DE4225439C2 - Bohrvorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrvorrichtung
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bohrvorrichtungen, die zur Verwendung im Tunnel- und
Stollenbau bestimmt sind und bei denen während des
Bohrens von einem Spülmittel Gebrauch gemacht wird, sind
in vielfältiger Form bekannt. Das Spülmittel - es kann
sich hierbei um Wasser oder auch Luft handeln - wird
über den zentralen Strömungskanal der Bohrstange in das
Bohrloch eingeführt, tritt aus der Bohrstange bzw. dem
Bohrkopf beispielsweise in einem, der Bohrkrone benach
barten Bereich aus, um auf der Außenseite der Bohrstange
in Richtung auf die Bohrlochmündung hin zurückzuströmen.
Das Spülmedium ist während dieser Rückströmung mit den,
als Folge des Bohrbetriebs gelösten Gesteinspartikeln
befrachtet. Im Regelfall sind mehrere Austrittsöffnungen
sowohl im Bereich des Bohrkopfes als auch entlang der
Bohrstange vorgesehen. Neben der Spülwirkung geht von
dem Spülmedium gleichzeitig eine gewisse Kühlwirkung
aus.
Solche, im wesentlichen aus einem Bohrkopf und einer
Bohrstange bestehende Bohrvorrichtungen werden gegebe
nenfalls entsprechend der Länge des zu erstellenden
Bohrlochs über anschraubbare Verbindungsmuffen und
Verlängerungsbohrstangen bis zu der gewünschten Länge
verlängert. Zur Förderung des Spülmediums innerhalb des
genannten Strömungskanals dient eine bohrlochmündungs
seitig angeordnete Pumpe bzw. ein Kompressor.
Aus der DE-AS 12 92 602 ist ein hydraulischer Strahl
drehbohrkopf für harte Gesteinsformationen bekannt, der
im Kronenbereich durch eine ebene, mit einer Vielzahl
von Austrittsdüsen ausgerüstete Stirnseite gekennzeich
net ist, welche Düsen mit einer zentralen Längsbohrung
des Bohrkopfes in durchgängiger Verbindung stehen.
Einige der Düsen weisen eine zur Achse des Bohrkopfes
parallele Ausströmrichtung auf. Aus der Stirnseite
heraus ragen mehrere Vorsprünge, welche während des
Betriebs dieses Strahldrehbohrkopfes eine erforderliche
Distanz zwischen der Bohrlochsohle und der genannten
Stirnseite bereitstellen, um das über die Düsen austre
tende Spülmedium optimal zur Wirkung kommen zu lassen.
Die Düsen sind jeweils durch Einsatzkörper gekennzeich
net, die von der Stirnseite, somit von der Außenseite
her eingesetzt sind und jeweils Beschleunigungsabschnit
te für das Spülmedium bilden. Dieser bekannte Bohrkopf
verfügt jedoch über keinerlei Schneidkanten oder ver
gleichbare Funktionselemente und ist ausschließlich zur
Ausübung einer Spülwirkung konzipiert.
Aus der US-PS 3 924 698 ist ein weiterer Bohrkopf be
kannt, der aus einer, an seinem einen Ende angeordneten,
eine Vielzahl von Austrittsdüsen aufweisenden Bohrkrone
besteht und der an seinem anderen Ende einen zur Ver
schraubung bestimmten Kupplungsabschnitt aufweist. Die
Austrittsdüsen werden durch in Bohrungen eingesetzte
Einsatzkörper gebildet, die einen rotationssymmetrischen
Aufbau haben und jeweils Beschleunigungsabschnitte
bilden. Die Achsen dieser Düsen verlaufen unter Winkeln
zur Längsachse des Bohrkopfes, aus dessen Stirnseite
heraus schneidkörperartige Vorsprünge herausragen, die
den Bohrfortschritt unterstützen. Der gesamte Bohrkopf
ist aus einer Vielzahl von Einzelteilen zusammengesetzt
und weist einen relativ komplizierten Aufbau auf. Die
genannten Einsatzkörper werden von der Innenseite der
jeweiligen Aufnahmebohrungen, somit von dem Innenraum
das Bohrkopfes her eingesetzt.
Die durch letztgenannte Bohrköpfe auf das Spülmedium
übertragene Energie wird jedoch zu Spülzwecken bzw. zur
Unterstützung des Bohrvorgangs aufgrund zahlreicher
Verlustquellen nur zu einem sehr kleinen Ausmaß genutzt.
