DD202920A5 - drilling - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Tief- oder Schachtbohren mit einem Bohrkopf, dessen Drehkoerper eine axiale Leitung zur Zufuehrung eines gasfoermigen oder fluessigen Mittels und einen Rollenschneider aufweist, wobei die Drehachse des Drehkoerpers und die Achse des Rollenschneiders in Bohrrichtung auseinanderlaufen. Ziel der Erfindung ist es, die Gebrauchswerteigenschaften solcher Bohrvorrichtungen und gleichzeitig ihre Rentabilitaet zu erhoehen. Die Aufgabe besteht darin, eine Bohrvorrichtung zu schaffen, die unter schwacher Belastung arbeitet, einen leicht montierbaren Bohrkopf aufweist und ausserdem das Wegschaffen grosser Abraumstuecke ermoeglicht. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe derart geloest, dass der Rollenschneider eine mit wenigstens einer ringfoermigen Schneidflaeche (7) versehene Krone (5) ist und auf dieser Krone (5) diametral gegenueberliegenden Seite d. Drehachse (23) d. Drehkoerpers (1) an diesem ein Gegenelement vorgesehen ist, d. insbesondere aus einer um eine parallel z. erwaehnten Drehachse (23) orientierte Achse (14) drehbaren Rolle (13) besteht und sich beim Bohren an der Wand des Schachtes abstuetzt. Krone (5) und Rolle (13) sind so angeordnet, dass der Bohrkopf zentriert bleibt.The invention relates to a drilling apparatus for deep or well drilling with a drill head, whose rotary body has an axial line for supplying a gaseous or liquid agent and a slitter, wherein the axis of rotation of the rotary body and the axis of the slitter diverge in the drilling direction. The aim of the invention is to increase the utility properties of such drilling devices and, at the same time, their profitability. The object is to provide a drilling device that operates under light load, has an easily assembled drill head and also allows the removal of large Abraumstuecke. According to the invention, this object is achieved in such a way that the roller cutter is a crown (5) provided with at least one ring-shaped cutting surface (7) and on this crown (5) diametrically opposite side d. Rotation axis (23) d. Drehkoerpers (1) is provided at this a counter element, d. in particular from a parallel to z. mentioned axis of rotation (23) oriented axis (14) rotatable roller (13) and supports itself during drilling on the wall of the shaft. Crown (5) and roller (13) are arranged so that the drill head remains centered.
Description
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Titel der Erfindung BohrvorrichtungTitle of the invention Drilling device
Die Erfindung betrifft eine, Bohrvorrichtung mit einem Bohrkopf, dessen Drehkörper eine axial verlaufende Leitung zur Zuführung von Druckluft, Schlamm, Wasser oder einem anderen Bohrhilfsmittel aufweist und wenigstens einen auf einer fest am Drehkörper angeordneten Achse drehbar gelagerten Rollenschneider trägt, woboi die Drehachsen dos Drehkörpers und des Rollenschneiders in Bohrrichtung auseinanderlaufen.The invention relates to a, drilling apparatus with a drill head, the rotary body has an axially extending line for supplying compressed air, mud, water or other Bohrhilfsmittel and at least one rotatably mounted on a rotatably mounted on the rotary body roller cutter carries, woboi the axes of rotation dos rotary body and of the slitter diverge in the drilling direction.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions
Bohrvorrichtungen der vorstehend erwähnten Art mit einem Bohrkopf, welcher mit drei etwa konischen oder stumpfkonischen Schneidelementen versehen ist, sind bekannt und werden seit den Jahren 1930 verwendet. Die drei fiktiven Spitzen der Schneidelemente laufen dabei an einem Punkt auf der Drehachse des Bohrkopfes zusammen. Die Seitenfläche jedes Konus1 ist mit Zähnen ausgestattet, deren Abmessungen und Schliff von der Art des zu bohrenden Bodens abhängig sind. Jeder Konus ist an dem Bohrkopf in der Weise montiert, dass er sich auf dem Boden entlang einer seiner Mantellinien abstützt, und die Zähne des einen Konus1 greifen zwischen die Zwischenräume der Zähne des benachbarten Konus1. Die Wirkung der drei Konusse auf den Boden ist die gleiche, als wenn es sich um drei Rollen mit Zähnen handelt. Jeder Konus wird radial, durch eine Achse gehalten, auf welcher ein Kugellager sitzt, welches den Konus axial hält.Drilling devices of the type mentioned above with a drill head which is provided with three approximately conical or truncated cone cutting elements are known and have been used since the 1930s. The three fictitious tips of the cutting elements run together at a point on the axis of rotation of the drill head. The side surface of each cone 1 is equipped with teeth whose dimensions and grinding are dependent on the type of soil to be drilled. Each cone is mounted to the drill head so as to be supported on the floor along one of its generatrices, and the teeth of one cone 1 are engaged between the spaces of the teeth of the adjacent cone 1 . The effect of the three cones on the ground is the same as if it were three rollers with teeth. Each cone is held radially, by an axle, on which sits a ball bearing, which holds the cone axially.
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Während des Bohrvorganges, vor allem wenn es sich um einen steinigen Boden handelt, muss man einen grossen Druck ausüben, um den Felsen zu brechen und dann zu zerkleinern und wegzuschaffen. Da die drei Konusse entlang einer ihrer Mantellinien arbeiten, ist die Arbeitsfläche gross und man muss daher eine grosse Belastung auf den Bohrkopf ausüben, um den erforderlichen Druck zu erzielen. Der Boden steht unter einer grossen Kompression, was das Brechen des Felsens bewirkt, vor allem wenn es sich um einen rissigen Felsen handelt, und zwar auf einer Fläche, die sich radial weiter erstreckt als die Bohrung selbst, wodurch ein unregelmässiges Bohrprofil und eine unstabile Bohrungswand entsteht.During the drilling process, especially if it is a stony ground, you have to exert a lot of pressure to break the rock and then crush it and get rid of it. Since the three cones work along one of their generatrices, the working surface is large and it is therefore necessary to apply a great load to the boring head to achieve the required pressure. The soil is under great compression, which causes the rock to break, especially if it is a cracked rock, on a surface that extends radially further than the bore itself, creating an irregular drilling profile and an unstable bore wall arises.
Die dauernde Zufuhr eines Bohrhilfsmittels am Boden der Bohrung bewirkt die Entfernung des Bodenschuttes, welcher von den drei Konussen abgetragen ist. Der Durchmesser der Bodenfläche des Schachtes ist etwa gleich dem Durchmesser des Bohrkopfes und die Entfernung des Schuttes ist nur dann gewährleistet, wenn dessen Teilchengrösse einen Durchgang zwischen dem Umfang des Bohrkopfes und der Schachtwand ermöglicht. Es ist daher notwendig, dass die Schuttstücke so weit gebrochen werden, bis sie zwischen der Schachtwand und dem Aussenumfang des Bohrkopfes hindurchgehen können, wobei sie den Bohrvortrieb verlangsamen und ausserdem einen Teil des von dem Bohrhilfsmittel transportierten Schuttes bis zu den Kugellagern gelangen lassen, was deren Zerstörung ermöglicht.The continuous supply of a drilling aid at the bottom of the hole causes the removal of the soil debris, which is removed from the three cones. The diameter of the bottom surface of the well is approximately equal to the diameter of the wellhead and the removal of the debris is only ensured if its particle size allows passage between the perimeter of the wellhead and the well wall. It is therefore necessary that the pieces of debris be broken until they can pass between the hoistway wall and the outer periphery of the drill head, slowing down the drilling operation and also allowing a portion of the debris transported by the drilling aid to reach the ball bearings, and the like Destruction possible.
Der Ersatz eines Konus1 im Falle einer Störung ist langwierig, denn man muss das Kugellager demontieren, um den Konus abziehen zu können.The replacement of a cone 1 in case of failure is tedious, because you have to dismantle the ball bearing in order to pull off the cone.
Man hat schon einen Bohrkopf mit einer halbkugeligen Scheibe vorgeschlagen, die an einer fast rechtwinklig zur Achse des Drehkörpers angeordneten Achse sitzt. Der Umfang der Scheibe ist mit Einrichtungen versehen, um die Schachtwand abzutragenIt has already been proposed a drill head with a hemispherical disc, which sits at an almost perpendicular to the axis of the rotary body arranged axis. The circumference of the disc is provided with means to remove the shaft wall
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und zu profilieren, während sich die Kugelfläche an der Schachtwand abstützt, um durch Druck den Boden in Stücke zu brechen, welche von den Schneidkanten der Scheibe abgetragen werden.and to profile while the spherical surface is supported on the shaft wall to crush by pressure the soil into pieces, which are removed from the cutting edges of the disc.
