EP0645519B1 - Bohrvorrichtung mit teleskopierbarer Kellystange - Google Patents

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EP0645519B1
EP0645519B1 EP94113836A EP94113836A EP0645519B1 EP 0645519 B1 EP0645519 B1 EP 0645519B1 EP 94113836 A EP94113836 A EP 94113836A EP 94113836 A EP94113836 A EP 94113836A EP 0645519 B1 EP0645519 B1 EP 0645519B1
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tube
drilling device
drilling
kellybar
tool
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EP94113836A
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Gottfried Löser
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Ing G Klemm Bohrtechnik GmbH
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Ing G Klemm Bohrtechnik GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers

Definitions

  • the invention relates to a Kelly bar drilling device, which is particularly suitable for pile drilling.
  • Kelly rods In the production of foundation bores for piles, Kelly rods are used, which can be telescoped in order to achieve drilling depths that are greater than the mast length without extension segments.
  • the Kelly rod consists of an outer tube and at least one telescopic tube arranged therein and displaceable therefrom, which can be locked with the outer tube in order to transmit the torque required for drilling and the axial pressing forces to the drilling tool.
  • the drilling tools usually used, which are attached to the front end of the innermost telescopic tube, are rotary drilling tools (augers, drilling buckets, core drilling bits), which take up the soil in the borehole. If the rotary drilling tool is filled with soil, the Kelly system is pulled up with a rope, whereby the pipes of the Kelly rod slide into each other.
  • the usual Kelly bar systems with rotary drilling tools can mainly only be used in non-rocky soils, but fail if there are pieces of rock or similar resistances in the soil that cannot be overcome by dry rotary drilling.
  • a drilling device according to the preamble of claim 1 is known.
  • a pressure medium such as compressed air or pressure fluid, cannot be led to the tool through a Kelly rod because the pressure medium would escape at the connection points of the tubes of the Kelly rod.
  • flushing holes are not possible with a Kelly rod drilling device in which a flushing medium is introduced into the borehole in order to flush out the drillings.
  • the invention has for its object to provide a drilling device with telescopic Kelly rod, with which larger drilling resistances can be overcome and which allows rotary drilling or rinsing drilling.
  • a pressure fluid is not introduced directly into the inside of the Kelly rod, but into a pressure line that extends in the Kelly rod.
  • This pressure line is connected to a rotary head, which has a non-rotating stator and a rotor which is connected to the innermost telescopic tube of the Kelly rod in a rotationally fixed manner having.
  • the stator of the rotary head is held in place by a fixing device so that the pressure line does not rotate or wind up when the Kelly rod is rotated.
  • the pressure line is connected to the innermost telescopic tube using a rotary head contained in the Kelly rod.
  • the tool can contain, for example, a deep hole hammer which is supplied with the pressure medium supplied and which strikes a drill bit.
  • the tool can also contain a flushing device, from which the pressure medium exits, in order to flush drilling material out of the borehole.
  • the invention makes it possible to additionally operate a Kelly rod drilling device with a pressure medium, which was not previously possible due to the sealing problems of the telescopic Kelly rod.
  • the drilling device has a drilling mast 10 which is fastened to the boom 12 of a vehicle 11 and can be placed vertically.
  • a carriage 14 can be moved vertically on a longitudinal guide 13 of the drilling mast.
  • the carriage 14 carries a drive head 15 for the telescopic Kelly bar 16.
