DE4225701C1

DE4225701C1 - Rotary drilling appts. with percussion capability - has two coaxial strings with variable rotational speed and direction

Info

Publication number: DE4225701C1
Application number: DE19924225701
Authority: DE
Inventors: Peter Rubak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2012-08-05

Abstract

Earth drilling equipment has outer and inner pipe strings (16,17), at least one pipe string rotary drive (15,18), an annular rotary drill bit (22) at the leading end of the outer pipe string (16), a rotary drill tool (23) at the leading end of the inner pipe string (17) and a percussive device for striking the drill tool (23). The novelty is that the percussive device has a ratchet (26) with first ratchet teeth, which are provided on the annular bit (22) or on the leading end of the outer pipe string (16) and which cooperate with second ratchet teeth on the drill tool (23), and has an energy reservoir (27) for advancing the drill tool (23) wrt. the inner pipe string. A flushing medium is passed through the inner pipe string (17), the energy reservoir (27) has a compressible gas reservoir which is exposed to the flushing medium pressure, and the shaft of the drill tool (23) varies the flushing medium pressure on the gas reservoir by axial movement of the drill tool (23). The drill tool shaft may form a piston which compresses flushing medium in a cavity during backward movement of the drill tool (23) into the gas reservoir. The drill tool (23) may be an inner drill bit or a percussive tip. ADVANTAGE - The drilling equipment is esp. adapted to drilling of mixed earth types since the inner and outer strings can be rotated with different speeds and/or directions and percussion of variable strength may be applied if required, a percussion hammer not being required.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erdbohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an earth drilling device according to the Preamble of claim 1.

Das Bohren mit zwei koaxialen Rohrsträngen wird als Überlagerungsbohren bezeichnet. Damit werden Bohrlöcher in das Erdreich hinein vorgetrieben. Bei felsigen Böden reicht das drehende Bohren nicht aus. Daher wird das innere Bohrwerkzeug mit Schlägen beaufschlagt, die ent weder von einem auf das rückwärtige Ende des Innenrohr stranges einwirkenden Außenhammer oder einem im Zuge des Innenrohrstranges vorgesehenen Tieflochhammer aus geübt werden. In Mischböden wird ausschließlich drehend gearbeitet, wobei das Bohrgut durch Rückspülung abgeför dert wird. Trifft das Bohrwerkzeug auf ein Gestein, kann zusätzlich zum drehenden Bohren der Bohrhammer eingeschaltet werden. Ein Außenbohrhammer belastet den gesamten Innenrohrstrang, wobei ein großer Teil der Schlagenergie vom Innenrohrstrang absorbiert und in Wärme umgesetzt wird. Außerdem entstehen starke Schlag geräusche. Ein Tieflochhammer erfordert ebenfalls einen sehr großen Aufwand und einen hohen Energieverbrauch.Drilling with two coaxial pipe strings is called Called overlay drilling. This will make boreholes driven into the ground. For rocky soils rotating drilling is not enough. Therefore, it will inner drilling tool is subjected to blows that ent neither from one to the rear end of the inner tube stringy outer hammer or one in the train the deep-hole hammer provided for the inner pipe string be practiced. In mixed soils only turns worked, the drillings removed by backwashing is changed. If the drilling tool hits a rock, can also be used for rotating drilling of the rotary hammer be switched on. An external hammer drills the entire inner tube string, with a large part of the Impact energy absorbed by the inner tubing and in Heat is implemented. There are also strong strikes Sounds. A deep hole hammer also requires one very great effort and high energy consumption.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erdbohrge rät zu schaffen, das vielseitige Einsatzmöglichkeiten bietet und insbeson dere den unterschiedlichen Anforderungen, die beim Boh ren in Mischböden gestellt werden, gerecht wird.The invention has for its object an Erdbohrge advises to create that offers a wide range of applications and in particular the different requirements that the Boh be placed in mixed soils.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved with the invention the features of claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Erdbohrgerät ist das Bohr werkzeug mit der Ringbohrkrone bzw. dem Außenrohrstrang durch eine Ratsche gekoppelt, die bei unterschiedlichen Drehzahlen des Innenrohrstranges und des Außenrohrstran ges axiale Verschiebungen und Stöße der Ringbohrkrone verursacht. Bei gleichen Drehzahlen und gleichen Dreh richtungen ist die Ratsche unwirksam, so daß keine Stöße ausgeübt werden. Allein durch Beeinflussung der Drehzahlen von Innenrohrstrang und Außenrohrstrang wird eine Schlagwirkung hervorgerufen und die Schlagfrequenz kann stufenlos verändert werden. Es ist auch möglich, einen der Rohrstränge ohne Drehung festzuhalten und nur den anderen Rohrstrang zu drehen. Sobald eine Drehzahl differenz zwischen beiden Rohrsträngen auftritt, wird die Schlagvorrichtung mit einer der Drehzahldifferenz entsprechenden Schlagfrequenz betrieben. Auf diese Weise ist eine Feinabstimmung der Schlagfrequenz zur Erreichung eines möglichst großen Bohrvortriebs mög lich. Schließlich kann der Innenrohrstrang im Außen rohrstrang auch zurückgezogen werden, um die Zähne der Ratsche außer Eingriff zu bringen. In diesem Fall können beide Rohrstränge mit beliebigen Geschwindig keiten gedreht werden, ohne daß eine Schlagwirkung er zeugt wird. Das Erdbohrgerät ermöglicht somit eine sehr große Anzahl von Betriebsweisen allein durch gegenseiti ges verstellen bzw. unterschiedliche Drehungen der bei den Rohrstränge. Da die Schlagwirkung am vorderen Ende der Rohrstränge ausgeübt wird, ist die Lärmbelästigung der Umgebung gering. Das Erdbohrgerät ermöglicht auch erhebliche Energieeinsparungen, da die Ratsche in Ver bindung mit dem Energiespeicher nur wenig Energiever luste hervorruft.In the earth drilling device according to the invention, drilling is tool with the ring drill bit or the outer pipe string coupled by a ratchet, which at different Speeds of the inner pipe string and the outer pipe string total axial displacements and joints of the core bit caused. At the same speed and the same speed directions the ratchet is ineffective, so that none Shocks are exerted. Simply by influencing the Speeds of the inner tubing and outer tubing an impact effect and the impact frequency can be changed continuously. It is also possible, to hold one of the pipe strings without rotation and only to turn the other pipe string. Once a speed difference between the two pipe strings occurs the impact device with one of the speed difference operated corresponding beat frequency. To this Way is to fine tune the beat frequency Achieving the largest possible boring Lich. Finally, the inner tubing can be outside tubing can also be pulled back to the teeth of the Ratchet out of engagement. In this case can both pipe strings with any speed keiten be rotated without an impact is fathered. The earth drilling rig thus enables a very large number of modes of operation solely by mutual or adjust different rotations of the the pipe strings. Because the impact effect at the front end the pipe string is exercised is the noise pollution the environment low. The earth drilling rig also enables considerable energy savings as the ratchet in ver connection with the energy storage only little energy consumption evokes lust.

