Bohrerspitze für Erdbohrvorrichtungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrerspitze für Erdbohrvorrichtungen der im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschriebenen Art. Eine derartige Bohrerspitze ist aus NL 88 02005 bekannt. NL 88 02005 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen von Erdbohrungen. Aus dieser Veröffentlichung ist ein rein kegelförmiger Bohrkopf bekannt, versehen mit einer Anzahl sich spiralig rund um die Oberfläche bis in die Spitze erstreckender, sich auswärts erstreckender Rippen, welche eine schneidende und transportierende Funktion haben. Eine vergleichbare Bohrerspitze ist aus dem europäischen Patent 0 429 130 bekannt.

[0002] Die aus EP-B-429.130 bekannte Bohrerspitze umfasst eine Mantelfläche, die spiralförmig ausgeführt ist, hat in einem ersten Längsschnitt eine rein dreieckige Form und in einem zweiten Längsschnitt, rechtwinklig zum ersten Querschnitt eine ungefähr dreieckige Form, wobei die Basis der maximalen Breite des betreffenden Querschnitts entspricht und die Seiten eine konkave Form aufweisen. Das bedeutet, dass diese bekannte Bohrerspitze in dem genannten zweiten Längsschnitt, in Richtung der Spitze gesehen, spitz zuläuft (Fig. 2A). Die Seiten dieses Querschnitts liegen daher innerhalb der Seite eines umschreibenden Dreiecks, bestimmt durch die genannte Basis und zwei Seiten, die im freien Ende der Bohrerspitze zusammentreffen. Die Ränder der spiralförmigen Oberfläche dienen bei Verwendung als einigermaßen schneidende Seiten. Diese bekannte Bohrerspitze ist aus Aluminium hergestellt.

[0003] Mit einer Bohrerspitze der genannten Art, die üblicherweise auch mit "lost tip" bezeichnet wird, werden relativ tiefe Löcher in den Boden gebohrt, z.B. für seismologische Untersuchungen. Nachdem die Bohrerspitze genügend tief in den Boden gebohrt worden ist, wird die Bohrerspitze von den Bohrrohren gelöst. Eine Sprengladung kann durch die Bohrrohre in das gebohrte Loch geworfen werden, auf die zurückgebliebene Bohrerspitze. Anschließend werden die Bohrrohre weggenommen und wird die Sprengladung zur Explosion gebracht, wobei verursachte Vibrationen im Abstand vom gebohrten Loch aufgezeichnet werden. Auch können derartige Löcher für andersartige Untersuchungen oder zum Einbringen von z.B. Grundbauelementen und dergleichen benutzt werden.

[0004] Namentlich wenn die bekannte Bohrerspitze in relativ hartem Boden verwendet wird oder bei Verwendung auf relativ harte Teile im Boden, z.B. auf Steine, Kies, Urgestein, harte Sandschichten, Holz und dergleichen stößt, treten starke Verformungen der Bohrerspitze auf, namentlich des vorn liegenden Endes und der schneidenden Seiten und wird diese infolge auftretender Reibung stark erhitzt. Außerdem kann die Bohrerspitze einfach festlaufen, d.h. im Rotationssinne blockiert werden, wodurch das gebohrte Loch nicht die gewünschte Tiefe erreicht, während außerdem die Gefahr groß ist, dass die Bohrerspitze von einer geraden, vertikalen Bohrbahn wegbewegt wird. Darüber hinaus können die Bohrrohre aus Stahl stark erhitzt werden, wenn die Bohrerspitze und die Bohrrohre rotiert werden, ohne dass eine Axialverschiebung auftritt. Namentlich auf der Höhe von Kupplungen zwischen den Bohrrohren wird dann eine große Reibung zwischen den Bohrrohren und der Umgebung und daher eine starke Erhitzung der Bohrrohre auftreten. Diese Wärme kann vom Aluminium schlecht an die Umgebung abgegeben werden. Infolge dieser starken Erhitzung der Bohrerspitze und/oder der Bohrrohre können einfach Beschädigungen auftreten, wird ein weniger geeignetes Bohrresultat erhalten und besteht bei Verwendung für die genannte seismologische Untersuchung die Gefahr, dass Selbstentzündung einer gegebenenfalls durch die Bohrrohre in das gebohrte Loch geworfenen Sprengladung auftritt, was lebensgefährlich sein kann. Weiter besteht die Gefahr, dass infolge der Verformungen und der Erhitzung der Bohrerspitze diese sich nicht oder wenigstens nicht vollständig von den Bohrrohren löst.

[0005] US 3 557 887 beschreibt einen Bohrmeißel zur Verwendung bei Probebohrungen, umfassend einen im wesentlichen konischen Steg, an beiden Seiten versehen mit einem Blatt. Die Blätter erstrecken sich in einer Spiralform von einem Verbindungsteil bei der Spitze zum gegenüberliegenden Ende des Steges. Jedes Blatt hat einen im Rotationssinne vorn liegenden, konkaven Teil, der in einen konvexen Teil übergeht. Mittel sind vorgesehen, um diesen Bohrmeißel fest an einem Bohrschacht zu befestigen, welche Mittel derart ausgeführt sind, dass der verfügbare Steg in optimaler Weise benutzt wird.