Denn die, als einfache Bohrungen des Bohrkopfes bzw. am
bohrkopfseitigen Ende der Bohrstange angebrachten Aus
trittsöffnungen bringen erhebliche Druckverluste mit
sich und es wird die Strömungsenergie des Spülmediums in
einem vergleichsweise weiten Bereich verteilt. Verlust
quellen ergeben sich auch aus Undichtigkeiten im Bereich
der Verbindungsmuffen, insbesondere aufgrund von Winkel
verlagerungen der Achsen der einzelnen aneinandergesetz
ten Bohrstangen.
Aus der DD-PS 30 157 ist ein Düsenmeißel bekannt, der
aus einem rohrförmigen Grundkörper besteht, an dessen
einem Ende - unter Zwischenanordnung eines Kunstharzkle
bers eine, einen Beschleunigungsabschnitt bildende
Strahldüse aus Sinterkorund eingesetzt ist. Das Quer
schnittsprofil der Strahldüse wird eingangsseitig, d. h.
innerhalb des Grundkörpers über einen Wulst aus dem
gleichen Kunstharzkleber komplettiert. Auch dieser
Bohrkopf ist mit keinerlei, den Bohrfortschritt unter
stützenden Schneidkanten oder dergleichen ausgerüstet.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Bohrvor
richtung der eingangs bezeichneten Gattung in einfacher
Weise dahingehend auszugestalten, daß der Bohrvorgang
über das Spülmedium wirksam unterstützt werden kann.
Gelöst ist diese Aufgabe bei einer solchen Vorrichtung
durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs
1.
Der Strömungskanal der Bohrstange geht im Bereich des
Bohrkopfes in einen Beschleunigungsabschnitt über, der
ausgangsseitig die Ausströmöffnung bildet. Als Beschleu
nigungsabschnitt kann eine Strömungsstrecke herangezogen
werden, die beispielsweise durch eine kontinuierliche
Querschnittsverringerung charakterisierbar ist, wobei
die Querschnittsgestaltung innerhalb des Beschleuni
gungsabschnitts dahingehend bemessen ist, daß sich
geringstmögliche Druckverluste des strömenden Spülmedi
ums ergeben. Erreicht wird auf diese Weise, daß die über
das Spülmedium übertragene Energie möglichst verlustarm
in kinetische Energie umgewandelt wird. Diese kinetische
Energie wird im Bereich einer Ausströmöffnung zusammenge
faßt, welche sich vorzugsweise im Bereich der Bohrkrone
befindet. Es wird mit anderen Worten durch die besondere
Gestaltung des Strömungskanals im Bereich des Bohrkopfes
eine Bündelung der mit dem Spülmedium übertragenen
Energie und eine möglichst effektive Unterstützung des
Bohrvorgangs erreicht. Die Ausströmöffnung des Beschleu
nigungsabschnitts ist vorzugsweise zentral angeordnet
und weist eine axiale Abströmrichtung auf. Es ist die
Ausströmöffnung auf diese Weise den Schneidkanten oder
sonstigen Schneidorganen der Bohrkrone unmittelbar
benachbart angeordnet und das Spülmedium entwickelt
seine Wirkung somit primär unmittelbar auf der Bohrloch
sohle. Die Bohrkrone ist zweckmäßigerweise im peripheren
Bereich in an sich bekannter Weise mit radialen Ausneh
mungen versehen, um ein Abströmen des mit Gebirgsparti
keln befrachteten Spülmediums zu erleichtern. Der Be
schleunigungsabschnitt besteht erfindungsgemäß aus einem
besonderen, aus Kunststoff bestehenden einstückigen
Einsatzteil, welches die der Beschleunigung des Spülme
diums dienenden Strömungsabschnitte umfaßt. Ein solches
Einsatzteil ist als ein vergleichesweise preiswert
herstellbares Massenprodukt anzusehen, welches zum
Einsetzen in die Bohrstange bzw. den Bohrkopf bestimmt
ist. Auf diese Weise erübrigt sich die Herstellung
beispielsweise konischer Querschnittsverläufe durch eine
dementsprechende zerspanende Metallbearbeitung. Das
Einsatzteil kann von seiner geometrischen Gestalt her
exakt an diejenige der zentralen Spülbohrung einer
Bohrkrone oder die Innenabmessungen der Bohrstange
angepaßt werden. Der Strömungsabschnitt des Einsatzteils
kann wiederum in einfacher Weise unmittelbar während der
Herstellung des Einsatzteils, welches beispielsweise aus
einem thermoplastischen Kunststoff bestehen kann, ge
formt werden. Es ist das Einsatzteil im übrigen an den
Innenwandungen des Bohrkopfes in geeigneter Weise fest
gelegt. Diese Festlegung erfolgt entsprechend den abso
luten Längenabmessungen des Einsatzteils an den Innen
wandungen der zentralen Bohrung des Bohrkopfes bzw. der
Bohrkrone und/oder denjenigen des der Bohrkrone benach
barten Bohrstangenabschnitts. Die Art der Festlegung
kann grundsätzlich beliebig erfolgen. Besonders einfach
kann beispielsweise das Einsatzteil mit einem Außenge
winde versehen sein, welches mit dem Innengewinde des
Bohrstangenabschnitts im Eingriff steht. Alternativ
hierzu können jedoch an der Außenseite des Einsatzteils
Profilierungen beliebiger Art vorgesehen sein, die der
reibschlüssigen Festlegung des Einsatzteils dienen.
Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind auf unterschied
liche Varianten der Ausbildung des Bohrkopfes gerichtet.
Dieser kann mit der Bohrstange verschraubt oder auch
verschweißt sein und es ist die Anwendung des erfin
dungsgemäßen Prinzips somit unabhängig von der Art der
Verbindung des Bohrkopfes mit der Bohrstange.
Die Ausgestaltung des Querschnittsverlaufs des Beschleu
nigungsabschnitts kann entsprechend den Merkmalen der
Ansprüche 4 bis 7 auf recht unterschiedliche Weise
erfolgen. Im einfachsten fall ergibt sich ein konischer
Querschnittsverlauf ausgehend von einem Eintritts- bis
zu einem Austrittsquerschnitt. In Betracht kommen jedoch
auch andere Arten der Verengung des Strömungsquer
schnitts - in Richtung auf den Austrittsquerschnitt hin
gesehen. Weitere Varianten betreffen die Vorsehung
unterschiedlicher Abschnitte innerhalb des Beschleuni
gungsabschnitts, so z. B. eine Kombination zylindrischer
mit konischen oder sich in sonstiger Weise verjüngenden
Abschnitten. Die Wahl der Querschnittsgestaltung erfolgt
ausschließlich unter dem Aspekt, eine möglichst verlust
arme Strömung einzustellen. Die offenbarten Bereiche der
Durchmesserverhältnisse sowie der Konizitätswinkel haben
sich in diesem Zusammenhang als bevorzugte Bereiche
erwiesen.
Die Merkmale der Ansprüche 10 bis 15 sind auf eine
besonders vorteilhafte Gestaltung des Beschleunigungsab
schnitts gerichtet.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbei
spiels eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes im Axial
schnitt;
Fig. 2 eine Darstellung einer Variante des Strömungska
nals eines Bohrkopfes im Axialschnitt;
Fig. 3 eine Darstellung eines anderen Ausführungsbei
spiels eines Bohrkopfes im Axialschnitt;
Fig. 4 eine Darstellung einer Ansicht eines zur Verwen
dung bei Bohrstangen, Injektionsbohrankern und derglei
chen bestimmten Einsatzteils;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer besonders vorteil
haften Form des Beschleunigungsabschnitts eines erfin
dungsgemäßen Bohrkopfes.
Mit 1 ist in Fig. 1 eine axial vergleichsweise kurz
ausgebildete plattenartige Bohrkrone bezeichnet, die auf
ihrer, der Bohrlochsohle zugekehrten Seite mit Schneid
kanten 2 versehen ist, die jedoch nur schematisch ange
deutet sind. Die Bohrkrone 1 besteht aus Hartmetall und
steht mit einer Bohrstange 3 in fester, beispielsweise
geschweißter Verbindung.
Die Bohrkrone 2 weist einen größeren Außendurchmesser
als die Bohrstange 3 auf.
Es ist die Bohrstange 3 über ihre gesamte Länge mit
einen gleichförmigen Außengewinde versehen, welches in
an sich bekannter, hier nicht näher zu erläuternder
Weise der Ankupplung von Verlängerungsbohrstangen,
jedoch auch eines Bohrantriebs sowie einer Pumpe bzw.
eines Kompressors zur Förderung eines Spülmediums dient.
