DE6942997U - REGROVING OR EXTENSION DRILLS - Google Patents
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DR. KURT-RUDOLF EIKSri^IZSGDR.KURT-RUDOLF EIKSri ^ IZSG
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The Cementation Company Ltd. 200/294The Cementation Company Ltd. 200/294
Nachschneide- oder Erweiterungsbohrer.Regrooving or extension drill.
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.The invention relates to a regrooving or extension drill which can be used to drill a pre-drilled To widen the hole in certain areas or sections to a larger diameter.
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.In many cases it is necessary to firmly anchor a steel mast exposed to high tensile stress, a cable or the like to the ground, for example to secure a retaining wall or to fix a foundation. For this purpose, tie rods are used, which are inserted into a borehole in the subsurface and poured into it. The hole has previously been pre-drilled to a sufficient depth in the subsoil. If the subsurface consists of clay or soft pelvis, however, the tie rod can sometimes not be anchored sufficiently in the subsoil and is accordingly partially pulled out of the subsoil again under load.
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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.In order to provide a firm tensile anchorage in clay or soft rock, it has already been proposed, at least to enlarge the borehole in a section or to provide it with a number of bead-shaped extensions. The tie rod is then cast in the usual way after insertion into this hole. The enlargements or bulbous Extensions can have a wide variety of shapes, but are preferably in the longitudinal direction with a diamond-shaped Cross-section executed. These extensions act in the manner of an interlocking with the subsurface, and it has It has been shown that a tension anchor made in this way can be loaded approx. ten times higher than a tension anchor, which has been cast in a drill hole with a constant diameter.
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 vermittelsExtension drills, by means of which, for example, a hole pre-drilled in a rocky subsurface can be enlarged in diameter in certain areas along its depth, are known, but these extension drills have the disadvantage that the diameter of the borehole only extends to about twice the diameter of the original borehole can be. Other enlargement drills, which are used on a loamy subsoil or on a subsoil made of soft rock, are also known, whereby these expand the borehole diameter to twice the diameter of the original hole or a little more . These drills are designed in such a way that, after being inserted into the borehole, they expand to the desired size of the (enlargement, usually this is done by means of
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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.mechanical-hydraulic or mechanical-pneumatic devices that act on the drill itself open or cause it to expand when it is in the borehole at the desired depth. It has However, it has been found that such operated devices are very prone to failure and often not in the as desired, expand the drill to the required diameter.
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.According to the invention, these disadvantages are eliminated by that on the outer circumference of a rigid, rod-like core and in the core longitudinal direction at a distance from one another a number of extending in the radial direction, due to elastic-flexible properties to the core> bare Elements are arranged, and the nucleus at an enae a Has device for attaching the drill to a drill shaft.
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 aufSuch a drill according to the invention is as good as It is not susceptible to interference and is mainly used in the following ways, among other things. First, as usual, a Drilled hole made with a substantially constant diameter. Then the expansion drill according to the invention attached to a Bohrsohaft and introduced by means of the drill shaft to the desired depth in the borehole. Included are the elements extending in the radial direction due to their flexible properties on the core of the drill arranged adjacent. If the drill is now set in rotation, the elements attached to the core have as a result their elastic-flexible properties and as a result of the on
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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.they acting centrifugal forces the effort to spread away in the radial direction from the core of the drill and accordingly to enlarge the diameter of the borehole at the desired location and in the wünsoh en way.
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.For removing the holes in front of * the walls of the drill hole during the drilling process broken material, it is advisable that a tube is arranged in the longitudinal direction of the core on this, wherein the free end of the tube is connected to a line carrying a pressure medium and the part of the adjacent to the core Tube is provided with one or more outlet openings. The drilling material can thus advantageously be removed from the borehole can be rinsed out and does not need mechanical devices o.a. to be removed. In this context is it is advantageous to have a tubular core and that Tube is arranged extending into the core.
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.The elements arranged on the core of the drill are expediently made of rope wire, spring steel or nylon. A decisive advantage of a drill according to the invention is that the borehole widenings are not as before are usually limited to about twice the diameter of the original borehole; but that the elements have a length between four times the radius of the borehole to be expanded and a length that is slightly larger than the borehole radius can.
In einigen Fällen der Bohrlocherweiterung kann es wünschenswert sein, daß die In Längsriohtung des Kernes.aufeinanderfolgenden Elemente beginnend an gegenüberliegendenIn some cases of the borehole widening, it may be desirable that the longitudinal direction of the core. Successive elements starting at opposite
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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.Ends of the core have an increasing length, v / obei the maximum length is given approximately in the Mitfee of the core. In principle, however, the elements can be in any desired Pattern be arranged on the circumference of the drill core. In preferred embodiments, the elements are arranged so that they extend in opposite directions away from the core or that the elements move in shape a spiral are arranged extending along the core.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Erweiterungsbohrer gemäß der Erfindung. Fig. 1 shows a cross section through an extension drill according to the invention.