[0006] Dieser bekannte Bohrmeißel ist nicht vom "lost-tip"-Typ, sondern ist mit dem Bohrschacht wieder aufwärts mitzunehmen. Gerade dazu sind die Mittel vorgesehen, um diesen Bohrmeißel fest an einem Bohrschacht zu befestigen. Außerdem sind die Blätter dieses bekannten Bohrmeißels schneidend ausgeführt und erstrecken sie sich bis nahe, sogar an der Spitze des Steges vorbei.

[0007] Die Erfindung bezweckt daher eine Bohrerspitze der im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschriebenen Art, wobei die genannten Nachteile vermieden sind, mit Beibehaltung ihrer Vorteile. Dazu wird eine Bohrerspitze nach der Erfindung durch die Maßnahmen nach dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

[0008] Eine Bohrerspitze nach der Erfindung hat, infolge der Form der Mantelfläche, die in mindestens einer Seitenansicht der Bohrerspitze konvex ist, eine bei Verwendung vorn liegende, einigermaßen stumpfe Spitze im Verhältnis zu der bekannten Bohrerspitze für ein Bohrloch mit gleichem Durchmesser. Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, dass mit dieser relativ stumpfen Bohrerspitze besonders gute Bohrresultate erhalten werden können. Beim Bohren folgt eine Bohrerspitze nach der Erfindung einer relativ geraden Bohrstrecke, auch wenn Unregelmäßigkeiten im Boden getroffen werden oder wenn in einen relativ harten Boden gebohrt wird. Außerdem treten nahezu keine Verformungen oder Beschädigungen der Bohrerspitze auf, wodurch, ein besonders gutes und regelmäßiges Bohrloch erhalten wird. Außerdem wird dadurch verhindert, dass die Bohrerspitze nicht von den Bohrrohren gelöst werden kann. Die Temperatur der Bohrerspitze, ebenso wie der Bohrrohre, bleibt bei Verwendung relativ niedrig, wodurch die Gefahr, dass Selbstentzündung einer etwaigen Sprengladung auftritt, abgewendet wird. Daher kann eine Bohranlage, versehen mit einer Bohrerspitze nach der Erfindung, mit Sicherheit bei seismologischen Untersuchungen und dergleichen verwendet werden. Ein weiterer Vorteil einer Bohrerspitze nach der Erfindung besteht darin, dass diese einfach und ohne Beschädigungsgefahr auch durch Stoßbelastungen auf die Bohrrohre, z.B. durch Rammen, in den Boden getrieben werden kann. So können beispielsweise Hindernisse wie Steine, die von der Bohrerspitze getroffen werden, zerstückelt oder wenigstens aus der bezweckten Bahn der Bohrerspitze entfernt werden, worauf ein weiteres Bohren durch Rotation der Bohrerspitze wieder möglich ist. Die oder jede Nut in der Mantelfläche sorgt beim Bohren für eine geeignete Abfuhr eines Teiles des Materials aus dem Bohrloch für die Axialverschiebung infolge der Rotation, und außerdem können die Längsränder der oder jeder Nut eine einigermaßen schneidende Wirkung haben. Dadurch, dass die oder jede Nut im Abstand von dem bei Verwendung vorn liegenden Ende der Bohrerspitze beginnt, wird verhindert, dass diese Nut oder Nuten schon am vorn liegenden Ende eine schneidende Wirkung erhalten können. Dadurch wird in relativ einfacher Weise verhindert, dass die Bohrerspitze infolge derartiger Nuten im Rotationssinne festlaufen kann. Denn der nicht mit Nuten versehene, vorn liegende Teil der Bohrerspitze kommt zuerst mit dem Boden in Berührung und wird in erheblichem Maße für eine dauerhafte Rotationsfreiheit der Bohrerspitze sorgen. Außerdem wird dadurch weiter verhindert, dass die Bohrerspitze, insbesondere jede eine Nut bestimmende Fläche bei Stoßbelastung beschädigt wird. Die Nuten führen großenteils schon einigermaßen aufgewühlte Erde und dergleichen ab, während die Nutbodenfläche der oder jeder Nut außerdem eine gewisse grabende, wenigstens Erde in radialer Richtung wegdrückende Funktion haben kann.

[0009] In näherer Ausarbeitung wird eine Bohrerspitze nach der Erfindung weiter durch die Maßnahmen nach Anspruch 2 gekennzeichnet.

[0010] Eine derartige Bohrerspitze, namentlich wenn die ganze Mantelfläche im wesentlichen konvex ist, hat eine noch weiter optimierte Wirkung.

[0011] In einer näheren Ausführungsform wird eine Bohrerspitze nach der Erfindung weiter durch die Maßnahmen nach Anspruch 5 gekennzeichnet.

[0012] Die relativ große Winkelveränderung der Bohrerspitze während einer Axialverschiebung bietet den Vorteil, dass die Teile der Bohrvorrichtung, die bei Verwendung einen Reibungskontakt mit der Umgebung machen, gegenüber dieser Umgebung relativ schnell in Bohrrichtung verschoben werden. Dadurch wird einer starken Erhitzung der Bohrerspitze durch eine derartige Reibung noch stärker entgegengewirkt, um so mehr als die Wärme direkt an einen relativ kühlen Teil der Umgebung abgegeben werden kann.