Ziel der Erfindung ist es, die Gebrauchswerteigenschaften von Bohrvorrichtungen der genannten Art und gleichzeitig deren Rentabilität zu erhöhen.The aim of the invention is to increase the utility value of drilling devices of the type mentioned and at the same time their profitability.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Bohrvorrichtung, welche unter schwacher Belastung arbeitet, einen leicht montierbaren Bohrkopf aufweist und ausserdem das Wegschaffen grosser Abraumstücke ermöglicht.The object of the invention is to provide a drilling device which operates under light load, has an easily assembled drill head and also enables the removal of large spoil pieces.
Diese. Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Rollenschneider eine Krone mit wenigstens einer ringförmigen Schneidfläche ist und dass der Drehkörper auf der der Achse der Krone gegenüberliegenden Seite wenigstens ein Gegenelement, beispielsweise in Form einer Rolle trägt, welches so angeordnet ist, dass es sich an der Wand des gebohrten Schachtes abstützt, um den Bohrkopf durch Ausgleich der Radialkomponente der vom Erdboden auf die Krone ausgeübten Reaktionskräfte zu zentrieren und um die Schachtwand zu festigen.These. The object is achieved according to the invention that the winder is a crown with at least one annular cutting surface and that the rotary body carries on the opposite side of the axis of the crown at least one counter-element, for example in the form of a roll, which is arranged so that it on the Wall of the drilled shaft is supported to center the drill head by balancing the radial component of the force exerted by the ground on the crown reaction forces and to strengthen the shaft wall.
Die Wirkung des Gegenelementes ermöglicht die Stabilisierung des Bohrkopfes, welcher die Tendenz hat, um die Bohrachse zu schwingen und den unteren Angriffspunkt der Schneidfläche gegenüber der Bohrungsachse leicht zu verschieben.The action of the counter-element enables the stabilization of the drill head, which tends to swing around the drilling axis and easily displace the lower engagement point of the cutting surface with respect to the bore axis.
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Die Krone wirkt auf die zu bearbeitende Wand mittels einer mit Schneideinrichtungen versehenen ringförmigen Schneidfläche, so dass die Wirkung der Krone in einer Bearbeitung der Wand und nicht in einer Kompression besteht, um deren Lockerung zu erreichen. Es gibt zwar eine leichte Kompression seitens der Krone ganz am Boden des Schachtes, aber diese ist nicht wesentlich für die Wirkungsweise der Vorrichtung. Andererseits stützt sich das Gegenelement an der gegenüberliegenden Schachtwand ab und ermöglicht die Zentrierung des Bohrkopfes und den Ausgleich der radialen Reaktionskraft der Schachtwand, welche die Tendenz hat, die Krone wegzudrücken. Die notwendige Belastung zum Bohren ist verhältnismässig gering, weil die Bohrwirkung durch Bearbeitung und nicht durch Kompression erzielt wird. Man erhält dadurch eine stabilere Schachtwand. Diese Wand hat weniger die Tendenz nachzugeben als bei der Verwendung eines üblichen Bohrkopfes. Man kann dadurch den Aufwand für das Einbringen von Rohren einsparen, welche das Nachgeben der Wand verhindern.· Die Krone stützt sich nur auf einem Teil des Schachtbodens ab, und zwar auf weniger als der Hälfte, und sie lässt einen grossen Raum zum Wegschaffen grosser Abraumstücke.The crown acts on the wall to be machined by means of an annular cutting surface provided with cutters, so that the action of the crown is in a working of the wall and not in compression to achieve its loosening. Although there is a slight compression from the crown at the very bottom of the shaft, but this is not essential for the operation of the device. On the other hand, the counter element is supported on the opposite shaft wall and allows the centering of the drill head and the compensation of the radial reaction force of the shaft wall, which tends to push the crown away. The necessary load for drilling is relatively low, because the drilling effect is achieved by machining and not by compression. This gives a more stable shaft wall. This wall has less of a tendency to yield than when using a conventional drill head. It can save the expense of inserting pipes to prevent sagging of the wall. · The crown is supported on only part of the shaft bottom, less than half, leaving a large space for removing large pieces of debris ,
Vorzugsweise sitzt das als Rolle ausgebildete Gegenelement auf einer parallel zur Bohrrichtung orientierten Achse. Die Rolle kann die Form eines Parabolstumpfes haben, um sich der Wand des Schachtes anzupassen, oder aber auch rechtwinklig zu ihrer Drehachse einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen. Zweckmässigerweise befinden sich die höchsten Angriffspunkte der ringförmigen Schneidfläche und der Rolle auf derartigen Niveaus, dass der Bohrkopf beim Bohren ausgeglichen ist.Preferably, the counter-element formed as a roller sits on an axis oriented parallel to the drilling direction. The role may have the shape of a parabolic stump to adapt to the wall of the shaft, or even at right angles to its axis of rotation have an elliptical cross-section. Conveniently, the highest points of engagement of the annular cutting surface and the roller are at such levels that the drill head is balanced during drilling.
Das Gegenelement kann auch ein nicht—. drehbarer Körper mit einer Reibungsfläche sein. Der Bohrkopf kann mit einer Antriebseinrichtung zur Drehung der Krone um ihre Achse unabhängig von der Drehung des Drehkörpers ausgerüstet sein, wobeiThe counter element can also be a non-. be rotatable body with a friction surface. The drill head may be equipped with drive means for rotating the crown about its axis independently of the rotation of the rotary body, wherein
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diese Antriebseinrichtung insbesondere einen fest an der den Bohrkopf tragenden Drehachse angeordneten Motor sowie eine Einrichtung zur Uebertragung der Drehbewegung, vorteilhafterweise bestehend aus mit einem Zahnrad kämmenden Kegelrädern, aufweist. Ein von der Bohrkopfdrehung unabhängiger Drehantrieb der Krone erhöht die Schnittwirkung, was einerseits die Bohrarbeit zu beschleunigen und andererseits die Belastung, die parallel zur Bohrrichtung ausgeübt wird, noch weiter zu vermindern erlaubt. Der Motor kann eine Turbine sein, die von dem flüssigen oder gasförmigen Mittel angetrieben wird, das durch die Leitung der Vorrichtung zum Bohrkopf strömt. Die Antriebseinrichtung kann auch fest an der Achse der Krone angeordnet sein.this drive device in particular a fixedly arranged on the rotary head supporting the axis of rotation motor and a device for transmitting the rotational movement, advantageously consisting of meshing with a gear bevel gears having. Independent of the drill head rotation of the rotary drive crown increases the cutting action, which on the one hand to speed up the drilling work and on the other hand, the load, which is applied parallel to the drilling direction, further reduced. The engine may be a turbine driven by the liquid or gaseous medium flowing through the conduit of the apparatus to the drill head. The drive device can also be fixedly arranged on the axis of the crown.
Die das Gegenelement bildende Rolle sitzt zweckmässigerweise an einem radial verlängerbaren Arm, beispielsweise an einem Schraubengewinde oder einem hydraulischen Kolben.The counter-element forming role is conveniently located on a radially extendable arm, for example on a screw thread or a hydraulic piston.
Es ist ferner zweckmässig, dass der grösste Durchmesser des in Berührung mit der Wand des Schachtes befindlichen Bereichs der ringförmigen Schneidfläche etwa gleich der Seite eines gleichseitigen Dreiecks ist, welches in einen Kreis mit gleichem Durchmesser wie der Bohrungsdurchmesser eingeschrieben ist. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, dass die Achse der Krone von einem Arm getragen wird, der um eine Achse rechtwinklig zur Drehachse des Drehkörpers schwenkbar ist, so dass die Achse der Krone sowohl gegenüber der Drehachse des Drehkörpers verschwenkbar als auch in deren Verlängerung ausrichtbar ist; in der relativ zur Drehachse des Drehkörpers ausgerichteten Lage der Krone lässt sich der Bohrkopf zur Reparatur, zum Anschleifen oder zur Auswechslung und Anpassung an die Art des auszuhebenden Erdreichs leicht aus dem gebohrten Schacht herausziehen, ohne dass auch eventuell zur Abstützung der Schachtwand eingebrachte Rohre herausgehoben werden müssten, was die Gefahr eines Nachgebens derIt is also practical that the largest diameter of the area of the annular cutting surface in contact with the wall of the shaft is approximately equal to the side of an equilateral triangle which is inscribed in a circle of the same diameter as the bore diameter. The arrangement may also be such that the axis of the crown is carried by an arm which is pivotable about an axis perpendicular to the axis of rotation of the rotary body, so that the axis of the crown is both pivotable relative to the axis of rotation of the rotary body and in their extension aligned is; in the aligned relative to the axis of rotation of the rotary body position of the crown, the drill head for repair, for grinding or replacement and adaptation to the type of soil to be excavated easily pulled out of the drilled shaft without any possibly introduced to support the shaft wall pipes are lifted what would be the danger of yielding to the
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Schachtwand oder sogar eines teilweisen Einstürzens des Schachtes zur Folge haben könnte.Shaft wall or even a partial collapse of the shaft could result.
