DE6942997U

DE6942997U - Nachschneide- oder erweiterungsbohrer

Info

Publication number: DE6942997U
Application number: DE6942997U
Authority: DE
Original assignee: Cementation Co Ltd
Current assignee: Cementation Co Ltd
Priority date: 1968-12-13
Filing date: 1969-10-30
Publication date: 1970-02-05

Description

DR. KURT-RUDOLF EIKSri^IZSG

PATENTANWALT

3 HANNOVIR · »CHACKSTRASSE 1 ■ TELEFON (0511) 814008 ■ KABEL P ATENTIO N HANNOVEf

The Cementation Company Ltd. 200/294

Nachschneide- oder Erweiterungsbohrer.

Die Erfindung betrifft einen Nachschneide- oder Erweiterungsbohrer, der dazu benutzt werden kann, ein vorgebohrtes Loch in bestimmten Bereichen oder Sektionen auf einen größeren Durchmesser zu erweitern.

In vielen Fällen ist es notwendige einen einer hohen Zugbeanspruchung ausgesetzten Stahlmast, ein Kabel o.a. mit dem Boden fest zu verankern, z.B. um eine Stützmauer abzusichern oder um ein Fundament zu befestigen. Hierzu werden Zuganker verwandt, die in ein Bohrloch in dem Untergrund eingeschoben und in diesem vergossen werden. Das Loch ist dabei vorher bis zu einer ausreichenden Tiefe in dem Untergrund vorgebohrt worden. Besteht der Untergrund aus Lehm oder weichem Pels, so kann Jedoch mitunter der Zuganker in dem Untergrund nioht genügend verankert werden und wird dementsprechend bei Belastung teilweise wieder aus dem Untergrund herausgezogen.

JBäüi.

Um eine feste Zugverankerung in Lehm oder weichem Fels vorzusehen, ist bereits vorgeschlagen worden, zumindest in einem Teilabschnitt das Bohrloch zu vergrößern oder mit einer Anzahl wulstförmiger Erweiterungen zu versehen. Der Zuganker wird sodann nach dem Einführen in diese Bohrung in der üblichen Weise vergossen. Die Vergrößerungen oder wulstförmigen Erweiterungen können die verschiedensten Formen aufweisen, sind aber vorzugsweise in Längsrichtung mit einem rautenförmigen Querschnitt ausgeführt. Diese Erweiterungen wirken in der Art einer Verzahnung mit dem Untergrund, und es hat sich herausgestellt, daß eine so hergestellte Zugverankerung ca. seohs- bib zehnmal höher belastet werden kann als ein Zuganker, der in einem Bohrloch mit gleichbleibendem Durchmesser vergossen worden ist.

Erweiterungsbohrer, vermittels der z.B. ein in einem felsigen Untergrund vorgebohrtes Loch in bestimmten Bereichen entlang seiner Tiefe im Durchmesser vergrößert werden kann, sind bekannt, doch besitzen diese Erweiterungsbohrer den Nachteil, daß der Durchmesser des Bohrloches nur etwa bis auf den doppelten Durchmesser des ursprünglichen Bohrloches erweitert werden kann. Andere Erweiterungsbohrer, die bei einem lehmigen Untergrund oder bei einem Untergrund aus weichem Gestein zum Einsatz kommen, sind ebenfalls bekannt, wobei diese den Bohrloohdurchmesser auf den doppelten Durchmesser des Originalloches oder etwas darüber erweitern. Diese Bohrer sind so konstruiert, daß sie sich nach dem Einführen in das Bohrloch bis auf das gewünschte Aasmaß der (Vergrößerung erweitern, üblicherweise geschieht dies vermittels

699^

— "5 -

mechanisch- hydraulischer oder meehanisch-pneumischer Vorrichtungen, die auf den Bohrer selbst einwirken und ein öffnen oder Spreizen desselben veranlassen, wenn diese sich in dem Bohrloch in der gewünschten Tiefe befindet. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß derartige betriebene Vorrichtungen sehr störanfällig sind und oftmals nicht in der gewünschten Weise den Bohrer bis auf den geforderten Durchmesser erweitern.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß am äußeren Umfang eines steifen, stabähnlichen Kernes und in Kernlängsrichtung in einem Abstand zueinander eine Anzahl sich in radialer Richtung erstreckende, infolge elastisch-biegsamer Eigenschaften an den Kern anle>bare Elemente angeordnet sind, und der Kern an einem Enae eine Vorrichtung zum Befestigen des Bohrers an einem Bohrschaft besitzt.