[0013] Ein Teil der Probleme der bekannten Bohrerspitze wird außerdem dadurch verursacht oder wenigstens vergrößert, dass diese bekannte Bohrerspitze aus Aluminium hergestellt ist. Aluminium hat eine relativ niedrige Härte und außerdem eine relativ niedrige Schmelztemperatur und eine hohe Wärmekapazität. Bei Verwendung werden daher bei dieser bekannten Bohrerspitze, namentlich bei der genannten starken Erhitzung der Bohrerspitze, starke Verformungen des Aluminiums auftreten, insbesondere bei Stoßbelastung und bei Berührung mit harten Bodenteilen wie Steine und dergleichen. Infolge dieser Verformungen und Beschädigungen wird allmählich die Schneidfähigkeit der Ränder der spiralförmigen Oberfläche und damit die Bohrfähigkeit dieser bekannten Bohrerspitze abnehmen, wodurch die eher genannten Nachteile noch weiter verstärkt werden.

[0014] Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Bohrerspitze aus Aluminium liegt darin, dass diese nach dem Bohren des Loches in ihrem Ganzen im Boden zurückbleibt, sogar bei Detonation einer Sprengladung darauf. Aluminium ist relativ stark umweltbelastend, namentlich auch bei seiner Herstellung, und ist relativ knapp.

[0015] Die Erfindung bezweckt daher auch eine Bohrerspitze vom "lost tip"-Typ, wobei die obengenannten Nachteile vermieden sind. Dazu wird eine Bohrerspitze nach der Erfindung durch die Maßnahmen nach Anspruch 6 gekennzeichnet.

[0016] Dadurch, dass eine Bohrerspitze nach der Erfindung mit einer Oberflächenhärte ausgeführt wird, die gegenüber der Oberflächenhärte des Aluminiums relativ hoch ist, mehr insbesondere eine Oberflächenhärte von 140 Brinell oder mehr, werden Beschädigungen der Bohrerspitze in einfacher Weise noch besser verhindert.

[0017] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird eine Bohrerspitze nach der Erfindung durch die Maßnahmen nach Anspruch 7 gekennzeichnet.

[0018] Die Verwendung einer eisenhaltigen Legierung wie z.B. Gusseisen oder Gussstahl bietet den Vorteil einer relativ einfach zu erhaltenden großen Oberflächenhärte und einer guten Wärmeabfuhr bei Verwendung. Außerdem ist eine derartige Legierung weniger umweltbelastend. Gewiss wenn die Bohrerspitze infolge einer Detonation einer Sprengladung wenigstens teilweise zersplittert. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Bohrerspitze liegt darin, dass diese relativ schwer ist. Dadurch wird diese bei Verwendung noch besser als vorher ihrer geraden Bohrbahn folgen. Eine derartige Bohrerspitze ist weiter relativ billig.

[0019] In einer alternativen, vorteilhaften Ausführungsform wird eine Bohrerspitze nach der Erfindung weiter durch die Maßnahmen nach Anspruch 8 gekennzeichnet.

[0020] Dadurch, dass der bei Verwendung hinten liegende Teil der Bohrerspitze aus Kunststoff, insbesondere aus relativ umweltfreundlichem Kunststoff, und der vorn liegende Teil aus Metall, insbesondere aus einer eisenhaltigen, relativ harten Metallart oder -legierung, hergestellt wird, wird eine relativ billige Bohrerspitze erhalten, die außerdem bei Verwendung noch weniger erhitzt wird. Da die etwaige Sprengladung auf den Kunststoffteil der Bohrerspitze fallen wird, der relativ kühl bleiben wird, wird keine spontane Detonation der Sprengladung infolge der Berührung mit der Bohrerspitze auftreten. Der Kunststoff ist vorzugsweise ein biokompatibler Kunststoff.

[0021] Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Bohrvorrichtung zur Verwendung mit einer Bohrerspitze nach der Erfindung, welche Bohrvorrichtung durch die Maßnahmen nach Anspruch 9 gekennzeichnet wird.

[0022] Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung eines Loches im Boden mit Hilfe einer Bohrerspitze nach der Erfindung. Ein solches Verfahren wird nach der Erfindung durch die Maßnahmen nach Anspruch 10 gekennzeichnet.

[0023] Mit einem solchen Verfahren kann in besonders einfacher und relativ billiger Weise ein gerades, relativ tiefes Bohrloch erhalten werden, wobei außerdem die Gefahr verhindert worden ist, dass eine gegebenenfalls im Loch auf der Bohrerspitze zu deponierende Sprengladung spontan detoniert. Dieses Verfahren ist daher gegenüber den bekannten Verfahren relativ schnell, billig und sicher.

[0024] Nähere Ausführungsformen einer Bohrerspitze, einer Bohrvorrichtung und eines Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.

