EP0855489B1 - Erdverdrängungsbohrer - Google Patents

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EP0855489B1
EP0855489B1 EP98100239A EP98100239A EP0855489B1 EP 0855489 B1 EP0855489 B1 EP 0855489B1 EP 98100239 A EP98100239 A EP 98100239A EP 98100239 A EP98100239 A EP 98100239A EP 0855489 B1 EP0855489 B1 EP 0855489B1
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EP
European Patent Office
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accordance
drill
arched
earth displacement
helical
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP98100239A
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English (en)
French (fr)
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EP0855489A2 (de
EP0855489A3 (de
Inventor
Alexander Julien Verstraeten
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Fundex NV
Original Assignee
Fundex NV
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Publication date
Application filed by Fundex NV filed Critical Fundex NV
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Publication of EP0855489A3 publication Critical patent/EP0855489A3/de
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Publication of EP0855489B1 publication Critical patent/EP0855489B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/38—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds
    • 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
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts
    • 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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/201—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes with helical conveying means

Definitions

  • the invention relates to an earth displacement drill according to the Preamble of claim 1.
  • An earth displacement drill of this type is from the DE 35 01 439 C2 known. Characteristic of this genus of earth displacement drills is the division of the drill tip in two different areas in the vertical direction, from which the lower one primarily displaces the soil radially from the inside out and the top one for conveying of the soil from bottom to top along the drill pipe serves. If in the following description from the vertical or horizontal, is the vertical arrangement out of the drill pipe; however, it goes without saying that earth displacement drill according to the invention also for drilling of earth holes are suitable, whose axis forms an angle with which includes vertical.
  • the invention has for its object an earth displacement drill of the type mentioned at the beginning with even better ones To create drilling properties.
  • connection of the arch and screw surfaces a particularly stable and resistant drill bit formed so that a with little material high strength is achieved.
  • the embodiments are further for optimal drilling properties expedient according to claims 11 to 13.
  • Claim 14 serve the axially projecting arc surfaces for the material transport radially outwards while the extending between successive arc surfaces Screw surfaces a smooth and steady transition from the lower edge of an arch surface to the upper edge of the opposite ensure following the direction of rotation.
  • Claim 19 expresses that the cylinder part accordingly the number of available arches preferred takes a graded course.
  • each individual curved surface is expedient assigned a screw surface and a screw strip.
  • Drill head 12 has a slightly larger outer diameter than that Drill pipe 11.
  • the drilling tip 12 according to the invention from an upper hollow cylinder part 13 of circular cross section, which one has a larger diameter than the drill pipe 11.
  • the circular cylindrical Drill pipe 11 is according to FIGS. 1 and 2 on his lower end with a circular cylindrical driving part 33 enlarged diameter provided on its sawtooth-like formed lower edge 40 evenly over the circumference distributed three vertically extending driving surfaces 25 formed are.
  • the outer diameter of the driving part 33 corresponds the inner diameter of the cylinder part 13 so that the driving part 33 in the manner shown in FIG. 1 can be inserted into the cylinder part 13 from above.
  • a ring seal not shown, is also provided his.
  • FIGS. 2 and 5 also points the cylinder part 13 one of the sawtooth shape of the driving part 33 of the drill pipe 11 at least essentially corresponding Sawtooth shape, with each axially extending Sawtooth step 36 obliquely in the circumferential direction up to upper end of the next saw tooth stage opposite to the direction of rotation 29 36 an edge 38 extends along which a preferably made of sheet steel, protruding radially outwards Screw strip 15 is arranged, which consists of a flat strip material, with the long side of the rectangular cross section of the screw strip 15 each with the radius of the cylinder part 13 on the relevant Body collapses.
  • a preferably made of sheet steel, protruding radially outwards Screw strip 15 is arranged, which consists of a flat strip material, with the long side of the rectangular cross section of the screw strip 15 each with the radius of the cylinder part 13 on the relevant Body collapses.
  • the height of the saw tooth steps 36 is approximately 20 to 80, preferably 30 to 70% and in particular 40 to 60% of the total height of the cylinder part 13 at this point.
  • a taper part 14 which has an essentially conical shape downwards has, however, the individual areas of a pure Deviation of the cone more or less clearly.
  • the opening angle the cone is of the order of magnitude of 140 °.
  • the curved surfaces 17 are corresponding formed curved sheet steel parts 17 ", so that on the side facing away from the convex arch surface 17 Side of the sheet steel sheet part 17 '' one accordingly shaped concave arc surface 17 'is present.
  • the convex arc surface 17 is on the in the direction of rotation 29 facing side of sheet steel part 17 ".