  • the Kelly rod 16 has an outer tube 17 and in this case a single telescopic tube 18 which is telescopically displaceable in the outer tube. Both tubes 17 and 18 can have approximately the same length. They are or the like by splines. secured against mutual twisting. Furthermore, the telescopic tube 18 is locked in the fully extended state when the Kelly rod is rotated in one direction of rotation relative to the outer tube 17 against axial displacement. This lock can be released if the Kelly rod is rotated in the other direction of rotation, so that the tubes 17 and 18 can then be pushed into one another.
  • the front end of the telescopic tube 18 is closed with a welded-on base plate 19, which has an axially projecting transition piece 20.
  • the drilling tool 22 is fastened to this extension piece 20 with an adapter 21.
  • the drilling tool 22 consists of a deep hole hammer 23 and a drill bit 24.
  • a tube 25, which forms a channel 26, extends through the telescopic tube 18 over the entire length of the telescopic tube.
  • the lower end of the tube 25 is welded to the base plate 19 and the channel 26 communicates with the inlet 27 of the deep hole hammer 23 via the hollow extension 20.
  • the tube 25 is connected to the rotary head 30, which consists of a stator 31 and a rotor 32.
  • the connecting sleeve 28 is sealingly connected to the stator 31.
  • a flexible pressure line 33 leads to the stator 31, which passes through the drive head 15 and runs over deflection rollers 34, 35.
  • the pressure line 33 is held under tension by a flexible tensioning device (not shown). The pressure fluid supplied from the pressure line 33 to the rotary head 30 is transferred into the tube 25 and passed on from there to the tool 22.
  • the anti-rotation device 36 is a tube which is fastened to the carriage 14 with a holder 37 and projects through the drive head 15 into the outer tube 17 of the Kelly rod 16. This tube has strips or slots 37 which engage with projections 38 of the stator 31 so that the rotary head 30 can be moved axially in the anti-rotation device 36, but is secured against rotation.
  • a traction cable 40 runs through the tube 36 via deflection rollers 41, 42 provided at the upper end of the drilling mast 10 to form a cable winch 43 which can be driven around the telescopic tube 28 pull up with the tool 22.
  • the upper end of the borehole 44 is secured by a support tube 45, which can be pushed into the borehole in accordance with the drilling progress in order to support the borehole wall.
  • Supporting the borehole wall can be expedient to prevent the backwashed fluid from flushing out the borehole.
  • the drilling device works as follows:
  • the telescopic tube 18 is fully retracted into the outer tube 17.
  • the tube 36 is located between the tubes 17 and 18.
  • the tubes 17 and 18 are locked in this position relative to one another against axial displacement.
  • the drive head 15 engages on the outside of the outer tube 17 and rotates it, as a result of which the telescopic tube 18 and the tool 22 are also rotated.
  • the carriage 14 is moved downward along the drilling mast 10 and in doing so presses the Kelly rod 16 in rotation with the drive head 15.
  • the cable 40 is unwound by actuating a cable winch.
  • the telescopic tube 18 can be moved out of the outer tube 17 in accordance with the lowering speed specified by the advance of the tool.
  • Drilling can be carried out as rinsing drilling.
  • flushing medium air or liquid
  • This flushing medium passes through the rotary head 30 and the pipe 25 to the drilling tool 22. It emerges from the drill bit 24 and rinses the drill material up in the borehole 44.
  • drilling tool 22 instead of the drilling tool 22 shown in the drawings, other drilling tools that require a pressure or flushing medium can also be used.
  • the anti-rotation device 36 is attached to the carriage 14 and has a constant length.
  • the anti-rotation device can be attached to the drilling mast 10.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kellystangen-Bohrvorrichtung, die insbesondere für Pfahlbohrungen geeignet ist.
  • Bei der Herstellung von Gründungsbohrungen für Pfähle werden Kellystangen eingesetzt, welche teleskopierbar sind, um ohne Verlängerungssegmente Bohrtiefen zu erreichen, die größer als die Bohrmastlänge sind. Die Kellystange besteht aus einem Außenrohr und mindestens einem darin angeordneten und aus diesem heraus verschiebbaren Teleskoprohr, welches mit dem Außenrohr verriegelbar ist, um das zum Bohren erforderliche Drehmoment und die axialen Andruckkräfte auf das Bohrwerkzeug zu übertragen. Die üblicherweise eingesetzten Bohrwerkzeuge, die am vorderen Ende des innersten Teleskoprohres befestigt werden, sind Drehbohrwerkzeuge (Bohrschnecken, Bohrkübel, Kernbohrschappen), welche das im Bohrloch befindliche Erdreich aufnehmen. Wenn das Drehbohrwerkzeug mit Erdreich gefüllt ist, wird das Kellysystem mit einem Seil hochgezogen, wobei die Rohre der Kellystange sich ineinanderschieben.