Solch ein erfindungsgemäßer Bohrer ist so gut wie störunanfällig und kommt u.a. hauptsächlich in folgender Weise zum Einsatz. Zunächst wird wie üblich in dem Untergrund ein Bohrloch mit im wesentlichen gleichbleibendem Durchmesser hergestellt. Sodann wird der erfindungsgemäße Erweiterungsbohrer an einem Bohrsohaft befestigt und vermittels des Bohrschaftes bis auf die gewünschte Tiefe in das Bohrloch eingeführt. Dabei sind die in radialer Richtung sich erstreckenden Elemente infolge ihrer biegsamen Eigenschaften an dem Kern des Bohrers anliegend angeordnet. Wird nun der Bohrer in Rotation versetzt, so haben die an dem Kern befestigten Elemente infolge ihrer elastisoh-biegsamen Eigenschaften und infolge der auf

6942141

.β θ «ft ··*>*■■·>·

10 · « · i t i · * · i/J

sie einwirkenden Zentrifugalkräfte das Bestreben, sich in radialer Richtung von dem Kern des Bohrers abzuspreizen und dementsprechend den Durchmesser des Bohrloches an der gewünschten Stelle und in der gewünsoh en Weise zu vergrößern.

Zum Entfernen der beim Bohrvorgang vor* den Bohrlochwänden losgebrochenen Materials ist es zweckmäßig, daß ein Rohr in Längsrichtung d^s Kernes an diesem angeordnet ist, wobei das freie Ende des Rohres mit einer ein Druckmedium führenden Leitung verbunden und der dem Kern benachbarte Teil des Rohres mit einer oder mehreren Auslaßöffnungen versehen ist. Somit kann das Bohrmaterial in vorteilhafter Weise aus dem Bohrloch ausgespült werden und braucht nicht mit mechanischen Vorrichtungen o.a. entfernt zu werden. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, vinn der Kern röhrenförmig ausgebildet und das Rohr sich in den Kern hineinerstreckend angeordnet ist.

Die am Kern ues Bohrers angeordneten Elemente sind zweckmäßig aus Seildraht, Federstahl oder aus Nylon gefertigt. Ein entscheidender Vorteil eines erfindungsgemäßen Bohrers besteht darin, daß die Bohrlocherweiterungen nicht wie bisher üblich auf ca. das Doppelte des Durchmessers des Originalbohrloches beschränkt sind; sondern daß die Elemente eine Länge zwischen dem vierfachen Radius der zur erweiternden Bohrung und einer Länge, die etwas größer ist als der Bohrlochradius, besitzen können.

In einigen Fällen der Bohrlocherweiterung kann es wünschenswert sein, daß die In Längsriohtung des Kernes.aufeinanderfolgenden Elemente beginnend an gegenüberliegenden

694299?

■*·■

Enden des Kernes eine zunehmende Länge aufweisen, v/obei das Längenmaximum in etwa in der Mitfee des Kernes gegeben ist. Grundsätzlich können jedoch die Elemente in jedem gewünschtem Muster am Umfang des Bohrerkernes angeordnet sein. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Elemente so angeordnet, daß sie sich in entgegengesetzter Richtung von dem Kern hinweg erstrecken oder daß die Elemente sich in Form einer Spirale entlang des Kernes erstreckend angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Erweiterungsbohrer gemäß der Erfindung.

Fig. 2, 3 und 4 aufeinanderfolgende Herstellungsschritte einer Bohrlocherweiterung vermittels des in Fig. 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Bohrers.