  • the invention extends from the lower edge 19 of the sheet steel sheet parts 17 "a generally cone shape following screw surface 18, which however of the pure cone shape differs so that it reaches the top of the sheet steel sheet part following in the opposite direction of rotation 29 17 "is sufficient and there forming a at least approximately rectangular step 20 with the upper one Edge of the further sheet steel part 17 “e.g. is connected by welding. It goes radially on the outside Screw surface 18 to form a kink in the lower edge 38 of the cylinder part 13 located above it above, of which the screw strip 15 is radial projects.
  • FIG. 9 thus shows the profile, seen in the radial direction, of the drill tip according to the invention along the circle 24 in FIG. 7, which is developed in a straight line 24 ′ in FIG. 9.
  • From the lower edge 19 of the outer arch surface 17 1 extends obliquely upwards the outer screw surface 18 1 to the foot of the other outer arch surface 17 2 following counter to the direction of rotation, at the lower edge 19 of which the next outer screw surface 18 2 is connected again, which extends to the foot the third outer arc surface 17 3 is sufficient.
  • the third outer screw surface 18 3 then runs again to the foot of the first-mentioned outer arch surface 17 1 , where the 360 ° arch is closed.
  • the drill bit 12 is hollow, which is achieved in that not only the arches 17 on sheet steel sheet parts 17 "limited Thickness, but also the screw surfaces 18 on screw surface sheet steel parts 18 "of limited thickness are so that in addition to the outer screw surfaces 18th there are also inner screw surfaces 18 '.
  • a driving structure is created inside the drill bit 12, in which the driving part 33 of FIG can engage above, the driver 25 in the circumferential direction with the radially outer ends of the inner arc surfaces 17 'or reinforcement blocks 26 in Come engage and the lower ascending edges 40 of the Sawtooth edge of the driving part 33 on the along of the cylinder part 13 extending areas of the inner Screw surfaces 18 'come into contact, which on the one hand a rotationally fixed connection between the drill pipe 11 and the Drill tip 12 made and at the same time the weight of the Transfer the drill pipe 11 over a large area to the drill tip 12 becomes.
  • the same parts used to improve drilling are also used for transmission high torques from the drill pipe 11 to the drill bit 12 and for weight gain.
  • the entire front surface 26 '(Fig. 2nd and 8) the reinforcement blocks 26 stands for Exercise of a driving force K through the complementary Areas of the driver 25 are available.
  • the drill bit 22 drills into the soil, which then arrives at the arc surfaces 17, which due to their initially almost radial and then increasingly peripheral Component assuming the recorded soil convey radially outwards, where it will eventually be the top surfaces reached the screw strip 15, of which it according to 1 in the direction of arrows 32 along the drill pipe 11 is pushed up.
  • the cylinder part 13 1 Around the appropriate free space to create the drill pipe 11, the cylinder part 13 1 has a larger diameter than the drill pipe 11 on, so that in particular the screw strips 15 clearly protrude radially beyond the outer diameter of the drill pipe 11.
  • the arc surfaces 17 have such a small curvature that they only extend far below 180 ° and in particular also well below the 90 ° angle around the Extend drill bit 22 around, basically radially run with an increasing peripheral component of radially inside out.
  • the screw surfaces 18 cause that in the direction of rotation 29 (Fig. 1) seen behind the convex curved arches 17 do not deposit any material in any cavities can, but to the opposite direction of rotation Arc surface 17 arrives and then radially outwards on this is directed.
  • the angle lies between the tangents to the bottom of the screw strips 15 or the upper end of the arc surfaces 17 between 100 and 140 ° and preferably at about 120 °. That's how it gets radial Relatively suddenly, soil was carried out by one deflected radially upward in an axial movement.
  • a major advantage of the arrangement according to the invention is that the drill bits are even lighter and yet are more economical to use.
  • Shaping is nevertheless a with little use of material high stability of the drill tip achieved.
  • Because of yourself structure according to the invention inside the hollow Drill tip 12 can have special driver cams that are very are expensive to be avoided.
