To control the valve device or the control valve, a corresponding program control can be stored, which determines the respective point in time for opening or closing depending on the drilling process, in particular on a position of the box drill when lowering or pulling.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass ein Kastenbohrer nach den zuvor beschriebenen Ansprüchen verwendet wird, wobei zum Entleeren des Kastenbohrers von dem Bodenmaterial aus der Druckquelle ein Druckmedium in den Aufnahmeraum eingeleitet wird. Mit dem Verfahren können die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden. Insbesondere kann das Verfahren auch mit dem zuvor beschriebenen Bohrgerät durchgeführt werden.In the method according to the invention, it is provided that a box drill according to the claims described above is used, with a pressure medium being introduced into the receiving space from the pressure source in order to empty the box drill of the soil material. The advantages described above can be achieved with the method. In particular, the method can also be carried out with the drilling device described above.

Eine bevorzugte Verfahrensvariante der Erfindung besteht darin, dass der Kastenbohrer drehend in den Boden unter Abtragen von Bodenmaterial eingebracht wird, das abgetragene Bodenmaterial in dem Aufnahmeraum des Kastenbohrers aufgenommen wird, beim Abbohren ein Druckbehälter als Druckquelle mit komprimierter Luft als Druckmedium aus dem Aufnahmeraum gefüllt wird, beim Ziehen des Kastenbohrers der Druckbehälter mit aufgenommener komprimierter Luft geschlossen wird und an einer Entleerposition der Kastenbohrer von dem Bohrmaterial entleert wird, wobei der Druckbehälter geöffnet wird und komprimierte Luft zurück in den Aufnahmeraum zur Unterstützung des Entleerens von dem abgetragenen Bodenmaterial eingeleitet wird.A preferred method variant of the invention consists in that the box drill is rotated into the ground while removing soil material, the removed soil material is received in the receiving space of the box drill, during drilling a pressure container as a pressure source is filled with compressed air as the pressure medium from the receiving space, when the box drill is pulled, the pressure container is closed with the compressed air taken up and the box drill is emptied of the drilling material at an emptying position, the pressure container being opened and compressed air being returned to the receiving space Supporting the emptying of the removed soil material is initiated.

Wie bereits zuvor beschrieben, kann so die Druckluft in effizienter Weise beim Absenken des Kastenbohrers in den Boden und beim Absenken in ein bestehendes Bohrloch erzeugt werden.As already described above, the compressed air can thus be generated in an efficient manner when lowering the box drill into the ground and when lowering into an existing borehole.

Mit zunehmender Bohrtiefe kann ein entsprechend höherer Druck der komprimierten Luft in den Druckbehälter erzeugt werden. Insbesondere beim Abbohren in tieferen Bodenschichten kann damit ein höherer Füllgrad bei dem Kastenbohrer eingestellt werden, da zum Entleeren ein höherer oder größerer Druckluftimpuls zur Verfügung steht, da mit der Tiefe der hydrostatische Druck zunimmt.With increasing drilling depth, a correspondingly higher pressure of the compressed air can be generated in the pressure vessel. In particular when drilling in deeper layers of soil, a higher degree of filling can be set for the box drill, since a higher or greater compressed air pulse is available for emptying, since the hydrostatic pressure increases with depth.

Grundsätzlich kann der Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Entleerens mittels Druckmedium nur zu bestimmten Teilschritten beim Durchführen einer Bohrung erfolgen, insbesondere dann, wenn Bodenschichten mit bindigem Bodenmaterial durchörtert werden. Werden Bodenschichten mit lockerem Bodenmaterial, etwa mit sandigem oder kieshaltigem Material, durchörtert, kann eine Druckeinleitung beim Entleeren unterbleiben. Grundsätzlich kann jedoch auch bei jedem Schritt des Entleerens vorhandenes Druckmedium in den Aufnahmeraum eingeleitet werden.In principle, the method step of emptying according to the invention by means of pressure medium can only take place at certain sub-steps when drilling a bore, in particular when soil layers with cohesive soil material are penetrated. If soil layers with loose soil material, such as sandy or gravelly material, are penetrated, there is no need to introduce pressure when emptying. In principle, however, pressure medium that is present can also be introduced into the receiving space during each emptying step.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zum Aufbau eines Druckes der komprimierten Luft eine Durchtrittsöffnung an der Decke des Gehäuses geschlossen ist und dass zu einem weiteren bestimmten Zeitpunkt die Durchtrittsöffnung zum Durchlass von Fluid aus dem Aufnahmeraum geöffnet wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass etwa Bohrflüssigkeit beim Abbohren wieder aus dem Aufnahmeraum nach oben ausströmen kann, so dass ausreichend Raum zum Aufnehmen des abgetragenen Bodenmaterials verbleibt.A further advantageous embodiment of the method according to the invention consists in that a passage opening on the cover of the housing is closed to build up a pressure of the compressed air and that the passage opening for the passage of fluid from the receiving space is opened at a further specific point in time. In this way it can be achieved that, for example, drilling fluid can flow out of the receiving space upwards again during drilling, so that sufficient space remains for receiving the removed soil material.