Es kann die unmittelbar an der Bohrkrone 1 angebrachte
Bohrstange 3 auch vergleichsweise kurz ausgebildet sein,
so daß die aus der Bohrkrone 1 und dem an dieser ange
brachten Bohrstangenelement 3 bestehende Baueinheit
auch als Bohrkopf angesehen werden kann, der über eine
Verbindungsmuffe mit einer sich ausschließenden Bohrstan
ge verschraubbar ist.
Die Bohrstange 3 bzw. das Bohrstangenelement 3 kann
innenseitig ebenfalls über ihre bzw. seine gesamte Länge
mit einem gleichförmigen Gewinde, hier einem angedeuteten
Rundgewinde versehen sein und es dient diese Maßnahme
der Verwendung solcher Kupplungselemente zwecks Verlän
gerung der Bohrstange, über welche die miteinander zu
verbindenden Bohrstangenenden nicht außenseitig, sondern
innenseitig verschraubt werden. Auf diese an sich be
kannte Technik soll hier ebenfalls nicht näher eingegan
gen werden. In jedem Fall besteht die Bohrstange 3 mit
ihren außen- und/oder innenseitigen Gewinden aus vor
zugsweise kalt gewalztem Stahl.
Mit 4 ist der - sieht man von dem Innengewinde ab - im
wesentlichen zylindrische zentrale Strömungskanal der
Bohrstange bezeichnet, der bestimmungsgemäß der Führung
des Spülmediums dient, welches während des Bohrbetriebs
in Richtung des Pfeiles 5 strömt, über eine zentrale
axial orientierte Öffnung 6 der Bohrkrone 1 austritt,
das als Folge des Bohrvorgangs gelöste Gesteinsmaterial
aufnimmt, die Bohrkrone 1 umströmt und dieses anschlie
ßend entlang der Außenseite der Bohrstange 3 in Richtung
auf die Bohrlochmündung hin ausspült. Als Spülmedium
kommt grundsätzlich Wasser, jedoch auch Luft in Betracht.
Der Strömungskanal 4 ist an seinem, der Bohrkrone 1
benachbarten Ende in zwei aufeinander folgenden, konisch
gestalteten Bohrungsabschnitten 7, 7′ unterschiedlicher
Konizität bis zu der Öffnung 6 fortgeführt und es sind
außer der Öffnung 6 keine weiteren Ausstrittsöffungen in
der Bohrkrone 1 bzw. der Bohrstange 3 vorgesehen.
Die beiden, auf den Strömungskanal 4 folgenden Bohrungs
abschnitte 7, 7′ bilden einen Beschleunigungsabschnitt
und sind in dem, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
derart beschaffen, daß der, dem Strömungskanal 4 unmit
telbar benachbarte Bohrungsabschnitt 7 eine größere
Konizität als der sich anschließende Bohrungsabschnitt
7′ aufweist. Die Gesamtlänge 8 des Beschleunigungsab
schnitts sowie die Längen 8′, 8′′ der jeweils einzelnen
Bohrungsabschnitte sind dahingehend bemessen, daß die
Durchströmung des Beschleunigungsabschnitts durch ge
ringstmögliche Druckverluste gekennzeichnet ist. Soweit
dieses Ziel erreicht wird, kann der Querschnittsverlauf
bei gegebenem Eintrittsquerschnitt 9 und Austrittsquer
schnitt 6′ der Öffnung 6 beliebig bemessen sein. Bevor
zugte Werte des Verhältnisses der Durchmesser von Ein
gangsquerschnitt und Ausgangsquerschnitt liegen bei etwa
2 : 1 bis 4 : 1.
Es ist für die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Bohrkopfes belanglos, auf welche Weise der Beschleuni
gungsabschnitt hergestellt worden ist.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des Beschleunigungsab
schnitts, und zwar dahingehend, daß dieser sich ausge
hend von einem Eintrittsquerschnitt 9′ entsprechend
einer konstanten Konizität bis zu der Öffnung 6 bzw. dem
Austrittsquerschnitt 6′ erstreckt. Die Konizität bzw.
das Verhältnis der Querschnittsflächen von Eintrittsquer
schnitt 9′ und Austrittsquerschnitt 6′ sowie die Gesamt
länge 8 des Beschleunigungsabschnitts sind nach gleichen
Kriterien wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1
bemessen.
