-
-
Groß lochbohrvorrichtung
-
Die Erfindung betrifft eine Großlochbohrvorrichtung mit einer an einem
Traggerüst aufzuhängenden, rotatorisch antreibbaren Drehstange und einer am unteren
Ende der Drehstange befestigten Bohrgut-Aufnahmevorrichtung, die an ihrem unteren
Ende Schürfelemente und mindestens eine daran anschließende Schrägfläche zum Abschaben
und Aufnehmen einer begrenzten Bohrgutmenge von der Bohrlochsohle aufweist.
-
Zur Herstellung von Großlochbohrungen für Betonpfähle, Brunnenbohrungen
u.dgl. mit einem Durchmesserf in der Größenordnung von 1 m ist es bekannt, an dem
unteren Ende einer Drehstange eine Bohrgutaufnahmevorrichtung in Form eines Kübels
oder einer Schnecke zu befestigen.
-
Die Dreh stange wird zusammen mit der Bohrgutaufnahmevorrichtung unter
Gewichtsbelastung heruntergelassen und gedreht. Dabei nehmen die am unteren Ende
der Bohrgutaufnahmevorrichtung angeordneten Schürfelemente Erde auf, die über anschließende
Schrägflächen nach oben geleitet wird. Die Bohrgutaufnahmevorrichtung
kann
entweder ein seitlich geschlossener Kübel sein, oder eine Schnecke, die einen sich
über mehrere Windungen erstreckenden schrägen Tragboden aufweist, an den Seiten
jedoch offen ist. Wenn die Bohrgutaufnahmevorrichtung ganz oder teilweise mit Erde
gefüllt ist, wird sie an der Drehstange aus dem Bohrloch herausgezogen und außerhalb
des Bohrlochs entleert. Dies geschieht bei Kübeln dadurch, daß der untere Kübelboden
geöffnet wird,und bei Schnecken dadurch, daß die Schnecke kurzzeitig entgegen zur
Aufnahmerichtung schnell gedreht wird, wodurch das in den Wendelgängen befindliche
Bohrgut abgeschleudert wird.
-
Großlochbohrungen werden normalerweise in lockeren Böden durchgeführt,
die durch Drehen der Bohrgutaufnahmevorrichtung unter der Wirkung der Schürfelemente
ausgebohrt werden können. Derartige Böden können aber auch dicke Steine enthalten,
die von der Bohrvorrichtung nicht zerstrümmert werden können. Außerdem müssen Großlochbohrungen
häufig bis in das unter dem Lockerboden befindliche Gestein hineingeführt werden,
z.B. bei Pfahlgründungen für Gebäude. Mit den bekannten Großlochbohrvorrichtungen
ist es nicht möglich, Gestein, das sich im Zuge des geplanten Bohrlochs befindet,
zu zerstrümmern. Wenn man bei der Herstellung einer Großlochbohrung auf Gestein
stößt, wird die Bohrgutaufnahmevorrichtung aus dem Bohrloch herausgezogen und an
dem Traggerüst ein Fallgewicht befestigt. Uber eine Freifallwinde läßt man das Fallgewicht,
das in der Regel eine Masse von fünf bis zehn Tonnen aufweist, im freien Fall auf
die Bohrlochsohle aufschlagen. Dies
erfordert einerseits eine Umrüstung
des Bohrgeräts durch Entfernung der Drehstange und der Bohrgut-Aufnahmevorrichtung
und Anbringung des Fallgewichtes.
-
Andererseits haben die schweren Fallgewichte eine große Masse, so
daß sie teuer und wegen ihres großen Gewichtes schwer zu transportieren sind. Schließlich
basiert die Wirkung eines Fallgewichts auf einem einzigen Stoß mit starker Amplitude,
wodurch das Gestein nicht wesentlich ermüdet wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Großlochbohrvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der beim Auftreffen auf Böden, die nicht
mehr schneid- oder reißfähig sind, ein weiterer Vortrieb möglich ist, ohne daß Fallgewichte
eingesetzt werden müßten.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die
Bohrgutaufnahmevorrichtung einen Fluidhammer enthält, der Schläge auf ein Schlagwerkzeug
ausüben kann, welches über die Schürfelemente hinaus nach unten vorsteht.