[0025] Zur Verdeutlichung der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel einer Bohrerspitze, einer Bohrvorrichtung und eines Verfahrens, unter Hinweis auf die Zeichnung, beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Bohrerspitze nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Bohrerspitze nach Fig. 1;

Fig. 2A schematisch eine Seitenansicht einer Bohrerspitze nach der Erfindung mit darin wiedergegebener vergleichbarer Seitenansicht einer Bohrerspitze der bekannten Art für ein Bohrloch mit gleichem Durchmesser;

Fig. 3 eine Vorderansicht einer Bohrerspitze nach Fig. 1;

Fig. 3A schematisch eine Vorderansicht einer Bohrerspitze nach der Erfindung mit darin wiedergegebener vergleichbarer Vorderansicht einer Bohrerspitze der bekannten Art für ein Bohrloch mit gleichem Durchmesser;

Fig. 4 eine Draufsicht einer Bohrerspitze nach Fig. 1;

Fig. 5A und 5B je einen Querschnittsansicht, bzw. über die Linie VA-VA und VB-VB in Fig. 3;

Fig. 6 eine Bohrerspitze nach der Erfindung auf einem Bohrrohr in einer Bohrvorrichtung nach der Erfindung; und

Fig. 7 eine alternative Ausführungsform einer Bohrerspitze nach der Erfindung in teilweise durchgeschnittener Seitenansicht.

[0026] In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bohrerspitze 1 nach der Erfindung gezeigt. Die Bohrerspitze 1 hat eine relativ breite Basis 2, ein relativ stumpfes Ende 3 und eine Mantelfläche 4, die einigermaßen konvex ist. Das heißt, daß die Mantelfläche 4 an allen Seiten einigermaßen nach außen gewölbt ist und daher die Bohrerspitze 1 mindestens in einer der Ansichten "mehr konisch" ist. Im wesentlichen jeder Längsschnitt durch die Bohrerspitze 1 bestimmt die Mantelfläche 4, daher eine wenigstens teilweise konvexe Begrenzungslinie B (Fig. 2, 3), wobei die Bohrerspitze in einer ersten Ansicht (Fig. 2) eine einigermaßen größere Breite hat als in einer rechtwinklig darauf stehenden zweiten Ansicht (Fig. 3). Die Wölbung nach außen (Konvexität) der Begrenzungen in den genannten zwei Ansichten (Fig. 2, 3) kann gleich oder, wie in den Figuren gezeigt, einigermaßen verschieden sein. Die Bohrerspitze 1 ist aus einem relativ harten Metall, insbesondere Gußeisen, hergestellt. In der Mantelfläche 4 sind zwei Nuten 5 angeordnet, die noch näher beschrieben werden. Deutlich geht aus Fig. 1 hervor, daß die Nuten 5 einigermaßen spiralförmig rund um die Mantelfläche 4 verlaufen und einen Beginn 6 in einigem Abstand vom Ende 3 der Bohrerspitze 1 haben und sich bis nahe der Basis 2 der Bohrerspitze 1 fortsetzen.

[0027] In Fig. 1A bzw. Fig. 2A ist in Kombination eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht einer Bohrerspitze wie bekannt aus dem europäischen Patent 0 429 130 und einer Bohrerspitze 1 nach der Erfindung gezeigt. Dabei ist stets die bekannte Bohrerspitze (bekannter Stand der Technik) schraffiert.

[0028] Wie deutlich aus Fig. 1A hervorgeht, ist die bekannte Bohrerspitze in dieser ersten Ansicht dreieckig (rein konisch), während die Bohrerspitze 1 nach der vorliegenden Erfindung in dieser ersten Ansicht einigermaßen nach außen gewölbte Begrenzungslinien B hat. Übrigens können bei einer Bohrerspitze 1 nach der Erfindung in dieser ersten Ansicht die Begrenzungslinien B auch ungefähr gerade oder in anderer Weise gebogen sein. Außerdem ergibt sich deutlich, daß die bekannte Bohrerspitze in dieser ersten Ansicht eine breitere Basis hat als die Bohrerspitze 1 nach der Erfindung.

[0029] Wie deutlich aus Fig. 2A hervorgeht, hat die bekannte Bohrerspitze in dieser zweiten Ansicht einigermaßen nach innen gewölbte (konkave) Begrenzungslinien B', während eine Bohrerspitze 1 nach der Erfindung in dieser zweiten Ansicht wenigstens teilweise nach außen gewölbte (konvexe) Begrenzungslinien B hat. Die bekannte Bohrerspitze hat daher in dieser zweiten Ansicht (Fig. 2A) eine weniger konische Form, eine Bohrerspitze nach der Erfindung eine mehr konische Form.

[0030] Wie namentlich aus Fig. 4, 5A und 5B hervorgeht, hat die Bohrerspitze 1 im Querschnitt eine einigermaßen ovale Form. Die Bohrerspitze 1 hat daher als Ganzes eine etwas flachgedrückte Kegelform.

[0031] Bei Verwendung wird eine Bohrerspitze 1 nach der Erfindung mit dem Ende 3 vorn liegend durch Antrieb mit einer noch näher zu besprechenden Bohrvorrichtung 15 (Fig. 6) in den Boden getrieben. Der zwischen dem genannten Ende 3 und dem Beginn 6 der Nuten 5 liegende Spitzenteil 7 der Bohrerspitze 1 hat einen ovalen oder ellipsoiden Schnitt und eine relativ glatte Oberfläche (Fig. 5A), wodurch diese trotz der einigermaßen ovalen oder ellipsoiden (etwas flachgedrückt konischen) Form doch relativ einfach um die Längsachse rotiert in den Boden gedrückt werden kann, unter Verdrängung der vorn liegenden Erde. Ein Festlaufen der Bohrerspitze 1 wird dadurch nicht, wenigstens nicht infolge des Spitzenteiles 7, auftreten. Das relativ stumpfe Ende 3 der Bohrerspitze 1 sorgt mit für eine gerade Axialbewegung der Bohrerspitze 1 bei ihrer Rotation.