  • An essential feature of the invention is that the height of the arc surfaces 17 and 17 'radially from the inside out increases steadily on the outside, which increases the radially outward Amount of material is taken into account.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Erdverdrängungsbohrer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Erdverdrängungsbohrer dieser Art ist aus der DE 35 01 439 C2 bekannt. Charakteristisch für diese Gattung von Erdverdrängungsbohrern ist die Aufteilung der Bohrspitze in zwei unterschiedliche Bereiche in Vertikalrichtung, von denen der untere in erster Linie der Verdrängung des Erdreiches radial von innen nach außen und der obere zur Förderung des Erdreiches von unten nach oben am Bohrrohr entlang dient. Wenn in der folgenden Beschreibung von der Vertikalen bzw. Horizontalen die Rede ist, wird von der vertikalen Anordnung des Bohrrohrs ausgegangen; es versteht sich jedoch, daß erfindungsgemäße Erdverdrängungsbohrer auch zur Bohrung von Erdlöchern geeignet sind, deren Achse einen Winkel mit der Vertikalen einschließt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Erdverdrängungsbohrer der eingangs genannten Gattung mit noch besseren Bohreigenschaften zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
Der Erfindungsgedanke ist also darin zu sehen, daß der bei dem bekannten Erdverdrängungsbohrer in Drehrichtung gesehen hinter den Bogenflächen vorhandene Raum durch die Schraubenflächen abgedeckt ist, so daß vom Unterrand einer jeden Bogenfläche zum Oberrand der entgegen der Drehrichtung folgenden Bogenfläche ein gleichmäßiger und kontinuierlicher, zumindest weitgehend sprungfreier Übergang vorliegt. Auf diese Weise wird insbesondere vermieden, daß sich hinter den Bogenflächen Materialansammlungen bilden können.
Außerdem wird durch die Verbindung der Bogen- und Schraubenflächen eine besonders stabile und widerstandsfähige Bohrspitze gebildet, so daß mit geringem Materialeinsatz eine hohe Festigkeit erzielt wird.
Bevorzugte praktische Ausführungsformen entnimmt man den Patentansprüchen 2 bis 10.
Für optimale Bohreigenschaften sind weiter die Ausführungsformen nach den Ansprüchen 11 bis 13 zweckmäßig.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausbildung gemäß Anspruch 14 dienen die axial vorspringenden Bogenflächen für den Materialtransport radial nach außen, während die sich zwischen aufeinanderfolgenden Bogenflächen erstreckenden Schraubenflächen einen gleichmäßigen und stetigen Übergang von dem Unterrand einer Bogenfläche zum Oberrand der entgegen der Drehrichtung folgenden gewährleisten.
Durch die Ausführungsformen nach den Ansprüchen 15 und 16 wird nicht nur Material eingespart und die Bohrspitze dadurch besonders leicht ausgebildet, sondern es werden gemäß den Ansprüchen 17 und 18 auch Angriffsflächen für die Drehbewegung übertragende Mitnehmer am Bohrrohr geschaffen.
Anspruch 19 bringt zum Ausdruck, daß das Zylinderteil entsprechend der Zahl der vorhandenen Bogenflächen bevorzugt einen abgestuften Verlauf nimmt.
Erfindungsgemäß ist zweckmäßigerweise jeder einzelnen Bogenfläche eine Schraubenfläche und ein Schraubenstreifen zugeordnet.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Fig. 1
eine perspektivische Ansicht des unteren Teils eines erfindungsgemäßen Erdverdrängungsbohrers während des Arbeitens im Erdreich,
Fig. 2
eine perspektivische Ansicht einer etwas abgewandelten Ausführungsform in etwas verkleinertem Maßstab im auseinandergenommenen Zustand von Bohrrohr und Bohrspitze, wobei die Schraubenstreifen in Umfangsrichtung kürzer als bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ausgebildet sind,
Fig. 3
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bohrspitze schräg von oben analog Fig. 2 unter zeichnerischer Hervorhebung der drei Schraubenflächen,
Fig. 4
die gleiche perspektivische Ansicht wie Fig. 3 unter zeichnerischer Hervorhebung der erfindungsgemäß ausgebildeten Bogenflächen,
Fig. 5
eine perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Bohrspitze zur Veranschaulichung der Einzelteile, aus denen sie zusammengesetzt ist,
Fig. 6
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bohrspitze schräg von unten,
Fig. 7
eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Bohrspitze von unten,
Fig. 8
eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Bohrspitze von oben und
Fig. 9
einen schematischen Axialschnitt der erfindungsgemäßen Bohrspitze entlang des in eine gerade Linie 24' abgewickelten Kreises 24 in Fig. 7.
