EP1419308B1

EP1419308B1 - Drilling tool

Info

Publication number: EP1419308B1
Application number: EP02767263A
Authority: EP
Inventors: Hans-Joachim Bayer; Dieter Wurm
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: DE50206158D1; WO2003010409A1; EP1419308A1; DE10136094A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug zum Herstellen oder Aufweiten von Erdbohrungen oder auch zum Zerstören einer im Erdreich verlegten Rohrleitung gegebenenfalls mit gleichzeitigem Einziehen einer neuen Rohrleitung.The invention relates to a drilling tool for producing or expanding earth bores or even for destroying a pipeline laid in the ground, where appropriate, with simultaneous retraction of a new pipeline.

Bohrwerkzeuge dieser Art bestehen üblicherweise aus einem Grundkörper sehr unterschiedlicher Beschaffenheit, der einstückig, beispielsweise durch Schweißen, mit Schneiden zum Abbau und/oder Aufweiten des das Werkzeug umgebenden Erdreichs einstückig verbunden sind. Der Grundkörper kann sehr unterschiedlicher Art sein und beispielsweise aus einem gezogenen und/oder geschobenen Gestängeabschnitt bestehen. Bei einem solchen, aus der US-Patentschrift 5 687 807 bekannten Bohrwerkzeug zum Aufbohren bzw. Aufweiten einer vorhandenen Erdbohrung ist der Gestängeabschnitt mit spitzwinkelig abstehenden Streben verschweißt, zwischen deren freien Enden und dem Gestängeabschnitt sich gebogene Messerbalken erstrecken, die mit Schneiden versehen sind. Die Messerbalken sind mit den Streben und dem Gestängeabschnitt verschweißt, so daß die Konstruktion insgesamt sehr aufwendig ist. Ein weiterer Nachteil derartiger Konstruktionen besteht darin, daß ein Austausch der Messerbalken und insbesondere auch eine Anpassung an unterschiedliche Ist- oder Solldurchmesser des Bohrlochs nicht möglich ist. Aus der US-Patentschrift 4 662 461 ist ein Werkzeug mit einem Schneidkörper bekannt, wobei der Schneidkörper in einer Halterung verschraubt ist.Drilling tools of this type usually consist of a basic body of very different nature, which are integrally connected, for example by welding, with cutting to dismantling and / or expansion of the soil surrounding the tool in one piece. The main body can be very different in nature and consist for example of a drawn and / or pushed linkage section. In such, from the US Pat. No. 5,687,807 known drilling tool for drilling or widening an existing earth bore of the rod section is welded with acute-angled struts, extending between the free ends and the rod section curved cutter bar, which are provided with cutting. The knife bars are welded to the struts and the linkage section, so that the construction is very complex overall. Another disadvantage of such constructions is that an exchange of the cutter bar and in particular an adaptation to different actual or nominal diameter of the borehole is not possible. From US Pat. No. 4,662,461 a tool with a cutting body is known, wherein the cutting body is screwed into a holder.