Die Ratsche ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß das eine Ratschenteil Ratschenzähne mit dazwischen an geordneten Brücken zum Aufschlagen aufweist, während das andere Ratschenteil einfache Zähne aufweist, die entlang der Zähne des einen Ratschenteiles gleiten. Damit die Zähne und Brücken der Ratsche den Durchgang für ein an die Bohrlochsohle zuzuführendes Spülmedium nicht versperren, sind vorzugsweise die einen Ratschen zähne paarweise angeordnet, wobei sich eine Brücke nur zwischen den Ratschenzähnen eines Paares befindet. Zwischen den Ratschenzähnen zweier Paare bestehen Durch lässe für den Durchtritt des Spülmediums.The ratchet is expediently designed such that the one ratchet part with ratchet teeth in between has ordered bridges to open while the other ratchet part has simple teeth that slide along the teeth of one ratchet part. So that the teeth and bridges of the ratchet the passage for a flushing medium to be supplied to the bottom of the borehole do not block, are preferably one ratchet teeth arranged in pairs, with only one bridge between the ratchet teeth of a couple. There are through between the ratchet teeth of two pairs leave for the passage of the flushing medium.

Das Spülmedium kann auch zur Steuerung des Energie speichers benutzt werden, um diesen beim Zurückdrücken des Bohrwerkzeugs aufzuladen und die gespeicherte Ener gie danach auf das Bohrwerkzeug zum vortreiben zu über tragen. Als Energiespeicher können bevorzugt Gas speicher eingesetzt werden, die im Zuge des Innen rohrstranges, vorzugsweise an dessen vorderem Ende, angeordnet sind. Als Spülmedium eignen sich insbeson dere Flüssigkeiten (Wasser), jedoch kann auch Luft ein gesetzt werden.The flushing medium can also be used to control the energy memory to be used when pushing back of the drilling tool and the saved energy then pour onto the drilling tool to advance wear. Gas can preferably be used as the energy store memory used in the course of the interior pipe strand, preferably at the front end, are arranged. Particularly suitable as a rinsing medium other liquids (water), but also air be set.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.In the following with reference to the drawing gene embodiments of the invention explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Erdbohrge rätes, teilweise im Schnitt, Fig. 1 is a schematic representation of the rätes Erdbohrge, partly in section,

Fig. 1a die Möglichkeiten unterschiedlicher Drehungen von Außenrohrstrang und Innenrohrstrang für den Schlagbetrieb, Fig. 1a the possibilities of different rotations of outer tubing and inner tube train for percussion operation,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das vordere Ende des Rohrgestänges, Fig. 2 is a longitudinal section through the front end of the pipe string,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Bohrgestänges aus Rich tung des Pfeiles 111 von Fig. 2, Fig. 3 is an end view of the drill string from rich processing of the arrow 111 of Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Ringbohrkrone mit darin enthaltenem zurückgezogenem Bohrwerkzeug, Fig. 4 is a sectional view of the ring bit with included therein retracted drilling tool,

Fig. 5 eine Abwicklung der zusammenwirkenden Ratschen zähne, Fig. 5 is a development of the teeth interacting ratchets,

Fig. 6 eine andere Ausführungsform des Energie speichers, Figure 6 shows another embodiment of the energy accumulator.,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des Energiespei chers, Fig. 7 shows another embodiment of the Energiespei Chers,

Fig. 8 ein Bohrwerkzeug in Form einer Rammspitze und Fig. 8 is a drilling tool in the form of a ram tip and

Fig. 9 ein Bohrwerkzeug mit asymmetrischer Abstufung. Fig. 9 shows a drilling tool with asymmetrical gradation.