[0032] Jede Nut 5 wird im wesentlichen durch eine Nutbodenfläche 8 bestimmt, die sich etwa radial auf der Längsachse L der Bohrerspitze, d.h. stets etwa rechtwinklig oder einigermaßen geneigt zur benachbarten Mantelfläche 4 erstreckt (Fig. 5B). Auf der Höhe der Nutbodenfläche 8 tritt daher ein Niveauunterschied in der Mantelfläche 4 auf; der Abstand D1 zwischen der Längsachse L und dem im Rotationssinne gegenüber der Nutbodenfläche 8 vorn liegenden Teil der Mantelfläche 4 ist daher anders, insbesondere kleiner als der Abstand D2 zwischen der Längsachse L und dem im Rotationssinne gegenüber der Nutbodenfläche 8 hinten liegenden Teil der Mantelfläche 4. Bei Rotation der Bohrerspitze 1 um die Längsachse L bildet daher jede Nutbodenfläche 8 eine im wesentlichen frontale Oberfläche.

[0033] Von der Basis 2 erstreckt sich in der vom relativ stumpfen Ende 3 abgekehrten Richtung ein zylindrischer Stumpf 9, um den herum in zwei im Abstand voneinander angeordneten Ringnuten 10 immer ein O-Ring 11 aufgenommen ist. Dieser Stumpf 9 kann in ein offenes Ende 12 eines Bohrrohres 13 gesteckt werden (Fig. 6), wobei die O-Ringe 11 für den Abschluß und Reibungseinschluß sorgen. In der Mantelfläche 4 sind zwei sich in der vom Stumpf 9 abgekehrten Richtung von der Basis 2 erstreckende, sich diametral gegenüberliegende Einschnitte 19 vorgesehen, in die in bekannter Weise Nocken 14 auf dem Bohrrohr 13 aufgenommen werden können, um eine Rotation der Bohrerspitze 1 gegenüber dem Bohrrohr 13 zu verhindern, während das Bohrrohr 13 jedoch einfach in axialer Richtung aus der Bohrerspitze herausgezogen werden kann.

[0034] Eine in Fig. 6 schematisch dargestellte Bohrvorrichtung 15 umfaßt einen Rahmen 16 mit nichtgezeigten Führungen für die Bohrrohre 13, wobei eine erste Antriebsvorrichtung 17 zum Angreifen an und Rotation eines Bohrrohres 13 um seine Längsachse vorgesehen ist, innerhalb der Führungen. Die Bohrrohre 13 können beim Bohren miteinander gekuppelt werden, so daß mit relativ kurzen Bohrrohren 13 eine relativ große Bohrtiefe erreicht werden kann. Weiter ist die Bohrvorrichtung 15 mit einer zweiten Antriebsvorrichtung 18 versehen, mit der Stoßbelastungen an die Bohrrohre angelegt werden können, in axialer Richtung, zur Durchführung einer Axialverschiebung der Bohrerspitze 1. Bei Verwendung wird die Bohrerspitze 1 über die Bohrrohre 13 im Rotationssinne von der ersten Antriebsvorrichtung 17 angetrieben. Dabei sorgen die Nuten 5 für eine Axialverschiebung der Bohrerspitze, in Abwärtsrichtung. Sollte in vorkommenden Fällen eine weitere Rotation der Bohrerspitze 1 verhindert werden oder wenigstens nicht mehr zu einer weiteren Axialverschiebung führen, z.B. dadurch, daß die Spitze 3 auf ein Stein oder Holz gestoßen ist, so kann die zweite Antriebsvorrichtung eingeschaltet werden. Damit wird eine Stoßbelastung an die Bohrrohre 13 und die Bohrerspitze 1 angelegt, wodurch die Bohrerspitze 1 in axialer Richtung in den Boden gerammt wird, indem sie den Stein oder dergleichen beispielsweise wegdrückt und/oder zerstört. Anschließend kann die Bohrerspitze wieder weiter in den Boden geschraubt werden. Die Steigung der Nuten 5, d.h. die Neigung zur Längsachse L der Bohrerspitze ist vorzugsweise derart, daß eine große Winkelveränderung bei Axialverschiebung der Bohrerspitze 1 auftritt, z.B. ein Winkel von 90° oder von mehr als 180° bei einer Axialverschiebung um einmal der Länge der Bohrerspitze 1. Auf diese Weise wird in einfacher Weise schnell und sicher ein gutes Bohrloch erhalten.