Daraus folgt, daß für unterschiedliche Bohrungsdurchmesser, aber auch für unterschiedliche Bodenverhältnisse jeweils ein komplettes Werkzeug aus Grundkörper und grundkörperfesten Schneidkörpem bzw. Schneiden erforderlich ist. Hinzu kommt, daß ein Austausch beschädigter oder verschlissener Schneidkörper und Schneiden nur mit großem Aufwand möglich ist.It follows that for different bore diameter, but also for different soil conditions in each case a complete tool of body and solid body Schneidkörpem or cutting is required. In addition, an exchange of damaged or worn cutting body and cutting is possible only with great effort.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Bohrwerkzeug zu schaffen, das sich unterschiedlichen Bohrbedingungen und Bodenverhältnissen anpassen läßt und gegebenenfalls auch ein leichtes Auswechseln der hoch beanspruchten Schneiden erlaubt.The invention is therefore based on the problem to provide a drilling tool, the different Bohrbedingungen and soil conditions can be adjusted and optionally also allows easy replacement of highly stressed cutting.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Bohrwerkzeug aus einem Grundkörper und mindestens einem feststehenden Schneidkörper, bei dem der Schneidkörper erfindungsgemäß in einer vorzugsweise komplementären Halterung des Grundkörpers verankert ist. Zur Verankerung kann der Schneidkörper ein Basisteil besitzen, das vorzugsweise reibungsschlüssig in einer Halterung in Gestalt einer Grundkörperausnehmung verankert ist. Um das zu ermöglichen, können das Basisteil und die Ausnehmung keilförmig oder konisch ausgebildet sein. Durch Einpressen oder auch Einschlagen läßt sich das Basisteil des Schneidkörpers dann durch Reibungsschluß fest in der Ausnehmung verankern. Im Gebrauch wird dann die Haltekraft zwischen Basisteil und Grundkörper noch erhöht, wenn eine Kraftkomponente aus der mechanischen Beanspruchung des Schneidkörpers in Richtung der Ausnehmung wirkt.The solution to this problem consists in a drilling tool of a main body and at least one fixed cutting body, wherein the cutting body is anchored according to the invention in a preferably complementary mounting of the body. For anchoring the cutting body may have a base part, which is preferably anchored frictionally in a holder in the form of a Grundkörperausnehmung. To make this possible, the base part and the recess may be wedge-shaped or conical. By pressing in or hitting the base part of the cutter can then firmly anchor by frictional engagement in the recess. In use, the holding force between the base part and the base body is then increased, if a force component from the mechanical stress of the cutting body acts in the direction of the recess.

Solche reibungsschlüssigen Verbindungen lassen sich auch wieder lösen, wenn ein Austausch der Schneidkörper erforderlich ist, beispielsweise gegen Schneidkörper mit einem größeren Durchmesser der Hüllfläche zum Erreichen eines größeren Durchmessers der Erdbohrung oder zum Austausch einer nicht mehr brauchbaren Schneide. Dies kann mit Hilfe eines Lösedoms geschehen, der in eine Kammer des Grundkörpers eingeschlagen wird, wenn die Basisteile mit ihren freien Enden in die Kammer ragen.Such frictional connections can be solved again, if an exchange of the cutting body is required, for example, against cutting body with a larger diameter of the envelope surface to achieve a larger diameter of the well bore or to replace a no longer useful cutting edge. This can be done with the help of a release dome, which is hammered into a chamber of the body when the base parts protrude with their free ends into the chamber.

Der Schneidkörperaustausch wird vereinfacht, wenn der Grundkörper Halterippen bzw. -laschen besitzt, an denen bzw. zwischen denen die Schneidkörper mit Ihrer Basis verankert sind. Das kann beispielsweise durch Verschrauben geschehen.The cutting body replacement is simplified if the main body has holding ribs or tabs on which or between which the cutting bodies are anchored to their base. This can be done for example by screwing.

Die Schneidkörper können auch in ihrer Längsrichtung verschiebbar angeordnet sein, so daß sich bei auf einer Schrägfläche angeordneten Schneidkörpern durch einfaches Längsverschieben eine größere Hüllfläche bzw. Wirkfläche erreichen läßt. Um das zu ermöglichen, können die Schneidkörper, beispielsweise Schneidplatten, und/oder die Halterippen mit komplementären Bohrungen versehen sein.The cutting body can also be arranged displaceable in its longitudinal direction, so that when arranged on an inclined surface cutting bodies can achieve a larger enveloping surface or effective area by simply longitudinal displacement. In order to make this possible, the cutting bodies, for example cutting inserts, and / or the holding ribs can be provided with complementary bores.

