EP1279793B1 - Bohrkopf - Google Patents

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EP1279793B1
EP1279793B1 EP02015007A EP02015007A EP1279793B1 EP 1279793 B1 EP1279793 B1 EP 1279793B1 EP 02015007 A EP02015007 A EP 02015007A EP 02015007 A EP02015007 A EP 02015007A EP 1279793 B1 EP1279793 B1 EP 1279793B1
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EP
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drill head
nose
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drill
approximately
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Alexander J. Verstraeten
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Beheersmaatschappij Verstraeten BV
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Beheersmaatschappij Verstraeten BV
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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
    • E02D5/36—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making without use of mouldpipes 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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/26—Drilling without earth removal, e.g. with self-propelled burrowing devices
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a drill head for a drill for manufacture of boreholes with displacement of the soil with a threaded core, which is of a larger diameter at its rear Continuously helical end to a tip at its front end tapered so that the outer circumference of the thread core in cross section seen a stepped contour with horizontal and vertical Forms step surfaces.
  • Such a drill is known from DE 29 36 060 C2.
  • the drill head can be detachably attached to a drill pipe.
  • the drill head is as Hollow body formed and carries a collar on the back, in which the Drill pipe can be inserted with its front end.
  • the core surrounding the drill head continuously re-threads pressed outside, the displacement forces with increasing Increase the diameter of the drill head.
  • power losses occur because the soil with increasing basic voltage in an area with lower basic voltage dodging. This phenomenon is also known as "slip".
  • An alternative drill is known from DE 32 35 118 A1.
  • the drill head has a discontinuous helical step with a square Cross-section that is on the outer catch of the thread core.
  • the nose provided according to the invention is used when screwing in the Drill head into the soil through the inclined surface of the nose one after Force directed above, which generates the slip described above reduced. This allows drilling to be carried out faster and higher Drilling performance is possible.
  • the nose extends continuously from the area of the rear end of the drill head to in the area of the top. This will along the largest possible Screw length of the drill head generates the upward force.
  • the radial extension is the nose about 1 to 5% of the maximum diameter of the thread core. This ensures that the reduction of Slips is ensured, however, that the nose is too large due to radial Expansion no other negative effects on the drilling process causes.
  • the radial extension of the nose may be preferred 10 to 20 mm, in particular approximately 15 mm.
  • the ratio of radial to axial extension of the nose can be about 2: 1. Such training has positive results in test trials shown.
  • a helically surrounding rib is provided at the end of the drill head be that does not overlap with the nose.
  • the earth drill shown in Figs. 1 and 2 consists essentially from a drill pipe 1 and a single drill head 2.
  • the drill head 2 is a metallic hollow cone body with a thread core that extends from a larger diameter at its rear end to a point continuously tapering its front end so that the outer circumference of the thread core seen in cross section a step-shaped Contour with horizontal step surfaces 12 and vertical step surfaces 14 forms.
  • the metallic hollow cone body also has one helical inside so that it turns to the height of the turns has the same wall thickness everywhere. The only exception is the open top cone base, which has a larger wall thickness.
  • the reinforced cone base is provided with teeth 3, the gaps between the teeth 3 with the interior and the base opening of the Hollow cone body in connection.
  • the upper edge of the collar 5 has an inner bevel 7.
  • the Inner wall of the hollow cone body thus formed is with stiffening ribs Mistake.
  • the apex angle a of the drill head 2 designed in this way is approximately 50 up to 60 °.
  • one is continuous on the outer circumference of the thread core helically encircling nose 16 is provided, the underside 18 seen in cross section flush with the adjacent horizontal step surface 12 connects.
  • the top 20 of the nose 16 forms the bottom 18 an acute angle ⁇ of about 20 °.
  • the nose 16 extends continuously from the area of rear end or the cylindrical portion of the drill head up to the area of its top.
  • the radial extension of the nose is approximately 1 up to 5% of the maximum diameter of the thread core, preferably about 10 to 20 mm.
  • the ratio of radial to axial extension of the nose is about 2: 1.
  • the nose 16 is at its radially outer end rounded.