Die Anordnung kann ferner so getroffen sein, dass der Bohrkopf wenigstens zwei Kronen trägt, deren Achsen fest am Drehkörper im axialen Abstand voneinander und abwechselnd auf diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, wobei zweckmässigerweise wenigstens zwei Drehkörper in Achsenrichtung lösbar miteinander verbunden sind und je eine Krone tragen; ein solcher Bohrkopf wird vor allem zur Vergrösserung des Durchmessers eines vorher gebohrten Schachtes verwendet und ist zu diesem Zwecke so ausgebildet, dass die Durchmesser der Kronen und bzw. oder die Längen ihrer Achsen, ausgehend von der die kleinsten Abmessungen aufweisenden untersten Krone, zunehmen. Bei einer derartigen, zur Schachtverbreiterung dienenden Bohrvorrichtung kann der Drehkörper an seinem unteren Ende ausserdem mit einem üblichen Langbohrer versehen sein, der als Führung dient.The arrangement can also be made such that the drill head carries at least two crowns whose axes are fixedly arranged on the rotary body at an axial distance from each other and alternately on diametrically opposite sides, wherein expediently at least two rotary bodies are releasably connected to one another in the axial direction and each carry a crown ; Such a drill head is mainly used to increase the diameter of a previously drilled shaft and is designed for this purpose so that the diameters of the crowns and / or the lengths of their axes, starting from the smallest dimensions having the lowest crown, increase. In such, for shaft broadening drilling device, the rotating body may also be provided at its lower end with a conventional long drill, which serves as a guide.
Vorteilhafterweise befindet sich der untere Angriffspunkt der Schneidfläche der Krone am Boden des Schachtes in einem radialen Abstand von wenigstens 1 mm von der Drehachse des Drehkörpers. Weiterhin kann die Achse der Krone mit einer Leitung zur Zuführung von Druckluft, Wasser, Schlamm oder einem anderen Bohrhilfsmittel versehen sein, welche sowohl nahe der Mitte der Krone als auch an Oeffnungen an der Schneidfläche mündet, um das Bohrhilfsmittel unter Druck gegen die Schachtwand zu schleudern.Advantageously, the lower point of application of the cutting surface of the crown is at the bottom of the shaft at a radial distance of at least 1 mm from the axis of rotation of the rotating body. Furthermore, the axis of the crown may be provided with a conduit for supplying compressed air, water, sludge or other drilling aid which opens both near the center of the crown and at openings on the cutting surface to spin the drilling aid under pressure against the shaft wall ,
Es kann ferner vorteilhaft sein, die Achse der Krone versetzt zur Drehachse des Drehkörpers anzuordnen, wobei zweckmässigerweise der Winkel zwischen der versetzten Achse der Krone und der Geraden, die die Kronenmitte und den Schnittpunkt zwischen der Drehachse des Drehkörpers und der Achse der Krone verbindet, wenn letztere nicht versetzt angeordnet wäre, zwischen 1It may also be advantageous to arrange the axis of the crown offset from the axis of rotation of the rotary body, wherein expediently the angle between the offset axis of the crown and the straight line connecting the crown center and the intersection between the axis of rotation of the rotary body and the axis of the crown, if the latter would not be offset, between 1
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und 5 beträgt. Schliesslich kann mit Vorteil die Schneidfläche der profilierten oder mit Zähnen versehenen Krone die Form einer berechenbaren Fläche haben, derart, dass durch aufeinanderfolgend mit der Schachtwand in Berührung gelangende Bereiche der Schneidfläche das vorgesehene Profil des zu bohrenden Schachtes, selbst nach Abnutzung des ersten Schneidflächenbereichs, beibehalten wird.and 5 is. Finally, advantageously, the cutting surface of the profiled or toothed crown may be in the form of a calculable surface such that successive portions of the cutting surface which contact the well wall retain the intended profile of the well to be drilled, even after wear of the first cutting surface region becomes.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen beispielsweise fünf Ausführungsformen der Erfindung.For example, the accompanying drawings show five embodiments of the invention.
Figur 1 ist die Ansicht eines Axialschnittes einer ersten Ausführ ungsfοrm.Figure 1 is the view of an axial section of a first embodiment.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform, wobei die Krone und die Rolle unterschiedlich sind*Figure 2 shows a second embodiment, wherein the crown and the roller are different *
Figur 3 ist die Ansicht eines Axialschnittes einer dritten, schwenkbaren Ausführung.Figure 3 is a view of an axial section of a third, pivotable embodiment.
Figur 4 ist eine Draufsicht auf den unteren Teil der Ausführung nach der Figur 3.FIG. 4 is a plan view of the lower part of the embodiment of FIG. 3.
Figur 5 ist die Ansicht eines Axialschnittes der Ausführung nach Figur 3 in eingezogener Arbeitsstellung.Figure 5 is a view of an axial section of the embodiment of Figure 3 in retracted working position.
Figur 6 ist eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Bohrkopfes zum Erweitern eines vorhandenen Schachtes.Figure 6 is a schematic representation of a fourth embodiment of a drill head for expanding an existing manhole.
Figur 7 ist eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform im Axial schnitt mit Einrichtungen zum Drehantrieb der Krone.Figure 7 is a schematic representation of a fifth embodiment in axial section with means for rotary drive of the crown.
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Figur 8 zeigt eine besondere Ausbildung einer als Gegenelement dienenden Rolle.FIG. 8 shows a special embodiment of a roller serving as counter-element.
Figur 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Gegenelementes in anderer Form.Figure 9 is a perspective view of a counter element in another form.
Der Bohrkopf (Figur 1) besitzt einen Drehkörper 1, welcher an das Ende einer nicht dargestellten und in Umdrehung versetzten Stange angeschraubt ist. Der obere Teil des Drehkörpers 1 hat einen stumpfkonischen Abschnitt 2 mit einem Gewinde 3.The drill head (Figure 1) has a rotary body 1, which is screwed to the end of a not shown and staggered rod. The upper part of the rotating body 1 has a truncated conical section 2 with a thread 3.
Der Drehkörper 1 weist an seinem unteren Teil eine Achse 4 in Form eines zylindrischen Abschnitts auf, welcher nach unten von der Drehachse 23 des Drehkörpers 1 weggerichtet ist und auf dem eine Krone 5 drehbar gelagert ist. Diese Krone 5 hat an ihrem Umfang, wie in Figur 1 dargestellt, eine ringförmige stumpfkonische Fläche 6 und eine mit dieser einen Winkel einschliessende, ringförmige stumpfkonische Schneidfläche 7, die mit Schneideinrichtungen versehen ist. Die Achse 4 für die Krone 5 ist mit einem Kugellager 8 versehen, welches die Drehung der Krone 5 erleichtert. Eine Ring schulter 9 der Achse 4 dient als Anschlagslager für die Krone 5 und kann ebenfalls mit einem Kugellager 10 versehen werden. Eine Mutter 12 sichert die Befestigung der Krone 5 auf ihrer Achse 4, und eine Dichtung 11, welche das Kugellager 8 schützt, ist zwischen der Mutter 12 und dem Kugellager 8 angeordnet.The rotary body 1 has at its lower part an axis 4 in the form of a cylindrical portion, which is directed away from the rotation axis 23 of the rotary body 1 and down on which a crown 5 is rotatably mounted. This crown 5 has on its periphery, as shown in Figure 1, an annular truncated cone surface 6 and an angle with this enclosing, annular truncated conical cutting surface 7, which is provided with cutting means. The axis 4 for the crown 5 is provided with a ball bearing 8, which facilitates the rotation of the crown 5. A ring shoulder 9 of the axis 4 serves as a stop bearing for the crown 5 and can also be provided with a ball bearing 10. A nut 12 secures the attachment of the crown 5 on its axis 4, and a seal 11 which protects the ball bearing 8 is disposed between the nut 12 and the ball bearing 8.