Alternativ können die Schneidkörper auch in - gegebenenfalls gestaffelt angeordneten - Ausnehmungen des Grundkörpers verklemmt sein.Alternatively, the cutting bodies can also be clamped in recesses of the main body arranged, if appropriate, staggered.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: die perspektivische Ansicht eines Bohrwerkzeugs mit einem Grundkörper und Schneidplatten,
Fig. 2: den Grundkörper nach Fig. 1,
Fig. 3: eine Stimansicht des Grundkörpers der Fig. 1,
Fig. 4: einen Schneidkörper in Gestalt einer Schneidplatte,
Fig. 5: eine Bi-Metall-Schneidplatte,
Fig. 6: die perspektivische Darstellung eines Grundkörpers mit einem Flycutter,
Fig. 7: die Seitenansicht eins Grundkörpers mit einem Schneidkörper in Gestalt einer Schiene,
Fig. 8: eine Draufsicht auf den Schneidkörper der Fig. 7,
Fig. 9: einen Grundkörper mit einem Lösedom,
Fig. 10: einen Grundkörper mit zwei verschiedenen Schneidkörpem,
Fig. 11: einen Grundkörper mit Aufnahmen für die Schneidplatten und
Fig. 12 bis 14: Schneidplattenbefestigungen mittels verschiedener Klemmkörper.

The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawing. In the drawing show:

Fig. 1: the perspective view of a drilling tool with a main body and inserts,
Fig. 2: the basic body according to FIG. 1,
Fig. 3: an end view of the main body of Fig. 1,
Fig. 4: a cutting body in the form of an insert,
Fig. 5: a bi-metal insert,
Fig. 6: the perspective view of a body with a flycutter,
Fig. 7: the side view of a main body with a cutting body in the form of a rail,
Fig. 8: a top view of the cutting body of Fig. 7,
Fig. 9: a main body with a solver,
Fig. 10: a basic body with two different cutting bodies,
Fig. 11: a basic body with recordings for the cutting plates and
Fig. 12 to 14: Cutting plate fastenings by means of various clamping bodies.

Das Bohrwerkzeug besteht aus einem Grundkörper 1 mit Düsen 2 und einem Anschlußstück 3 für einen nicht dargestellten Spülmitteischlauch. Am gegenüberliegenden Ende ist der Grundkörper 1 mit einem Innengewinde versehen, in das ein Gestängeabschnitt 4 eingeschraubt ist, an dem eine Zugkraft, beispielsweise ein Zugseil oder ein Bohrgestänge, angreift. Auf seiner Oberfläche besitzt der Grundkörper paarweise parallel zueinander angeordnete, jedoch winkelig zu der Grundkörper-Längsachse verlaufende Halterippen 5, 6 mit einer dazwischen befindlichen schlitzartigen Ausnehmung 7, in der jeweils ein Schneidkörper in Gestalt einer Schneidplatte 8 angeordnet ist. Die vorderen Enden der Schneidplatten sind leicht nach innen abgebogen und übergreifen so käfigartig den rückwärtigen Teil des Gestängeabschnitts 4; sie bilden auf diese Weise einen käfigartigen Schutz für die angesichts der hohen Beanspruchung beim Bohren bzw. Aufweiten gefährdete Verbindung zwischen dem Grundkörper 1 und dem Gestängeabschnitt 4.The drilling tool consists of a base body 1 with nozzles 2 and a connector 3 for a Spülmitteischlauch, not shown. At the opposite end of the base body 1 is provided with an internal thread into which a linkage section 4 is screwed, to which a tensile force, such as a pull rope or a drill string, attacks. On its surface, the base body has pairs of mutually parallel, but at an angle to the main body longitudinal axis extending retaining ribs 5, 6 with a slot-like recess 7 therebetween, in each of which a cutting body in the form of a cutting plate 8 is arranged. The front ends of the inserts are slightly bent inwards and so overlap cage-like the rear part of the rod section 4; In this way, they form a cage-like protection for the connection between the base body 1 and the linkage section 4, which is endangered in view of the high stress during drilling or widening.