  • the drill pipe 1 is a metallic hollow cylinder whose outer diameter is only slightly smaller than the inside diameter of the collar 5. One end of this drill pipe 1 is between the teeth 3 of the Provide drill head 2 matching teeth 8.
  • the earth auger is installed by inserting the with teeth provided end of the drill pipe 1 in the open, inside the collar 5 located end of the drill head 2, whereby, as especially from Fig. 2nd it can be seen between the bevel 7 of the collar 5 and the lower one End of the drill pipe 1, a strand 9 of a suitable, sealing Packing material is arranged during the further pushing in of the drill pipe 1 in the drill head 2 automatically between the latter End and the inner wall of the collar 5 is taken. It results an excellent seal between the Drill tube 1 and the drill head 2.
  • the teeth 8 of the tube 1 and the teeth 3 of the drill head 2 are in engagement with one another, can be on the bevel 7, of which the aforementioned strand 9 is now entirely has removed a second strand 10 of the same sealing packing material Arrange.
  • This second strand is used when using the earth auger by acting on the outside of the auger in the borehole Water pressure in the slot between the bevel 7 and the drill 1 pressed, which further improves the seal between the Drill pipe 1 and the drill head 2 results.
  • the drill pipe 1 filled with concrete. After the concrete has hardened, If necessary, pull the drill pipe out of the drill hole.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf für einen Bohrer zur Herstellung von Erdbohrlöchern unter Verdrängung des Erdreichs mit einem Gewindekem, der sich von einem größeren Durchmesser an seinem hinteren Ende zu einer Spitze an seinem vorderen Ende kontinuierlich schraubenförmig verjüngt, so daß der Außenumfang des Gewindekerns im Querschnitt gesehen eine stufenförmige Kontur mit horizontalen und vertikalen Stufenflächen bildet.
Ein derartiger Bohrer ist aus der DE 29 36 060 C2 bekannt. Der Bohrkopf kann lösbar an einem Bohrrohr befestigt werden. Der Bohrkopf ist als Hohlkörper ausgebildet und trägt rückseitig einen Kragen, in den das Bohrrohr mit seinem Vorderende einsteckbar ist. Beim Eindrehen eines solchen Bohrkopfes in das Erdreich wird durch den schraubenförmigen Gewindekern das den Bohrkopf umgebende Erdreich kontinuierlich nach außen gedrückt, wobei die Verdrängungskräfte mit zunehmendem Durchmesser des Bohrkopfes ansteigen. Im Bereich der vertikalen Stufenflächen des Gewindekerns treten Kraftverluste auf, da das Erdreich mit zunehmender Grundspannung in einen Bereich mit niedrigerer Grundspannung ausweicht. Dieses Phänomen wird auch als "Slip" bezeichnet.
Ein alternativer Bohrer ist aus der DE 32 35 118 A1 bekannt. Der Bohrkopf hat eine diskontinuierlich wendelförmige Stufe mit einem quadratischen Querschnitt, daß am Außenfang des Gewindekerns bildet ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Bohrkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der höhere Bohrleistungen zuläßt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, daß am Außenumfang des Gewindekerns eine kontinuierlich wendelförmig umlaufende Nase vorgesehen ist, deren Unterseite im Querschnitt gesehen bündig an eine horizontale Stufenfläche anschließt und deren Oberseite zur Unterseite um eine spitzen Winkel geneigt ist.
Durch die erfindungsgemäße vorgesehene Nase wird beim Eindrehen des Bohrkopfes in das Erdreich durch die geneigte Fläche der Nase eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt, die den eingangs beschriebenen Slip wesentlich reduziert. Hierdurch kann schneller gebohrt werden und höhere Bohrleistungen sind möglich.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich die Nase kontinuierlich von dem Bereich des hinteren Endes des Bohrkopfes bis in den Bereich der Spitze. Hierdurch wird entlang der größtmöglichen Schraubenlänge des Bohrkopfes die nach oben gerichtete Kraft erzeugt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt die radiale Erstreckung der Nase etwa 1 bis 5 % des maximalen Durchmessers des Gewindekerns. Hierdurch ist gewährleistet, daß zwar die Reduzierung des Slips sichergestellt ist, daß jedoch die Nase aufgrund einer zu großen radialen Ausdehnung keine anderweitigen negativen Effekte auf den Bohrvorgang hervorruft. Bevorzugt kann die radiale Erstreckung der Nase etwa 10 bis 20 mm insbesondere etwa 15 mm betragen.