Über eine Steuerung kann ein Stellventil an der Durchtrittsöffnung derart gesteuert werden, dass zunächst einerseits ein ausreichender Aufbau an komprimierten Luft in dem Druckbehälter erfolgt und andererseits noch eine gewisse Restmenge an Fluid in dem oberen Bereich des Aufnahmeraumes zwischen den Decke und dem aufgenommenen Bodenmaterial verbleibt. Vorzugsweise ist beim Entleeren des Kastenbohrers diese unmittelbar vor dem Entleervorgang lediglich mit dem abgetragenen Bodenmaterial und der Restbohrflüssigkeit gefüllt, wobei vor dem Einleiten der komprimierten Luft sich kaum oder keine Restluft in dem Aufnahmeraum befindet.A control valve on the through-opening can be controlled via a controller in such a way that, on the one hand, a sufficient build-up of compressed air takes place in the pressure vessel and, on the other hand, a certain residual amount of fluid remains in the upper area of the receiving space between the ceiling and the received floor material. When the box drill is emptied, it is preferably only filled with the removed soil material and the residual drilling fluid immediately before the emptying process, with little or no residual air being present in the receiving space before the compressed air is introduced.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben, welches schematisch in der Zeichnung dargestellt ist.The invention is further described below with reference to a preferred exemplary embodiment, which is shown schematically in the drawing.

Die einzige Zeichnung zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kastenbohrers.The only drawing shows a side view of a box drill according to the invention.

Der dargestellte erfindungsgemäße Kastenbohrer 10 weist ein trommelförmiges Gehäuse 12 mit einem inneren Aufnahmeraum 14 auf. An seiner Oberseite befindet sich eine grundsätzlich geschlossene Decke 18, an welcher eine mittige Verbindungseinrichtung 27 für ein Bohrgestänge 8 angebracht ist. Über das Bohrgestänge 8 und die Verbindungseinrichtung 27 kann von einem nicht-dargestellten und grundsätzlich bekannten Trägergerät oder Bohrgerät ein Drehmoment übertragen werden, so dass der Kastenbohrer 10 um die mittige Bohrachse 11 in Drehung versetzt wird.The illustrated box drill 10 according to the invention has a drum-shaped housing 12 with an inner receiving space 14 . On its upper side there is a basically closed ceiling 18 on which a central connecting device 27 for a drill rod 8 is attached. About the drill pipe 8 and the connecting device 27, a torque can be transmitted by a carrier device or drilling device, which is not shown and is known in principle, so that the box drill 10 is set in rotation about the central drilling axis 11.

An seiner Unterseite weist das trommelförmige Gehäuse 12 eine Aufnahmeöffnung 16 auf, welche über einen Klappboden 22 mit einer um die Bohrachse 11 drehbar gelagerten und nur schematisch dargestellten Drehplatte 26 verschließbar ist. Im Bereich der Aufnahmeöffnung 16 ist an dem Klappboden 22 eine Abtragseinrichtung 20 mit Abtragszähnen ausgebildet.On its underside, the drum-shaped housing 12 has a receiving opening 16 which can be closed via a hinged bottom 22 with a rotary plate 26 which is mounted so as to be rotatable about the drilling axis 11 and is only shown schematically. A removal device 20 with removal teeth is formed on the folding floor 22 in the area of the receiving opening 16 .