Der dargestellte Erweiterungsbohrer besteht aus einem röhrenförmigen Kern Ι,ζ.Β. aus Stahl,und besitzt an seinem einen Ende 2 zum Befestigen eines Bohrschaftes 3 ein ca. βθ cm langes Gewinde. Der Kern 1 ist in Längsrichtung gesehen ca. alle 2,5 cm diametral durchbohrt. In diesen Bohrungen 5 sind die Elemente 4 eingesetzt und vermittels nicht dargestellter Madenschrauben o.a. befestigt. Die Elemente selbst können aus Seildraht, Federstahl, Nylon oder anderen geeigneten^elastischen Materialien gefertigt sein.

Bezeichnet man den Abstand der Elementspitze von dem Umfang des Kernes als Länge des Elementes, dann besitzen die Elemente ausgehend von gegenüberliegenden Enden des Bohrerkernes 1 eine stetig zunehmende Länge, wobei das Längenmaximum im wesentlichen in der Mitte des Kernes 1 -erreicht wird. Die maximale Länge der Elemente 4 ist dabei vorzugsweise drei- "bis viermal so groß wie der Radius des Bohrloches, in das der Erweiterungsbohrer eingeschoben wird.

Ein Rohr 6 ist entlang der Oberfläche des Kernes 1 z.B. vermittels Schweißung befestigt und besitzt im Bereich des einen Endes eine Anzahl von Öffnungen 9« An dem anderen Ende des Rohres β 1st eine Vorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet, vermittels der das Rohr mit einer Leitung in dem Bohrschaft 3 verbunden ist, in der sich unter Druck stehendes Gas oder eine Flüssigkeit befindet.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Erweiterungsbohrers zum Vergrößern oder wulst fc°migen Erweitern eines Bohrloches ist wie folgt. Zunächst wird ein Bohrloch mit einem geeigneten Durchmesser,'z.B. von 15 cm, in einem lehmigen Untergrund oder in einem Untergrund aus weichem Gestein bis zu der für die Grundverankerung notwendigen Tiefe vorgebohrt. Sodann wird der Erweiterungsbohrer an einem Bohrschaft von entsprechender Länge befestigt, wobei gleichzeitig das Rohr β mit der ein Hochdruckmedium führenden Leitung in dem Bohrschaft verbunden wird. Als nächstes wird der Erweiterungsbohrer in das Bohrloch eingeführt. Dabei legen sich die Elemente 4 in Längsrichtung an den Bohrerkern 1 an, wie dies vermittels der ge-

es

strichelten Linien 10 in Fig. 1 angedeutet ist. Hat der Erweiterungsbohrer die zum Vergrößern oder wulstförmigen Ausweiten des Bohrloches vorgesehene Position erreicht, dann wird er in Rotation versetzt, wobei gleichzeitig eine Flüssigkeit oder Gas unter" Druck durch das Rohr 6 zugeführt wird.

Eeim Rotieren des Bohrers schneiden oder brechen die Elemente 4 aus der Bohrlochwandung Lehn; oder weichen Fels heraus. Die losgelösten Teilchen werden von dem durch die Leitung β zugeführten und aus den Öffnungen 9 heraustretenden Hochdruckmedium mitgerissen und aus dem Bohrloch herausgespült. Während des Bohrvorganges werden die Elemente stetig bis in ihre in radialer Richtung sich erstreckende Position aufgerichtet. Bei Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Bohrers wir'' auf diese Weise eine Vergrößerung oder wulstförmige Ausweitung des Bohrloches erzielt, die in Längsrichtung einen im wesentlichen rautenförmigen Querschnitt besitzt. Weitere Ausweitungen und Vergrößerungen können nachfolgend hergestellt werden, wenn der Bohrer in den entsprechenden, gewünschten Bereichen des Bohrloches positioniert wird. Sind in der gewünschten Weise eine genügende Anzahl von Ausweitungen in dem Bohre loch geschaffen worden, dann wird der Bohrer aus dem Bohrloch entfernt und das letztere abschließend ausgeblasen, um auch die restlichen, losen Lehm» oder Felsteilchen zu entfernen. Sodann *»H ·ν\Α e^A γι Γ7ιι η·βη1/Δτι f\ri £*·γ% *7τι ito+*qV\ -im /^oe T4i*\V\YiT rvnVi ö*t y* rf O e ^jfiQ^SX^ \jnCl

in seiner endgültigen Position in dem Bohrloch vergossen.