Der Freiraum zwischen den Halterippen dient zum Abführen des gelösten Erdreichs.The space between the retaining ribs serves to remove the dissolved soil.

Die Halterippen 5, 6 sind mit Bohrungen 9 versehen, die mit Bohrungen 10 im unteren Teil der Schneidplatten korrespondieren und der Aufnahme von nicht dargestellten Schraubzapfen zum Fixieren der Schneidplatten 8 dienen.The holding ribs 5, 6 are provided with holes 9, which correspond with holes 10 in the lower part of the cutting plates and serve to receive not shown screw journals for fixing the cutting plates 8.

Im rückwärtigen Teil der Ausnehmungen 7 ist ein Führungskeil 11 mit einer Hinterschneidung 12 angeordnet, der beim Einschieben der Schneidplatte 8 von vorne in eine Nut 13 im unteren Teil der Schneidplatte eingreift. Der Keil 11 besitzt schräg in bezug auf den Grundkörper 1 verlaufende Führungsflächen, die mit korrespondierenden Führungsflächen der Nut 13 zusammenwirken und so geneigt angeordnet sind, daß sich beim Verschieben der Schneidplatten 8 nach vorne der Durchmesser der Schneidplatten-Hüllfläche verkleinert und beim Verschieben der Schneidplatten nach hinten vergrößert. Um die Schneidplatten dabei in verschiedener Lage fixieren zu können, besitzen die Halterippen 5, 6 und die Schneidplatten 8 die miteinander korrespondierenden Bohrungen 9, 10.In the rear part of the recesses 7, a guide wedge 11 is disposed with an undercut 12 which engages when inserting the cutting plate 8 from the front into a groove 13 in the lower part of the cutting plate. The wedge 11 has obliquely with respect to the base body 1 extending guide surfaces which cooperate with corresponding guide surfaces of the groove 13 and are inclined so that when moving the cutting plates 8 to the front of the diameter of the cutting edge envelope surface decreases and after moving the inserts after enlarged at the back. In order to be able to fix the cutting plates in different positions, the holding ribs 5, 6 and the cutting plates 8 have the corresponding holes 9, 10th

Die Schneidplatten 8 können aus einem einheitlichen Werkstoff bestehen (Fig. 4) oder als Bi-Metall-Platten ausgebildet sein (Fig. 5). Bei den Bi-Metall-Platten ist ein plattenförmiger Basiskörper 14 aus einem verhältnismäßig zähen Werkstoff mit einer Kante 15 aus einem verschleißfesten Werkstoff verbunden. Die Basiskörper 1 und die Kante 15 enthalten Kanäle 29, 30, 31, die zu Öffnungen bzw. Düsen 32 führen und der Schneide ein Spülmittel zuführen.The cutting plates 8 may consist of a uniform material (FIG. 4) or be formed as bi-metal plates (FIG. 5). In the bi-metal plates, a plate-shaped base body 14 is made of a relatively tough material with an edge 15 made of a wear-resistant material. The base body 1 and the edge 15 contain channels 29, 30, 31, which lead to openings or nozzles 32 and supply the blade with a rinsing agent.

Anstelle einzelner, direkt zwischen den Halterippen 5, 6 verankerter Schneidplatten 8 können zwischen den Halterippen auch Basisteile 16 eines mit Schneidelementen 17 versehenen Tragrings in Gestalt eines Flycutter Rings 18 verankert sein.Instead of individual, directly between the holding ribs 5, 6 anchored inserts 8 can be anchored between the holding ribs 16 and base members 16 provided with cutting elements 17 support ring in the form of a flycutter ring 18.