Ein Gegenelement in Form einer Rolle 13 sitzt zwischen zwei horizontalen Platten 15 und 16 auf einer Achse 14, die parallel zur Drehachse 23 des Bohrkopfes orientiert und in diesen Platten 15, 16, die Teile des Drehkörpers 1 bilden, gelagert ist. Die am weitesten von der Drehachse 23 des Bohrkopfes entfernten Mantellinien der Umfangswand der Rolle 13 und der Schneidfläche 7 der Krone 5 liegen diametral einander gegenüber. Es ist möglich, den Bohrkopf mit weiteren Rollen zuA counter element in the form of a roller 13 is seated between two horizontal plates 15 and 16 on an axis 14 which is oriented parallel to the axis of rotation 23 of the drill head and in these plates 15, 16, which form parts of the rotary body 1 is stored. The furthest away from the axis of rotation 23 of the drill head generatrices of the peripheral wall of the roller 13 and the cutting surface 7 of the crown 5 are diametrically opposite each other. It is possible to use the drill head with other rollers
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versehen, welche winkelmässig oder axial im Abstand voneinander angeordnet sind.provided which are angularly or axially spaced from each other.
Durch den Drehkörper 1 läuft axial eine Leitung 18, die durch eine Oeffnung 19 in den gebohrten Schacht mündet. Diese Leitung 18 dient zur Zuführung von Luft, Wasser oder Schlamm zum Boden 20 des Schachtes, um die Krone 5 zu schmieren und zu kühlen und den Bohrschutt wegzuschaffen. Durch die Achse der Krone 5 kann ebenfalls eine Abzweigung der Leitung 18 verlaufen, die in einem Loch in der Mutter 12 mündet. Auf diese Weise erhält man eine bessere Kühlung der Kugellager 8 und 10.Through the rotary body 1 runs axially a line 18 which opens through an opening 19 in the drilled shaft. This line 18 serves to supply air, water or sludge to the bottom 20 of the shaft to lubricate and cool the crown 5 and to remove the drilling debris. Through the axis of the crown 5 may also be a branch of the conduit 18 extend, which opens into a hole in the nut 12. In this way one obtains a better cooling of the ball bearings 8 and 10.
Es ist ferner möglich, die Krone 5 an ihrer Schneidfläche 7 mit Oeffnungen zu versehen, durch welche eine Flüssigkeit unter grossem Druck gegen die zu bearbeitende Fläche ausgestossen wird. Diese Flüssigkeit gelangt je nach der Art des Erdreichs in die Schachtwand und erleichtert das Abtragen.It is also possible to provide the crown 5 at its cutting surface 7 with openings through which a liquid is ejected under great pressure against the surface to be machined. Depending on the type of soil, this liquid enters the shaft wall and facilitates removal.
Die Bohrung erfolgt in folgender Weise: Der Drehkörper 1 wird in üblicher Weise in Umdrehung versetzt und eine geringe Belastung auf den Bohrkopf ausgeübt. Die Schneidfläche 7 der Krone 5, die je nach der Art des Erdbodens Zähne aufweist oder einfach angeschärft ist, trägt Erde ab und erzeugt ein Loch, dessen Boden 20 einen Axialschnitt mit einem etwa parabolischen Profil aufweist.The drilling takes place in the following manner: The rotary body 1 is set in rotation in the usual way and exerted a small load on the drill head. The cutting surface 7 of the crown 5, which has teeth or simply sharpened, depending on the nature of the soil, carries off soil and creates a hole whose bottom 20 has an axial section with an approximately parabolic profile.
Betrachtet man eine Krone 5, die an ihrer Schneidfläche 7 mit Zähnen versehen und relativ zu ihrer Achse 4 blockiert ist, dann schneiden diese Zähne während der Drehung des Bohrkopfes eine Reihe von Absätzen in den Erdboden. Wegen der Belastung des Bohrkopfs dringt die Krone 5 im Ausmasse ihrer Umdrehung ein, und die von einem Zahn geschaffene horizontale Absatzfläche wird von einem benachbarten Zahn abgetragen, welcher einen Umfang beschreibt, dessen Durchmesser grosser ist als derjenige des Umfanges, welchen der vorhergehende Zahn beschreibt.Considering a crown 5 provided with teeth on its cutting face 7 and blocked relative to its axis 4, these teeth cut a series of steps into the ground during the rotation of the drill head. Because of the load on the drill head, the crown 5 penetrates to the extent of its revolution, and the horizontal shoulder created by one tooth is abraded by an adjacent tooth, which describes a circumference whose diameter is greater than that of the circumference described by the preceding tooth.
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Andererseits ist die Krone 5 frei drehbar um ihre Achse 4, und die vektoriellen Kräfte, welche auf die Schneidfläche 7 wirken, erzeugen ein Drehmoment, das die Krone 5 um ihre Achse 4 dreht. Auf diese Weise wird jeder Punkt der Schachtwand bearbeitet, und zwar unter der Wirkung einer etwa rechtwinklig zur Drehachse 23 des Bohrkopfes und tangential zur Schachtwand wirkenden Kraft sowie einer rechtwinklig zur Achse 4 der Krone 5 wirkenden Kraft. Diese Kräfte entstehen jeweils durch die Drehung des Bohrkopfes und durch die freie Drehung der Krone 5.On the other hand, the crown 5 is freely rotatable about its axis 4, and the vectorial forces acting on the cutting surface 7 generate a torque that rotates the crown 5 about its axis 4. In this way, each point of the shaft wall is processed, under the action of a force acting approximately at right angles to the axis of rotation 23 of the drill head and tangential to the shaft wall and a force acting at right angles to the axis 4 of the crown 5. These forces arise in each case by the rotation of the drill head and by the free rotation of the crown. 5
Vorher und je nach der Natur des Erdbodens muss man ein Loch von einigen Zentimetern Tiefe auf andere Weise bohren, damit zunächst ein grosser Teil der Schneidfläche 7 der Krone 5 mit dem Erdreich in Berührung gelangt. Ohne diese Massnahme, vor allem auf einem harten Boden, hat die Krone 5 zu Beginn der Bohrung die Tendenz, lediglich auf dem Erdboden um ihre Achse 4 abzurollen, weil nur -ein kleiner Teil ihrer Schneidfläche 7 sich in Kontakt mit dem Erdreich befindet. Um bei Drehung der Krone 5 um ihre Achse 4 einen Bohreffekt zu gewährleisten, ist es notwendig, dass der am tiefsten gelegene Angriffspunkt 21 der Schneidfläche 7 von der Drehachse 23 des Bohrkopfs wenigstens 1 mm entfernt ist. Der am höchsten gelegene Angriffspunkt ist mit 22 bezeichnet.Before and depending on the nature of the soil you have to drill a hole of a few centimeters deep in other ways, so that first a large part of the cutting surface 7 of the crown 5 comes into contact with the soil. Without this measure, especially on a hard ground, the crown 5 at the beginning of the hole tends to roll only on the ground about its axis 4, because only a small part of its cutting surface 7 is in contact with the soil. In order to ensure a drilling effect on rotation of the crown 5 about its axis 4, it is necessary that the lowest point of application 21 of the cutting surface 7 from the axis of rotation 23 of the drill head is at least 1 mm away. The highest point of attack is designated 22.
Die Rolle 13 stützt sich während der Bohrung an der Seitenwand des Schachtes ab, wobei ihr am höchsten liegender Angriffspunkt mit 17 bezeichnet ist, und dient als Gegenelement gegen die vom Erdboden gegen die Krone 5 ausgeübte Reaktionskraft; gleichzeitig verfestigt die Rolle 13 die Wand des Schachts.The roller 13 is supported during drilling on the side wall of the shaft, with its highest point of attack is denoted by 17, and serves as a counter element against the exerted from the ground against the crown 5 reaction force; at the same time, the roller 13 solidifies the wall of the shaft.
Die abgewandelte Ausführungsform nach Figur 2 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Ausführung nur hinsichtlich der Form der Rolle und der Schneidflache.The modified embodiment of Figure 2 differs from the embodiment described above only in terms of the shape of the roll and the cutting surface.