Die Gesamtlänge 8 kann bei Bohrstangen üblichen Durch
messers vorzugsweise etwa 3 cm bis 10 cm betragen.
Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Bohrkopfes zielt
darauf ab, im Bereich der Öffnung 6 der Bohrkrone 1,
somit bohrlochmündungsseitig ein hohes Ausmaß an kine
tischer Energie des Spülmediums bereitzustellen, um den
Bohrvorgang wirksam zu unterstützen. Es soll mit anderen
Worten die entsprechend der Art des Spülmediums durch
eine Pumpe oder einen Kompressor auf dieses übertragene
Energie im Bereich des Bohrkopfes möglichst verlustarm
teilweise in kinetische Energie umgewandelt werden. Das
die Bohrkrone außenseitig überströmende Spülmedium
bewirkt gleichzeitig eine Kühlung und trägt zur Ver
schleißminderung bei. Wesentlich ist, daß die gesamte,
über das Spülmedium geführte Energie, soweit sie als
kinetische Energie zur Unterstützung des Bohrvorgangs
herangezogen wird, ausschließlich über die zentrale
Spülbohrung der Bohrkrone 1 austritt, somit in diesem
Bereich zusammengefaßt und gebündelt wirksam wird.
Handelt es sich beispielsweise bei dem Bohrkopf beste
hend aus einer Bohrkrone 1 und einem kurzen, an diesem
angeschweißten Bohrstangenelement um einen aufschraubba
ren Bohrkopf, kann die komplette Bohrvorrichtung aus
diesem Bohrkopf und einer oder mehreren, untereinander
gleich beschaffenen, über Verbindungsmuffen gekuppelten
Bohrstangen bestehen, die vorzugsweise jeweils aus kalt
gewalztem Stahl bestehen und über ihre Außen- und/oder
Innenseite - über ihre gesamte Länge - mit Gewinde oder
einer sonstigen Profilierung versehen sind.
Fig. 3 zeigt eine, insbesondere unter herstellungstech
nischen Gesichtspunkten besonders vorteilhafte Ausge
staltung eines Bohrkopfes, der wiederum aus einer
axial vergleichsweise kurzen plattenartigen Bohrkrone 10
und einem ebenfalls kurzen Bohrstangenelement 11 besteht,
welches an der Bohrkrone 10 angeschweißt ist. Das Bohr
stangenelement 11 kann hinsichtlich seiner Außen- und
Innenseiten in gleicher Weise wie die Bohrstange 3 gemäß
Fig. 1 beschaffen sein, d. h. über ihre gesamte axiale
Länge mit einem Außen- und/oder Innengewinde ausgerüstet
sein. Die Bohrkrone 10 ist mit einer zentralen axial
gerichteten zylindrischen Bohrung 12 versehen und es ist
das Bohrstangenelement 11 koaxial zu dieser Bohrung 12
angeordnet. In Abweichung von Fig. 1 weist jedoch das
Bohrstangenelement 11 einen - sieht man von dem Vorhan
densein eines Innengewindes ab - zylindrischen Strö
mungskanal 13 auf, so daß sich in Anbetracht der Innen
durchmesserverhältnisse des Strömungskanals 13 einer
seits und der Bohrung 12 andererseits auf der, dem
Bohrstangenelement zugekehrten Seite der Bohrkrone 10
eine Kreisringfläche 14 ergibt, die radial außenseitig
durch den Innenradius des Bohrstangenelements 11 und
radial innenseitig durch den Außenradius der Bohrung 12
begrenzt ist. Ein Vorteil dieses Bohrkopfes besteht
darin, daß dieser aus Standardbauteilen zusammengesetzt
ist, die ihrerseits einfach herstellbar sind und insbe
sondere keine aufwendige Bearbeitung benötigen.