Die Schneidplatten 8 und der Flycutter-Ring 18 lassen sich nach einem Lösen der in die Bohrungen 9, 10 eingreifenden Schraubzapfen leicht entfernen und beispielsweise durch einen Flycutter-Ring mit anderem Durchmesser bzw. speziellen Schneidplatten für eine andere Bodenbeschaffenheit oder Schneidplatten mit einer anderen Hüllfläche ersetzen.The cutting plates 8 and the flycutter ring 18 can be easily removed after loosening the engaging in the holes 9, 10 screw and replace for example by a flycutter ring with different diameter or special inserts for a different soil condition or cutting plates with another envelope surface ,

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7 bis 10 ist der Grundkörper 19 mit unten offenen konischen Ausnehmungen 20 und einer Kammer 21 versehen. Eine schienenförmige Schneidplatte 22 greift mit ihren Basisteilen in Gestalt von konischen Steckzapfen 23 in die komplementären Ausnehmungen 20 ein und ist dort in Folge Reibungsschlusses veniegelt. Die Steckzapfen 23 sind so bemessen, daß ihre freien Enden ein kleines Stück in die Kammer 21 hineinragen. Die Verriegelung läßt sich auf einfache Weise durch Einschlagen eines Lösedoms 24 in die Kammer 21 lösen, um den Grundkörper frei zu machen für eine andere Schneidschiene.In the embodiments according to FIGS. 7 to 10, the base body 19 is provided with conical recesses 20 open at the bottom and a chamber 21. A rail-shaped cutting plate 22 engages with its base parts in the form of conical plug-in pin 23 in the complementary recesses 20 and there is entealed as a result of frictional engagement. The plug-in pins 23 are dimensioned so that their free ends protrude a small distance into the chamber 21. The lock can be solved in a simple manner by hammering a release mandrel 24 in the chamber 21 to make the body free for another cutting rail.

Der Grundkörper kann auch aus einem Bohrkopf 25 am vorderen Ende eines nicht dargestellten Gestänges oder eines ebenfalls nicht dargestellten, selbstbetriebenen Rammbohrgeräts bestehen und mit Schneidkörpem in Gestalt einer Schneidspitze 26 und/oder einer Schneidplatte 27 mit einer Lenkfläche 28 verbunden sein.The main body may also consist of a drill head 25 at the front end of a linkage, not shown, or a self-propelled Rammbohrgeräts also shown, and be connected to Schneidkörpem in the form of a cutting tip 26 and / or a cutting plate 27 with a steering surface 28.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 enthält der Grundkörper 33 mehrere nebeneinander und/oder hintereinander angeordnete Aufnahmen 34, 35, 36 unterschiedlicher Tiefe in gestaffelter Anordnung. Die Staffelung erlaubt es, Schneidköper 37 gleicher Abmessungen so anzuordnen, daß sich unterschiedliche Hüllkreise ergeben. In den Aufnahmen lassen sich jedoch auch hinsichtlich ihrer radialen Erstreckung in situ unterschiedlich bemessene Schneidkörper bzw. -platten anordnen. Auf diese Weise ergibt sich eine große Zahl wirksamer Durchmesser des Werkzeugs. Die Schneidkör per können in die Aufnahmen 34, 35, 36 eingeschoben sein.In the embodiment of FIG. 11, the base body 33 includes a plurality of side by side and / or successively arranged receptacles 34, 35, 36 of different depth in staggered arrangement. The staggering allows cutting bodies 37 of the same dimensions to be arranged so that different enveloping circles result. However, differently sized cutting bodies or plates can also be arranged in situ in terms of their radial extension in the receptacles. In this way results in a large number of effective diameter of the tool. The Schneidkör can be inserted into the receptacles 34, 35, 36.

Die Schneidkörper 37 können aber auch mit einem Fuß 38 versehen sein, der mit einem Klemmkörper 39, 40, 41 zusammenwirkt. Der Klemmkörper wird mit Hilfe eines Schraubbolzens 42 gegen den Grundkörper 33 verspannt (Fig. 12 bis 14).The cutting body 37 may also be provided with a foot 38 which cooperates with a clamping body 39, 40, 41. The clamping body is clamped by means of a screw bolt 42 against the base body 33 (FIGS. 12 to 14).