[0035] Die Temperatur der Bohrerspitze 1 und der Bohrrohre 13 bleibt bei Verwendung relativ niedrig infolge einer geringen Reibung und einer guten Wärmeleitung in die Umgebung. Die Härte der Bohrerspitze 1, wenigstens des vorn liegenden Spitzenteiles 7, ist derart, daß Verformungen und Beschädigungen nicht oder kaum auftreten. Die Härte ist erheblich höher als bei normal verwendetem Aluminium und ist z.B. mehr als 160 Brinell, mehr insbesondere mehr als 200 Brinell und vorzugsweise mehr als 250 Brinell. Je härter je weniger Gefahr von Formänderungen. Das Gewicht der Bohrerspitze 1 ist relativ hoch, wodurch die Bohrerspitze noch besser einer geraden Bohrbahn folgen kann.

[0036] Übrigens wird bemerkt, daß schon eine Verbesserung der bekannten Bohrerspitze erreicht werden kann, wenn sie in einem Metall wie hierin beschrieben ausgeführt wird, insbesondere Eisen oder eine eisenhaltige Legierung, vorzugsweise Gußeisen oder Gußstahl. Die Resultate werden damit nicht ideal.

[0037] Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Bohrerspitze 20 nach der Erfindung. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

[0038] Diese Bohrerspitze 20 besteht aus einem vorderen Spitzenteil 7, hergestellt aus Metall, insbesondere Gußeisen, und einem hinteren Teil 21, hergestellt aus einem vorzugsweise biokompatiblen Kunststoff. Die Teile sind miteinander über einen sich vom Spitzenteil 7 erstreckenden, in den hinteren Teil 21 greifenden Nocken 22 verbunden. Der Nocken 22 hat einen solchen Querschnitt, daß Rotation des Spitzenteiles 7 zum hinteren Teil 21 verhindert wird. Der Kunststoff bildet eine Isolierung zwischen dem Spitzenteil 7 und dem Bohrrohr 13, wodurch Erhitzung des Spitzenteiles 7 durch die Bohrrohre 13 und umgekehrt verhindert wird. Außerdem ist der biokompatible Kunststoff wenig umweltbelastend und relativ billig. Die Nuten 5 beginnen vorzugsweise nahe dem Übergang zwischen dem Spitzenteil 7 und dem hinteren Teil 21, aber sie können sich auch z.B. in dem Spitzenteil fortsetzen oder gerade in einigem Abstand vom Spitzenteil beginnen, um Beschädigungen noch besser zu verhindern.

[0039] Die Erfindung ist keineswegs auf die in der Zeichnung und der Beschreibung gegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Viele Abwandlungen sind möglich. So kann eine Bohrerspitze nach der Erfindung kreisförmige Querschnitte haben oder stärker oder gerade weniger stark konvexe Mantelflächenteile haben. Das freie Ende 3 der Bohrerspitze kann facettiert sein und kann mehr oder weniger stumpf sein, während außerdem die Mantelfläche einige Wölbung haben kann. Die Kupplungsmittel können anders ausgeführt sein, z.B. mit anders geformten oder einer anderen Anzahl Nocken und Einschnitten. Selbstverständlich kann die Bohrvorrichtung in verschiedenen geeigneten Weisen ausgeführt sein.

[0040] Diese und viele vergleichbare Ausführungsformen einer Bohrerspitze, einer Bohrvorrichtung oder eines Verfahrens werden dafür erachtet, den Rahmen der Erfindung nicht zu übersteigen.

Ansprüche

1. Bohrerspitze (1,20) vom "lost-tip"-Typ zur Verwendung bei einer Erdbohrvorrichtung (15), versehen mit einer Mantelfläche (4) und Kupplungsmitteln (9,11,19) zur Kupplung mit der Erdbohrvorrichtung (15), wobei die Mantelfläche (4) in von den Kupplungsmitteln (9,11,19) abgekehrter Richtung zuläuft, und dass längs wenigstens eines Teiles der Mantelfläche (4) mindestens eine Nut (5) wenigstens einigermaßen spiralförmig angeordnet ist und wobei die Mantelfläche (4) eine im wesentlichen konvexe Begrenzung (B) mindestens eines Längsschnittes der Bohrerspitze bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Nut (5) im axialen Abstand von dem von den Kupplungsmitteln (9,11,19) abgekehrten freien Ende (3) der Bohrerspitze (1,20) beginnt (6) und sich in Richtung der Kupplungsmittel (9,11,19) erstreckt.

2. Bohrerspitze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (4) auch eine konvexe Begrenzung (B) eines zweiten Längsschnittes etwa rechtwinklig zum ersten Längsschnitt bildet, wobei vorzugsweise die ganze Mantelfläche (4) im wesentlichen konvex ist.

3. Bohrerspitze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Nut (5) im wesentlichen durch eine Nutbodenfläche (8) bestimmt wird, die, in einem Querschnitt der Bohrerspitze (1,20) gesehen, einen Winkel mit der benachbarten Mantelfläche (4) einschließt, wobei die Nut (5) einen Niveauunterschied in der Mantelfläche (4) bestimmt.

4. Bohrerspitze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrerspitze (1,20) mindestens ein spitzes, abgeflachtes konisches Ende (7) mit einer im wesentlichen egalen Außenfläche hat.

5. Bohrerspitze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Nut (5) und die Mantelfläche (4) derart ausgeführt sind, dass bei Verwendung eine Verlagerung der Bohrerspitze (1,20) im Boden über ihre volle Länge eine Rotation um die Längsachse von mehr als 40°, vorzugsweise mehr als 90°, mehr insbesondere mehr als 180°, verursacht.

