DD273667A1 - Vorrichtung zum bohren von gefrorenen bodenschichten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bohren von gefrorenen Bodenschichten bei der Herstellung von Bohrloechern fuer Pfahlgruendungen, Grundwasserabsenkungen usw. In einem Schneidrohr mit speziellem Schneidschutz befindet sich eine Ausstossvorrichtung, die zugleich einen Klemmechanismus betaetigt. Die Frostbodenschicht wird vom Schneidschuh durchbohrt und der Frostbodenkern durch den Klemmechanismus festgehalten. Nach Herausziehen des Schneidrohres aus dem Bohrloch wird der Klemmechanismus geloest und der Frostbodenkern nach unten aus dem Schneidrohr ausgestossen. Die Erfindung besitzt keinen eigenen Antrieb. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bohren von gefrorenen Bodenschichten bei der Herstellung von Bohrlöchern für Pfahlgründungen, Grundwasserabsenkung und der Brunnenherstellung. Die Anwendung der Vorrichtung beschränkt sich auf Erdstoffe innerhalb der klimatisch gemäßigten Zonen der Erde. Die Frosttiefe beträgt maximal 0,8 m. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Zusammenhang mit Bohr- und Verrohrungsmaschinen betrieben. Sie besitzt keinen eigenen Antrieb.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Allgemein bekannt, werden bei der Herstellung von Bohrlöchern für unterschiedliche Zwecke in Frostböden folgende drei Methoden angewandt:

a) Mittels der Bohrschelle einer Verrohrungsmaschine wird ein Futterrohr mit Schneidschutz in oszillierende Bewegung versetzt und zeitgleich dazu wird der Frostboden im Innern des Bohrrohres mittels Schlaggreifer zerstört und ausgetragen. Nach Durchbohren der Frostbodenschicht wird mit diesem Bohrregime weitergebohrt.

b) Die Frostbodenschichi wird aufgetaut. Dazu wird lokal eine Wärmequelle, ζ. B. ein Kohlenfeuer, verwendet.

c) Die Frostbodenschicht wird durch ein drehendes Bohrwerkzeug, z.B. durch eine Bohrschnecke, durchbohrt. Der Frostboden wird im Bohrlochquerschnitt vollständig zerstört und zu Tage gefördert.

Nachteilig bei den unter a und c erwähnten Methoden ist der hohe Verschleiß des Bohrwerkzeuges infolge der Notwendigkeit der vollständigen Zerstörung des Frostbodens über seinem gesamten Querschnitt. Beim Verwenden eines normal gestalteten Schneidschuhes wird aufgrund zu geringer Flächonpressung zwischen Schneidzahn und Frostboden nur ein sehr geringer Bohrforstschritt erzielt. Das Aufbringen von zusätzlichen Massen wäre uneffektiv, da das notwendige Zerstören des Frostbodens innerhalb des Futterrohres mit einem Schlaggreifer dem Bohrfortschritt des Schneidschuhes nicht Schritt halten kann. Die unter b) erwähnte Methode ist sehr zeit- und energieaufwendig.

In der DE-OS 3R¹1014 wird ein Kerndrehbohrer mit einem Kernfänger beschrieben. Der Kernfänger besteht aus einem im Kernrohr koaxial angaodnetem Innenring, der mit biegesteifen Spreizmitnehmern versehen ist. Die Spreizmitnehmer sind vorzugsweise als Klappen ausgebildet, die den Innenquerschnitt des Kernrohres vollständig verschließen können. Der Kerndrehbohrer ist für Kerndurchmesser 0,3m geeignet und erlaubt auch die Förderung von unförmigen Bohrkernen und Bohrklein.