Das Verhältnis von radialer zu axialer Erstreckung der Nase kann etwa 2:1 betragen. Eine solche Ausbildung hat in Testversuchen positive Ergebnisse gezeigt.
Zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Nase kann im Bereich des hinteren Endes des Bohrkopfes eine wendelförmig umlaufende Rippe vorgesehen sein, die jedoch nicht mit der Nase überlappt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
einen Teil eines Erdbohrers mit Bohrkopf; und
Fig. 2
eine vergrößerte Teildarstellung von Fig. 1, wobei sich das Bohrrohr in einer Lage während des Hineinschiebens in den Bohrkopf kurz vor seiner Einkupplung in den Bohrkopf befindet.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Erdbohrer besteht im wesentlichen aus einem Bohrrohr 1 und einem einzelnen Bohrkopf 2. Der Bohrkopf 2 ist ein metallischer Hohlkegelkörper mit einem Gewindekern, der sich von einem größeren Durchmesser an seinem hinteren Ende zu einer Spitze an seinem vorderen Ende kontinuierlich schraubenförmig verjüngt, so daß der Außenumfang des Gewindekerns im Querschnitt gesehen eine stufenförmige Kontur mit horizontalen Stufenflächen 12 und vertikalen Stufenflächen 14 bildet. Der metallische Hohlkegelkörper weist auch eine schraubenförmige Innenseite auf, so daß er zur Höhe der Windungen überall die gleiche Wandstärke aufweist. Ausgenommen hiervon ist nur die oben offene Kegelbasis, die eine größere Wandstärke besitzt.
Die verstärkte Kegelbasis ist mit Zähnen 3 versehen, wobei die Lücken zwischen den Zähnen 3 mit dem Innenraum und der Basisöffnung des Hohlkegelkörpers in Verbindung stehen.
Im Bereich der Zähne 3 ist am Außenumfang im Bereich des hohlzylindrischen Abschnitts des Bohrkopfes eine auswärts vorspringende, senkrecht zur Bohrachse verlaufende Rippe 4 vorgesehen.
Am offenen Ende des Bohrkopfes 2 steht über der Rippe 4 und den Zähnen 3 ein Kragen 5 vor, der gleichlaufend mit der Bohrkopfachse ist und nahezu fluchtend in bezug auf die Außenseite der vorletzten, neben der Rippe 4 befindlichen Windung 6 angeordnet ist.
Der obere Rand des Kragens 5 weist eine innere Abschrägung 7 auf. Die Innenwand des derart gebildeten Hohlkegelkörpers ist mit Versteifungsrippen versehen.
Der Scheitelwinkel a des derart gestalteten Bohrkopfes 2 beträgt etwa 50 bis 60 °.
Am Außenumfang des Gewindekerns ist erfindungsgemäß eine kontinuierlich wendelförmig umlaufende Nase 16 vorgesehen, deren Unterseite 18 im Querschnitt gesehen bündig an die benachbarte horizontale Stufenfläche 12 anschließt. Die Oberseite 20 der Nase 16 bildet zur Unterseite 18 eine spitzen Winkel β von etwa 20°.
Wie Fig. 1 zeigt, erstreckt sich die Nase 16 kontinuierlich vom Bereich des hinteren Endes bzw. des zylindrischen Abschnittes des Bohrkopfes bis in den Bereich seiner Spitze. Die radiale Erstreckung der Nase beträgt etwa 1 bis 5 % des maximalen Durchmessers des Gewindekerns, bevorzugt etwa 10 bis 20 mm. Das Verhältnis von radialer zu axialer Erstreckung der Nase beträgt etwa 2:1. Ferner ist die Nase 16 an ihrem radial äußeren Ende abgerundet.