Das in Fig. 1 dargestellte Erdbohrgerät weist eine lang gestreckte Lafette 10 auf, die als Führung für einen Vorschubschlitten 11 dient. Der Vorschubschlitten 11 wird von einer (nicht dargestellten) Antriebsvorrich tung längs der Lafette 10 verschoben, um das Bohrge stänge 12 in das Bohrloch 13 hinein vorzuschieben. Am vorderen (dem Bohrloch 13 zugewandten) Ende der Lafette 10 befinden sich Führungsvorrichtungen 14 zur Führung des Bohrgestänges 12. Auf dem Vorschubschlitten 11 ist ein Drehantrieb 15 zum Drehen des Außenrohrstranges 16 montiert. In dem Außenrohrstrang 16 verläuft koaxial der Innenrohrstrang 17, der durch den Drehantrieb 15 hindurchführt und an seinem rückwärtigen Ende von einem weiteren Drehantrieb 18 angetrieben wird, der auf einem Schlitten 19 montiert ist, welcher auf einer Führung 20 des Vorschubschlittens 11 in Längsrichtung verschiebbar ist. Durch verschieben des Schlittens 19 kann die axia le Position des Innenrohrstrangs 17 relativ zum Außen rohrstrang 16 verändert werden. Die jeweilige Position des Drehantriebs 18 wird an einer Anzeigevorrichtung 21 des Vorschubschlittens 11 angezeigt. Der Schlitten 19 kann über eine (nicht dargestellte) Schubvorrichtung sehr genau vor- und zurückgeschoben werden, um eine Feineinstellung der axialen Position des Innenrohr strangs 17 in bezug auf den Außenrohrstrang 16 zu be wirken.The earth boring device shown in FIG. 1 has an elongated mount 10 which serves as a guide for a feed carriage 11 . The feed carriage 11 is moved by a (not shown) Antriebsvorrich device along the carriage 10 in order to advance the Bohrge rods 12 into the borehole 13 . At the front end (facing the borehole 13 ) of the mount 10 there are guiding devices 14 for guiding the drill pipe 12 . A rotary drive 15 for rotating the outer tubular strand 16 is mounted on the feed slide 11 . In the outer tubing 16 , the inner tubing 17 runs coaxially, which passes through the rotary drive 15 and is driven at its rear end by a further rotary drive 18 which is mounted on a slide 19 which is longitudinally displaceable on a guide 20 of the feed slide 11 . By moving the carriage 19 , the axial position of the inner tubing string 17 can be changed relative to the outer tubing string 16 . The respective position of the rotary drive 18 is displayed on a display device 21 of the feed carriage 11 . The carriage 19 can be pushed very precisely back and forth via a pushing device (not shown) in order to fine-tune the axial position of the inner tube strand 17 in relation to the outer tube strand 16 .

Beide Rohrstränge 16 und 17 bestehen jeweils aus hin tereinandergesetzten Rohren, die miteinander ver bunden sind. Am vorderen Ende des Außenrohrstranges 16 befindet sich die Ringbohrkrone 22 und am vorderen Ende des Innenrohrstrangs 17 befindet sich das Rohrwerkzeug 23, das durch die Mittelöffnung der Ringbohrkrone hin durchragen kann. Both pipe strings 16 and 17 each consist of pipes placed one behind the other, which are connected to one another. At the front end of the outer pipe string 16 there is the ring drill bit 22 and at the front end of the inner pipe string 17 there is the pipe tool 23 , which can protrude through the central opening of the ring drill bit.

In das rückwärtige Ende 24 des Innenrohrstranges 17 wird Spülmedium, z. B. Wasser, unter Druck eingeleitet. Dieses Spülmedium tritt am vorderen Ende aus dem Innenrohrstrang aus und strömt an der Bohrlochsohle vorbei in den Ringraum zwischen Innenrohrstrang und Außenrohrstrang, wobei es Bohrgut mitnimmt. Am rück wärtigen Ende des Außenrohrstranges 16 befindet sich eine Auswurföffnung 25 zum Auswerfen des Spülmediums und des Bohrgutes.In the rear end 24 of the inner tubing 17 is flushing medium, for. B. water, introduced under pressure. This flushing medium emerges from the inner pipe string at the front end and flows past the bottom of the borehole into the annular space between the inner pipe string and the outer pipe string, taking drill material with it. At the rear end of the outer tubing 16 there is an ejection opening 25 for ejecting the flushing medium and the drilling material.

Die Ringbohrkrone 22 und das Bohrwerkzeug 23 bilden eine Ratsche 26 mit axial wirkenden Ratschenzähnen, wodurch das Bohrwerkzeug 23 periodisch zurückgedrückt wird und anschließend schlagartig vorschnellt. Das Bohr werkzeug 23 wird dabei von einem elastischen Energie speicher 27 am vorderen Ende des Innenrohrgestänges nach vorne vorgespannt.The ring drill bit 22 and the drilling tool 23 form a ratchet 26 with axially acting ratchet teeth, as a result of which the drilling tool 23 is pressed back periodically and then suddenly flaps forward. The drilling tool 23 is biased forward by an elastic energy store 27 at the front end of the inner pipe string.