Nach Fig. 1 ist ein hohlzylindrisches Bohrrohr 11 mit einer Bohrspitze 12 am unteren Ende innerhalb einer vertikalen Bohrung 28 mit vertikaler Mittelachse 16 im Erdreich 27 angeordnet. Oben erstreckt sich das Bohrrohr 11 bis über die Oberfläche des Erdreichs und wird dort in nicht dargestellter Weise zu einer Drehbewegung in Richtung des Pfeiles 29 angetrieben. Aufgrund des Gewichtes des Erdverdrängungsbohrers und der im folgenden beschriebenen Ausbildung der Bohrspitze 12 wird der Bohrer hierbei in Richtung des Pfeiles 30 nach unten ins Erdreich vorgeschoben, wobei das unter dem Bohrer befindliche Erdreich durch die Bohrspitze 12 in Richtung der Pfeile 31 radial nach außen gedrängt und schließlich in Richtung der Pfeile 32 am Umfang des Bohrrohres 11 entlang nach oben gefördert wird. Zu diesem Zweck hat der Bohrkopf 12 einen etwas größeren Außendurchmesser als das Bohrrohr 11.
Nach den Fig. 1 bis 5 und insbesondere nach Fig. 6 besteht die erfindungsgemäße Bohrspitze 12 aus einem oberen Hohl-Zylinderteil 13 von kreisförmigem Querschnitt, welches einen größeren Durchmesser als das Bohrrohr 11 aufweist. Das kreiszylindrische Bohrrohr 11 ist nach den Fig. 1 und 2 an seinem unteren Ende mit einem kreiszylindrischen Mitnahmeteil 33 vergrößerten Durchmessers versehen, an dessen sägezahnartig ausgebildetem unteren Rand 40 über den Umfang gleichmäßig verteilt drei vertikal verlaufende Mitnahmeflächen 25 ausgebildet sind. Der Außendurchmesser des Mitnahmeteils 33 entspricht dem Innendurchmesser des Zylinderteils 13, so daß das Mitnahmeteil 33 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise von oben in das Zylinderteil 13 eingesteckt werden kann. Zwischen einem stufenförmigen Absatz 34 am Beginn des Mitnahmeteils 33 und dem kreisförmigen horizontalen oberen Rand 35 des Zylinderteils 13, auf dem der Absatz 34 ruht, kann gegebenenfalls noch eine nicht dargestellte Ringdichtung vorgesehen sein.
Wie insbesondere aus Fig. 2 und 5 zu ersehen ist, weist auch das Zylinderteil 13 eine der Sägezahnform des Mitnahmeteils 33 des Bohrrohres 11 zumindest im wesentlichen entsprechende Sägezahnform auf, wobei sich von jeder axial verlaufenden Sägezahnstufe 36 in Umfangsrichtung schräg nach oben bis zum oberen Ende der entgegen der Drehrichtung 29 nächsten Sägezahnstufe 36 ein Rand 38 erstreckt, entlang dem ein vorzugsweise aus Stahlblech bestehender, radial nach außen vorstehender Schraubenstreifen 15 angeordnet ist, der aus einem flachen Streifenmaterial besteht, wobei die lange Seite des rechteckigen Querschnittes des Schraubenstreifens 15 jeweils mit dem Radius des Zylinderteils 13 an der betreffenden Stelle zusammenfällt. Wie besonders deutlich aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, können sich die Schraubenstreifen 15 vom unteren Ende jeder Sägezahnstufe 36 stetig und unter einem geringen Winkel zur Horizontalen von etwa 15° bis zum oberen Rand 35 des Zylinderteils 13 über einen Winkel von mehr als 120° erstrecken, wobei sie sich jeweils deutlich mit dem darunter bzw. darüberliegenden Schraubenstreifen 15 überlappen (Fig. 1) oder nur etwa über einen Winkel von 120° bis zur in Umfangsrichtung folgenden Sägezahnstufe 36, wobei keine Überlappung zwischen aufeinanderfolgenden Schraubenstreifen 15 vorliegt (Fig. 2).
Die Höhe der Sägezahnstufen 36 beträgt etwa 20 bis 80, vorzugsweise 30 bis 70% und insbesondere 40 bis 60% der Gesamthöhe des Zylinderteils 13 an dieser Stelle.
Wie besonders gut Fig. 6 zu entnehmen ist, schließt sich an den Zylinderteil 13 nach unten ein Verjüngungsteil 14 an, welcher einen im wesentlichen konischen Verlauf nach unten hat, wobei jedoch die einzelnen Flächen von einem reinen Konusverlauf mehr oder weniger deutlich abweichen. Der Öffnungswinkel des Konus liegt größenordnungsmäßig bei 140°.