-
Mit einer derartigen Großlochbohrvorrichtung kann in Lockerböden in
der bisherigen Weise ausschließlich durch Drehen gebohrt werden, wobei die Schürfelemente
den Boden von der Bohrlochsohle abfräsen. Trifft man beim Bohren auf Gestein oder
auf widerstandsfähigen zähen Boden, dann wird der Fluidhammer eingeschaltet, während
die Drehstange weiterhin gedreht wird. Das Schlagwerkzeug wird dabei drehend und
schlagend über die Bohrlochsohle geführt und lockert diese, wobei die in der Drehbewegung
nachfolgenden Schürfelemente
den gelockerten Boden sogleich aufnehmen
und in die Bohrgutaufnahmevorrichtung einführen. Da das Schlagwerkzeug die Schürfelemente
nach unten hin nur geringfügig überragt, wird das abgeschlagene Bohrgut sogleich
von der Bohrlochsohle abgeschrüft und entfernt. Daher kann sich auf der Bohrlochsohle
kein Bohrgutkissen von größerer Stärke bilden, das die Schlagwirkung des Schlagwerkzeugs
dämpfen würde. Der Hydraulikhammer hat eine erheblich größere Schlagfrequenz als
ein Fallgewicht und ist daher imstande, das Gestein durch häufige Schläge zu ermüden,
so daß zum Aufbrechen des Gesteins eine erheblich geringere Einzelschlagenergie
erforderlich ist als bei Fallgewichten.
-
Der Fluidhammer kann mit Druckluft oder Druckflüssigkeit betrieben
werden. Er ist an der Bohrgutaufnahmevorrichtung fest angebracht und dreht sich
mit dieser.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Bohrgutaufnahmevorrichtung
ein an die Drehstange anschließbares Mittelrohr auf, das den Zylinder des Fluidhammers
bildet und an dessem unteren Ende das Schlagwerkzeug drehfest aber in Längsrichtung
in Grenzen verschiebbar angebracht ist. Das Mittelrohr bildet somit die Achse der
Bohrgutaufnahmevorrichtung.
-
An dieser Achse ist im Falle eines Kübels die Umfangswand dieses Kübels
mit radialem Abstand befestigt und im Falle einer Wendel ist an dieser Achse die
den Tragboden bildende Wendelfläche befestigt. Das Hammergehäuse bildet also ein
konstruktives Tragelement der Bohrgutaufnahmevorrichtung. Die Drehstange ist hohl
ausgebildet, d.h. sie weist mindestens einen längs-
laufenden Kanal
auf, durch den das Druckfluid zum Fluidhammer zugeführt wird.
-
Um sicherzustellen, daß das Schlagwerkzeug im wesentlichen die gesamte
Fläche der Bohrlochsohle erfaßt, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen, daß das Schlagwerkzeug einen sich nahezu über die gesamte Breite der
Bohrgutaufnahmevorrichtung erstreckenden Schlagbalken aufweist und daß - in Draufsicht
gesehen - die Schürf elemente in Bezug auf den Schlagbalken rotatorisch versetzt
angeordnet sind. Der Schlagbalken übt während der Drehbewegung der Bohrgutaufnahmevorrichtung
Schläge auf die Bohrlochsohle aus und das auf diese Weise gelockerte Bohrgut wird
von den bei der Drehung nachfolgenden Schürfelementen sofort aufgenommen und in
die Bohrgutaufnahmevorrichtung geleitet. Wenn die Bohrgutaufnahmevorrichtung eine
gewisse Menge an Bohrgut enthält, wird sie hochgezogen und entleert.
-
Am oberen Ende der Bohrgutaufnahmevorrichtung befindet sich zweckmäßigerweise
eine Austrittsöffnung für das den Fluidhammer verlassende Fluid. Wenn der Fluidhammer
mit Druckluft betrieben wird, kann diese als Abluft des Bohrhammers am oberen Ende
der Bohrgutaufnahmevorrichtung frei in das Bohrloch hinein austreten. Im Falle der
Verwendung von öl muß dieses natürlich über eine Leitung nach oben abgeleitet werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Bohrgutaufnahmevorrichtung
ein seitlich geschlossener Kübel mit mindestens einer abklappbaren Bodenklappe,
die einen die E;ulit'i:fc 1 1mente tragenden
Rand aufweist.
-
Gemäß einer anderen bevorzugten Variante der Erfindung ist die Bohrgutaufnahmevorrichtung
eine an ihrem Außenumfang offene Schnecke, in deren Achse sich der Fluidhammer befindet.