Beim Bohren mit einer ersten Drehrichtung um die Bohrachse 11 ist die Aufnahmeöffnung 16 geöffnet, wobei durch die Abtragseinrichtung 20 abgetragenes Bodenmaterial 4 zusammen mit Bohrflüssigkeit 6, welche insbesondere eine Stützflüssigkeit sein kann, etwa eine Bentonitflüssigkeit, in den Aufnahmeraum 14 des trommelförmigen Gehäuses 12 gelangt.When drilling with a first direction of rotation about the drilling axis 11, the receiving opening 16 is open, with soil material 4 removed by the removal device 20 together with drilling fluid 6, which can in particular be a supporting fluid, such as a bentonite fluid, entering the receiving space 14 of the drum-shaped housing 12.

Mit zunehmender Bohrtiefe wird im Aufnahmeraum 14 verbliebene Luft nach oben zur geschlossenen Decke 18 verdrängt und dabei komprimiert. Diese beim Bohren komprimierte Luft kann in einen Druckbehälter 32, welcher als Druckquelle 30 dient, aufgenommen werden, Hierzu ist der Druckbehälter 32 über eine Leitungsverbindung 34 mit einer Ventileinrichtung 16 leitungsverbunden. Bei einem Öffnen der Ventileinrichtung 36 kann die komprimierte Luft aufgenommen werden. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann die Ventileinrichtung 36 wieder gezielt geschlossen werden, so dass die komprimierte Luft in dem Druckbehälter 32 eingeschlossen ist.As the drilling depth increases, the air remaining in the receiving space 14 is displaced upwards to the closed ceiling 18 and is thereby compressed. This air, which is compressed during drilling, can be taken up in a pressure container 32 which serves as a pressure source 30 . When the valve device 36 opens, the compressed air can be taken in. At a specific point in time, the valve device 36 can be closed again in a targeted manner, so that the compressed air is enclosed in the pressure vessel 32 .

Zum Ausleiten einer überschüssigen Menge an Bohrflüssigkeit 6 befindet sich an der Decke 18 des Gehäuses 12 eine Durchtrittsöffnung 40, welche über ein ansteuerbares Stellventil 42 geöffnet und geschlossen werden kann. Durch das Öffnen des Stellventils 42 kann so überschüssige Bohrflüssigkeit 6 nach oben aus dem Gehäuse 12 austreten, bis eine gewünschte Restflüssigkeitsschicht an Bohrflüssigkeit 6 über dem aufgenommenen abgetragenen Bodenmaterial 4 verbleibt, wie schematisch in der Figur dargestellt ist.For discharging an excess amount of drilling fluid 6, there is a passage opening 40 on the cover 18 of the housing 12, which opening can be opened and closed via a controllable control valve 42. By opening the control valve 42, excess drilling fluid 6 can escape upwards from the housing 12 until a desired residual liquid layer of drilling fluid 6 remains above the removed soil material 4 received, as shown schematically in the figure.

Nachdem eine ausreichende Füllung des Kastenbohrers 10 mit abgetragenem Bodenmaterial 4 erreicht ist, kann durch eine Änderung der Drehrichtung um die Bohrachse 11 zunächst die Drehplatte 26 gegenüber dem Klappboden 22 verdreht werden, wobei die Drehplatte 26 die Aufnahmeöffnung 16 am Klappboden 22 verschließt. Nunmehr kann der Kastenbohrer 10 über die Bohrstange 8 nach oben aus dem Bohrloch gezogen und zu einer gewünschten Entleerposition bewegt werden.After the box drill 10 has been sufficiently filled with removed soil material 4, the rotary plate 26 can first be rotated relative to the hinged floor 22 by changing the direction of rotation about the drilling axis 11. the rotary plate 26 closing the receiving opening 16 on the folding base 22 . The box drill 10 can now be pulled up out of the well via the drill rod 8 and moved to a desired emptying position.

An der Entleerposition kann der verriegelbare Klappboden 22 entriegelt werden, so dass der Klappboden 22 um ein Schwenkgelenk 24 am Gehäuse 12 des Kastenbohrers 10 nach unten aufklappen oder ausschwenken kann. Durch die so geöffnete Unterseite des Gehäuses 12 kann nunmehr das abgetragene Bodenmaterial 4 mit der verbliebenen Bohrflüssigkeit 6 in dem Aufnahmeraum 14 nach unten austreten.At the emptying position, the lockable folding floor 22 can be unlocked, so that the folding floor 22 can swing open or swing out downwards about a swivel joint 24 on the housing 12 of the box drill 10 . The removed soil material 4 with the remaining drilling fluid 6 in the receiving space 14 can now emerge downwards through the underside of the housing 12 which has been opened in this way.