Der Klemmkörper 41 und der Schneidkörper 43 können jeweils mit einer Querbohrung 44, 45 für einen Sicherungsstift 46 versehen sein.The clamping body 41 and the cutting body 43 may each be provided with a transverse bore 44, 45 for a locking pin 46.

Die Berührungsflächen der Klemmkörper 39, 40, 41 und der Schneidkörper 37, 41 miteinander können auch verzahnt sein.The contact surfaces of the clamping body 39, 40, 41 and the cutting body 37, 41 with each other can also be toothed.

Die einzelnen Ausführungsbeispiele veranschaulichen, wie sich verschiedenartige Schneidkörper auf unterschiedliche Weise lösbar mit einem Grundkörper verbinden lassen.The individual embodiments illustrate how different cutting bodies can be detachably connected in different ways to a base body.

Claims

Boring tool comprising a basic body (1, 19, 24) and a fixed cutting body (8; 17; 22; 25; 26; 37; 43), which is anchored in a complementary holder (5, 6, 20; 34; 35; 36) of the basic body, characterised in that the basic body (1) is provided with holding ribs (5, 6) and a guide piece (11) is provided on a holding rib (6), said guide piece engaging in a groove (13) in the cutting plate (8).
Tool according to claim 1, characterised in that the cutting body (8; 22) is anchored with a base member (16; 23) in a recess (7, 20) of the basic body (1, 19, 24).
Tool according to claim 2, characterised in that the base member (23) is anchored by frictional engagement in the recess (20).
Tool according to claim 2 or 3, characterised in that the base member and the recess are designed wedge-shaped.
Tool according to one of the claims 1 to 3, characterised in that the base member (23) and the recess (20) are designed conical.
Tool according to one of the claims 1 to 5, characterised in that on loading the cutting body (22, 25, 26), a force component acts in the direction of the recess (20).
Tool according to claim 1, characterised by holding ribs (5, 6) arranged in pairs.
Tool according to one of the claims 1 to 7, characterised in that cutting plates (8) are screwed to holding ribs (5, 6).
Tool according to one of the claims 1 to 7, characterised in that the cutting plates (8) are displaceably arranged on a surface arranged inclined to the basic body surface.
Tool according to one of the claims 1 to 9, characterised in that the cutting plates (8) and the ribs (5, 6) are provided with corresponding bores (9, 10).
Tool according to one of the claims 1 to 10, characterised in that the cutting plates (8) comprise a basic member (14) with a high level of toughness and a wear-resistant cutting edge (15).
Tool according to claim 1 to 7, characterised in that basic members (16) are linked to a carrier ring (17) and the carrier ring is equipped with cutting elements (18).
Tool according to one of the claims 1 to 12, characterised in that the basic body (1, 19, 24) is linked to a rod section (4).
Tool according to claim 13, characterised in that the cutting plates (8) overlap the connection between the basic body (1) and the rod section (4).
Tool according to one of the claims 1 to 14, characterised in that the basic body (1, 19) is provided with nozzles (2).
Tool according to one of the claims 1 to 15, characterised in that the cutting body (14, 15) is provided with rinsing medium channels (29, 30, 31) leading to rinsing openings (32).
Tool according to one of the claims 1, 11, 13 to 15, characterised in that the basic body (33) is provided with receptacles (34; 35; 36) of varying depth in graduated arrangement.
Tool according to one of the claims 1, 11, 13 to 17, characterised in that the cutting body (37) is clamped in a receptacle (34).
Tool according to claim 18, characterised in that the cutting body (37) is clamped with the aid of a clamping body (39; 40; 41) and a threaded bolt (42).
Tool according to claim 19, characterised in that the cutting body (43) and the clamping body (41) are each provided with a transverse bore (44; 45) in which is situated a securing pin (46).