Fig. 2, 3 und 4 aufeinanderfolgende Herstellungsschritte einer Bohrlocherweiterung vermittels des in Fig. 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Bohrers.2, 3 and 4 successive manufacturing steps of a borehole enlargement by means of the drill according to the invention shown in FIG. 1.
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.The illustrated extension drill consists of a tubular core Ι, ζ.Β. made of steel, and owns its one end 2 for attaching a drill shaft 3 an approximately βθ cm long thread. The core 1 is in the longitudinal direction Drilled diametrically every 2.5 cm as seen. In these holes 5, the elements 4 are inserted and not mediated The grub screws shown above are attached. The elements themselves can be made from rope wire, spring steel, nylon or others suitable ^ elastic materials be made.
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.If the distance of the element tip from the circumference of the core is called the length of the element, then the elements have a continuously increasing length starting from opposite ends of the drill core 1, the maximum length being reached essentially in the middle of the core 1 . The maximum length of the elements 4 is preferably three "to four times as large as the radius of the borehole into which the extension drill is inserted.
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.A tube 6 is fixed along the surface of the core 1 by means of e.g. welding and has in the area at one end a number of openings 9 «at the other At the end of the tube β a device (not shown) is arranged, by means of which the tube with a line in the Drill shaft 3 is connected, in which there is pressurized gas or a liquid.
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-The use of the expansion drill according to the invention for enlarging or bulging for the purpose of expanding a borehole is as follows. First, a borehole of a suitable diameter, e.g. of 15 cm, in a loamy subsoil or pre-drilled in a sub-base made of soft rock to the depth required for ground anchoring. Then the extension drill is attached to a drill shaft of the appropriate length, while the tube β with the a line carrying high pressure medium is connected in the drill shaft. Next, the extension drill is inserted into the Borehole introduced. The elements 4 lie against the drill core 1 in the longitudinal direction, as is done by means of the
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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.dashed lines 10 in Fig. 1 is indicated. Does the enlargement drill have the enlarging or bead-shaped Expansion of the borehole reached the intended position, then it is set in rotation, at the same time a liquid or gas is supplied under pressure through the pipe 6.
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 Eeim rotating the drill cut or break the elements 4 from the borehole wall Lehn; or give way to rock. The detached particles are entrained by the high pressure medium supplied through the line β and emerging from the openings 9 and washed out of the borehole. During the drilling process, the elements are steadily erected up to their position extending in the radial direction. When using the drill shown in FIG. 1, an enlargement or bulge-shaped expansion of the borehole is achieved in this way, which has an essentially diamond-shaped cross section in the longitudinal direction. Further expansions and enlargements can then be produced when the drill is positioned in the corresponding, desired areas of the borehole. If a sufficient number of widenings have been created in the drilling hole in the desired manner, then the drill is removed from the borehole and the latter is finally blown out in order to remove the remaining loose clay or rock particles. Then * »H · ν \ Α e ^ A γι Γ7ιι η · βη1 / Δτι f \ ri £ * · γ% * 7τι ito + * qV \ -im / ^ oe T4i * \ V \ YiT rvnVi ö * ty * rf O e ^ jfiQ ^ SX ^ \ jnCl
in seiner endgültigen Position in dem Bohrloch vergossen.potted in its final position in the borehole.
Die aufeinanderfolgenden Schritte in der Herstellung eines mit mehreren Auweifcungen oder Vergrößerungen versehenen Bohrloches sind ir den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt.The successive steps in the fabrication of a plurality of magnifications or Auweifcungen borehole are shown ir Figs 2, 3 and 4. FIG.
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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.The individual lengths of the elements 4 of the extension drill shown in Fig. 1 are chosen so that that the drill is an enlargement or bead-like extension with a diamond-shaped cross-section in the ground incorporated. However, the lengths of the elements can also be so be coordinated so that an enlargement or extension with other longitudinal transverse segments, e.g. a rectangular or circular cross-section.
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.The arrangement of the elements 4 on the circumference of the drill core 1 can still be made in any desired pattern will. Instead of the elements extending in a diametrical plane, elements can also be provided, which are arranged in a spiral shape along the core 1. Bend back the elements 4 in the longitudinal direction of the core to be able to, these are made elastic, but they 'in a transverse to the longitudinal axis of the "core" I plane have substantially rigid properties.
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.Furthermore, more than one pipe 6 carrying a pressure medium can be attached to the drill core 1. For the In the event that the core 1 is tubular, the individual tube 6 or, in the case of a plurality of tubes arranged, all of them Tubes are arranged within the core, then the openings provided in the tubes with associated openings communicate in the core 1.
Während des Bohrvorganges, d.h. bei einer Rotation des Erweiterungsbohrers, werden die einzelnen Elemente nichtDuring the drilling process, i.e. when the extension drill rotates, the individual elements are not
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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. It is only returned to its original position running radially to the core due to its elastic, flexible properties , but also due to the centrifugal forces acting on it as a result of the rotation.
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