Von den unteren Stirnflächen 21 der flachen Schraubenstreifen 15 erstrecken sich im wesentlichen radial nach innen und schräg nach unten konvex gekrümmte Bogenflächen 17 in Richtung auf die Mittelachse 16 des Zylinderteils 13, wo ein Bohrmeißel 22 vorgesehen ist, der gemäß Fig. 2 mit einem ebenfalls zur Mittelachse 16 koaxialen oberen Zentralrohr 39 in Verbindung steht und gemäß Fig. 6 seitliche Fluidaustrittsöffnungen 23 aufweist, die mit dem Inneren des Zentralrohrs 39 in Strömungsverbindung stehen. Indem das Zentralrohr 39 an eine durch das Innere des Bohrrohrs 11 hindurchführende und nicht dargestellte Fluidzuführleitung angeschlossen ist, kann somit während des Bohrvorganges ein beispielsweise der Verfestigung des umgebenden Erdreichs dienendes geeignetes Fluid aus den Fluidaustrittsöffnungen 23 ausgestoßen werden.
Wie man aus Fig. 5 erkennt, sind die Bogenflächen 17 an entsprechend geformten Bogenflächen-Stahlblechteilen 17" ausgebildet, so daß auf der von der konvexen Bogenfläche 17 abgewandten Seite des Bogenflächen-Stahlblechteils 17'' eine entsprechend geformte konkave Bogenfläche 17' vorliegt. Die konvexe Bogenfläche 17 befindet sich auf der in Drehrichtung 29 weisenden Seite des Stahlblechteils 17".
Radial außen sind die Unterränder 19 der sich radial nach außen in der dargestellten Weise verbreiternden Bogenflächen-Stahlblechteilen 17" zu den unteren Stirnflächen 21 der Schraubenstreifen 15 geführt und dort z.B. durch Schweißen fest angebracht. Weiter ist die radial äußere Stirnseite der Bogenflächen-Stahlblechteile 17" im Bereich der Sägezahnstufe 36 z.B. durch Schweißen fest mit dem Zylinderteil 13 verbunden. Radial innen und unten besteht eine ebenfalls z.B. durch Schweißen herbeigeführte feste Verbindung zwischen der dortigen Stirnseite der Bogenflächen-Stahlblechteile 17" und dem Bohrmeißel 22.
Erfindungsgemäß erstreckt sich vom Unterrand 19 der Bogenflächen-Stahlblechteile 17" eine im allgemeinen der Konusform folgende Schraubenfläche 18, welche jedoch derart von der reinen Konusform abweicht, daß sie bis zum oberen Rand des entgegen der Drehrichtung 29 folgenden Bogenflächen-Stahlblechteils 17" reicht und dort unter Bildung einer zumindest annähernd rechteckigen Stufe 20 mit dem oberen Rand des weiteren Bogenflächen-Stahlblechteils 17" z.B. durch Schweissen verbunden ist. Radial außen geht die Schraubenfläche 18 unter Bildung eines Knickes in den unteren Rand 38 des darüber befindlichen Zylinderteils 13 über, von welchem der Schraubenstreifen 15 radial vorspringt. Auf diese Weise wird der Unterrand 19 jedes Bogenflächen-Stahlblechteils 17" durch eine zumindest im wesentlichen rechtwinklig von ihr abzweigende Schraubenfläche 18 stetig mit dem oberen Rand des entgegen der Drehrichtung 29 folgenden Bogenflächen-Stahlblechteils 17" und dem dazwischen sich erstreckenden unteren Rand des darüber befindlichen Zylinderteils 13 fest verbunden.
Aufgrund dieser Ausbildung entsteht unterhalb des Zylinderteils 13 ein Verjüngungsteil 14, dessen Bogenflächen 17 und Schraubenflächen 18 in jedem Axialschnitt entlang eines Kreises 24 (Fig. 7) im wesentlichen eine Form aufweisen, wie sie Fig. 9 zu entnehmen ist. Demnach entsteht um jeden gedachten Kreis 24 herum eine mehr oder weniger ausgeprägte Sägezahnform, welche aus den Schnittlinien der Bogenflächen 17 und der Schraubenflächen 18 zusammengesetzt ist.
Fig. 9 zeigt also das in radialer Richtung gesehene Profil der erfindungsgemäßen Bohrspitze entlang des Kreises 24 in Fig. 7, der in Fig. 9 in eine gerade Linie 24' abgewickelt ist. Vom unteren Rand 19 der äußeren Bogenfläche 171 erstreckt sich schräg nach oben die äußere Schraubenfläche 181 zum Fuß der entgegen der Drehrichtung folgenden weiteren äußeren Bogenfläche 172, an deren unteren Rand 19 wieder die nächste äußere Schraubenfläche 182 anschließt, die bis zum Fuße der dritten äußeren Bogenfläche 173 reicht. Von deren unterem Rand 19 verläuft dann die dritte äußere Schraubenfläche 183 wieder bis zum Fuße der erstgenannten äußeren Bogenfläche 171, wo der 360°-Bogen geschlossen ist.
Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sind jeweils drei Schraubenstreifen 15, drei Bogenflächen-Stahlblechteile 17" und drei Schraubenflächen 18 gleichmäßig über den Umfang der Bohrspitze 12 verteilt vorgesehen und einander in der dargestellten Weise zugeordnet.
Gemäß den Fig. 2 und 5 ist die Bohrspitze 12 hohl ausgebildet, was dadurch erreicht wird, daß nicht nur die Bogenflächen 17 an Bogenflächen-Stahlblechteilen 17" begrenzter Dicke, sondern auch die Schraubenflächen 18 an Schraubenflächen-Stahlblechteilen 18" begrenzter Dicke ausgebildet sind, so daß zusätzlich zu den äußeren Schraubenflächen 18 auch noch innere Schraubenflächen 18' vorliegen. Auf diese Weise entsteht im Inneren der Bohrspitze 12 eine Mitnahmestruktur, in welche gemäß Fig. 2 der Mitnahmeteil 33 von oben eingreifen kann, wobei die Mitnehmer 25 in Umfangsrichtung mit den radial äußeren Enden der inneren Bogenflächen 17' bzw. von dort vorgesehenen Verstärkungsblöcken 26 in Eingriff kommen und die unteren aufsteigenden Ränder 40 der Sägezahnberandung des Mitnahmeteils 33 auf den sich entlang des Zylinderteils 13 erstreckenden Bereichen der inneren Schraubenflächen 18' zur Anlage kommen, wodurch einerseits eine drehfeste Verbindung zwischen dem Bohrrohr 11 und der Bohrspitze 12 hergestellt und gleichzeitig das Gewicht des Bohrrohres 11 großflächig auf die Bohrspitze 12 übertragen wird. Die gleichen Teile, die zur Verbesserung der Bohrwirkung verwendet werden, dienen somit auch zur Übertragung hoher Drehmomente vom Bohrrohr 11 auf die Bohrspitze 12 und zur Gewichtsaufnahme. Die gesamte Frontfläche 26' (Fig. 2 und 8) der Verstärkungsblöcke 26 steht dabei für die Ausübung einer Antriebskraft K durch die dazu komplementären Flächen der Mitnehmer 25 zur Verfügung.
Nach Fig. 5 sind die Schraubenstreifen 15 unmittelbar mit den Schraubenflächen-Stahlblechteilen 18" zu einer Baueinheit verbunden.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Erdverdrängungsbohrers ist wie folgt:
Nachdem das Bohrrohr 11 aus der Position nach Fig. 2 gemäß Fig. 1 mit der Bohrspitze 12 axial zusammengesteckt worden ist, wird die Bohrspitze 12 auf das Erdreich 27 aufgebracht und das Bohrrohr 11 in Richtung des Pfeiles 29 in Umlauf versetzt.
Hierbei bohrt sich der Bohrmeißel 22 in das Erdreich an, welches dann an die Bogenflächen 17 gelangt, die aufgrund ihres zunächst annähernd radialen und dann zunehmend eine periphere Komponente annehmenden Verlaufes das erfaßte Erdreich radial nach außen fördern, wo es schließlich die oberen Flächen der Schraubenstreifen 15 erreicht, von denen es gemäß Fig.1 in Richtung der Pfeile 32 entlang des Bohrrohres 11 nach oben gedrückt wird. Um den entsprechenden Freiraum rund um das Bohrrohr 11 zu schaffen, weist der Zylinderteil 13 gemäß Fig. 1 einen größeren Durchmesser als das Bohrrohr 11 auf, so daß insbesondere die Schraubenstreifen 15 deutlich über den Außendurchmesser des Bohrrohres 11 radial vorstehen.
Die Bogenflächen 17 weisen eine so geringe Krümmung auf, daß sie sich nur über einen weit unterhalb von 180° und insbesondere auch deutlich unterhalb 90° liegenden Winkel um den Bohrmeißel 22 herum erstrecken, also grundsätzlich radial verlaufen mit einer zunehmenden peripheren Komponente von radial innen nach außen.