  • Die üblichen Kellystangen-Systeme mit Drehbohrwerkzeugen sind vorwiegend nur in nicht felsigen Böden einsetzbar, versagen jedoch, wenn im Boden Felsstücke oder ähnliche Widerstände vorhanden sind, die durch trockenes Drehbohren nicht überwunden werden können. Aus der DE-C-4 038 424 ist eine Bohreinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Ein Druckmedium, wie Druckluft oder Druckflüssigkeit, kann durch eine Kellystange nicht zum Werkzeug geführt werden, weil das Druckmedium an den Verbindungsstellen der Rohre der Kellystange entweichen würde. Aus dem gleichen Grund sind mit einer Kellystangen-Bohrvorrichtung auch keine Spülbohrungen möglich, bei denen ein Spülmedium in das Bohrloch eingeleitet wird, um das Bohrgut auszuspülen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung mit teleskopierbarer Kellystange zu schaffen, mit der auch größere Bohrwiderstände überwunden werden können und die ein Drehschlagbohren oder ein Spülbohren ermöglicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung wird ein Druckfluid nicht unmittelbar in das Innere der Kellystange eingeleitet, sondern in eine Druckleitung, die sich in der Kellystange erstreckt. Diese Druckleitung ist an einen Drehkopf angeschlossen, welcher einen nicht mitdrehenden Stator und einen drehfest mit dem innersten Teleskoprohr der Kellystange verbundenen Rotor aufweist. Der Stator des Drehkopfs wird mit einer Fixiervorrichtung festgehalten, so daß die Druckleitung sich beim Drehen der Kellystange nicht mitdreht oder aufwickelt. Auf diese Weise wird die Druckleitung unter Verwendung eines in der Kellystange enthaltenen Drehkopfes mit dem innersten Teleskoprohr verbunden. Dadurch gelingt es, das Druckmedium an das Werkzeug heranzubringen. Das Werkzeug kann beispielsweise einen Tieflochhammer enthalten, der mit dem zugeführten Druckmedium versorgt wird und Schläge auf eine Bohrkrone ausübt. Das Werkzeug kann auch eine Spüleinrichtung enthalten, aus der das Druckmedium austritt, um Bohrgut aus dem Bohrloch auszuspülen.
  • Durch die Erfindung gelingt es, eine Kellystangen-Bohrvorrichtung zusätzlich mit einem Druckmedium zu betreiben, was bisher wegen der Abdichtprobleme der teleskopierbaren Kellystange nicht möglich war.
  • Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Ansicht der Bohrvorrichtung, teilweise geschnitten, während des Bohrbetriebes,
    Fig. 2
    in vergrößertem Maßstab eine Darstellung von Einzelheiten aus Fig. 1 und
    Fig. 3
    die Bohrvorrichtung im hochgezogenen Zustand.
  • Die Bohrvorrichtung weist einen Bohrmast 10 auf, der an dem Ausleger 12 eines Fahrzeugs 11 befestigt ist und senkrecht aufgestellt werden kann. An einer Längsführung 13 des Bohrmasts ist ein Schlitten 14 vertikal verfahrbar. Der Schlitten 14 trägt einen Antriebskopf 15 für die teleskopierbare Kellystange 16.
  • Die Kellystange 16 weist ein Außenrohr 17 und in diesem Fall ein einziges Teleskoprohr 18 auf, das im Außenrohr teleskopisch verschiebbar ist. Beide Rohre 17 und 18 können etwa die gleiche Länge haben. Sie sind durch Keilverzahnungen o.dgl. gegen gegenseitiges Verdrehen gesichert. Ferner wird das Teleskoprohr 18 im voll ausgezogenen Zustand bei Drehung der Kellystange in der einen Drehrichtung relativ zum Außenrohr 17 gegen Axialverschiebung verriegelt. Diese Verriegelung kann aufgehoben werden, wenn die Kellystange in der anderen Drehrichtung gedreht wird, so daß dann die Rohre 17 und 18 ineinandergeschoben werden können.
  • Das vordere Ende des Teleskoprohrs 18 ist mit einer angeschweißten Bodenplatte 19 verschlossen, die ein axial abstehendes Übergangsstück 20 aufweist. An diesem Ansatzstück 20 wird mit einem Adapter 21 das Bohrwerkzeug 22 befestigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Bohrwerkzeug 22 aus einem Tieflochhammer 23 und einer Bohrkrone 24.