Um insbesondere bei einem bindigen abgetragenen Bodenmaterial, 4, welches zum Anhaften an einer Innenwand des Gehäuses 12 neigt, kann zur Unterstützung des Entleervorgangs die Ventileinrichtung 36 geöffnet werden, wobei aus dem Druckbehälter 32 als Druckquelle 30 komprimierte Luft wieder zurück in den Aufnahmeraum 14 eintreten kann. Hierdurch wird ein zusätzlicher Druckimpuls von oben auf den Inhalt des Kastenbohrers 10 ausgeübt, so dass ein eventuell anhaftender Pfropfen aus abgetragenem Bodenmaterial 4 zusätzlich ausgetrieben wird. Insbesondere kann durch den Druckimpuls eine bestehende Haftreibungskraft überwunden und so der Bereich der geringeren Reibungskraft erreicht werden. Dabei kann das abgetragene Bodenmaterial 4 zusammen mit der darüberliegenden Schicht aus Bohrflüssigkeit 6 aus dem Innenraum 14 nach unten austreten.In particular in the case of a cohesive excavated soil material 4, which tends to adhere to an inner wall of the housing 12, the valve device 36 can be opened to support the emptying process, with compressed air from the pressure container 32 as the pressure source 30 being able to enter the receiving space 14 again. As a result, an additional pressure impulse is exerted from above on the contents of the box drill 10, so that a possibly adhering plug of removed soil material 4 is additionally expelled. In particular, an existing static friction force can be overcome by the pressure pulse and the range of the lower friction force can thus be reached. The removed soil material 4 can emerge downwards from the interior space 14 together with the overlying layer of drilling fluid 6 .

Das Vorhandensein einer gewissen Schicht an Bohrflüssigkeit 6 beim Einleiten der komprimierten Luft aus dem Druckbehälter 32 kann eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Druckluftstoßes auf eine Oberseite eines Pfropfens aus abgetragenem Bodenmaterial 4 in dem Aufnahmeraum 14 verbessern, so dass auch ein relativ geringfügiger Druckluftstoß ausreicht, um ein gewünschtes Austreiben zu bewirken.The presence of a certain layer of drilling fluid 6 when the compressed air is introduced from the pressure vessel 32 can improve the most uniform possible distribution of the compressed air blast on an upper side of a plug of removed soil material 4 in the receiving space 14, so that even a relatively small blast of compressed air is sufficient to bring about a desired expulsion.

Unmittelbar nach dem Druckluftstoß kann vorzugsweise auch die Durchtrittsöffnung 40 durch Öffnen des Stellventils 42 geöffnet werden, so dass gleichzeitig beim Austreten des Bodenmaterialpfropfens aus dem trommelförmigen Gehäuse 12 nach dem Druckluftstoß ein Druckausgleich bewirkt wird. Dies kann einen Vakuumeffekt verhindern, der ansonsten ein Entleeren erschweren könnte.Immediately after the blast of compressed air, the through-opening 40 can preferably also be opened by opening the control valve 42, so that a pressure equalization is effected at the same time as the plug of soil material emerges from the drum-shaped housing 12 after the blast of compressed air. This can prevent a vacuum effect that could otherwise make draining difficult.

Claims (15)