Nachteilig ist die Verwendung dieses Systems zur Herstellung von Bohrlöchern für Pfahlgründungen u.dgl. bei Frostböden ist, daß der Kern aufgrund dieser Lösung nicht nach unten ausgestoßen werden kann. Die Vorrichtung muß um 180 geschwenkt werden, damit sie sich entleert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit geringem maschinentechnischen Aufwand in kürzester Frist eine gefrorene Erdschicht zu durchbohren und den gefrorenen Erdstoffkern im Ganzen zu fördern und aus dem Fördermittel zu entleeren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung soll bewirken, daß die Frostbodenschicht bis zum frostfreien Boden kreisringförmig durchbohrt wird, dor dabei im Schneidrohr entstandene Frostbodenkern beim Herausheben der Vorrichtung aus dem Bohrloch festgehalten wird und daß hiernach die Verklemmung gelöst und der Frostbodenkern nach unten ausgestoßen wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zum Bohren von gefrorenen Bodenschichten aus einem heb- und senkbaren, drehend bzw. oszillierend angetriebenem Schneidrohr mit Schneidschuh, welcher mit Schneidzahnen bestückt ist, und einem im Schneidrohr befindlichen und durch Führungskufen geführtem Ausstoßkolben besteht. Im Innern des Schneidrohres befindet sich beweglich oberhalb des Ausstoßkolbens eine als Anschlag ausgebildete Ringversteifung, die mit zwei oder mehreren Zugstangen verbunden ist. Am anderen Ende der Zugstangen unterhalb des Ausstoßkolbens befinden sich Klemmbacken. In definierter oberer Stellung des Ausstoßkolbens mit der Unterseite der Ringversteifung in Verbindung. Am Ausstoßkolben sind Haken angeordnet, welche in definierter unterer Stellung des Ausstoßkolbens mit der Oberseite der Ringversteifung kontaktieren. Die Klemmbacke ist keilförmig ausgebildet und auf einer schiefen Ebene beweglich angeordnet. Die schiefe Ebene ist in die Schneidrohrwandung eingefügt. An der Klemmbacke befindet sich eine Zunge, die in einem vertikal angeordneten Schlitz der Schneidrohrwandung beweglich ist. Am unteren Ende ist der Schlitz mit einer durchgehenden Reinigungsöffnung veisehen. Das zur Spreizung notwendige vertikale Bewegungsmaß entspricht der verbleibenden Beweglichkeit des Ausstoßkolbens ab der definierten oberen Stellung des Ausstoßkolbens. Das bei Berührung der Haken mit der Oberseite der Ringverstärkung noch mögliche Rückstellmaß der Klemmbacken ist kleiner als ihr Bewegungsmaß. Der Schneidschuh ist mit Schneidzähnen bestückt, deren Zahnlücken kleiner als der zweifache Oszillationsweg eines Schneidzahnes sind. Die Schneidzähne kragen im Querschnitt gesehen sowohl nach außen als auch in das Innere des Schneidrohres aus. Der Freischnitt im Inneren des Schneidrohres ist größer als die Auskragung der Klemmbacke in deren unterster Stellung über die Innenseite des Schneidrohres hinaus. Ein gutes Eindringen der Zähne in die Frostbodenschicht ist infolge hoher Flächenpressung zwischen Zähnen und Frostbodenschicht gewährleistet. Bei oszillierender Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bohrt sich dieses nur jeweils um die Zahnhöhe ein. Danach wird der aufgrund des erfinderischen Zahnabstandes unzerstörte gefrorene und zwischen den Zähnen befindliche Boden nach dem Nachsetzen der Bohrschalle einer Verrohrungsmaschine zerstört, d. h. in einer Endstellung der Oszillationsbewegung wird die Rohrschelle geöffnet, in die andere Endstellung gedreht, geschlossen und wieder oszillierend bewegt. Nach Erreichen des frostfreien Bodens bewirkt das Hochfahren des Ausstoßkolbens die Verklemmung des Frostbodenkerns, da die Klemmbacken über die schiefe Ebene den Frostbodenkern erfassen und verkeilen.

Das Schneidrohr mit dem Frostbodenkern wird aus dam Bohrloch herausgehoben. Nach dem Herausheben wird der Ausstoßkolben heruntergefahren. Die am Ausstoßkolben befindlichen Haken drücken über die Ringversteifung und die Zugstangen die Klemmbacken zurück, und danach schiebt der Ausstoßkolben den Frostbodenkern nach unten aus dem Schneidrohr heraus.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachs. ehend näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt:

Fig. 1: Die im Schnitt dargestellte Vorrichtung zum Bohren von gefrorenen Bodenschichten.