Fig. 1a zeigt die verschiedenen Möglichkeiten der Be tätigung der Ratsche 26 durch Relativdrehung der beiden Rohrstränge 16 und 17. Dabei gibt der Kreispfeil 28a mit dem größeren Durchmesser die Drehrichtung des Außenrohrstranges und der Kreispfeil 28b mit dem klei neren Durchmesser die Drehrichtung des Innenrohr stranges an. Beide Drehrichtungen können gegenläufig oder gleichläufig sein. Wenn die Drehrichtungen gleich läufig sind, entsteht eine Schlagwirkung durch die Ratsche 26 nur dann, wenn die Drehzahlen unterschied lich sind. Dabei können durch geeignete Wahl der Dreh zahldifferenz sehr niedrige Schlagzahlen pro Zeitein heit erreicht werden. Wenn beide Rohrstränge gegen läufig drehen, können dagegen sehr hohe Schlagzahlen erreicht werden. Ferner sind die Fälle angegeben, daß der Außenrohrstrang oder der Innenrohrstrang nicht ge dreht wird, während der andere Rohrstrang entweder in Rechtsdrehung oder in Linksdrehung gedreht wird. Nicht eingezeichnet ist in Fig. 1a der Fall, daß beide Rohr stränge mit gleichen Drehzahlen angetrieben sind. In diesem Fall erfolgt reines Bohren ohne Schlagwirkung. Fig. 1a shows the various possibilities of the actuation of the ratchet 26 by relative rotation of the two strings 16 and 17th The circular arrow 28 a with the larger diameter indicates the direction of rotation of the outer tube strand and the circular arrow 28 b with the smaller diameter indicates the direction of rotation of the inner tube strand. Both directions of rotation can be in opposite or opposite directions. If the directions of rotation are the same, an impact is created by the ratchet 26 only when the speeds are different Lich. With a suitable choice of the speed difference, very low number of strokes per unit of time can be achieved. On the other hand, if both pipe strands turn counter-clockwise, very high impact rates can be achieved. Furthermore, the cases are indicated that the outer tubing string or the inner tubing string is not rotated while the other tubing string is rotated either clockwise or counterclockwise. Not shown in Fig. 1a, the case that both pipe strands are driven at the same speed. In this case, drilling is done without impact.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Ringbohrkrone 22 ein ringförmiges Kopfteil 22a und ein rohrförmiges Schaftteil 22b auf. Das Schaftteil 22b ist durch Gewin de 29 an das vordere Ende des Außenrohrstranges 16 an geschraubt und das Kopfteil 22a ist relativ zu dem Schaftteil 22b axial bewegbar, jedoch sind beide Teile 22a und 22b drehfest miteinander verbunden. Das Schaft teil 22b weist einen umlaufenden Ring 30 auf und das Kopfteil 22a weist vom rückwärtigen Ende abstehende Stege auf, die in Nuten des Schaftteils geführt sind und die mit Anschlägen 31 den Ring 30 hintergreifen. Die Anschläge 31 sind in axialen Nuten 32 geführt, so daß das Kopfteil der Ringbohrkrone 22 (oder die gesamte Ringbohrkrone) zurückweichen kann. Normalerweise befin det sich das Kopfstück 22a in seiner vorderen End stellung, in der es gegen einen Anschlag drückt.As can be seen from FIG. 2, the ring drill bit 22 has an annular head part 22 a and a tubular shaft part 22 b. The shaft part 22 b is screwed by thread de 29 to the front end of the outer tubular strand 16 and the head part 22 a is axially movable relative to the shaft part 22 b, but both parts 22 a and 22 b are connected to one another in a rotationally fixed manner. The shaft part 22 b has a circumferential ring 30 and the head part 22 a has webs projecting from the rear end which are guided in grooves in the shaft part and which engage the ring 30 with stops 31 . The stops 31 are guided in axial grooves 32 , so that the head part of the ring drill bit 22 (or the entire ring drill bit) can retreat. Normally, the head piece 22 a is in its front end position, in which it presses against a stop.

Das Bohrwerkzeug 23 weist ein Kopfteil 23a auf, das durch das Kopfteil 22a der Ringbohrkrone hindurchragt, und ein Schaftteil 23b, das von dem Kopfteil nach hin ten absteht. Das Schaftteil 23b ist mit einer Keilver zahnung 33 in dem vorderen Ende des Innenrohrstranges 17 geführt, so daß das Bohrwerkzeug 23 drehfest zum Innenrohr ist, jedoch läßt die Keilverzahnung 33 eine begrenzte Axialbewegung des Bohrwerkzeugs 23 in bezug auf den Innenrohrstrang 17 zu. Diese Axialbewegung wird durch Endanschläge 34 und 35 begrenzt.The drilling tool 23 has a head part 23 a, which protrudes through the head part 22 a of the ring drill bit, and a shank part 23 b, which protrudes from the head part towards th. The shaft part 23 b is toothed with 33 teeth in the front end of the inner tubing string 17 , so that the drilling tool 23 is rotationally fixed to the inner pipe, but the spline 33 allows a limited axial movement of the drilling tool 23 with respect to the inner tubing string 17 . This axial movement is limited by end stops 34 and 35 .

Die Ratsche 26 weist erste Ratschenzähne 40 auf, die an der Innenseite der Ringbohrkrone 22, nämlich an dem Kopfstück 22a, vorgesehen sind, und das Bohrwerkzeug 23 weist zweite Ratschenzähne 41 auf, die von radialen Vorsprüngen gebildet sind, welche mit den ersten Ratschenzähnen 40 zusammenwirken.The ratchet 26 has first ratchet teeth 40 , which are provided on the inside of the ring drill bit 22 , namely on the head piece 22 a, and the drilling tool 23 has second ratchet teeth 41 , which are formed by radial projections which are connected to the first ratchet teeth 40 work together.

Wie insbesondere aus der Abwicklung von Fig. 5 hervor geht, sind die Ratschenzähne 40 paarweise angeordnet. Zu jedem Paar gehört ein Ratschenzahn 40a und ein Ratschenzahn 40b. Der Ratschenzahn 40a ist in Bewe gungsrichtung der Ratschenzähne 41 stromauf angeordnet und er weist an beiden Enden Steilflanken 43 und 44 auf. Der Ratschenzahn 40b weist an seinem stromauf gerichteten Ende eine Schrägflanke 45 und an seinem stromab gerichteten Ende eine Steilflanke 46 auf. Zwischen der abfallenden Steilflanke 44 des ersten Ratschenzahns 40a und der Schrägflanke 45 des nächst folgenden Ratschenzahns 40b befindet sich eine Brücke 47, auf die der Ratschenzahn 41 aufschlägt, wenn er den Ratschenzahn 40a überstrichen hat. Zwischen zwei Paaren von Ratschenzähnen befindet sich eine Lücke 48, die sich über einen Winkelbereich von nahezu 90° erstreckt und den Durchgang von Spülflüssigkeit erlaubt.As can be seen in particular from the development of FIG. 5, the ratchet teeth 40 are arranged in pairs. Each pair has a ratchet tooth 40 a and a ratchet tooth 40 b. The ratchet tooth 40 a is arranged upstream in the direction of movement of the ratchet teeth 41 and it has steep flanks 43 and 44 at both ends. The ratchet tooth 40 b has an inclined flank 45 at its upstream end and a steep flank 46 at its downstream end. Between the descending steep flank 44 of the first ratchet tooth 40 a and the inclined flank 45 of the next ratchet tooth 40 b there is a bridge 47 on which the ratchet tooth 41 strikes when it has swept over the ratchet tooth 40 a. There is a gap 48 between two pairs of ratchet teeth, which extends over an angular range of almost 90 ° and allows the passage of rinsing liquid.