6. Bohrerspitze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der bei Verwendung vorn liegende Teil (7) der Mantelfläche (4) der Bohrerspitze (1, 20) eine Oberflächenhärte hat, die höher als die Oberflächenhärte von Aluminium oder Aluminiumlegierungen ist, insbesondere eine Oberflächenhärte von mehr als 160 Brinell und vorzugsweise eine Oberflächenhärte von mehr als 250 Brinell hat.

7. Bohrerspitze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der bei Verwendung vorn liegende Teil (7) der Mantelfläche (4) der Bohrerspitze aus Eisen, insbesondere Gusseisen, Stahl, insbesondere Gussstahl oder einer derartigen eisenhaltigen Legierung hergestellt ist.

8. Bohrerspitze nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Verwendung vorn liegende Teil (7) der Bohrerspitze (20) aus Metall hergestellt ist und mindestens der bei Verwendung hinten liegende Teil (22) aus Kunststoff hergestellt ist.

9. Bohrvorrichtung zur Verwendung bei einer Bohrerspitze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrvorrichtung (15) Mittel (17,18) zum Angreifen eines Bohrrohres umfasst, welche Mittel (17) zum Rotieren des Bohrrohres um seine Längsachse (L) eingerichtet sind, welche Mittel (18) außerdem eingerichtet sind, das Bohrrohr durch Stoß- oder Druckbelastung axial zu belasten, unabhängig von oder bei dem genannten Rotieren des Bohrrohres.

10. Verfahren zur Herstellung eines Loches im Boden mit Hilfe einer Bohrerspitze nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Bohrvorrichtung, wobei die Bohrerspitze mit Hilfe der Kupplungsmittel an ein Bohrrohr gekuppelt wird und mit Hilfe der Bohrvorrichtung in den Boden geschraubt wird, wobei durch den vorn liegenden Teil der Bohrerspitze Erde und dergleichen im wesentlichen seitlich weggedrückt wird, während durch die oder jede Nut ein Teil der Erde nach oben weggeführt wird, wobei beim Bohren von der Bohrerspitze getroffene Steine und dergleichen harte Teile ohne Verformung der Bohrerspitze seitlich weggedrückt werden, wobei beim Festlaufen der Bohrerspitze im Rotationssinne durch Anlegen einer Stoßbelastung an die Bohrerspitze eine Linearbewegung der Bohrerspitze in Längsrichtung erhalten wird, unter Freigabe der Bohrerspitze im Rotationssinne.

Claims

1. Drill tip (1, 20) of the "lost tip" type for use with an earth drilling rig (15), having an external surface (4) and coupling means (9, 11, 19) for coupling with the earth drilling rig (US), in which the external surface (4) tapers in the direction away from the coupling means (9, 11, 19) and in which at least one groove (5) is arranged along at least a part of the external surface (4) at least to some degree in a helix and in which the external surface (4) forms an essentially convex boundary (B) of at least one longitudinal section of the drill tip, characterised in that the or each groove (5) begins (16) an axial distance from the free end (3) of the drill tip (1, 20) remote from the coupling means (9, 11, 19) and extends in the direction of the coupling means (9, 11, 19).

2. Drill tip according to claim 1, characterised in that the external surface (4) also forms a convex boundary (B) of a second longitudinal section roughly at right angles to the first longitudinal section, and preferably the entire external surface (4) is essentially convex.

3. Drill tip according to one of the preceding claims, characterised in that the or each groove (5) is essentially determined by a groove bottom surface (8) which, viewed in a cross-section or the drill tip (1, 20), encloses an angle with the neighbouring external surface (4), and the groove (5) defines a difference in level in the external surface (4).

4. Drill tip according to one of the preceding claims, characterised in that the drill tip (1, 20) has at least one pointed flattened conical end (7) with an essentially smooth outer surface.

5. Drill tip according to one of the preceding claims, characterised in that the or each groove (5) and the external surface (4) are embodied in such a way that in use a displacement of the drill tip (1, 20) in the ground over its full length causes a rotation about the longitudinal axis of more than 40°, preferably more than 90°, in particular more than 180°.

6. Drill tip according to one of the preceding claims, characterised in that at least the part (7) of the external surface (4) of the drill tip (1, 20) lying at the front in use has a surface hardness which is higher than the surface hardness of aluminium or aluminium alloys, in particular a surface hardness of more than 160 Brinell and preferably a surface hardness of more than 250 Brinell.

7. Drill tip according to claim 5, characterised in that at least the part (7) of the external surface (4) of the drill tip lying at the front in use is made of iron, in particular cast iron, steel, in particular cast steel or such a ferrous alloy.

8. Drill tip according to one of claims 6 or 7, characterised in that the part (7) of the drill tip (20) lying at the front in use is made of metal and at least the part (22) lying at the rear in use is made of plastic.

9. Drilling rig for use with a drill tip according to one of the preceding claims, characterised in that the drilling rig (15) comprises means (17, 18) for action on a drill pipe, which means (17) are arranged for rotation of the drill pipe about its longitudinal axis (L), which means (18) are also arranged to load the drill pipe axially by percussion or pressure loading, independently of or during the named rotation of the drill pipe.