-
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der gesamten Bohrvorrichtung,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Kübels der Bohrvorrichtung nach Fig. 1, teilweise
geschnitten, Fig. 3 eine Ansicht des Kübels der Fig. 2 mit dem Schlagwerkzeug von
unten, Fig. 4 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei
der die Bohrgutaufnahmevorrichtung eine seitlich offene Schnecke ist - teilweise
geschnitten -, Fig. 5 eine Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 4 von unten, und
Fig.
6 eine Seitenansicht des unteren Teils der Vorrichtung nach Fig. 4, aus Richtung
des Pfeiles VI.
-
Gemäß Fig. 1 ist die Großlochbohrvorrichtung 10 an dem Traggerüst
11 eines Baggers 12 aufgehängt. An einem Tragseil hängt die Drehstange 13, an derem
unteren Ende sich die Bohrgutaufnahmeeinrichtung 14 in Form eines Kübels befindet,
der nachfolgend noch näher erläutert wird. An dem unteren Ende des Traggerüstes
11 befindet sich ein Drehtisch 15, durch den die Drehstange 13 hindurchgeht. Die
Drehstange 13 hat ein unrundes Außenprofil, z.B. ein Vierkantprofil. Der Drehtisch
15 ist mit einem Antrieb versehen, um die Drehstange 13 zu drehen. Am oberen Ende
der Drehstange 13 befindet sich ein Anschlußkopf 16, durch den Druckluft in das
Innere der hohlen Drehstange 13 eingeführt wird. Während die Drehstange 13 gedreht
wird, wird der Anschlußkopf 16 diese Drehung nicht mit.
-
Der Kübel 14 hat eine im wesentlichen zylindrische Form. Er wird in
das Bohrloch 17 abgesenkt. Wenn er die Bohrlochsohle 18 erreicht hat und durch das
Gewicht der Bohrvorrichtung 10 auf der Bohrlochsohle 18 aufliegt, schürft er infolge
der ihm von der Drehstange 13 erteilten Drehung die Bohrlochsohle ab, um das Bohrloch
17 weiter nach unten zu treiben.Am oberen Ende des Kübels 14 befindet sich ein Druckluftauslaß
19.
-
Wie Fig. 2 zeigt, ist der zylindrische Kübel 14 an dem unteren Ende
der Drehstange 13 aufgehängt.
-
Hierzu ist das untere Ende der Drehstange 13 mit einem Rohr 20 verbunden,
das die Achse des Kübels 14 bildet.
-
Das Rohr 20 weist in der Nähe seines oberen Endes eine Querachse 21
auf, an der der äußere Mantel des Kübels aufgehängt ist.
-
Das Rohr 20 ist gleichzeitig der Zylinder eines Drucklufthammers 22,
dessen Kolben mit 23 bezeichnet ist.
-
Der Kolben 23 weist einen nach unten abstehenden zylindrischen Ansatz
24 kleineren Durchmessers auf, der in einer in das Rohr 20 eingepaßten und in diesem
befestigten Führungshülse 29 verschiebbar ist. Die obere Kolbenfläche 30 ist größer
als die untere Kolbenfläche 31. In der Wand des Rohres 20 befinden sich zwei Einlaßöffnungen
25 und 27, die durch ein außen angeschweißtes Rohr 32 mit dem Innern der Drehstange
13 verbunden sind. Auf der gegenüberliegenden Seite des Rohres 20 befinden sich
zwei Auslaßöffnungen 26 und 28, die durch ein weiteres außen an das Rohr 20 angeschweißtes
Rohr 33 mit der Auslaßöffnung 19 verbunden sind. Die obere Kolbenfläche 30 wirkt
mit der Einlaßöffnung 25 und der Auslaßöffnung 26 zusammen, die höhenmäßig gegeneinander
versetzt sind, und die untere Kolbenfläche 31 wirkt mit der Einlaßöffnung 27 und
der Auslaßöffnung 28 zusammen, die ebenfalls höhenmäßig gegeneinander versetzt sind.
Die Konstruktion des Fluidhammers 22 ist bekannt, so daß die Funktion hier nicht
näher erläutert werden muß. Die Steueröffnungen 25 bis 28, die abwechselnd von den
Kolben 23 verschlossen und freigegeben werden, bewirken, daß de Kolben 23 periodische
IIin- und IIerbewegungen ausführt und dabei mit dem Ansatz 24 auf die rückwärtige
Schlag-
fläche 34 des Schlagwerkzeugs 35 schlägt. Das Schlagwerkzeug
35 ist mit einem Schaft 36, der eine Keilverzahnung aufweist, in einer fest mit
dem unteren Ende des Rohres 20 verbundenen Hülse 37, die in ihrem Innern ebenfalls
eine Keilverzahnung aufweist, drehfest verbunden. Der Schaft 36 weist eine Längsnut
38 auf, in die ein Querstift 39 mit einem Teil seines Umfangs hineinragt, um die
Längsverschiebbarkeit des Schaftes 36 relativ zu der Hülse 37 bzw. zu dem Rohr 20
zu begrenzen.
-
Am unteren Ende des vertikalen Schaftes 36 befindet sich der horizontale
Schlagbalken 40, der an seiner Unterseite Hartmetallelemente 41 aufweist. Wie die
Fig. 2 und 3 zeigen, erstreckt sich der Schlagbalken 40 über nahezu die gesamte
Breite des Mantels des Kübels 14. Der Mantel des Kübels 14, das Rohr 20 und der
horizontale Schlagbalken 40 sind sämtlich drehfest mit der Drehstange 13 verbunden,
so daß sich diese Teile gemeinsam drehen.
-
Die Bodenwand des Kübels 14 besteht in bekannter Weise aus zwei Klappen
43,44, von denen sich jede gemäß Fig. 3 über einen Teil des Umfangs der Bodenfläche
erstreckt. Die Klappen 43 und 44 sind jeweils wendelförmig gebogen. Jede dieser
Klappen erstreckt sich über einen Winkelbereich von mehr als 1800, so daß sich die
Klappen im geschlossenen Zustand überlappen. An der Vorderkante 45 der Klappe 43
befinden sich nach vorne abstehende Schürfelemente 45a in Form
von
Zähnen. Die rückwärtige Kante 46 der Klappe 43 liegt im Innern des Kübels 14 auf
einem höheren Niveau als die Vorderkante 45.
-
Die Vorderkante 45' der anderen Klappe 44 weist ebenfalls nach vorne
(d.h. in Drehrichtung der Pfeile 40 weisende Schürfelemente 45a auf, während die
rückwärtige Kante 46' dieser Klappe 44 sich im Innern des Kübels 14 auf einem höheren
Niveau befindet. Beide Klappen 43 und 44 sind gemäß Fig. 2 nach Art einer konischen
Wendel ausgebildet,um die Bohrlochsohle kegelförmig abzuschürfen. Der Schlagbalken
40, dessen Hartmetallelemente 41 den tiefsten Punkt der Klappen 43 und 44 um etwa
1 bis 2 cm nach unten überragen, ist dagegen geradlinig ausgebildet, so daß sämtliche
Hartelemente 41 auf gleichem Niveau arbeiten. Damit der Schlagbalken 40 die Klappen
43,44 durchdringen kann, sind in den Klappen entsprechende Schlitze 49 vorgesehen.
-
Die Klappen 43 und 44 sind jeweils um eine Schwenkachse 50, die im
Innern des Kübels 14 angeordnet ist, schwenkbar und können somit zum Entleeren des
Kübels außerhalb des Bohrlochs nach unten geschwenkt werden.
-
Die verschwenkbare Anbringung der Klappen 43 und 44 sowie der Verschwenkmechanismus
sind bekannt, so daß diese Einzelheiten nicht näher erläutert werden müssen.
-
Es sei lediglich erwähnt, daß die Klappen 43,44 dadurch nach unten
geschwenkt und geöffnet werden, daß ein Hebel 51 der in der Nähe des oberen Endes
des Rohres 20 angeordnet ist, verstellt wird, wodurch ein Riegel einen Hebel 53
freigibt, der dann von einer Feder 52 am Kübel 14 nach außen gezogen wird.
-
Beim Betrieb der Großlochbohrvorrichtung wird der Kübel 14 an der
Drehstange 13 in das Bohrloch abgesenkt und seine vertikale Achse gedreht. Dabei
ergreifen die Schürfelemente 45a das Bohrgut und führen dieses über die Vorderkanten
45 auf die wendelförmigen Klappen 43 und 44. Auf diese Weise wird das Bohrgut während
der Drehung fortlaufend von unten her in den Kübel 14 eingefüllt. Stößt die Bohrung
auf Gestein, dann wird der Anschluß 16 (Fig. 1) mit Druckluft versorgt, wodurch
der Drucklufthammer 22 versorgt und betätigt wird. Der Drucklufthammer 22 übt Schläge
auf die Schlagfläche 34 des Schlagwerkzeugs 35 aus, während die Drehung des Kübels
14 zusammen mit dem Schlagwerkzeug 35 fortgesetzt wird. Hierdurch wird die gesamte
Fläche der Bohrlochsohle 18 bei drehender Bewegung des Schlagbalkens 40 mit Schlägen
beaufschlagt, um das Gestein bzw. den festen Boden zu lockern. Das hierbei abgetragene
Bohrgut wird nach dem Lockern sogleich von den Schürfelementen 45a bzw. den Vorderkanten
45 und 45' aufgenommen und in den Kübel 14 geleitet. Wie Fig. 3 zeigt, ist der Schlagbalken
40 gegenüber den die Schürfelemente 45a aufweisenden Vorderkanten 45 und 45' rotatorisch
versetzt angeordnet, wobei jeweils die Schürfelemente einem Arm des Schlagbalkens
40 mit einem Winkelabstand von etwa 130° nachfolgen.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 bis 6 ist die Bohrgutaufnahmevorrichtung
eine Schnecke 54, die das den Drucklufthammer 22 enthaltende Rohr 20 umschließt.
Die Schnecke 54 wird von einer wendelförmigen thlacJefltichc 55 gebildet, auf der
das Bohrgut im Innern des Bohrlochs beim Drehen des Rohres 20
durch
Reibung an der Bohrlochwand hochgeschoben wird. Wenn die Schnecke 54 mit Bohrgut
beladen ist, wird sie aus dem Bohrloch herausgezogen und das Bohrgut wird durch
kurzzeitige Drehung der Schnecke in Gegenrichtung abgeschleudert.
-
Der Drucklufthammer 22 ist in gleicher Weise ausgebildet und an der
Drehstange 13 befestigt wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel. Auch das Schlagwerkzeug
35 ist im wesentlichen in gleicher Weise ausgebildet und mit seinem Schaft 36 im
Innern der Hülse 37 längsverschiebbar angeordnet wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel.
-
Die Wendel 54 weist in ihrem unteren Bereich zwei auf gleicher Höhe
angeordnete und um 1800 gegeneinander versetzte radial abstehende Schürfflächen
56,57 auf, von deren Vorderkanten 58 die Schürfelemente 45a in Form von Zähnen abstehen.
Die vorderen Enden der Schürfelemente 45a befinden sich, wie Fig. 6 zeigt, in einer
Ebene, die nur geringfügig (d.h. 1 bis 2 cm) über der Schlagebene der Hartmetallelemente
41 liegt.
-
Bei beiden Ausführungsbeispielen wird die durch das Gewicht der Vorrichtung
erzeugte Vorschubkraft über radiale Kraftübertragungsflächen 59 von dem Rohr 20
auf das Schlagwerkzeug 35 übertragen, so daß das Schlagwerkzeug 35 durch das Rohr
20 nach oben hin abgestützt ist.
-
Das Ausführungsbeispiel der Fiy. 4 bis 6 kann ebenfalls wahlweise
mit oder ohne Betrieb des Drucklufthammers 22 benutzt werden. In lockeren Böden,
die schneid- oder reißfähig sind, wird ohne den Drucklufthammer gearbeitet, d.h.
dem Drucklufthammer 22, der in der Vorrichtung zwar physisch vorhanden ist, wird
jedoch keine Druckluft zugeführt. Wenn der Boden dies erfordert, wird zusätzlich
zu dem Schürfvorgang der Drucklufthammer in Betrieb gesetzt, wodurch der Schneidbalken
40 Schläge auf die Bohrlochsohle ausübt und gleichzeitig zusammen mit dem Rohr 20
und der Wendel 54 gedreht wird. Auf diese Weise wird die Bohrlochsohle bearbeitet
und das abgelöste Bohrgut wird anschließend erfaßt und auf der Tragfläche 55 hochgeschoben.
-
Leer's'eite