Die Zahl der ersten Ratschenzähne 40a, 40b ist gleich der Zahl der zweiten Ratschenzähne 41, so daß sämtliche Ratschenzähne 41 sich stets in einem gleichphasigen Zustand in bezug auf die Ratschenzähne 40a, 40b be finden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind von jeder Gruppe von Ratschenzähnen vier vorhanden. Die Ratschenzähne 40a, 40b eines Paares erstrecken sich, einschließlich der dazwischenliegenden Brücke 47, über einen Umfangswinkelbereich von etwa 90°. Wie Fig. 5 zeigt, gleitet jeder zweite Ratschenzahn 41 entlang eines Paares von Ratschenzähnen 40a, 40b, während der dazwischenliegende Ratschenzahn 41 sich in dem Bereich einer Lücke 48 befindet, in der er nicht abgestützt ist. Da sämtliche Ratschenzähne 41 an dem Bohrwerkzeug 23 angebracht sind, ist in jeder Phase der Drehbewegung eine Abstützung an den zweiten Ratschenzähnen 40 gewähr leistet. Die Ratschenzähne 41 werden mit ihren Stirn flächen gegen die Stirnflächen der Ratschenzähne 40a und 40b gedrückt.The number of first ratchet teeth 40 a, 40 b is equal to the number of second ratchet teeth 41 , so that all ratchet teeth 41 are always in an in-phase condition with respect to ratchet teeth 40 a, 40 b. In the present embodiment, there are four of each group of ratchet teeth. The ratchet teeth 40 a, 40 b of a pair extend, including the intermediate bridge 47 , over a circumferential angle range of approximately 90 °. As Fig. 5 shows, each second ratchet tooth 41 slides along a pair of ratchet teeth 40 a, 40 b, while the intermediate ratchet tooth 41 is in the region of a gap 48 in which it is not supported. Since all ratchet teeth 41 are attached to the drilling tool 23 , support is provided on the second ratchet teeth 40 in every phase of the rotary movement. The ratchet teeth 41 are pressed with their end faces against the end faces of the ratchet teeth 40 a and 40 b.

Zwischen den Ratschenzähnen 40a und 40b eines Paares befindet sich in der Brücke 47 ein Spalt 49, damit sich auf der Brücke 47 keine schlagdämpfenden Schmutzabla gerungen bilden können.Between the ratchet teeth 40 a and 40 b of a pair there is a gap 49 in the bridge 47 , so that no shock-absorbing dirt deposits can form on the bridge 47 .

Das Spülmedium strömt durch den Innenrohrstrang bis in eine Kammer 50 (Fig. 2), in der sich das rückwärtige Ende dem Schaftteils 23b bewegt. Das Bohrwerkzeug 23 enthält einen axial durchgehenden Kanal 51, der sich im Kopfteil 23 verzweigt und dort an verschiedenen Aus trittsöffnungen 54 austritt, so daß das Spülmedium an die Bohrlochsohle gelangt. Das Spülmedium strömt dann durch die Lücken 48 hindurch zurück und gelangt in den Ringraum zwischen Außenrohrstrang und Innenrohrstrang, in dem es zusammen mit dem abzuführenden Bohrgut abge leitet wird.The flushing medium flows through the inner pipe string into a chamber 50 ( FIG. 2) in which the rear end of the shaft part 23 b moves. The drilling tool 23 contains an axially continuous channel 51 , which branches in the head part 23 and exits at various outlet openings 54 , so that the flushing medium reaches the bottom of the borehole. The flushing medium then flows back through the gaps 48 and arrives in the annular space between the outer tubing string and the inner tubing string, in which it is discharged together with the drill material to be removed.

Die Anpreßkraft, mit der die Zähne 41 des Bohrwerkzeugs 23 gegen die Zähne 40 der Ringbohrkrone gedrückt wer den, wird zu einem Teil oder ganz von einer Federvor richtung 55 aufgebracht, die hier als Schraubenfeder ausgebildet ist, welche sich an dem vorderen Ende des Innenrohrstrangs 17 abstützt und gegen das Kopfteil 23a des Bohrwerkzeugs 23 drückt. Die Federvorrichtung 55 bildet einen Energiespeicher. The contact pressure with which the teeth 41 of the drilling tool 23 are pressed against the teeth 40 of the ring drill bit, is applied in part or entirely by a spring device 55 , which is designed here as a coil spring, which is located at the front end of the inner tubing string 17th supports and presses against the head part 23 a of the drilling tool 23 . The spring device 55 forms an energy store.

Eine erhöhte Anpreßkraft wird durch den weiteren Ener giespeicher 27 aufgebracht, der in dem Innenrohrstrang enthalten ist. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Energiespeicher 27 ein als Ringspeicher ausge bildeter Gasdruckspeicher, der den Innenkanal 56 für die Zuleitung von Spülmedium ringförmig umgibt. Der Energiespeicher 27 weist eine gelochte zylindrische innere Wand 57 und eine zylindrische äußere Wand 58 auf. Zwischen den Wänden 57 und 58 befindet sich eine schlauchförmige Membran 59, die einen Gasraum 60 von dem der gelochten Wand 57 zugewandten Raum 61 trennt. Der Gasraum 60 ist gasdicht abgeschlossen und mit einem kompressiblen Gas gefüllt, so daß er bestrebt ist, die schlauchförmige Membran 59 gegen die Wand 57 zu drücken.An increased contact pressure is applied by the further energy storage 27 , which is contained in the inner pipe string. In the exemplary embodiment in FIG. 2, the energy store 27 is a gas pressure store formed as a ring store, which surrounds the inner channel 56 in an annular manner for the supply of flushing medium. The energy store 27 has a perforated cylindrical inner wall 57 and a cylindrical outer wall 58 . Between the walls 57 and 58 there is a tubular membrane 59 which separates a gas space 60 from the space 61 facing the perforated wall 57 . The gas space 60 is sealed gas-tight and filled with a compressible gas, so that it strives to press the tubular membrane 59 against the wall 57 .