10. Method for production of a hole in the ground with the aid of a drill tip according to one of the preceding claims and a drilling rig, whereby the drill tip is coupled to a drill pipe with the aid of the coupling means and is screwed into the ground with the aid of the drilling rig, whereby earth and the like are forced away essentially laterally by the part of the drill tip lying at the front, while a part of the earth is carried away upwards by the or each groove, whereby stones and similar hard parts struck by the drill tip during drilling are forced away laterally without deformation of the drill tip, and when the drill tip becomes stuck in the direction of rotation, a linear movement of the drill tip in the longitudinal direction is obtained by applying a percussive load to the drill tip, releasing the drill tip in the direction of rotation.

Revendications

1. Pointe de forage (1, 20) du type "lost-tip", pour utilisation avec un dispositif de forage du sol (15), munie d'une surface d'enveloppe (4) et de moyens d'accouplement (9, 11, 19) pour accouplement au dispositif de forage du sol (15), la surface d'enveloppe (4) allant en évoluant de façon conique en allant en une direction opposée à celle des moyens d'accouplement (9, 11, 19), et en ce que le long d'au moins une partie de la surface d'enveloppe (4) est ménagée au moins une gorge (5), au moins dans une certaine mesure à forme spirale, et la surface d'enveloppe (4) forme une limitation (B) sensiblement convexe au moins en une vue en coupe longitudinale de la pointe de foret, caractérisée en ce que la ou chaque gorge (5) commence (6) à distance axiale de l'extrémité (3) libre, opposée aux moyens d'accouplement (9, 11, 19) de la pointe de foret (1, 20), et s'étend en direction des moyens d'accouplement (9, 11, 19).

2. Pointe de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface d'enveloppe (4) forme également une délimitation (B) convexe en une deuxième vue en coupe longitudinale, tracée à peu près perpendiculairement par rapport à la première coupe longitudinale, de préférence la totalité de la surface d'enveloppe (4) étant sensiblement convexe.

3. Pointe de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ou chaque gorge (5) est déterminée essentiellement par une race de fond de gorge (8) qui, lorsqu'on observe la point de foret (1, 20) en coupe transversale, fait un angle avec la face d'enveloppe (4) voisine, la gorge (5) déterminant une différence de niveau dans la face d'enveloppe (4).

4. Pointe de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pointe de foret (1, 20) présente au moins une extrémité (7) conique aplatie pointue, avec une face extérieure sensiblement égale.

5. Pointe de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ou chaque gorge (5) et la face d'enveloppe (4) sont réalisées de manière que, en utilisation, un déplacement de la pointe de foret (1, 20) dans le sol, sur toute sa longueur, provoque une rotation autour de l'axe, d'une valeur supérieure à 40°, de préférence supérieure à 90°, de manière plus particulière supérieure à 180°.

6. Pointe de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins la partie (7), située à l'avant en cas d'utilisation, de la face d'enveloppe (4) de la pointe de foret (1, 20) ait une dureté superficielle supérieure à la dureté superficielle de l'aluminium ou des alliages d'aluminium, en particulier une dureté superficielle supérieure à 160 Brinell et, de préférence, une dureté superficielle supérieure à 250 Brinell.

7. Pointe de forage selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'au moins la partie (7), située à l'avant en cas d'utilisation, de la face d'enveloppe (4) de la pointe de forage est fabriquée en produit ferreux, en particulier en fonte, en acier, en particulier en acier moulé, ou bien en un autre alliage de ce type, contenant du fer.

8. Pointe de forage selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la partie (7), située à l'avant en cas d'utilisation, de la pointe de forage (20) est fabriquée en métal, et au moins la partie (22), située à l'arrière lors de l'utilisation, est fabriquée en matière synthétique.

9. Dispositif de forage pour utilisation avec une pointe de forage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de forage (15) comprend des moyens (17, 18) pour actionner un tube de forage, les moyens (17) étant équipés pour faire tourner le tube de forage autour de son axe longitudinal (L), les moyens (18) étant en outre équipés de manière que le tube de forage soit sollicité axialement par des sollicitations par percussion ou par pression, indépendamment, ou lors de la rotation citée du tube de forage.

10. Procédé de production d'un trou dans le sol à l'aide d'une pointe de forage selon l'une des revendications précédentes et du dispositif de forage, la pointe de forage étant accouplée, à l'aide des moyens d'accouplement, à un tube de forage et vissée dans le sol à l'aide du dispositif de forage, sachant que, au moyen de la partie située à l'avant de la pointe de forage, le sol et analogue sont refoulés sensiblement latéralement, tandis que, au moyen de la ou de chaque gorge, une partie du sol est évacuée vers le haut, sachant que, lors du forage, des pierres et des parties dures, analogues, touchées par la pointe de forage, sont refoulées latéralement sans déformation de la pointe de forage, sachant que, lors du mouvement de la pointe de forage dans le sens de rotation, par application d'une charge à percussion sur la pointe de forage, on obtient un déplacement linéaire de la pointe de forage en direction longitudinale, accompagné d'une libération de la pointe de forage dans le sens de rotation.

Zeichnung