Die Schraubenflächen 18 bewirken, daß sich in Drehrichtung 29 (Fig. 1) gesehen hinter den konvex gekrümmten Bogenflächen 17 kein Material in irgendwelchen Hohlräumen ablagern kann, sondern an die entgegen der Drehrichtung folgende Bogenfläche 17 gelangt und dann an dieser radial nach außen gelenkt wird.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung liegt der Winkel zwischen den Tangenten an das untere Ende der Schraubenstreifen 15 bzw. das obere Ende der Bogenflächen 17 zwischen 100 und 140° und bevorzugt bei etwa 120°. So wird das radial nach außen beförderte Erdreich relativ plötzlich von einer radialen in eine axiale Bewegung nach oben umgelenkt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die Bohrspitzen noch leichter und noch ökonomischer im Gebrauch sind. Durch die erfindungsgemäße Formgebung wird gleichwohl bei geringem Materialeinsatz eine hohe Stabilität der Bohrspitze erzielt. Aufgrund der sich erfindungsgemäß ergebenden Struktur im Inneren der hohlen Bohrspitze 12 können besondere Mitnehmernocken, die sehr gewichtsaufwendig sind, vermieden werden.
Da der untere Rand 19 der Bogenflächen 17 radial außen an die Vorderkante 21 der Schraubenstreifen 15 angrenzt, wird das Erdreich unmittelbar von den Bogenflächen 17 in den Raum oberhalb der Schraubenstreifen 15 transportiert, so daß der Transportweg für das Erdreich extrem kurz ist. Hierdurch kann eine höhere Bohrgeschwindigkeit erzielt werden.
Durch Auflage der unteren Ränder 40 des Mitnahmeteils 33 (Fig. 2) auf den inneren Schraubflächen 18' wird eine optimale axiale Kraftübertragung vom Bohrrohr 11 auf die Bohrspitze 12 erreicht. Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, daß die Bogenflächen-Stahlblechteile 17" insbesondere in ihrem unteren Bereich mit Zähnen versehen sind, um auch in sehr hartem Untergrund erfolgreich bohren zu können.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Höhe der Bogenflächen 17 bzw. 17' radial von innen nach außen stetig zunimmt, wodurch der radial nach außen zunehmenden Materialmenge Rechnung getragen wird.
Bezugszeichenliste
11
Bohrrohr
12
Bohrspitze
13
Zylinderteil
14
Verjüngungsteil
15
Schraubenstreifen
16
vertikale Mittelachse
17
äußere Bogenfläche
17'
innere Bogenfläche
17"
Bogenflächen-Stahlblechteil
18
äußere Schraubenfläche
18'
innere Schraubenfläche
18"
Schraubenflächen-Stahlblechteil
19
Unterrand
20
Stufe
21
Stirnfläche
22
Bohrmeißel
23
Fluidaustrittsöffnung
24
Kreis
25
Mitnehmer
26
Verstärkungsblock
26'
Frontfläche
27
Erdreich
28
Bohrung
29
Drehrichtung
30
Vorschubrichtung
31
Pfeil
32
Pfeil
33
Mitnahmeteil
34
Absatz
35
oberer Rand
36
Sägezahnstufe
38
Rand
39
Zentralrohr
40
Rand
K
Kraft

Claims (19)

  1. Erdverdrängungsbohrer mit einem zu einer Drehbewegung antreibbaren Bohrrohr (11) und einer daran drehfest anbringbaren bzw. angebrachten Bohrspitze (12), welche einen an das Bohrrohr (11) anschließenden Zylinderteil (13) mit zumindest zwei, vorzugsweise drei auf dem Umfang angeordneten und über den Umfang insbesondere gleichmäßig verteilten, flach ansteigenden Schraubenstreifen (15), deren Flachseite vorzugsweise zumindest im wesentlichen parallel zum Radius an der betreffenden Stelle verläuft und sich insbesondere nur über einen Bruchteil des Umfanges des Zylinderteils (13) erstreckt, und einem darunter befindlichen Verjüngungsteil (14) mit zumindest zwei, vorzugsweise drei über den Umfang, insbesondere gleichmäßig, verteilten, zweckmäßigerweise zumindest angenähert parallel zur Vertikalen (16) verlaufenden, bevorzugt steiler als die Schraubenstreifen (15) ansteigenden Bogenflächen (17) aufweist, welche sich vorzugsweise nur über einen Bruchteil des Umfanges des Verjüngungsteils (14) erstrecken und bevorzugt radial außen zumindest in der Nähe des Anfanges eines zugeordneten Schraubenstreifens (15) enden,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenflächen (17) mit ihrem Unterrand (19) zumindest im wesentlichen sprungfrei an sich stetig zum Unterrand (38) des Zylinderteils (13) und zum Oberrand der entgegen der Drehrichtung (29) folgenden Bogenfläche (17) erstreckende flache Schraubenflächen (18) angrenzen, welche mit der entgegen der Drehrichtung (29) folgenden Bogenfläche (17) jeweils eine Stufe (20) bilden.