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Die Rolle 13' hat nämlich hier die Form eines Parabolstumpfes, womit sie an der Schachtwand anliegt. Es ist selbstverständlich, dass eine solche Rolle 13' auch anstelle der Rolle 13 der vorstehend beschriebenen Ausführung verwendet werden kann. Die Schneidfläche 7' der Krone 5 hat bei dieser Ausführung die Form eines sphärischen Ringes. Der Bereich der Schneidfläche 7, welcher in Berührung mit der Wand ist, hat hierbei einen maximalen· Durchmesser, der nach Figur 2 definiert werden kann durch die Länge des Segmentes zwischen den Angriffspunkten 211 und 22'. Der höchste Angriffspunkt 22' der Schneidfläche 7 und der höchste Angriffspunkt 17' der Rolle 13" können sich auf der gleichen Höhe befinden, wobei die Anordnung der Rolle 13' gegenüber der Krone 5 derart gewählt ist, dass der Bohrkopf während der Bohrung ausgeglichen bleibt, d.h. dass er nicht um die Drehachse 23 schwingt. Der Angriffspunkt 17' ist der höchste Punkt der Rolle 13' in Berührung mit der Schachtwand. Die optimale Länge des grössten Durchmessers der Schneidfläche 7* ist diejenige, welche der Seitenlänge eines gleichseitigen Dreieckes entspricht, das in einen Kreis mit demselben Durchmesser wie der Bohrungsdurchmesser eingeschrieben ist. Diese Länge ist in den Figuren 1 und 2 durch die Segmente zwischen den Angriffspunkten 21,22 bzw. 21',22' dargestellt.Here, the roller 13 'has the shape of a parabolic stump, with which it bears against the shaft wall. It will be understood that such a roller 13 'may also be used in place of the roller 13 of the embodiment described above. The cutting surface 7 'of the crown 5 in this embodiment has the shape of a spherical ring. The area of the cutting surface 7, which is in contact with the wall, in this case has a maximum · diameter, which can be defined according to Figure 2 by the length of the segment between the engagement points 21 1 and 22 '. The highest point 22 'of the cutting surface 7 and the highest point 17' of the roller 13 "can be at the same height, wherein the arrangement of the roller 13 'relative to the crown 5 is selected such that the drill head remains balanced during drilling, ie that it does not swing about the axis of rotation 23. The point of application 17 'is the highest point of the roller 13' in contact with the shaft wall The optimum length of the largest diameter of the cutting surface 7 * is that which corresponds to the side length of an equilateral triangle This length is shown in FIGS. 1 and 2 by the segments between the points of application 21, 22 and 21 ', 22', respectively, in a circle having the same diameter as the bore diameter.
Im übrigen bezeichnen in der Figur 2 die gleichen Bezugsziffern die gleichen, vorstehend beschriebenen Elemente. Der Abstand des Angriffspunktes 21' von der Schachtachse bzw. der Drehachse 23 ist in der Zeichnung stark übertrieben dargestellt. In Wirklichkeit beträgt dieser Abstand nur einige Millimeter, und die in der Mitte des Bodens 20 des Schachtes verbleibende Spitze wird von der Schneidflache 7' der Krone 5 abgetragen. Andererseits dient diese Spitze zum Zentrieren des Bohrkopfes in dem Fall, wo die Rolle 13' oder ein anderes Gegenelement sich nicht in dauernder Berührung mit der Schachtwand befindet. Es ist möglich, die Schneidfläche in derIncidentally, in FIG. 2, the same reference numerals designate the same elements described above. The distance of the point of application 21 'from the shaft axis or the axis of rotation 23 is greatly exaggerated in the drawing. In reality, this distance is only a few millimeters, and the tip remaining in the center of the bottom 20 of the shaft is removed from the cutting surface 7 'of the crown 5. On the other hand, this tip serves to center the drill head in the case where the roller 13 'or other counter element is not in permanent contact with the shaft wall. It is possible to use the cutting surface in the
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Weise zu profilieren, dass mit der Abnutzung eines ringförmigen Schneidbereichs, der mit Zähnen versehen oder auch ohne Zähne ausgebildet sein kann , der benachbarte Bereich die Abtragung übernimmt, wobei das Profil des gebohrten Schachts erhalten bleibt. Tatsächlich wird nämlich ein Profil etwa in Form einer Doppelparabel nach Figur 2 angestrebt, weil die mittlere Spitze eine Selbststabilisierung des Bohrkopfes ermöglicht, wobei sich die Krone 5 in einer leicht exzentrischen Lage befindet.To profile such that with the wear of an annular cutting area, which may be provided with teeth or even without teeth, the adjacent area takes over the removal, wherein the profile of the drilled shaft is maintained. In fact, a profile in the form of a double parabola according to FIG. 2 is actually sought, because the central tip enables self-stabilization of the drill head, the crown 5 being in a slightly eccentric position.
Die abgerundeten Formen der Rolle 13' und ihres aus den Platten 15 und 16 bestehenden Trägers sowie der Krone 5 erleichtern das Zurückziehen des Bohrkopfes.The rounded shapes of the roller 13 'and its consisting of the plates 15 and 16 carrier and the crown 5 facilitate the retraction of the drill head.
Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3, 4 und 5, bei welchem die Wände des Schachtes durch Rohre 27 verfestigt werden müssen, ist die Achse 28 der Krone 29 Teil eines Armes 30, welcher um eine Achse 31 rechtwinklig zur Drehachse des Bohrkopfes verschwenkbar ist. Diese Achse 31 sitzt an einem zylindrischen Drehkörper 32, durch welchen axial eine Leitung 33 bis zur Achse 31 geht, welche hohl ist. Die Achse 31 ist an ihrer Seitenfläche mit zwei Oeffnungen 34 und 34' versehen (Figur 4) , welche mit der Leitung 33 über ein nicht dargestelltes Rohr in Form eines umgekehrten U verbunden sind. Die Enden dieses Ü-Rohres sind an den beiden Oeffnungen 34 und 34* angeschlossen, während die Basis des U-Rohres über eine Oeffnung mit der Leitung 3 3 in Verbindung steht. Zwei andere Oeffnungen in der Seitenfläche der Achse 31 verbinden die Leitung 33 mit der Leitung 35, welche axial durch die Achse 28 der Krone 29 geht, sowie mit einer zweiten Leitung 36 in dem Arm 30, sobald der Bohrkopf sich in Arbeitsstellung befindet, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Der Arm 30 besitzt einen zylindrischen Kopf, durch welchen die Achse 31 geht. Der obere Teil dieses Kopfes des Armes 30 befindet sich in einer entsprechenden Ausnehmung des Drehkörpers 32.In the embodiment of Figures 3, 4 and 5, in which the walls of the shaft must be solidified by tubes 27, the axis 28 of the crown 29 is part of an arm 30 which is pivotable about an axis 31 perpendicular to the axis of rotation of the drill head. This axis 31 is seated on a cylindrical rotary body 32, through which axially a line 33 goes to the axis 31, which is hollow. The axis 31 is provided on its side surface with two openings 34 and 34 '(Figure 4), which are connected to the conduit 33 via an unillustrated tube in the form of an inverted U. The ends of this Ü-tube are connected to the two openings 34 and 34 *, while the base of the U-tube via an opening with the line 3 3 is in communication. Two other openings in the side surface of the axle 31 connect the conduit 33 to the conduit 35 which passes axially through the axis 28 of the crown 29 and to a second conduit 36 in the arm 30 as soon as the drill head is in the operative position is shown in Figure 2. The arm 30 has a cylindrical head through which the axis 31 passes. The upper part of this head of the arm 30 is located in a corresponding recess of the rotary body 32nd
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Der Kopf des Arms 30 besitzt ferner an einem Teil seiner Seitenfläche einen zylindrisch gekrümmten Anschlag 39. In der Arbeitsstellung liegt eine der beiden ebenen Anschlagsflächen des Anschlages 39, nämlich die Anschlagsfläche 40, an einer entsprechenden Fläche des Drehkörpers 32 an und sichert auf diese Weise die Winkelstellung der Krone 29. In einer Ausnehmung 38 zwischen dem Kopf des Armes 30 und dem Drehkörper 32 befindet sich eine Feder 37, welche sich einerseits gegen eine Anschlagsfläche 41 des Drehkörpers 32 und andererseits gegen die andere ebene Anschlagsfläche 4 2 des Anschlages 39 abstützt und so die Achse 31 in die Arbeitsstellung zurückbringt. Eine Zunge 43 des Arms 30 ist in Arbeitsstellung horizontal gerichtet und schlägt gegen den Drehkörper 3 2 an, wodurch ebenfalls die Winkelstellung der Krone 29 bestimmt wird. Andererseits schlägt diese Zunge 43 gegen das untere Ende des Rohres 27 an und bringt die Achse 28 der Krone 29 in eine vertikale Stellung, wie es in Figur 5 dargestellt ist, um den Bohrkopf durch das Rohr 27 herausziehen zu können. Das Ende der Zunge 4 3 reibt dabei gegen die Innenwand des Rohres 27 und hält auf diese Weise die Krone 29 in einer bestimmten Lage während ihrer Verschiebung innerhalb des Rohres 27.The head of the arm 30 also has on a part of its side surface a cylindrically curved stop 39. In the working position is one of the two flat stop surfaces of the stop 39, namely the abutment surface 40, on a corresponding surface of the rotary body 32 and secures in this way Angle position of the crown 29. In a recess 38 between the head of the arm 30 and the rotary body 32 is a spring 37 which on the one hand against a stop surface 41 of the rotary body 32 and on the other hand against the other flat stop surface 4 2 of the stop 39 is supported and so the axle 31 returns to the working position. A tongue 43 of the arm 30 is directed horizontally in the working position and strikes against the rotary body 3 2, whereby also the angular position of the crown 29 is determined. On the other hand, this tongue 43 abuts against the lower end of the tube 27 and brings the axis 28 of the crown 29 in a vertical position, as shown in Figure 5, in order to pull the drill head through the tube 27 can. The end of the tongue 4 3 rubs against the inner wall of the tube 27 and holds in this way the crown 29 in a certain position during its displacement within the tube 27th
Eine Rolle 24 an einem radial verlängerbaren Arm 25 rollt während des Bohrvorganges an der Wand des gebohrten Schachtes oder an der Innenwand des Rohres 27. Ihre wesentliche Aufgabe ist die Ausübung einer Gegenkraft gegen die Reaktionskraft des Erdbodens auf die Krone 29 und die Zentrierung des Bohrkopfes. Sie ermöglicht gleichzeitig eine Verfestigung der Schachtwand, wenn sie ausserhalb des Rohres 27 abrollt. Beim Einbringen des Bohrkopfes oder beim Herausziehen durch das Rohr 27 befindet sich der verlängerbare Arm 25 in seiner zurückgezogenen Stellung und ermöglicht dadurch den Durchgang des Bohrkopfes durch das Rohr 27 (Figur 5). Der Arm 25 kann ein hydraulischer Kolben sein. Vorzugsweise befindet sich die Rolle 27 in gleicher Höhe wie der obere Teil der Schneidfläche derA roller 24 on a radially extendable arm 25 rolls during the drilling operation on the wall of the drilled shaft or on the inner wall of the tube 27. Their essential task is the exercise of a counterforce against the reaction force of the soil on the crown 29 and the centering of the drill head. At the same time, it enables solidification of the shaft wall when it rolls outside of the pipe 27. When the drill bit is inserted or withdrawn through the tube 27, the extendable arm 25 is in its retracted position, thereby allowing passage of the drill bit through the tube 27 (Figure 5). The arm 25 may be a hydraulic piston. Preferably, the roller 27 is located at the same height as the upper part of the cutting surface of the
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Krone 29 oder auch niedriger, um die Stabilität des Bohrkopfes zu gewährleisten.Crown 29 or lower, to ensure the stability of the drill head.