Um in analoger Weise wie bei den Gegenständen der Fig. 1
und 2 den Strömungskanal innerhalb des Bohrkopfes im
Sinne eines Beschleunigungsabschnitts auszugestalten,
ist ein Einsatzteil 15 vorgesehen, welches im montierten
Zustand koaxial zu der gemeinsamen Achse 16 der Bohrung
12 und des Strömungskanals 13 angeordnet ist. Das Einsatz
teil 15 ist einstückig ausgebildet und besteht aus
einem geeigneten, z. B. thermoplastischen Kunststoff. Es
ist global aus zwei zylindrischen, zueinander koaxialen
Teilen 17, 17′ zusammengesetzt, wobei das erstgenannte
Teil 17 zum im wesentlichen spielfreien Einfügen in die
Bohrung 12 und das Teil 17′ zum entsprechenden Einfügen
in den Strömungskanal 13 bestimmt ist. Der Außendurchmes
ser des Teils 17′ entspricht somit im wesentlichen dem
Innendurchmesser des Bohrstangenelements 11. Wesentlich
ist, daß das Einsatzteil 15 zwei aufeinanderfolgende, im
Querschnitt konisch verlaufende Bohrungsabschnitte 18,
18′ aufweist, deren Zweckbestimmung in der Bereitstel
lung des Beschleunigungsabschnitts besteht. Die Konizi
täten der Bohrungsabschnitte 18, 18′, der Eintrittsquer
schnitt 20, der Zwischenquerschnitt 20′ und der Quer
schnitt der Austrittsöffnung 20′′ sind demzufolge mit
Hinblick auf das letztgenannte Zielkriterium hin bemes
sen. Es können naturgemäß anstelle der Bohrungsabschnit
te 18, 18′ auch sonstige, eine Querschnittsverminderung
in Richtung auf den Austrittsquerschnitt hin bewirkende
Querschnittsverläufe eingesetzt werden. Wesentlich ist
in diesem Zusammenhang lediglich die möglichst verlust
arme Umwandlung eines Teiles der über das strömende
Spülmedium übertragenen Energie in kinetische Energie.
Der Einsatzkörper 15 kann bei Vorhandensein von Innenge
winde innerhalb des Bohrstangenelements 11 in dieses
eingeschraubt sein, so daß sich ein sicherer Sitz des
selben ergibt. Insbesondere bei innenseitig glatten
Bohrstangenelementen 11 kann - wie Fig. 4 zeigt - das
Einsatzteil 15′ auch mit einem außenseitigen Ringrillen
profil versehen sein, wodurch eine gewisse Elastizität
bereitgestellt wird, so daß sich bei der Montage ein
reibschlüssiger Verbund mit der Innenseite des Bohrstan
genelements 11 ergibt. Zur Herstellung eines solchen
Verbundes kann das Einsatzteil 15′ naturgemäß mit belie
bigen außenseitigen Profilierungen, Klemmelementen und
dergleichen versehen sein. Wesentlich ist, daß bei der
Ausgestaltungsform gemäß Fig. 3 das aus Kunststoff
bestehende Einsatzteil 15 relativ preiswert hergestellt
werden kann und daß auch bei den übrigen Komponenten des
Bohrkopfs von Standardbauteilen wie plattenartigen
Bohrkronen und rohrartigen Bohrstangen Gebrauch gemacht
werden kann, so daß sich keine Notwendigkeit ergibt,
konische Bohrungen oder sonstige, geometrisch komplizier
te Formen erstellen zu müssen.
Fig. 4 läßt außerdem eine abgewandelte Form des Beschleu
nigungsabschnitts erkennen, der aus drei, aufeinander
folgenden Bohrungsabschnitten 19, 19′, 19′′ besteht,
nämlich einem ersten konischen 19, einem sich anschließen
den zylindrischen 19′ und einem sich wiederum anschließen
den konischen 19′′.
Der Einsatzkörper kann grundsätzlich auch derart ausge
legt sein, daß er sich nur innerhalb der Bohrkrone oder
des bohrkronennahen Bereichs des angrenzenden Bohrstan
genelements erstreckt.
Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf eine Anmerkung
bei Bohrvorrichtungen beschränkt. Er kann gleichermaßen
mit Vorteil auch bei Injektionsbohrankern bzw. selbst
bohrenden Gebirgsankern Verwendung finden.
Fig. 5 zeigte eine besonders vorteilhafte Form des
innerhalb der Bohrkrone verlaufenden einen Beschleuni
gungsabschnitt bildenden Strömungskanals. Dieser Strö
mungskanal kann in einen Einsatzkörper, beispielsweise
von der in Fig. 4 gezeigten Art eingeformt sein - er
kann jedoch gleichermaßen auch unmittelbar in die Struk
tur einer Bohrkrone, insbesondere einer kurzen platten
artigen Bohrkrone eingebunden sein.