Wenn sich das Schaftteil 23b durch die Wirkung der Ratsche 26 nach hinten bewegt, verdrängt das Ende des Schaftteils 23b Spülflüssigkeit aus dem Raum 50. Diese Spülflüssigkeit dringt in den Energiespeicher 27 ein und lädt diesen auf. Sobald die Ratschenzähne 41 hinter die rückwärtigen Steilflanken 46 der Ratschenzähne 40b gelangt sind, entspannt sich das komprimierte Gas wieder, wobei die zuvor in die Kammer 61 hineinge drückte Flüssigkeit aus dieser Kammer austritt und das Bohrwerkzeug in Richtung nach vorne beschleunigt. Da durch wird die für das Schlagen erforderliche Energie bereitgestellt. Das rückwärtige Ende des Schaftteils 23b wirkt in bezug auf die Kammer 50 als Kolben. Es gleitet in einer ringförmigen Dichtung 62 im Innen rohrstrang.When the shaft part 23 b moves backwards due to the action of the ratchet 26 , the end of the shaft part 23 b displaces rinsing liquid from the space 50 . This rinsing liquid penetrates into the energy store 27 and charges it. As soon as the ratchet teeth 41 have come behind the rear steep flanks 46 of the ratchet teeth 40 b, the compressed gas relaxes again, the liquid previously pressed into the chamber 61 escaping from this chamber and accelerating the drilling tool in the forward direction. Since the energy required for hitting is provided. The rear end of the shaft part 23 b acts with respect to the chamber 50 as a piston. It slides in an annular seal 62 in the inner tubing string.

Beim Zurückbewegen des Schaftteils 23b bildet die Zu leitung der Spülflüssigkeit eine Drossel, die verhin dert, daß der von dem Schaftteil erzeugte Druck das Druckmedium im Innenrohrstrang in kurzer Zeit zurück drücken kann.When moving the shaft part 23 b to the line of the rinsing liquid forms a throttle, which prevents that the pressure generated by the shaft part can push the pressure medium in the inner tubing back in a short time.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des Energiespeichers 27a, bei der sich durch den Innenkanal 56 des Ring speichers ein Rohr 63 erstreckt, das gewissermaßen eine Bypassleitung zu dem Energiespeicher 27a bildet und durch das Spülmedium ständig hindurchfließt. Das Rohr 63 ragt in den Kanal 51 des Bohrwerkzeugs 23 hinein und sein Umfang ist mit einer Ringdichtung 64 gegen den Kanal 51 abgedichtet. Fig. 6 shows an embodiment of the energy storage 27 a, in which a tube 63 extends through the inner channel 56 of the ring storage, which forms a bypass line to the energy storage 27 a and flows continuously through the flushing medium. The tube 63 protrudes into the channel 51 of the drilling tool 23 and its circumference is sealed with an annular seal 64 against the channel 51 .

Das rückwärtige Ende des Innenkanals 56 steht über eine Bohrung 65 mit dem rückwärtigen Teil des Spülkanals 66 in Verbindung. Die Bohrung 65 enthält ein Rückschlag ventil 67, das verhindert, daß bei einer Rückwärtsbe wegung des Schaftteils 23b der Druck im Innenkanal 56 in den Spülkanal 66 entweicht.The rear end of the inner channel 56 is connected to the rear part of the flushing channel 66 via a bore 65 . The bore 65 includes a check valve 67 which prevents at a Rückwärtsbe movement of the shaft part 23 b of the pressure in the inner passage 56 into the scavenging duct 66 escapes.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 ist der Energie speicher 27b ein im Innenrohrstrang 17 enthaltener Be hälterspeicher mit einem mittig angeordneten Druckbe hälter 70, der eine flexible Membran 71 enthält, welche einen geschlossenen Gasraum 72 und einen Flüssigkeits raum 73 voneinander trennt. Der Flüssigkeitsraum 73 ist durch eine Lochwand 74 begrenzt, durch deren Löcher er mit dem Raum 50 in Verbindung steht, welcher von dem Kolben des Schaftteils 23b begrenzt wird.In the embodiment of FIG. 7, the energy store 27 b is a Be contained in the inner tubing 17 container storage with a centrally arranged Druckbe container 70 , which contains a flexible membrane 71 which separates a closed gas space 72 and a liquid space 73 from each other. The liquid space 73 is bounded by a perforated wall 74, it is through the holes to the space 50 in connection, which is bounded by the piston b of the shank part 23rd

Die Spülleitung 66 steht über Bohrungen 75 mit einem Ventil 76 in Verbindung, das eine innere Ringnut 78 des Innenrohrstranges 17 mit dem Raum 50 verbinden und diese Verbindung absperren kann. Das Ventil 76 wird von einem Steg 77 gebildet, der zwei Ringnuten 78 und 79 des Schaftteils 23b voneinander trennt und der sich im Bereich einer inneren Ringnut 80 des Innenrohrstranges 17 bewegen kann. In die innere Ringnut 80 münden die Kanäle 75 ein. Wenn das Bohrwerkzeug 23b sich in seiner vorderen Endstellung befindet, verteilt die Ringnut 80 das Spülmedium auf die Ringnuten 78 und 79. Die Ringnut 78 ist mit einer Bohrung 81 des Schaftteils 23b verbun den, die in den Raum 50 mündet. Die Ringnut 79 ist mit dem axialen Kanal 51 des Bohrwerkzeugs 23 verbunden, der hier als Sackkanal ausgebildet ist.The flushing line 66 is connected via bores 75 to a valve 76 which can connect an inner annular groove 78 of the inner pipe string 17 to the space 50 and can shut off this connection. The valve 76 is formed by a web 77 , which separates two annular grooves 78 and 79 of the shaft part 23 b from one another and which can move in the region of an inner annular groove 80 of the inner pipe string 17 . The channels 75 open into the inner annular groove 80 . When the drilling tool 23 b is in its front end position, the annular groove 80 distributes the flushing medium to the annular grooves 78 and 79 . The annular groove 78 is connected to a bore 81 of the shaft part 23 b which opens into the space 50 . The annular groove 79 is connected to the axial channel 51 of the drilling tool 23 , which is designed here as a pocket channel.