Figur 6 zeigt schematisch eine abgewandelte Ausführungsform zur Vergrösserung des Durchmessers eines Schachtes 44, den man mit einer Bohrvorrichtung der zuerst beschriebenen Ausführung oder mit einer anderen üblichen Vorrichtung erhalten hat.Figure 6 shows schematically a modified embodiment for increasing the diameter of a shaft 44, which has been obtained with a drilling device of the first-described embodiment or with another conventional device.
Die dargestellte Ausführung besitzt drei mit Schneidflächen versehene Kronen 4 5,46, 47, welche im axialen Abstand und abwechselnd an gegenüberliegenden Seiten des Drehkörpers angeordnet sind. Der Durchmesser der ersten unteren Krone 45 ist kleiner als derjenige der zweiten Krone 4 6 und dieser wiederum kleiner als derjenige der dritten oberen Krone 47. Gleiches gilt für die Länge ihrer Achsen 51, 52 und 53.The illustrated embodiment has three provided with cutting surfaces crowns 4 5.46, 47, which are arranged at an axial distance and alternately on opposite sides of the rotating body. The diameter of the first lower crown 45 is smaller than that of the second crown 4 6 and this in turn smaller than that of the third upper crown 47. The same applies to the length of their axes 51, 52 and 53.
Zur Vereinheitlichung der Konstruktion ist es möglich, Kronen mit gleichem Durchmesser und Drehachsen verschiedener Längen zu verwenden oder auch umgekehrt. Der Drehkörper mit den drei Achsen 51, 52 und 53 der Kronen 45, 46 und 47 kann aus einem einzigen Werkstück bestehen. Aber diese Ausführung besitzt den Nachteil, dass sie etwas unhandlich ist und dass vor allem bei Ausfall einer der Kronen der ganze Bohrkopf ausgewechselt werden muss.To unify the construction, it is possible to use crowns of the same diameter and axes of rotation of different lengths or vice versa. The rotary body with the three axes 51, 52 and 53 of the crowns 45, 46 and 47 may consist of a single workpiece. But this design has the disadvantage that it is somewhat unwieldy and that especially in case of failure of one of the crowns, the entire drill head must be replaced.
Zur Vermeidung dieses Nachteils sitzt jede Krone 45, 46 und 47 an einem eigenen Drehkörper 48, 49 bzw. 50. Der untere Drehkörper 4 8 entspricht dann der Ausführung nach Figur 1 und wird nicht näher beschrieben. Am oberen Ende des unteren Drehkörpers 48 sitzt der Drehkörper 4 9 mit der Krone 4 6 in der Weise, dass sich die beiden Kronen 4 5 und 4 6 an den beiden gegenüberliegenden Seiten des auf diese Weise erhaltenen, zusammengesetzten Drehkörpers befinden. Um die gegenseitige Lage der beiden Kronen 45 und 46 zu sichern, erfolgt die Verbindung der beiden Drehkörper 48 und 49 durch einenTo avoid this disadvantage sits each crown 45, 46 and 47 on its own rotary body 48, 49 and 50. The lower rotary body 4 8 then corresponds to the embodiment of Figure 1 and will not be described in detail. At the upper end of the lower rotary body 48 of the rotary body sits 4 9 with the crown 4 6 in such a way that the two crowns 4 5 and 4 6 are located on the two opposite sides of the thus obtained, composite rotary body. In order to secure the mutual position of the two crowns 45 and 46, the connection of the two rotary bodies 48 and 49 is effected by a
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Bajonett-Verschluss oder in anderer geeigneter Weise. Der obere Drehkörper 50 ist auf dem mittleren Drehkörper 49 in derselben Weise befestigt, wobei sich jedoch seine Krone 47 auf derselben Seite befindet wie beim unteren Drehkörper 48.Bayonet lock or other suitable way. The upper rotary body 50 is fixed on the middle rotary body 49 in the same manner, but its crown 47 is on the same side as the lower rotary body 48.
Durch jeden der Drehkörper 48, 49 und 50 verläuft eine axiale Leitung 54 zum Durchgang von Kühlflüssigkeit und zur Rückführung des Abraums. Die axialen Leitungen 54 stehen untereinander in Verbindung und jede besitzt zwei Verzweigungen, von denen die eine axial durch die Achse 51, 52 bzw. 53 der entsprechenden Krone 45, 46 bzw. 47 geht und die andere radial an der Seitenfläche des betreffenden Drehkörpers 48, 49 bzw. 50 mündet.Through each of the rotary bodies 48, 49 and 50 extends an axial line 54 for the passage of cooling liquid and for the return of the overburden. The axial lines 54 communicate with each other and each has two branches, one of which passes axially through the axis 51, 52 and 53 of the corresponding crown 45, 46 and 47 and the other radially on the side surface of the respective rotary body 48, 49 and 50, respectively.
Bei der Verbreiterung des Schachtes 4 4 dient der untere Drehkörper 48 nur zur Führung und als Gegenelement für den zweiten mittleren Drehkörper 49 und so fort. Dabei kann der untere Drehkörper auch ein üblicher Langbohrer sein, wie er zum Bohren des Schachtes 44 verwendet wurde.In the broadening of the shaft 4 4, the lower rotary body 48 serves only for guidance and as a counter element for the second middle rotary body 49 and so on. In this case, the lower rotary body and a conventional long drill, as it was used for drilling the shaft 44.
Bei dieser letzten Ausführungsform ist es möglich, die Rollen in Höhe der oberen Kronen 46 und 47 wegzulassen, denn jede Krone dient hierbei der anderen als Gegenelement.In this last embodiment, it is possible to omit the rollers in the amount of the upper crowns 46 and 47, since each crown serves the other as a counter element.
Um eine radiale Verformung des zusammengesetzten Drehkörpers zu vermeiden, muss der axiale Abstand zwischen zwei Kronen begrenzt werden. Wenn hierbei der Abstand zwischen der Höhe des höchsten Punktes der ersten Krone 45 und des niedrigsten Punktes der nachfolgenden Krone 46 gleich dem Durchmesser des vorher gebohrten Schachtes 4 4 ist, vermeidet man eine unzulässige Verformung.In order to avoid a radial deformation of the composite rotary body, the axial distance between two crowns must be limited. Here, if the distance between the height of the highest point of the first crown 45 and the lowest point of the following crown 46 is equal to the diameter of the previously drilled shaft 4 4, avoiding an undue deformation.