Die aufeinanderfolgenden Schritte in der Herstellung eines mit mehreren Auweifcungen oder Vergrößerungen versehenen Bohrloches sind ir den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt.

> ·' ϊ * ϊϊϊ'ΓΙ"! /i Sm

Die einzelner Längen der Elemente 4 des in Fig. 1 dargestellten Erweiterungsbohrers sind so gewählt, daß der Bohrer eine Vergrößerung oder wulstähnliche Erweiterung mit rautenförmigem Querschnitt in den Untergrund einarbeitet. Die Längen der Elemente können jedoch auch so aufeinander abgestimmt werden, daß eine Vergrößerung oder Erweiterung mit anderen Längsquersennitten, z.B. einem rechteckigen oder kreisörmigen Querschnitt, erzeugt wird.

Die Anordnung der Elemente 4 am Umfang des Bohrerkernes 1 kann weiterhin in jedem gewünschten Muster vorgenommen werden. Anstelle der sich in einer diametralen Ebene erstreckenden Elemente können auch Elemente vorgesehen sein, die in einer Spiralform entlang des Kernen 1 angeordnet sind. Um die Elemente 4 in Längsrichtung des Kernes zurückbiegen zu können, sind diese elastisch ausgeführt, wobei sie jedoch 'in einer quer zur Längsachse des"Kernes' I verlaufenden Ebene im wesentlichen steife Eigenschaften besitzen.

An dem Bohrkern 1 können weiterhin mehr als ein ein Druckmedium führendes Rohr 6 befestigt werden. Für den Fall, daß der Kern 1 rohrförmig ausgebildet ist, können das einzelne Rohr 6 oder bei mehreren angeordneten Rohren alle Rohre innerhalb des Kernes angeordnet werden, wobei dann die in den Rohren vorgesehenen Öffnungen mit zugeordneten Öffnungen in dem Kern 1 kommunizieren.

Während des Bohrvorganges, d.h. bei einer Rotation des Erweiterungsbohrers, werden die einzelnen Elemente nicht

6M2997

nur aufgrund ihrer elastisch- biegsamen Eigenschaften in ihre ursprüngliche, radial zum Kern verlaufende Position zurückgestellt, sondern ebenfalls durch die infolge der Rotation auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte.

Lv/zy

Claims

ansprüche

1. Nachschneide- oder Erweiterungsbohrer, dadurch gekenn» zeichnet, daß am äußeren Umfang eines steifen, stabähnlichen Kernes (l) und in Kernlängsrichtung in einem Abstand zueinander eine Anzahl sich in radialer Richtung erstreckende, infolge elastisch-biegsamer Eigenschaften an den Kern anlegbare Elemente (4) angeordnet sind, und der Kern an einem Ende (2) eine Vorrichtung zum Befestigen des Bohrers an einem Bohrschaft (J) besitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr (6) in Längsrichtung des Kernes Xl) verlaufend angeordnet ist, wobei dati freie Ende des Rohres mit einer ein Druckmedium führenden Leitung verbunden und der dem Kern benachbarte Teil des Rohres mit einer oder mehreren Auslaßöffnungen (9) versehen ist.

J5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eier Kern (l) röhrenförmig ausgebildet und das Rohr (6) sich in den Kern hineinerstreckend angeordnet ist,

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (4) aus Seildraht, Federstahl oder Nylon bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (4) eine Längo zwischen dem 4-fachen Radius der zu erweiternden Bohrung und eine Länge,

6^4299?

sr» ' -

■V" » ι ι » · t ft · er**'··

-Ii-

1 die etwas grb'Jer ist als der Bohrlochradius, besitzen.

I

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- ^;; - durch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung des Kernes (l) ,? aufeinanderfolgenden Elemente (4) beginnend an gegenüberlie- ^; genden ünden des Kernes eine zunehmende Länge aufweisen, wobei das Längenmaximum in etwa in der Mitte des Kernes gegeben J ist.

7· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (4) sich in entgegengesetzte Richtung von dem Kern (l) erstreckend angeordnet sind,

7 ~

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurchxgekennzeichnet, daß die Elemente (4) sich in Form einer Spirale entlang des Kernes (l) erstreckend angeordnet sind.

Lv/zy

I 6942937