Wesensmerkmal des durch einen Eintrittsquerschnitt 21
und einen Austrittsquerschnitt 22 gekennzeichneten
Strömungskanal gemäß Fig. 5 sind zwei Abschnitte, nämlich
ein erster, sich in Richtung auf den Austrittsquerschnitt
22 verjüngender Abschnitt 23 und ein zweiter, sich in
Richtung auf die Austrittsöffnung 24 hin erweitern der
Abschnitt.
Die Gesamtlänge des in Fig. 5 gezeigten Beschleunigungs
abschnitts kann beispielsweise 4 cm bis 10 cm betragen.
Der erstgenannte Abschnitt 23 verjüngt sich bis zu einem
Zwischenquerschnitt 25, welcher der Stelle kleinsten
Querschnitts entspricht. Der Strömungskanal ist insgesamt
rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 26 ausge
bildet und die Wandungen des Abschnitts 23 werden - in
der Darstellung des in Fig. 5 gezeigten Axialschnitts -
durch Bogenelemente von Ellipsen gebildet. Die Durchmesser
der Querschnitte des Eintrittsquerschnitts 21 und des
Zwischenquerschnitts 25 verhalten sich vorzugsweise wie
3 : 1.
Der Konizitätswinkel 27 kann vorzugsweise 2° betragen.
Die Länge 28 des zweiten Abschnitts 24 kann derart
bemessen sein, daß sich der Durchmesser des Austritts
querschnitts 22 zu demjenigen des Zwischenquerschnitts
25 wie 1,25 : 1 verhält. Bei einem in diesem Sinne
ausgebildeten Strömungskanal, mit einem, durch ein
Durchmesserverhältnis von Eintrittsquerschnitt 21 und
Zwischenquerschnitt 25 von 3 : 1 gekennzeichneten Ab
schnitt 23 ergibt sich bei einem Eingangsdruck von 6
bar, einem Durchmesser des Zwischenquerschnitts 25 von 6
mm und einem Abschnitt 23, dessen Wandungen - in einem
Axialschnitt gesehen - durch Bogenelemente von Ellipsen
gekennzeichnet sind, ein Durchfluß von 2,4 m³/min. Wird
der Durchmesser auf 8 mm erhöht, ergibt sich bei dem
gleichen Druck ein Durchsatz von 4,0 m³/min.
Mit einem Strömungskanal von der in Fig. 5 gezeigten Art
ist eine besonders verlustarme Energieumsetzung möglich.
Claims (15)
1. Bohrvorrichtung bestehend zumindest aus einer, mit
einem zentralen durchgehenden Strömungskanal (4, 13)
versehenen Bohrstange (3, 11) und einem mit einer
zentralen, eine axiale Ausströmungsrichtung aufwei
senden Austrittsöffnung versehenen Bohrkopf,
wobei die Bohrstange (11) an ihrem dem Bohrkopf abgekehrten Ende mit einer Verbindungsmuffe für eine Verlängerungsstange oder einem Bohrantrieb und/oder einer Fördereinrichtung für ein Spülmedium kuppelbar ist,
wobei der Strömungskanal (4, 13) an seinem dem Bohr kopf zugekehrten Ende in einem in einer Austritts öffnung endenden Beschleunigungsabschnitt fortgeführt ist,
wobei der Beschleunigungsabschnitt durch ein rota tionssymmetrisches Einsatzteil (15, 15′) gebildet ist, welches zum Einsetzen in den Bohrkopf bestimmt und ausgestaltet ist,
dadurch gekennzeichnet,
wobei die Bohrstange (11) an ihrem dem Bohrkopf abgekehrten Ende mit einer Verbindungsmuffe für eine Verlängerungsstange oder einem Bohrantrieb und/oder einer Fördereinrichtung für ein Spülmedium kuppelbar ist,
wobei der Strömungskanal (4, 13) an seinem dem Bohr kopf zugekehrten Ende in einem in einer Austritts öffnung endenden Beschleunigungsabschnitt fortgeführt ist,
wobei der Beschleunigungsabschnitt durch ein rota tionssymmetrisches Einsatzteil (15, 15′) gebildet ist, welches zum Einsetzen in den Bohrkopf bestimmt und ausgestaltet ist,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Bohrkopf eine axial kurze, plattenartige, mit Schneidkanten (2) ausgerüstete Bohrkrone (1, 10) aufweist,
- - daß an der Bohrkrone (1, 10) ein Bohrstangenab schnitt (3, 11) unlösbar angebracht ist,
- - daß die Bohrkrone (1, 10) mit einer zentralen, axial gerichteten, sich koaxial zu dem Bohrstangenelement (11) erstreckenden Bohrung (12) ausgerüstet ist,
- - daß der Strömungskanal (13) des Bohrstangenelements (11) zylindrisch ausgebildet ist und an seinem, der Bohrkrone (1, 10) zugekehrten Ende eine Kreisring fläche (14) bildet,
- - daß das Einsatzteil (15, 15′) aus Kunststoff besteht,
- - daß der Beschleunigungsabschnitt querschnittsmäßig eingangsseitig dem Querschnitt des Strömungskanals (4, 13) im wesentlichen entspricht und
- - daß das Einsatzteil (15, 15′) an den Innenwandungen des Bohrstangenelements (11) und/oder der Bohrung (12) der Bohrkrone (1, 10) festlegbar ist.