In einer nicht dargestellten Abwandlung kann man die Drehachse der Krone gegenüber der Bohrkopf-Drehachse leicht in der Weise versetzen, dass sich ein Teil der Schneidfläche stärker gegenIn a modification, not shown, you can easily offset the axis of rotation of the crown relative to the drill head axis of rotation in such a way that a part of the cutting surface against
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die Schachtwandung abstützt, um dadurch das Drehmoment zu begünstigen, welches die Krone um ihre Achse drehen lässt. Der Winkel zwischen der Achse der Krone und der Graden, die durch die Mitte der nicht versetzten Krone und den Schnittpunkt der Drehachse des Drehkörpers mit der Achse der nicht versetzten Krone geht, soll dabei zwischen 1 unc vorstehend erwähnte Wirkung zu erzielen.supports the shaft wall, thereby promoting the torque that makes the crown rotate about its axis. The angle between the axis of the crown and the grades which passes through the center of the unequipped crown and the intersection of the axis of rotation of the rotary body with the axis of the unequipped crown is intended to achieve between 1 uncacted above effect.
Krone geht, soll dabei zwischen 1 und 5 betragen, um dieKrone goes, should be between 1 and 5, to the
Die beschriebene Bohrvorrichtung kann für alle Arten von vertikalen, schrägen oder horizontalen Bohrungen verwendet werden zur Gewinnung von Wasser, Erdöl sowie zur Forschung und Ausbeutung von Minen. Eine geringe Belastung ist ausreichend, um die gute Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung zu gewährleisten. Sie wird mit Vorteil verwendet für unterseeische Bohrungen, wo man Schichten sehr unterschiedlicher Härte durchdringen muss, welche von Sand bis zu den härtesten Felsen reichen. Gleiches gilt für horizontale Bohrungen, denn eine geringe axiale Belastung ist ausreichend für die gute Wirkungsweise. Die Vorrichtung kann auch in vorteilhafter Weise bei der Konstruktion von Tunneln verwendet werden.The drilling device described can be used for all types of vertical, oblique or horizontal drilling for the extraction of water, oil and for the research and exploitation of mines. A small load is sufficient to ensure the good operation of the device described. It is used to advantage for subsea wells where it is necessary to penetrate layers of very different hardness, ranging from sand to the hardest rocks. The same applies to horizontal holes, because a small axial load is sufficient for the good mode of action. The device can also be advantageously used in the construction of tunnels.
Die Kugellager dienen einzig zur Erleichterung der Kronendrehung und können mit Kugeln, Rollen oder Nadeln ausgestattet sein. Sie sind dicht ausgeführt, was ihre Lebensdauer verlängert. Es hat sich herausgestellt, dass man anstelle von Kugellagern auch Gleitlager verwenden kann, deren Lebensdauer grosser ist.The ball bearings are only to facilitate the rotation of the crown and can be equipped with balls, rollers or needles. They are tight, which extends their life. It has been found that you can use instead of ball bearings and plain bearings whose life is greater.
Die Schneidfläche kann entweder eine harte Fläche sein oder mit Zähnen aus Diamant oder Wolframkarbid oder dergleichen versehen sein, wobei die Auswahl von der Natur des zu bohrenden Bodens bestimmt wird.The cutting surface may either be a hard surface or provided with teeth of diamond or tungsten carbide or the like, the selection being determined by the nature of the soil to be drilled.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Krone um ihre Achse ist bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen abhängig von derThe rotational speed of the crown about its axis in the embodiments described above depends on the
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Umdrehungsgeschwindigkeit der Stange der Bohrvorrichtung, an welcher der Bohrkopf befestigt ist, und von vektoriellen Kräften, die auf die Kronenfläche wirken. Diese Abhängigkeit kann die Schneidwirkung der Krone vermindern und die Arbeitszeit verlängern und ausserdem eine unsymmetrische Abnutzung der Krone bewirken. Die Ausführung nach Figur 7 ermöglicht die Vermeidung dieser Nachteile.Rotation speed of the rod of the drilling device to which the drill head is attached and of vectorial forces acting on the crown surface. This dependence can reduce the cutting action of the crown and extend the working time and also cause an asymmetrical wear of the crown. The embodiment of Figure 7 allows to avoid these disadvantages.
Hierbei weist der Bohrkopf einen Drehkörper 101 auf, welcher an das Ende einer die Drehachse 102 bildenden Stange angeschraubt ist und einen Motor 103 trägt. Eine Krone 105, welche schematisch dargestellt ist, sitzt auf einer zur Richtung der Stange 102 geneigten Achse 104, die in einem entsprechend abgewinkelten Teil 106 des Drehkörpers 101 gelagert ist. Eine Rolle 108 ist diametral gegenüber diesem schrägen Teil 106 des Drehkörpers 101 angeordnet und sitzt auf einer Achse 109, die von zwei parallelen Armen 110 und 111 gehalten wird.In this case, the drill head has a rotary body 101, which is screwed to the end of a rod forming the axis of rotation 102 and carries a motor 103. A crown 105, which is shown schematically, sits on a direction of the rod 102 inclined axis 104, which is mounted in a corresponding angled portion 106 of the rotating body 101. A roller 108 is disposed diametrically opposite this inclined part 106 of the rotary body 101 and is seated on an axis 109 held by two parallel arms 110 and 111.
Die Krone 105 ist kinematisch mit dem Motor 103 über die Achse 104 und die Motorwelle 112 verbunden, die an ihren einander zugewandten Enden je ein konisches Ritzel 113 bzw. 114 tragen, welche mit einem Zahnrad 115 in Eingriff stehen. Die Motorwelle 112 treibt somit unabhängig von der Drehung der Drehachse 102 des Bohrkopfs das Zahnrad 115 und damit die Achse 104 mit der Krone 105 zur Bearbeitung der Wand 116 des Schachtes an.The crown 105 is kinematically connected to the motor 103 via the shaft 104 and the motor shaft 112 which carry at their ends facing each a conical pinion 113 and 114, which are in engagement with a gear 115. The motor shaft 112 thus drives, independently of the rotation of the axis of rotation 102 of the drill head, the gear 115 and thus the axis 104 with the crown 105 for machining the wall 116 of the shaft.
Der Motor 103 kann eine Turbine sein, die von einer Flüssigkeit angetrieben wird, welche innerhalb einer nicht dargestellten Leitung durch die Drehachse 102 und den Drehkörper 101 strömt und zum Wegschaffen des Abraums dient, oder ein beliebiger anderer Antriebsmotor. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Krone 105 ist unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Drehachse 102, so dass die auf den Bohrkopf ausgeübte Belastung schwächer ist. Die Krone 105 arbeitet nämlich wieThe motor 103 may be a turbine driven by a liquid which flows through the rotation axis 102 and the rotation body 101 within a duct, not shown, and serves to remove the overburden, or any other drive motor. The rotational speed of the crown 105 is independent of the rotational speed of the rotation axis 102, so that the load applied to the drill bit is weaker. The crown 105 works like
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eine Kreissäge oder eine Fräse, denn die Hauptschneidwirkung erfolgt durch ihre Eigendrehung. Je nach der Art des Erdbodens kann die Krone 105 mit Zähnen aus Diamant, Wolfram oder einem anderen Hartmetall besetzt sein.a circular saw or a milling cutter, because the main cutting action is due to their own rotation. Depending on the nature of the ground, the crown 105 may be occupied by teeth of diamond, tungsten or another hard metal.
Nach dem gleichen Prinzip kann auch eine Vorrichtung für horizontale Bohrungen geschaffen werden, beispielsweise zur Gewinnung von Kohle. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die Tunnel für Minenausbeutung einen viel grösseren Durchmesser haben. Es genügt daher, auf die Welle einer Bohrvorrichtung für Tunnel einen Drehkörper zu montieren, dessen abgewinkelter Teil viel länger ist als der Teil 106 des Drehkörpers 101 nach Figur 7 sowie die Arme 110 und 111, welche die das Gegenelement bildende Rolle 108 tragen. Da der abgewinkelte Teil des Drehkörpers länger ist, kann man einen Antriebsmotor für die Krone unmittelbar an diesem Teil des Drehkörpers unterbringen. Die Arbeitsweise einer derartigen Vorrichtung ist die gleiche wie diejenige der Vorrichtung nach Figur 7.By the same principle, a device for horizontal drilling can be created, for example, for the production of coal. The main difference is that the tunnels have a much larger diameter for mine exploitation. It is therefore sufficient to mount on the shaft of a tunnel boring device a rotary body whose angled portion is much longer than the portion 106 of the rotary body 101 of Figure 7 and the arms 110 and 111 which carry the counter-element forming roller 108. Since the angled portion of the rotating body is longer, you can accommodate a drive motor for the crown directly on this part of the rotating body. The operation of such a device is the same as that of the device of FIG. 7.