Kastenbohrer zum Erstellen einer Bohrung im Boden, mit - einem trommelförmigen Gehäuse (12), welches einen inneren Aufnahmeraum 14 zum Aufnehmen von abgetragenem Bodenmaterial (4), mindestens eine Aufnahmeöffnung (16) an einer Unterseite und eine im Wesentlichen geschlossene Decke (18) an der Oberseite des Gehäuses (12) aufweist, und - einer Abtragseinrichtung (20), welche im Bereich der Unterseite des Gehäuses (12) angeordnet und zum Abtragen von Bodenmaterial ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, - dass an einem oberen Bereich des Gehäuses (12) eine Druckquelle (30) angeordnet ist, welche über eine Ventileinrichtung (36) mit dem Aufnahmeraum (14) des Gehäuses (12) in Leitungsverbindung steht, und - dass die Ventileinrichtung (36) derart steuerbar ist, dass zum Entleeren des Aufnahmeraums (14) von beim Bohren aufgenommenes Bodenmaterial die Ventileinrichtung (36) geöffnet ist, wobei ein Druckmedium aus der Druckquelle (30) in den Aufnahmeraum (14) strömt. Box drill for making a hole in the ground, with - a drum-shaped housing (12) which has an inner receiving space 14 for receiving excavated soil material (4), at least one receiving opening (16) on an underside and a substantially closed cover (18) on the upper side of the housing (12), and - a removal device (20) which is arranged in the area of the underside of the housing (12) and is designed for removing soil material, characterized, - that a pressure source (30) is arranged in an upper region of the housing (12) and is in line connection with the receiving space (14) of the housing (12) via a valve device (36), and - that the valve device (36) can be controlled in such a way that the valve device (36) is opened to empty the receiving space (14) of soil material picked up during drilling, with a pressure medium flowing from the pressure source (30) into the receiving space (14). Kastenbohrer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ventileinrichtung (36) derart steuerbar ist, dass beim Abbohren sich bildende komprimierte Luft aus dem Aufnahmeraum (14) als Druckmedium in einem Druckbehälter (32) als Druckquelle (30) aufgenommen wird, beim Ziehen des Kastenbohrers (10) aus dem Boden die Ventileinrichtung (36) zum Einschließen von komprimierter Luft in dem Druckbehälter (32) geschlossen ist und zum Entleeren des Aufnahmeraums (14) von beim Bohren aufgenommenes Bodenmaterial die Ventileinrichtung (36) geöffnet ist, wobei komprimierte Luft zurück in den Aufnahmeraum (14) strömt.Box drill according to claim 1,
characterized,
that the valve device (36) can be controlled in such a way that compressed air which forms during drilling is received from the receiving space (14) as a pressure medium in a pressure container (32) as a pressure source (30), when the box drill (10) is pulled out of the ground, the valve device (36) is closed to trap compressed air in the pressure container (32) and to empty the receiving space (14) of soil material taken up during drilling the valve device (36) is open, with compressed air flowing back into the receiving space (14). Kastenbohrer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Unterseite des Gehäuses (12) ein Klappboden (22) klappbar gelagert ist, welcher zwischen einer Verschlussposition zum Verschließen des Gehäuses (12) nach unten und einer Öffnungsposition zum Entleeren des Aufnahmeraums (14) verstellbar ist.Box drill according to claim 1 or 2,
characterized,
that on the underside of the housing (12) a folding bottom (22) is mounted foldable, which can be adjusted between a closed position for closing the housing (12) downwards and an open position for emptying the receiving space (14). Kastenbohrer nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Klappboden (22) die mindestens eine Aufnahmeöffnung 16 ausgebildet ist und dass an dem Klappboden (22) eine Drehplatte (26) drehbar zum Öffnen und Schließen der mindestens einen Aufnahmeöffnung (16) gelagert ist. Box drill according to claim 3,
characterized, that the at least one receiving opening 16 is formed on the folding floor (22) and that a rotary plate (26) is rotatably mounted on the folding floor (22) for opening and closing the at least one receiving opening (16). Kastenbohrer nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abtragseinrichtung (20) an dem Klappboden (22) und/oder der Drehplatte (26) angeordnet ist.Box drill according to claim 4,
characterized,
that the removal device (20) is arranged on the folding floor (22) and/or the rotary plate (26). Kastenbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Decke (18) des Gehäuses (12) zusätzlich eine verschließbare Durchtrittsöffnung (40) vorgesehen ist, über welche Bohrflüssigkeit (6) aus dem Aufnahmeraum (14) des Gehäuses (12) nach außen austreten kann.Box drill according to one of claims 1 to 5,
characterized,
that on the cover (18) of the housing (12) there is also a closable passage opening (40) through which drilling fluid (6) can escape from the receiving space (14) of the housing (12) to the outside. Kastenbohrer nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchtrittsöffnung (40) mittels eines Stellventils (42) verschließbar ist, welches durch eine Steuerung betätigbar ist.Box drill according to claim 6,