In der vorderen Endstellung des Bohrwerkzeugs 23 ge langt Spülmedium sowohl in den Kanal 51 als auch über die dann offene Ringnut 78 in den Raum 50. Der Raum 50 ist also mit Spülflüssigkeit gefüllt, die unter dem Lieferdruck steht. Wenn infolge der Wirkung der Ratsche 26 das Bohrwerkzeug 23 zurückgedrückt wird, gelangt die Ringnut 78 außer Verbindung mit der Ringnut 80, so daß der Raum 50 verschlossen wird. Das in dem Raum 50 ent haltene Spülmedium wird bei dem nachfolgenden weiteren Zurückdrängen des Bohrwerkzeugs 23 in den Energie speicher 27b verdrängt, so daß dieser aufgeladen wird. Wenn die zweiten Ratschenzähne 41 die zweiten Ratschen zähne 40b passiert haben, treibt der Druck des Ener giespeichers infolge der Kolbenwirkung des Schaftteils 23b das Bohrwerkzeug 23 vor, so daß das Bohrwerkzeug einen Schlag auf die Bohrlochsohle ausübt.In the front end position of the drilling tool 23 ge rinsing medium reaches both in the channel 51 and via the then open annular groove 78 in the space 50 . The space 50 is therefore filled with rinsing liquid which is under the delivery pressure. If, due to the action of the ratchet 26, the drilling tool 23 is pushed back, the annular groove 78 comes out of connection with the annular groove 80 , so that the space 50 is closed. The rinsing medium held in the space 50 is displaced during the subsequent further pushing back of the drilling tool 23 into the energy store 27 b, so that it is charged. When the second ratchet teeth 41 have passed the second ratchet teeth 40 b, the pressure of the energy reservoir drives the drilling tool 23 as a result of the piston action of the shaft part 23 b, so that the drilling tool exerts an impact on the bottom of the borehole.

Ein weiteres Ventil 82, das generell die gleiche Funk tion ausübt wie das Ventil 76, wird von der Bohrung 81 und einem von der Wand 74 des Behälters 70 abstehenden Zapfen 83 gebildet, welcher in der Rückzugsstellung des Bohrwerkzeugs 23 in die Bohrung 81 eindringt und diese versperrt. Another valve 82 , which generally performs the same function as the valve 76 , is formed by the bore 81 and a protruding from the wall 74 of the container 70 pin 83 which penetrates into the bore 81 in the retracted position of the drilling tool 23 and this blocked.

Während bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 das Bohr werkzeug 23 eine mit Meißelelementen versehene Innen bohrkrone ist, zeigt Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Bohrwerkzeug 23 als Rammspitze ausgebildet ist. Diese Rammspitze hat eine kegelstumpfförmige Spitze 84, die stoßend vorgetrieben wird. An dem Kopf teil 23a sind die zweiten Ratschenzähne 41 in der be schriebenen Weise vorgesehen. Die Ratschenzähne 41 sind in Seitenansicht parallelogrammförmig, d. h. sie haben eine geringe Schrägstellung in nachlaufender Richtung. Die Abstützung durch die ersten Ratschenzähne erfolgt an der Stirnfläche 85.While in the embodiment of FIG. 2 the drilling tool 23 is an inner drill bit provided with chisel elements, FIG. 8 shows an embodiment in which the drilling tool 23 is designed as a ram tip. This ram tip has a truncated cone-shaped tip 84 , which is pushed forward. On the head part 23 a, the second ratchet teeth 41 are provided in the manner described. The ratchet teeth 41 are parallelogram-shaped in side view, ie they have a slight inclination in the trailing direction. The support by the first ratchet teeth takes place on the end face 85 .

Fig. 9 zeigt ein Beispiel eines mit Ratschenzähnen 41 versehenen Bohrwerkzeugs 23, das nach Art einer Stufen bohrkrone oder Keilbohrkrone ausgebildet ist. Dabei wird die Stirnfläche von Stufen 86, 87, 88 gebildet, die unterschiedlich weit nach vorne vorstehen. Anstelle einer Stufenform könnte auch eine Keilform vorgesehen sein. Wichtig ist, daß die Stufen- oder Keilform sich zu beiden Seiten der Längsmittelachse des Bohrwerkzeugs erstreckt bzw. über die Längsmittelachse hinweggeht. Mit dem Bohrwerkzeug 23 nach Fig. 9 kann eine Rich tungsänderung erreicht werden. Wenn mit stillstehendem (nichtgedrehtem) Innenrohrstrang gearbeitet wird und nur der Außenrohrstrang gedreht wird, werden Schläge auf das Bohrwerkzeug 23 ausgeübt, während beide Bohr stränge mit dem üblichen Bohrvorschub vorgeschoben wer den. Durch die asymmetrische Gestaltung des Bohrwerk zeugs 23 kann damit die Bohrrichtung geändert werden, wobei die Richtungsänderung durch die jeweilige Dreh stellung, die das Bohrwerkzeug 23 einnimmt, bestimmt wird. FIG. 9 shows an example of a drilling tool 23 provided with ratchet teeth 41 , which is designed in the manner of a stepped bit or wedge bit. The end face is formed by steps 86, 87, 88 which protrude forward to different degrees. Instead of a step shape, a wedge shape could also be provided. It is important that the step or wedge shape extends on both sides of the longitudinal central axis of the drilling tool or extends beyond the longitudinal central axis. With the drilling tool 23 according to FIG. 9, a change in direction can be achieved. If working with a stationary (non-turned) inner tubing string and only the outer tubing string is rotated, blows are exerted on the drilling tool 23 , while both drilling strands are advanced with the usual drilling feed rate. Due to the asymmetrical design of the drilling tool 23 , the drilling direction can thus be changed, the change in direction being determined by the respective rotational position which the drilling tool 23 occupies.