Um den von der Natur des Bodens bedingten Unregelmässigkeiten im Durchmesser des Bohrloches besser zu folgen, kann man auch die Rolle an einem verlängerbaren Arm anordnen. ; In order to better follow the irregularities in the diameter of the borehole due to the nature of the soil, it is also possible to arrange the roll on an extendable arm. ;
Eine andere Lösung besteht nach Figur 8 darin, eine Rolle 108 zu verwenden, deren Querschnitt rechtwinklig zur Bohrachse elliptisch ist. Diese Rolle 108 wird aus einem elliptischen Ring 120 aus einem harten Material wie Wolfram und aus einem von diesem Ring 120 umgebenen Kern 121 aus einem anderen Material, beispielsweise aus Kautschuk, gebildet. Der Kern 121 wird axial von einem zylindrischen Loch 122 zum Durchgang der Achse 109 der Rolle 108 durchsetzt. Diese Rolle 108 ist dazu bestimmt, an der Wand 116 des Schachts zu gleiten und nur beim Auftreten einer Unregelmässigkeit der Wand 116 abzurollen, bis sich die Krone 105 wieder in Berührung mit der Wand 116 desAnother solution according to Figure 8 is to use a roller 108 whose cross-section is elliptical at right angles to the drilling axis. This roll 108 is formed from an elliptical ring 120 of a hard material such as tungsten and a core 121 surrounded by this ring 120 of another material, for example of rubber. The core 121 is penetrated axially by a cylindrical hole 122 for passage of the axis 109 of the roller 108. This roller 108 is intended to slide against the wall 116 of the duct and to roll off only when an irregularity of the wall 116 occurs, until the crown 105 is again in contact with the wall 116 of the wall
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Schachtes befindet. Man kann nämlich davon ausgehen, dass die Rolle 108 normalerweise an der Wand 116 des Schachts mit dem der Achse 109 am nächsten liegenden Teil ihrer Seitenfläche, also rechtwinklig zur kleinen Achse der Ellipse, gleitet.Schachtes is located. It can be assumed that the roller 108 normally slides on the wall 116 of the shaft with the part of its side surface closest to the axis 109, ie perpendicular to the minor axis of the ellipse.
Sobald jedoch die Rolle 108 wegen einer ünregelmässigkeit, zum Beispiel einer Vertiefung in der Wand 116 des Schachts infolge einer Unstabilität des Erdreichs oder weil ein Felsbrocken herausgebrochen ist, nicht mehr in Kontakt mit dieser Wand 116 ist, wird der Bohrkopf unter der Wirkung der Reaktionskraft der Wand 116 auf die Krone 105 aus der Mittelstellung verschoben. Die Rolle 108 gerät dann wieder in Berührung mit der Wand 116 und beginnt daran abzurollen, bis die Krone 105 erneut in Kontakt mit der Wand 116 gelangt ist, woraufhin die Rolle 108 nicht mehr abrollt, sondern erneut an der Wand 116 des Schachts zu gleiten beginnt, und zwar mit einem Seitenflächenbereich, der von der Achse 109 der Rolle 108 weiter entfernt ist als unter normalen Bedingungen, Selbstverständlich darf die Veränderung des Bohrungsdurchmessers bzw. die Tiefe der Ünregelmässigkeit nicht grosser sein als der Längenunterschied zwischen der kleinen und der grossen Halbachse des die Rolle 108 bildenden elliptischen Körpers, um die gute Wirkungsweise der Vorrichtung zu gewährleisten. Die Rolle 108 geht in ihre Ausgangslage zurück, sobald die Abweichung des Bohrungsdurchmessers beseitigt ist. Die Drehung der Rolle 108 beträgt hierbei jeweils weniger als 90°.However, as soon as the roller 108 is no longer in contact with this wall 116 due to an irregularity, for example a depression in the wall 116 of the shaft due to instability of the soil or because a rock has broken out, the boring head will become under the action of the reaction force Wall 116 is moved to the crown 105 from the middle position. The roller 108 then again comes into contact with the wall 116 and begins to roll it until the crown 105 again comes into contact with the wall 116, whereupon the roller 108 no longer unrolls, but begins again to slide on the wall 116 of the shaft Of course, the change in the bore diameter or the depth of Ünregularmässigkeit must not be greater than the difference in length between the minor and the major axis of the Roll 108 forming elliptical body to ensure the good operation of the device. The roller 108 returns to its original position as soon as the deviation of the bore diameter has been eliminated. The rotation of the roller 108 is in each case less than 90 °.
Eine ebenfalls ausprobierte Lösung ist der Ersatz der Rolle als Gegenelement durch einen nicht-drehbaren elastischen Körper mit Reibungsfläche. Diese Lösung ermöglicht die Vermeidung einer Abnutzung, welcher die Achse einer Rolle mit kreisförmigem Querschnitt ausgesetzt ist, die viel schneller dreht als der Bohrkopf. Die Reibungsfläche kann die Seitenfläche eines etwa zylindrisch oder prismatisch ausgebildeten, festen Körpers sein. Sobald hierbei der Flächenteil, welcherAnother solution that has been tried out is the replacement of the roller as a counter element by a non-rotatable elastic body with a friction surface. This solution makes it possible to avoid wear, which is exposed to the axis of a roller with a circular cross-section, which rotates much faster than the drill head. The friction surface may be the side surface of an approximately cylindrical or prismatic solid body. As soon as the surface part, which
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sich in Berührung mit der Wand des gebohrten Schachtes befindet, abgenutzt ist, kann man diesen Körper in der Weise drehen, dass ein noch nicht abgenutzter Teil der Seitenfläche gegenüber der Schachtwand zu liegen kommt.is worn in contact with the wall of the drilled shaft, one can turn this body in such a way that a not yet worn part of the side surface comes to rest against the shaft wall.
Ein solches Gegenelement ist in Figur 9 dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen prismatischen Körper, dessen Kanten und Seitenfläche abgerundet sind. Die Seitenfläche kann mit elastisch verformbaren Zähnen versehen sein, um die Veränderungen der Wand des gebohrten Schachtes auszugleichen. Dieses Gegenelement ist parallel zur Bohrachse fest angeordnet, so dass eine seiner seitlichen Flächen oder Kanten sich gegenüber der Wand des Schachtes befindet. Sobald diese Fläche oder Kante abgenutzt ist, kann man das Gegenelement drehen und eine der anderen Flächen oder Kanten der Schachtwand zukehren. Unter den zahlreichen Arbeitsstellungen eines solchen Gegenelements lässt sich jeweils diejenige auswählen, bei der die Arbeitsfläche der von der Krone bearbeiteten Schachtwand angepasst ist. Das Gegenelement kann so angeordnet sein, dass es nur an der vertikalen Schachtwand anliegt oder aber, auf einem tieferen Niveau, auf dem oberen Bereich des profilierten Schachtbodens aufliegt. Der Hauptzweck des Gegenelementes besteht darin, dass die Krone, vor allem am Anfang einer Bohrung, in eine Lage gebracht wird, in der sie das Ausbohren eines gegenüber der Schachtachse exzentrischen Loches bewirkt, wie in Figur 2 veranschaulicht.Such a counter element is shown in FIG. It is a prismatic body whose edges and side surface are rounded. The side surface may be provided with elastically deformable teeth to compensate for changes in the wall of the drilled shaft. This counter element is fixedly arranged parallel to the drilling axis, so that one of its lateral surfaces or edges is located opposite the wall of the shaft. Once this surface or edge is worn, you can rotate the counter element and return to one of the other surfaces or edges of the shaft wall. Among the numerous working positions of such a counter element can be selected in each case, in which the working surface of the machined by the crown shaft wall is adjusted. The counter-element can be arranged so that it rests only on the vertical shaft wall or rests on a lower level on the upper portion of the profiled shaft bottom. The main purpose of the counter element is that the crown, especially at the beginning of a bore, is brought into a position in which it causes the drilling of a hole eccentric with respect to the shaft axis, as illustrated in FIG.
Claims (23)
beträgt.22. Device according to item 21, characterized in that the angle between the offset axis of the crown and the straight line connecting the center of the non-offset crown and the intersection between the axis of rotation of the rotary body and the axis of the non-offset crown, between 1 and 5
is.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH323082 | 1982-05-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD202920A5 true DD202920A5 (en) | 1983-10-05 |
Family
ID=4251453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD24245882A DD202920A5 (en) | 1982-05-26 | 1982-08-12 | drilling |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD202920A5 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19780282B3 (en) * | 1996-03-01 | 2012-09-06 | Tiger 19 Partners, Ltd. | Self-supporting expansion drill |
-
1982
- 1982-08-12 DD DD24245882A patent/DD202920A5/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19780282B3 (en) * | 1996-03-01 | 2012-09-06 | Tiger 19 Partners, Ltd. | Self-supporting expansion drill |
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