2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net,
- - daß der Bohrkopf mit der Bohrstange verschraubt ist.
3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net,
- - daß der Bohrkopf mit der Bohrstange verschweißt ist.
4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Verhältnis der Durchmesser von Eintritts querschnitt (9, 20) und Austrittsquerschnitt des Beschleunigungsabschnitts in dem Bereich von 1,5 : 1 bis 5 : 1, vorzugsweise von 2 : 1 bis 4 : 1 liegt.
5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Beschleunigungsabschnitt aus wenigstens zwei aufeinander folgenden Bohrungsabschnitten (7, 7′; 18, 18′; 19, 19′, 19′′) zusammengesetzt ist und
- - daß wenigstens einer der Bohrungsabschnitte eine sich in Richtung auf die Austrittsöffnung (6′) hin verjüngende Querschnittsgestaltung aufweist.
6. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Beschleunigungsabschnitt zur Gänze einen konischen, sich in Richtung auf die Austrittsöff nung hin verjüngenden Querschnittsverlauf aufweist.
7. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An
sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Konizitätswinkel in dem Bereich von 1° bis 9°, vorzugsweise zwischen 1° und 5° liegt.
8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Einsatzteil aus zwei, jeweils zum außensei tig im wesentlichen dichten Einsetzen in die Boh rungen der Bohrkrone einerseits und des Bohrstan genabschnitts andererseits bestimmten, im wesentli chen zylindrischen Teilen (17, 17′) bestehendes Bauteil ausgestaltet ist.
9. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Einsatzteil als in den der Bohrkrone benachbarten Bohrstangenabschnitt einsetzbares Bauteil ausgestaltet ist.
10. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An
sprüche 1 bis 3 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Beschleunigungsabschnitt aus zwei aufeinan der folgenden Abschnitten (23, 24) besteht,
- - daß der eintrittsseitige oder erste Abschnitt (23) einen ausgehend von einem Eintrittsquerschnitt (21) bis zu einem Zwischenquerschnitt (25) sich verjüngenden Verlauf aufweist und
- - daß der austrittsseitige Abschnitt (24) einen ausgehend von dem Zwischenabschnitt (25) bis zu einem Austrittsquerschnitt (22) sich erweiternden Verlauf aufweist.
11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet,
- - daß - in einem Axialschnitt gesehen - die Wandungen des Abschnitts (23) durch Kurvenelemente von Kegelschnitten wie Ellipse, Parabel oder Hyperbel gebildet werden.
12. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der austrittsseitige Abschnitt (24) einen konischen Verlauf aufweist.
13. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An
sprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Verhältnis der Durchmesser von Austritts querschnitt (22) und Zwischenquerschnitt (25) in dem Bereich von 1,03 : 1 bis 1,4 : 1, vorzugsweise in dem Bereich von 1,1 : 1 bis 1,3 : 1 liegt.
14. Bohrvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß der Konizitätswinkel (27) des austrittsseitigen Abschnitts 0,5° bis 5°, vorzugsweise 2° beträgt.
15. Bohrvorrichtung nach einem der vorangegangenen An
sprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Verhältnis des Durchmessers von Eintritts querschnitt (21) und Zwischenquerschnitt (25) in dem Bereich von 1,5 : 1 bis 5 : 1, vorzugsweise in dem Bereich von 2 : 1 bis 4 : 1 liegt.
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Owner name: REBURG PATENTVERWERTUNGSGESELLSCHAFT MBH, 38723 SE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |