DE3544017A1

DE3544017A1 - Vorrichtung zur herstellung kreisrunder bohrungen mit grossem durchmesser im erdboden

Info

Publication number: DE3544017A1
Application number: DE19853544017
Authority: DE
Inventors: Hervé La Celle Saint Cloud Barthelemy; Yves Balloy Legendre
Original assignee: Soletanche SA
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1986-06-19
Also published as: JPH0137558B2; IT8523181A0; BR8506245A; IT1186431B; JPS61142287A; GB8530655D0; MX161723A; ES8700720A1; GB2170242A; US4682660A; AU581709B2; GB2170242B; FR2574847B1; ES549876A0; FR2574847A1; NO855012L; AU5114985A

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

— A —

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung kreisrunder Bohrungen mit großem Durchmesser im Erdboden, wie sie sie beispielsweise für Pfeiler mit großem Umfang oder Stützpfeiler bei der Gründung von Plattformen bei Erdölbohrungen im Meer verwendet werden.

Man kennt bereits Vorrichtungen zum Bogen von Löchern mit kreisrundem Querschnitt, welche Bohrwerkzeuge aufweisen, durch welcher der Erdboden über eine kreisrunde Oberfläche zerkleinert werden kann und welche das Bohrklein zur Erdoberfläche hochbringen.

Die Resultate derartiger Vorrichtungen sind durchaus gut, wenn es sich um Bohrungen mit geringem Durchmesser handelt. Sie benötigen jedoch einmal eine auf das Werkzeug einwirkende Vertikalkraft, welche die Vorrichtung gegen den zu zerkleinernden Boden drückt und zum anderen ein nicht unbeträchtliches Drehmoment für das Werkzeug.

Falls man Löcher mit großem Durchmesser herstellen will, stellt sich jedoch heraus, daß die aufzubringende Vertikalkraft ebenso wie das Drehmoment beträchtliche Werte erreicht.

Dabei muß beispielsweise zum Bohren mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung bei einem Pfeiler von etwa 2,50m Durchmesser das Werkzeug mit einer Vertikalkraft von 100-200 to beaufschlagt werden und außerdem mit einem sehr beträchtlichen Drehmoment, welches einmal schwer zu kontrollieren ist und zum anderen vor allem bei Bohrungen im Meer von einem Schiff aus nur schwer auszuüben ist.

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Man kennt außerdem Bohrmaschinen, welche als Schrämmaschinen bekannt sind und mit Zähnen oder Schrämmeißeln bestückte Drehwalzen besitzen, welche zu zweit miteinander verbunden sind und in umgekehrtem Drehsinn umlaufen, durch welche im Boden Öffnungen mit rechteckigem Querschnitt aushöhlbar sind, wobei das Schrämklein mit dem Bohrschlamm in eine in der Mitte der derart gebohrten Höhlung angeordnete Kanalisation gesaugt wird.

Bei derartigen Maschinen braucht zwar kein äußeres Drehmoment ausgeübt zu werden, man kann mit ihnen jedoch auch keine Bohrungen mit kreisrundem Querschnitt herstellen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine relativ leichte, preiswerte Vorrichtung zu schaffen, welche kein Reaktionsmoment ausübt und die Herstellung kreisrunder Bohrungen mit großem Durchmesser ermöglicht.

Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung kreisrunder Bohrungen mit großem Durchmesser im Erdboden mit zwei in entgegengesetztem Drehsinn angetriebenen Fräsern, die mit Zähnen oder analogen Organen bestückt sind, um den Boden zu zerkleinern im wesentlichen dadurch, daß sie ein erstes zahnbestücktes Fräserpaar aufweist, dessen beide Fräser in entgegengesetztem Drehsinn um zwei parallele Achsen umlaufen und deren jeder die Außenform eines Umdrehungskörpers besitzt, dessen Erzeugende durch einen dem Kreisquerschnitt der herzustellenden Bohrung entsprechenden Kreisbogen gebildet wird, und daß über diesem ersten Fräserpaar ein zweites Fräserpaar angeordnet ist, dessen beide Fräser die gleichen Baumerk-

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male wie die ersten beiden Fräser aufweisen, deren Drehachsen jedoch gegenüber den Drehachsen des ersten Fräserpaares verschoben sind.

Vorzugsweise beträgt dabei der Winkel, um welchen die Drehachsen der beiden Trägerpaare verschoben sind, 90°.

Im Rahmen der Erfindung können die beiden Fräserpaare durch irgendwelche geeignete Anordnungen angetrieben werden, wie sie beispielsweise für den Antrieb herkömmlicher Fräser Verwendung finden.

So kann der Antrieb der Fräser erfindungsgemäß mittels hydraulischer oder elektrischer Motoren erfolgen, welche direkt auf der Achse der Fräser sitzen oder im Gehäuse der Vorrichtung, welches sich über den Fräsern befindet, wobei die Übertragung dann über Ketten oder Gelenkwellen oder sonstige Wellen und Ritzel erfolgt, und die elektrische oder hydraulische Energie dann durch geeignete Leitungen geschickt wird, welche sich von der Oberfläche des Erdbodens ab in den Schacht hinein erstrecken.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann direkt über dem zu bohrenden Loch aufgehängt werden, wobei die Wandungen der auf diese Weise hergestellten Aushöhlung dann durch den Bohrschlamm festgehalten werden.

Gemäß einer Variante kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch im Inneren einer kreisrunden Metallverschalung eingesetzt

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werden, welche den gleichen Durchmesser hat und nach unten getrieben wird, um die Wandung der Bohrung zu bilden.

Das durch die Fräser erzeugte Bohr- oder Schrämklein wird vorzugsweise mit dem Bohrschlamm durch eine Rohrleitung angesaugt, welche sich vorzugsweise in der Mitte der Vorrichtung befindet. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzen die Fräser jeweils die Form eines Umdrehungskörpers, der im wesentlichen der Form einer Olive oder eines Rugbyballes entspricht, wobei der Umfang eines jeden Fräsers einem Teil des Umfanges der herzustellenden kreisrunden Bohrung entspricht.

Dabei bohrt das im unteren Teil der Vorrichtung befindliche Fräserpaar zwei Bohrungen mit linsenförmigem Querschnitt, welche innerhalb des Querschnitts der herzustellenden kreisrunden Bohrung liegen.

Das zweite Fräserpaar, welches über dem ersten Fräserpaar angeordnet ist, soll den Erdboden beseitigen, welcher zwischen den Höhlungen mit linsenförmigem Querschnitt übrig bleibt, die durch die beiden unteren Fräser ausgebohrt wurden, sodaß die 'Kontinuität der kreisrunden Form der herzustellenden Bohrung gewährleistet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben; es zeigt

Fig.1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche im Inneren einer im Schnitt dargestellten Bohrung angeordnet ist;

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Fig.2 einen Schnitt durch Fig.1 längs der Linie II-II; und Fig.3 einen Schnitt durch Fig.1 längs der Linie III-III.

Fig.1 zeigt das Gehäuse 1 der erfindungsgeraäßen Vorrichtung, welches eine zylindrische Außenform 2 besitzt, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser der herzustellenden Bohrung 3, in welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung niedergefahren werden kann.

Das Gehäuse 1 der Vorrichtung besitzt die verschiedenen Organe, welche erforderlich sind, um die Vorrichtung anzutreiben, und um den Bohrschlamm hochzupumpen, welcher mit dem Bohrklein angesaugt wird, um in der zentralen Rohrleitung 4 zur Oberfläche nach oben gebracht zu werden.

Die elektrischen oder hydraulischen Leitungen, welche die erforderliche Energie für den Antrieb der Fräser an diese heranbringen, sind schematisch in der Rohrleitung 5 dargestellt.

Im unteren Teil der Fig.1 sand das untere Fräserpaar 6 und das obere Fräserpaar 7 ebenfalls schematisch dargestellt.

Fig.3 zeigt eine Draufsicht auf das untere Fräserpaar. Dieses Fräserpaar besteht aus zwei Fräsern 8a und 8b, deren jeder die allgemeine Form einer Olive oder eines Rugbyballes besitzt.

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Die Erzeugende dieser Fräser haben die Form eines Kreisbogens 9, welcher dem Querschnitt der herzustellenden Bohrung 10 entspricht.

Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Fräser 8a und 8b durch ein ebenes Element 11 in an sich bekannter Weise abgestützt, wobei die Antriebsmotoren der Fräser innerhalb derselben angeordnet werden können und ebenfalls an der Platte 11 aufgehängt oder sonstwie befestigt werden können.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Fräser 8a und 8b in an sich bekannter Weise über einen Motor angetrieben werden, welcher im Gehäuse 1 der Vorrichtung sitzt, wobei die Antriebsübertragung beispielsweise über Ketten oder Wellen mittels Zahnrädern und Antriebstischen erfolgen kann.

Wie Fig.3 zeigt, besteht jeder Fräser 8a bzw. 8b tatsächlich aus zwei austauschbaren Hälften, welche beiderseits des ebenen Tragelementes 11 angeordnet sind, wobei jede Hälfte die Form eines Spitzbogens aufweist.

Erfindungsgemäß werden die beiden Fräser ein und desselben Paares in entgegengesetztem Drehsinn angetrieben.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden durch die Drehbewegungen die vom Boden losgerissenen Stücke zum Zentrum der Vorrichtung derart hingeführt, daß sie von der in Fig.1 schematisch mit dem Bezugszeichen 12 dargestellten Pumpe angesaugt und durch das Mittelrohr 4 nach oben gedrückt werden.

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Diese Rohrleitung 4 kann beispielsweise eine Ansaugöffnung in Höhe der unteren Fräser 8a und 8b und vorzugsweise eine weitere Ansaugöffnung in Höhe der oberen Fräser 14a und 14b aufweisen.

Bei einem anderenAusführungsbeispiel könnten die Fräser allerdings auch in einem anderen Drehsinn umlaufen, sodaß sie das Bohrklein nach außen schleudern, d.h. gegen die Wandung der gebohrten Höhlung.

Durch ihre Drehbewegung bohren die Fräser 8a und 8b jeweils ein Loch, dessen Querschnitt deutlich in Fig.3 dargestellt ist, wobei zwischen ihnen Bodenteile stehenbleiben, welche jeweils einen Querschnitt 13 in Form gekrümmter Dreiecke aufweisen. Erfindungsgemäß besitzt die Vorrichtung über den Fräsern 8a und 8b ein zweites Fräserpaar 14a und 14b, deren Achsen 15a und 15b rechtwinklig zu den Achsen 16a und 16b der Fräser 8a und 8b verlaufen.

Diese Fräser 14a und 14b werden ebenfalls in Drehung versetzt, wobei sie in an sich bekannter Weise an einer ebenen Tragplatte 17 befestigt sind. Aus Fig.2 sieht man den Schnitt durch die Rohrleitung 4, welche den mit dem Bohrklein beladenen Schlamm nach oben fördert.

Wie man ebenfalls aus den Figuren 1 und 2 sieht, haben die Fräser 14a und 14b ebenfalls die Form einer Olive oder eines Rugbyballes, dessen Erzeugende einem anderen Segment des kreisförmigen Querschnittes der Bohrung entsprechen, welche ausgebohrt werden soll.

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Wenn man daher die Kreisbögen oder Kreissegmente übereinander legt, welche jeweils die Fräser in den beiden Höhen 6 und 7 bilden, erhält man einen vollständigen Kreis.

Infolge der Verschiebung der Drehachsen des oberen Fräserpaares gegenüber den Drehachsen des unteren Fräserpaares um 90° fräsen die beiden oberen Fräser die Bodenteile 13 heraus, welche, wie dies in Fig.3 dargestellt ist, nach dem Durchgang der unteren Fräser stehenbleiben, sodaß eine Höhlung mit einwandfrei kreisförmigem Querschnitt erzielt wird.

Selbstverständlich sind die Fräser in an sich bekannter Weise an ihrem Außenrand mit Zähnen 18 bestückt, welche in Fig.1 schematisch dargestellt sind, jedoch aus Gründen der Klarheit in den Figuren 2 und 3 fortgelassen wurden.

Die vorbeschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Herstellung von Bohrungen mit mehreren Meter Durchmesser auf einfache und wirtschaftliche Weise mit einer Maschine,welche nur zwischen 10 und 20 to wiegt, ohne daß irgendein Reaktionsmoment an der Erdoberfläche entsteht.

Selbstverständlich ist das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel nur als Beispiel anzusehen und kann im Rahmen der Erfindung auf jede Art und Weise modifiziert werden.

Insbesondere ist die Erfindung keineswegs auf eine einzige Antriebsart für die Fräserpaare oder auf irgendeine einzige Art und Weise der Evakuierung des mit dem Bohrschlamm ver-

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mischten Bohrkleins beschränkt. So können insbesondere, ohne daß man dabei von der Erfindung abweichen würde, zwei Absaugleitungen statt einer einzigen vorgesehen werden.

Außerdem wäre es ohne weiteres möglich, insbesondere für das obere Fräserpaar Fräser zu verwenden, deren Ende abgestumpft wäre und die infolgedessen nur die Form aufweisen, welche erforderlich ist, um die dem unteren Fräserpaar entsprechenden Kreissegmente zu vervollständigen.

Schließlich wäre es auch möglich, wenn auch die vorbeschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Bohrungen mit kreisrundem Querschnitt vorgesehen ist, durch Veränderung der Fräserform und durch eine andere Wahl der Erzeugenden derselben Bohrungen mit anderen Querschnitten herzustellen, wie beispielsweise Bohrungen mit elliptischen Querschnitten.

Außerdem brauchen die Achsen der beiden Fräserpaare nicht unbedingt rechtwinklig zueinander zu verlaufen, so lange die oberen Fräser den Boden ausfräsen können, welcher zwischen dem durch die unteren Fräser hergestellten Bohrungen stehen bleibt.

Claims

Andrejewski, Honke & Partner Anwaltsakte: 64 545/E-th Diplom-Physiker Dr. Walter And re jewski Dipiom-ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diptam-Physiker Dr, Karl Gerhard Masch 4300 Essen 1. Theaterplatz 3, Postf. 1002 10. Dezember 1985 Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung SOLETANCHE 6, rue de Watford 9200 5 Nanterre, Prankreich Vorrichtung zur Herstellung kreisrunder Bohrungen mit großem Durchmesser im Erdboden. Patentansprüche.

1. Vorrichtung zur Herstellung kreisrunder Bohrungen mit großem Durchmesser im Erdboden mit zwei in entgegengesetztem Drehsinn
angetriebenen Präsern, die mit Zähnen oder analogen Organen bestückt sind, um den Boden zu zerkleinern, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein erstes Fräserpaar (6) mit Zähnen aufweist, dessen beide Fräser (8a, 8b) in entgegengesetztem

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Drehsinn um zwei parallele Achsen (16a, 16b) umlaufen und deren jeder die Außenform eines ümdrehungskörpers besitzt, dessen Erzeugende durch einen dem Kreisquerschnitt der herzustellenden Bohrung entsprechenden Kreisbogen gebildet wird, und daß über diesem ersten Fräserpaar ein zweites Fräserpaar (7) angeordnet ist, dessen beide Fräser (14a, 14b) die gleichen Baumerkmale wie die ersten beiden Fräser aufweisen, deren Drehachsen (15a, 15b) jedoch gegenüber den Drehachsen des ersten Fräserpaares verschoben sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fräser (8a, 8b; 14a, 14b) aus zwei beiderseits eines ebenen Tragelementes (11 bzw. 17) angeordneten Halbfräsern besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Fräser aus in ihrem Inneren angeordneten und am ebenen Tragelement (11) befestigten Motoren besteht.

4. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Fräser wenigstens ein im Gehäuse (1) der Vorrichtung angeordneter Motor vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräser ein und desselben Fräserpaares in entgegengesetztem Drehsinn antreibbar sind und dadurch das Bohrklein zur Mitte der Vorrichtung führbar ist.

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6. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mit wenigstens einer Pumpe verbundene Ansaugöffnung in Höhe der unteren Fräser (8a, 8b) aufweist, durch welche das Bohrklein in eine im wesentlichen in der Mitte der Vorrichtung angeordnete vertikale Rohrleitung förderbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine zweite in Höhe der oberen Fräser (14a, 14b) ausgebildete Ansaugöffnung aufweist.

8. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Fräserpaare eine abgestumpft spitzbogige Form aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, um welchen die Drehachsen der beiden Fräserpaare verschoben sind, 90° beträgt.