  2. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenfläche (17) zumindest im wesentlichen um eine parallel zur vertikalen Mittelachse (16) verlaufende Achse gekrümmt sind, wobei die konvexe Seite in Drehrichtung (29) weist.
  3. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenflächen (17) radial innen und unten im wesentlichen mit einem annähernd radialen Verlauf beginnen und radial außen und oben eine Tangente aufweisen, die mit dem Radius an dieser Stelle einen Winkel zwischen 5 und 70°, bevorzugt 15 und 50°, zweckmäßigerweise 20 bis 40° und insbesondere etwa 30° einschließt.
  4. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Bogenfläche (17) von innen nach außen stetig und insbesondere linear zunimmt.
  5. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Unterrand (19) der Bogenflächen (17) radial außen zumindest im wesentlichen an die untere Stirnfläche (21) des zugeordneten Schraubenstreifens (15) angrenzt.
  6. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel der Schraubenstreifen (15) relativ zur Horizontalen 2 bis 30°, bevorzugt 5 bis 20° und insbesondere etwa 10° beträgt.
  7. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel des Unterrandes (19) der Bogenflächen (17) radial innen 0 bis 15°, insbesondere 5 bis 10° und radial außen 10 bis 40° und insbesondere 20 bis 30° beträgt.
  8. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Unterrand (19) der Bogenflächen (17) und/oder der Oberrand der Bogenflächen (17), der mit der Stufe (20) zusammenfällt, einen stetigen Verlauf besitzen.
  9. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Verjüngungsteil (14) unten zentral einen Bohrmeißel (22) aufweist, der zweckmäßig Fluidaustrittsöffnungen (23) besitzt, durch die mit dem umgebenden Erdreich in Kontakt bringbare Fluide geleitet werden können.
  10. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Bogenflächen (17) im radial äußeren oberen Endbereich 2- bis 6-, bevorzugt 3- bis 5- und insbesondere etwa 4 mal so groß wie im radial inneren unteren Endbereich ist.
  11. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Bogenflächen (17) sich in Umfangsrichtung nirgends überlappen und sich vorzugsweise bezüglich der Mittelachse (16) über einen Winkel von weniger als 120°, insbesondere 30-60° erstrecken.
  12. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Schraubenstreifen (15) sich in Umfangsrichtung zumindest etwas und vorzugsweise deutlich überlappen.
  13. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenstreifen (15) sich über einen Winkel von 120 bis 180° um den Zylinderteil (13) erstrecken.
  14. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Axialschnitt entlang eines Kreises (24) um die Mittelachse (16) die Flächen (17, 18) des Verjüngungsteils (14) einen periodischen periodischen, insbesondere zickzackförmigen Verlauf mit einer Periodizität entsprechend der Anzahl der Bogenflächen (17) nimmt.
  15. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrspitze (12) innen hohl und, insbesondere was die Bogenflächen (17) und die Schraubenflächen (18) anbetrifft, zumindest im wesentlichen komplementär zur Außenfläche ausgebildet ist, derart, daß zur äußeren Bogenfläche (17) und Schraubenfläche (18) auch eine davon geringfügig beabstandete entsprechende innere Bogenfläche (17') bzw. Schraubenfläche (18') gehört.
  16. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenflächen (17, 17') und Schraubenflächen (18, 18') an insbesondere zusammengeschweißten Stahlblechteilen (17" bzw. 18") ausgebildet sind.
  17. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Bereiche der inneren Bogenfläche (17') als Anschlag für Mitnehmer (25) am unteren Ende des Bohrrohres (11) ausgebildet sind.
  18. Erdverdrängungsbohrer nach Anspruch 17,
    dadurch gekennzeichnet, daß an den radial äußeren Bereichen der inneren Bogenflächen (17') Verstärkungsblöcke (26) für den Angriff der Mitnehmer (25) vorgesehen, insbesondere angeschweißt sind.
  19. Erdverdrängungsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Bogenflächen (17) mit ihrer parallel zur Mittelachse (16) verlaufenden, radial äußeren, oberen Stirnseite an die Außenfläche des Zylinderteils (13) angrenzen, derart, daß der Unterrand des Zylinderteils (13) dort in Umfangsrichtung eine vertikale Stufe (36) aufweist, von der aus die Unterkante (38) des Zylinderteils (13) entsprechend den dort vorgesehenen Schraubenstreifen (15) wieder bis zur entgegen der Drehrichtung (29) nächsten Stufe (36) ansteigt.
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