Die Vorrichtung zum Bohren von gefrorenen Bodenschichten wird vorzugsweise durch die oszillierende Bohrschelle einer Verrohrungsmaschine angetrieben und besteht aus den Baugruppen Schneidrohr 1 mit Schneidschuh 2, Ausstoßkolben 4 und den Mechanismen zum Verklemmen des Frostbodenkerns. Diese sind die Klemmbacken 7, die daran befindlichen und für-die Führung der Klemmbacken 7 erforderlichen Zungen 8, die zur Bewegung der Klemmbacken 7 notwendigen Zugstangen 10 und die Fngversteifung 11. Die Zungen 8 und somit die Klemmbacken 7 sind vertikal beweglich in den Schlitzen 9 angeordnet. Am unte ren Ende des Schubes 9 ist eine Reinigungsöffnung 18 vorhanden welche durchgehend ausgebildet ist. Günstigerweise sind ^:nnerhalb des Schneidrohres 1 drei Klemmbacken 7 vorgesehen, die im Querschnitt des Schneidrohres 1 regelmäßig, d. h. im Abstand von 120°, verteilt sind. Der Ausstoßkolben 4 ist über den Ausstoßzylinder 5 hydraulisch beweglich. Zur Führung des Ausstoßkolbens 4 sind Führungskufen 6 vorgesehen, die sich zwischen den Klemmbacken 7 an der Schneidrohrwandung 15 abstützen. Der Ausstoßzylinder 5 ist an das Widerlager 12 angelenkt, welches das Schneidrohr 1 oben bündig abschließt und diese η dadurch Stabilität verleiht. Zum Transport der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Widerlager 12 mit Anschlagösen 20 ausgestattet. Durch die als Anschlag für die Betätigung der Klemmbacken 7 ausgebildete Ringversteifung 11 werden die am Ausstoßkolben 4 befindlichen Haken 14 hindurchgeführt. Die Haken 14 sind am Ausstoßkolben 4 so angebracht, daß sie zur Schneidrohrwandung 15 zeigen. Somit stoßen sie beim Ausfahren des Ausstoßzylinders 5 auf \l>o Oberseite 17 der Ringversteifung 11 und schieben die Klemmbacken 7 in die tiefste Stellung, was gleichbedeutend mit dem Einiahren der Klemmbacken 7 ist. Beim Ausfahren des Ausstoßzylinders 5 stößt der Ausstoßkolben 4 an die Unterseite 16 der Ringversteifung 11 und bewirkt durch die keilförmige Ausbildung der Klemmbacke 7 und deren Anordnung und Beweglichkeit auf einer in der Schneidrohrwandung 15 vorgesehenen schiefen Ebene 13 das Ausfahren der Klemmbacke 7, d. h. der Abstand dor Kismmbacke 7 zur Achse des Schneidrohres 1 verringert sich (Fig. 1). Das zur Spreizung 3 der Klemmbacke 7 notwendige Bewegungsmaß a entspricht der verbleibenden Beweglichkeit des Ausstoßkolbens 4 ab seiner definierten oberen Stellung. Die Zuführung der Hydraulik erfolgt durch in der Fig. 1 nicht dargestellte Öffnungen im Widerlager 12. Sofern das Schneidrohr 1 durch ein Kellygestänge drehend angetrieben wird, muß beim Bohren der Hydraulikkreislauf über bekannte Schnellkupplungen unterbrochen werden. Für Reparatur- und Montagearbeiten sind in das Schneidrohr 1 Montageöffnungen 19 eingearbeitet, die auch als Sichtöffnungen dienen. Die Ausführung der Schneidzähne 3 entspricht dem Stand der Technik. Vorzugsweise werden die Schneidzähne 3 mit einer Hr -teelektrode gepanzert. Für den inneren Freischnitte wird ein Richtmaß von 10mm vorgesehen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nicht mehr erforderlich, bei Vorhandensein einer Frostbodenschicht diese über den gesamten Querschnitt des Bohrloches zu zerstören. Durch die gegenüber Schneidschuhen bekannter Bauart verringerte Anzahl der Schneidzähne 3 und die Anordnung größerer Zwischenräume zwhchen diesen, wird das Eindringen der Schneidzähne 3 in die FrostbodenschL:* gewährleistet. Der gefrorene Erdsto fxern wird im Ganzen gefördert und mühelos ausgestoßen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Bohren von gefrorenen Bodenschichten mit einem heb- und senkbaren, drehend bzw. oszillierend angetriebenen Schneidrohr mit Schneidschuh und daran angeordneten Schneidzähnen und einem im Schneidrohr befindlichen und geführten Ausstoßkolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßkolben (4) in definierter oberer Stellung mit der Unterseite (16) einer als Anschlag ausgebildeten Ringversteifung (11) in Verbindung steht und ander Ringversteifung (11) zwei oder mehrere Zugstangen (10) angeordnet sind, an deren anderem Ende jeweils eine Klemmbacke (7) angeordnet ist und sich am Ausstoßkolben (4) Haken (14) befinden, die in definierter unterer Stellung des Ausstoßkolbens (4) mit der Oberseite (17) der Ringversteifung (11) in Verbindung stehen und daß die Zahnlücke (c) kleiner als der zweifache Oszillationsweg (d) eines Zahnes ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmige Klemmbacke (7) auf einer schiefen Ebene (13) der Schneidrohrwandung (15) und die Zunge (8) der Klemmbacke (7) in dem Schlitz (9) der Schneidrohrwandung (15) beweglich angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Spreizung (b) der Klemmbacke (7) notwendige Bewegungsmaß (a) der ab der definierten oberen Stellung des Ausstoßkolbens (4) verbleibenden Beweglichkeit des Ausstoßkolbens (4) entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskragung (g) der Klemmbacke (7) kleiner als Freischnitt (e) des Schneidzahnes (3) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (9) zur Führung der Zunge (8) am unteren Ende mit einer durchgehenden Reinigungsöffnung ausgestattet ist.