Das Bohrrohr 1 ist ein metallischer Hohlzylinder, dessen Außendurchmesser nur wenig kleiner als der Innendurchmesser des Kragens 5 ist. Das eine Ende dieses Bohrrohres 1 ist mit zwischen die Zähne 3 des Bohrkopfes 2 passenden Zähnen 8 versehen.
Die Montage des Erdbohrers findet durch Hineinschieben des mit Zähnen versehenen Endes des Bohrrohres 1 in das offene, innerhalb des Kragens 5 befindliche Ende des Bohrkopfes 2 statt, wobei, wie vor allem aus Fig. 2 ersichtlich ist, zwischen der Abschrägung 7 des Kragens 5 und dem unteren Ende des Bohrrohres 1 ein Strang 9 eines geeigneten, abdichtenden Packungsmaterials angeordnet wird, der während des weiteren Hineinschiebens des Bohrrohres 1 in den Bohrkopf 2 automatisch zwischen diesem Ende und der Innenwand des Kragens 5 mitgenommen wird. Es ergibt sich auf diese Weise eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen dem Bohrrohr 1 und dem Bohrkopf 2. Nach dem Einschieben des ganzen Bohrrohres 1 in den Bohrkopf 2, wobei sich die Zähne 8 des Rohres 1 und die Zähne 3 des Bohrkopfes 2 miteinander in Eingriff befinden, läßt sich auf der Abschrägung 7, von der der vorgenannte Strang 9 sich jetzt ganz entfernt hat, ein zweiter Strang 10 desselben abdichtenden Packungsmaterials anordnen. Dieser zweite Strang wird beim Einsatz des Erdbohrers durch den im Bohrloch auf die Außenseite des Erdbohrers einwirkenden Wasserdruck in den Schlitz zwischen der Abschrägung 7 und dem Bohrer 1 gedrückt, was eine weitere Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Bohrrohr 1 und dem Bohrkopf 2 zur Folge hat.
Wenn der Erdbohrer ganz in das Erdreich hineingebohrt worden ist, wird das Bohrrohr 1 mit Beton gefüllt. Nach dem Härten des Betons läßt sich das Bohrrohr ggf. aus dem Bohrloch herausziehen.

Claims (9)

  1. Bohrkopf (2) für einen Bohrer zur Herstellung von Erdbohrlöchern unter Verdrängung des Erdreichs, mit
    einem Gewindekern, der sich von einem größeren Durchmesser an seinem hinteren Ende zu einer Spitze an seinem vorderen Ende kontinuierlich schraubenförmig verjüngt, so daß der Außenumfang des Gewindekerns im Querschnitt gesehen eine stufenförmige Kontur mit horizontalen (12) und vertikalen (14) Stufenflächen bildet,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    am Außenumfang des Gewindekerns eine kontinuierlich wendelförmig umlaufende Nase (16) vorgesehen ist, deren Unterseite (18) im Querschnitt gesehen bündig an eine horizontale Stufenfläche (14) anschließt und deren Oberseite (20) zur Unterseite (18) um einen spitzen Winkel (β) geneigt ist.
  2. Bohrkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich die Nase (16) kontinuierlich von dem Bereich des hinteren Endes bis in den Bereich der Spitze des Bohrkopfes (2) erstreckt.
  3. Bohrkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die radiale Erstreckung der Nase (16) etwa 1 bis 5 % des maximalen Durchmessers des Gewindekerns beträgt.
  4. Bohrkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die radiale Erstreckung der Nase (16) etwa 10 bis 20 mm beträgt.
  5. Bohrkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Verhältnis von radialer zu axialer Erstreckung der Nase (16) etwa 2 : 1 beträgt.
  6. Bohrkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der spitze Winkel (β) etwa 15° bis 25°, insbesondere etwa 20° beträgt.
  7. Bohrkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Nase (16) an ihrem radial äußeren Ende abgerundet ist.
  8. Bohrkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Gewindekern im Bereich des hinteren Endes einen zylindrischen Schaftabschnitt (5) aufweist, und daß im Bereich dieses Schaftabschnittes (5) eine wendelförmig umlaufende Rippe (4) vorgesehen ist.
  9. Bohrkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    dieser rückseitig mit einer Verzahnung (3) versehen ist.
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