characterized,
that the passage opening (40) can be closed by means of a control valve (42) which can be actuated by a controller. Kastenbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch ge kennzeichnet,
dass in einem oberen Bereich des Aufnahmeraums (14) ein Expansionselement angeordnet ist, welches durch das Druckmedium zum Entleeren weiter in den Aufnahmeraum (14) bewegbar ist.Box drill according to one of claims 1 to 7,
characterized,
in that an expansion element is arranged in an upper area of the receiving space (14) and can be moved further into the receiving space (14) by the pressure medium for emptying. Bohrgerät mit einer Trägervorrichtung mit einem Drehantrieb, durch welchen ein Kastenbohrer zum Erstellen einer Bohrung im Boden drehend antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kastenbohrer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 vorgesehen ist.Drilling device with a carrier device with a rotary drive, by means of which a box drill can be driven in rotation to create a bore in the ground, characterized in that
that a box drill (10) according to any one of claims 1 to 8 is provided. Bohrgerät nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Trägervorrichtung eine Steuerung zum Steuern des Kastenbohrers (10) angeordnet ist.Drill according to claim 9,
characterized,
that a controller for controlling the box drill (10) is arranged on the carrier device. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden mit einem Kastenbohrer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei zum Entleeren des Kastenbohrers (10) von dem Bodenmaterial aus der Druckquelle (30) ein Druckmedium in den Aufnahmeraum (14) eingeleitet wird.Method for creating a bore in the ground with a box drill (10) according to one of claims 1 to 8,
a pressure medium being introduced into the receiving space (14) from the pressure source (30) in order to empty the box drill (10) of the soil material. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass - der Kastenbohrer (10) drehend in den Boden unter Abtragen von Bodenmaterial eingebracht wird, - das abgetragene Bodenmaterial (4) in dem Aufnahmeraum (14) des Kastenbohrers (10) aufgenommen wird, - beim Abbohren ein Druckbehälter (32) als Druckquelle (30) mit komprimierter Luft als Druckmedium aus dem Aufnahmeraum (14) gefüllt wird, - beim Ziehen des Kastenbohrers (10) der Druckbehälter (32) mit aufgenommener komprimierter Luft geschlossen wird und - an einer Entleerposition der Kastenbohrer (10) von dem Bodenmaterial entleert wird, wobei der Druckbehälter (32) geöffnet wird und komprimierte Luft zurück in den Aufnahmeraum (14) zur Unterstützung des Entleerens von dem abgetragenen Bodenmaterial (4) eingeleitet wird. Method according to claim 11,
characterized in that - the box auger (10) is rotated into the ground while removing soil material, - the removed soil material (4) is received in the receiving space (14) of the box drill (10), - When drilling, a pressure vessel (32) as the pressure source (30) is filled with compressed air as the pressure medium from the receiving space (14), - When the box drill (10) is pulled, the pressure vessel (32) is closed with the compressed air that has been absorbed and - at a discharge position, the box auger (10) is discharged from the soil material, the pressure vessel (32) being opened and compressed air being introduced back into the receiving space (14) to assist in the discharge of the removed soil material (4). Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bohrung durch Wiederholen eines Bohrschrittes mit Einbringen des Kastenbohrers (10) und Ziehen des Kastenbohrers (10) erstellt wird.Method according to claim 11 or 12,
characterized,
that the hole is created by repeating a drilling step with inserting the box drill (10) and pulling the box drill (10). Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbau eines Druckes der komprimierten Luft eine Durchtrittsöffnung (40) an der Decke (18) des Gehäuses (12) geschlossen ist und dass zu einem weiteren bestimmten Zeitpunkt die Durchtrittsöffnung (40) zum Durchlass von Fluid aus dem Aufnahmeraum (14) geöffnet wird. Method according to claim 12 or 13,
characterized, that a passage opening (40) on the cover (18) of the housing (12) is closed in order to build up a pressure of the compressed air and that at a further specific point in time the passage opening (40) for the passage of fluid from the receiving space (14) is opened. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Steuerung ein Stellventil (42) an der Durchtrittsöffnung (40) derart gesteuert wird, dass zum Zeitpunkt des Entleerens der Aufnahmeraum (14) mit abgetragenem Bodenmaterial und Fluid gefüllt ist, wobei eine Flüssigkeitsschicht zwischen der Decke (18) und dem abgetragenen Bodenmaterial gebildet ist.Method according to claim 14,
characterized,
that a control valve (42) at the passage opening (40) is controlled by the controller in such a way that at the time of emptying the receiving space (14) is filled with removed soil material and fluid, with a liquid layer being formed between the cover (18) and the removed soil material.
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