  • Durch das Teleskoprohr 18 erstreckt sich über die gesamte Länge des Teleskoprohrs ein Rohr 25, welches einen Kanal 26 bildet. Das untere Ende des Rohres 25 ist an die Bodenplatte 19 angeschweißt und der Kanal 26 steht über das hohle Ansatzstück 20 mit dem Einlaß 27 des Tieflochhammers 23 in Verbindung.
  • Am oberen Ende des Rohres 25 befindet sich eine Anschlußmuffe 28, die geringfügig über das obere Ende des Teleskoprohres 18 hinaus vorsteht.
  • Das Rohr 25 ist an den Drehkopf 30 angeschlossen, der aus einem Stator 31 und einen Rotor 32 besteht. Die Anschlußmuffe 28 ist abdichtend mit dem Stator 31 verbunden. Zu dem Stator 31 führt eine flexible Druckleitung 33, welche durch den Antriebskopf 15 hindurchgeht und über Umlenkrollen 34,35 läuft. Die Druckleitung 33 wird von einer (nicht dargestellten) nachgiebigen Spanneinrichtung gespannt gehalten. Das von der Druckleitung 33 zum Drehkopf 30 gelieferte Druckfluid wird in das Rohr 25 übertragen und von diesem an das Werkzeug 22 weitergeleitet.
  • Während das Rohr 25 sich zusammen mit der Kellystange 16 dreht, wird der Stator 31 des Drehkopfes 30 von einer Drehsicherungsvorrichtung 36 gegen Verdrehung gesichert. Die Drehsicherungsvorrichtung 36 ist ein Rohr, das mit einer Halterung 37 an dem Schlitten 14 betestigt ist und durch den Antriebskopf 15 hindurch in das Außenrohr 17 der Kellystange 16 hineinragt. Dieses Rohr hat Leisten oder Schlitze 37, die mit Ansätzen 38 des Stators 31 zusammengreifen, so daß der Drehkopf 30 in der Drehsicherungsvorrichtung 36 axial bewegt werden kann, dabei jedoch gegen Verdrehung gesichert ist.
  • An dem Stator 31 befindet sich ferner eine Halterung 39 für ein Zugseil 40. Dieses Zugseil verläuft durch das Rohr 36 hindurch über am oberen Ende des Bohrmasts 10 vorgesehene Umlenkrollen 41,42 zu einer Seilwinde 43, die angetrieben werden kann, um das Teleskoprohr 28 zusammen mit dem Werkzeug 22 hochzuziehen.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das obere Ende des Bohrlochs 44 durch ein Stützrohr 45 gesichert, das entsprechend dem Bohrfortschritt in das Bohrloch nachgeschoben werden kann, um die Bohrlochwand abzustützen. Eine Abstützung der Bohrlochwand kann zweckmäßig sein, um zu verhindern, daß das im Rohrloch rückgespülte Fluid das Bohrloch ausspült.
  • Die Bohrvorrichtung arbeitet wie folgt:
  • Zunächst wird mit eingezogener Kellystange 16 gemäß Fig. 3 gearbeitet, wobei das Teleskoprohr 18 vollständig in das Außenrohr 17 eingezogen ist. Dabei befindet sich das Rohr 36 zwischen den Rohren 17 und 18. Die Rohre 17 und 18 sind in dieser Stellung relativ zueinander gegen Axialverschiebung verriegelt. Der Antriebskopf 15 greift außen an dem Außenrohr 17 an und dreht dieses, wodurch das Teleskoprohr 18 und das Werkzeug 22 mitgedreht werden. Der Schlitten 14 wird entlang des Bohrmasts 10 nach unten bewegt und drückt dabei mit dem Antriebskopf 15 die Kellystange 16 drehend vor. Wenn der Schlitten 14 sich zum unteren Ende des Bohrmasts 10 bewegt hat, wird über die Betätigung einer Seilwinde das Seil 40 abgespult. Hierdurch kann das Teleskopf-Rohr 18 entsprechend der vom Vortrieb des Werkzeugs vorgegebenen Absenkgeschwindigkeit aus dem Außenrohr 17 ausgefahren werden.
  • Das Bohren kann als Spülbohren durchgeführt werden. Dabei wird über die Druckleitung 33 Spülmedium (Luft oder Flüssigkeit) zugeführt. Dieses Spülmedium gelangt durch den Drehkopf 30 und das Rohr 25 zum Bohrwerkzeug 22. Es tritt an der Bohrkrone 24 aus und spült das Bohrgut im Bohrloch 44 hoch.
  • Ferner ist es möglich, einen Schlagbohrbetrieb durchzuführen, indem der Tieflochhammer 22 betätigt wird. Der Tieflochhammer wird von dem unter Druck zugeführten Medium angetrieben, um Schläge auf die Bohrkrone 24 auszuüben. Dadurch kann felsiges Gestein 46 zertrümmert werden.
  • Anstelle des in den Zeichnungen dargestellten Bohrwerkzeugs 22 können auch andere Bohrwerkzeuge benutzt werden, die ein Druck- oder Spülmedium benötigen.
  • Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Drehsicherungsvorrichtung 36 an dem Schlitten 14 befestigt und sie hat eine konstante Länge. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Drehsicherungsvorrichtung teleskopierbar zu machen, so daß sie sich an die Ausfahrlänge des Teleskoprohrs 18 anpaßt bzw. dem Teleskoprohr folgt. In diesem Fall kann die Drehsicherungsvorrichtung am Bohrmast 10 befestigt sein.

Claims (10)

  1. Bohrvorrichtung mit einer teleskopierbaren Kellystange (16), die ein Außenrohr (17) und mindestens ein darin geführtes und verriegelbares Teleskoprohr (18) aufweist, wobei am vorderen Ende des innersten Teleskoprohrs (18) ein Werkzeug (22) montierbar ist, und mit einem Bohrmast (10), an dem ein Schlitten (14) verfahrbar ist, welcher einen Antriebskopf (15) zum Drehen des Außenrohres (17) der Kellystange (16) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der Kellystange (16) ein Drehkopf (30) vorgesehen ist, der einen mit mindestens einer Druckleitung (33) verbundenen Stator (31) und einen mit dem vorderen Ende des innersten Teleskoprohrs (18) verbundenen Rotor (32) aufweist, und daß eine in das Außenrohr (17) hineinragende Drehsicherungsvorrichtung (36) sich bis zu dem Stator (31) erstreckt und diesen gegen Mitdrehen mit der Kellystange (16) sichert.
  2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Drehkopf (30) ein Zugorgan (40) zum Hochziehen des innersten Teleskoprohres (18) der Kellystange (16) angreift.
  3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsicherungsvorrichtung (36) aus einem Rohr besteht, das durch den Antriebskopf (15) hindurchgeht und oberhalb des Antriebskopfes drehfest gehalten ist.
  4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (33) eine flexible Schlauchleitung ist, die über eine am Bohrmast (10) gelagerte Rolle (34) geführt und in Längsrichtung nachgiebig vorgespannt ist.
  5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (32) des Drehkopfes (30) an mindestens einen Kanal (26) angeschlossen ist, der sich durch das innerste Teleskoprohr (18) bis zu dessen vorderem Ende erstreckt.
  6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (26) in einem Rohr (25) verläuft, welches am vorderen Ende des innersten Teleskoprohrs (18) mit einer dieses Teleskoprohr abschließenden Bodenplatte (19) verbunden ist.
  7. Bohrvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (19) ein abstehendes Übergangsstück (20) für die Anbringung eines Werkzeugs (22) aufweist, wobei das Übergangsstück (20) mindestens eine Bohrung für die Zufuhr von Druckmedium zu dem Werkzeug (22) aufweist.
  8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsicherungsvorrichtung (36) teleskopierbar ist.
  9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsicherungsvorrichtung (36) starr ist, und daß der Stator (31) des Drehkopfs (30) längs der Drehsicherungsvorrichtung gleitet.
  10. Kellystange zur Verwendung in einer Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Außenrohr (17) und mindestens einem darin geführten und verriegelbaren Teleskoprohr (18), dadurch gekennzeichnet, daß das innerste Teleskoprohr (18) einen Kanal (26) umgibt, an dessen oberem Ende der Rotor montierbar ist.
EP94113836A 1993-09-29 1994-09-03 Bohrvorrichtung mit teleskopierbarer Kellystange Expired - Lifetime EP0645519B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4333114A DE4333114C1 (de) 1993-09-29 1993-09-29 Bohrvorrichtung mit teleskopierbarer Kellystange
DE4333114 1993-09-29

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Publication Number Publication Date
EP0645519A1 EP0645519A1 (de) 1995-03-29
EP0645519B1 true EP0645519B1 (de) 1997-12-17

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EP94113836A Expired - Lifetime EP0645519B1 (de) 1993-09-29 1994-09-03 Bohrvorrichtung mit teleskopierbarer Kellystange

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EP (1) EP0645519B1 (de)
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DE (2) DE4333114C1 (de)

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