Die Kopfteile der Ringbohrkrone und des Bohrwerkzeugs unterliegen hohen Beanspruchungen einerseits an den der Bohrlochsohle zugewandten Arbeitsflächen und anderer seits auch an den Ratschenzähnen. Es kann daher zweck mäßig sein, die Kopfteile als austauschbare Einzelteile herzustellen, die leicht ausgewechselt werden können und an dem Rumpf der Ringbohrkrone oder des Bohrwerk zeugs befestigt werden.The head parts of the ring core bit and the drilling tool are subject to high demands on the one hand Borehole facing worktops and others partly on the ratchet teeth. It can therefore be useful be moderate, the headboards as interchangeable parts manufacture that can be easily replaced and on the body of the ring core bit or the boring machine stuff to be attached.

Neben den eingangs erwähnten Betriebsarten des Bohr gerätes, die mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkei ten und/oder Drehrichtungen von Innenrohrstrang und Außenrohrstrang erreicht werden, besteht die Möglich keit, die Schlagstärke zu beeinflussen, indem der In nenrohrstrang teilweise zurückgezogen oder der Außen rohrstrang vorgeschoben wird, so daß die Ratschenzähne 41 einen geringeren Schlaghub ausführen. Ferner kann das Innenrohr so weit zurückgezogen werden, daß die Ratschenzähne überhaupt nicht mehr in Eingriff gelan gen, so daß keine Schläge ausgeübt werden. In diesem Fall werden die Ringbohrkrone und das Bohrwerkzeug aus schließlich gedreht, ohne daß Schläge ausgeübt werden. Die Drehrichtungen und Drehzahlen können beliebig ver ändert werden.In addition to the operating modes of the drilling machine mentioned at the outset, which can be achieved with different rotational speeds and / or directions of rotation of the inner tubing string and outer tubing string, there is the possibility of influencing the impact strength by partially retracting the inner tubing string or advancing the outer tubing string so that the ratchet teeth 41 perform a smaller impact stroke. Furthermore, the inner tube can be retracted so far that the ratchet teeth can no longer be engaged, so that no blows are exerted. In this case, the ring core bit and the drilling tool are finally rotated without being struck. The directions of rotation and speeds can be changed as desired.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Schlagenergie für die Schläge des Bohrwerkzeugs von einem oder beiden Drehantrieben aufgebracht wird und daß ein Schlaghammer nicht benötigt wird. Eine Küh lung der Ratsche erfolgt durch das Spülmedium, das bis zum Bohrwerkzeug geführt wird. Im Falle der Verwendung eines Gasdruckspeichers bewirkt das Spülmedium auch dessen Kühlung.A major advantage of the invention is that the impact energy for the blows of the drilling tool is applied by one or both rotary drives and that a hammer is not needed. A cool ratchet is carried out by the flushing medium, which is led to the drilling tool. In case of use of a gas pressure accumulator also causes the flushing medium its cooling.

Claims

1. Erdbohrgerät with an outer tubing string ( 16 ) and an inner tubing string ( 17 ), at least one rotary drive ( 15 , 18 ) for one of the tubing strings, one with the front end of the outer tubing string for rotary driving coupled ring bit ( 22 ), one with the front end of the inner tubing string ( 17 ) for rotary driving coupled drilling tool ( 23 ) and a drilling tool ( 23 ) projecting impact device, characterized in that the impact device has a ratchet ( 26 ) on the ring drill bit ( 22 ) or at the end of the Outer pipe string ( 16 ) provided first ratchet teeth ( 40 ) and thus interacting de second ratchet teeth ( 41 ) on the drilling tool ( 23 ) as well as an energy storage device ( 27 ) driving the drilling tool in relation to the inner pipe string ( 16 ).

2. Erdbohrgerät according to claim 1, characterized in that between pairs ( 40 a, 40 b) of a ratchet teeth ( 40 ) bridges ( 47 ) for limiting the path of the other ratchet teeth ( 41 ) are provided while gaps ( 48 ) between the pairs are available for the passage of flushing medium.

3. Erdbohrgerät according to claim 2, characterized in that a ratchet tooth ( 40 b) of a pair ( 40 a, 40 b) from the bridge ( 47 ) from rising slope ( 45 ) and one falling to the adjacent gap ( 48 ) Has steep flank ( 46 ).

4. Erdbohrgerät according to claim 3, characterized in that the other ratchet teeth ( 41 ) are present in the same number as the one ratchet teeth ( 40 ), and that only every second of the ratchet teeth is supported by an inclined flank ( 45 ).

5. Erdbohrgerät according to any one of claims 1-4, characterized in that the inner pipe string ( 17 ) conducts a flushing medium, that the energy store ( 27 ) has a compressible gas storage which is exposed to the pressure of the flushing medium, and that a shaft ( 23 b ) of the drilling tool ( 23 ) changes the pressure of the flushing medium at the gas reservoir by the axial movement of the drilling tool ( 23 ).

6. Earth drilling apparatus according to claim 5, characterized in that the shaft ( 23 b) of the drilling tool ( 23 ) forms a piston which presses the flushing medium contained in a space ( 50 ) during the return movement of the drilling tool into the gas reservoir.

7. Erdbohrgerät according to claim 6, characterized in that a from the shaft ( 23 b) controlled valve ( 76 ; 82 ) is provided which blocks the space ( 50 ) at the beginning of the backward movement of the drilling tool ( 23 ).

8. Erdbohrgerät according to any one of claims 5-7, characterized in that the gas reservoir is contained in the front region of the inner pipe string ( 17 ).

9. earth boring machine according to one of claims 5-8, characterized in that the gas storage is a ring memory, the inner channel ( 56 ) is exposed to the pressure of the flushing medium.

10. earth boring machine according to one of claims 5-8, characterized characterized in that the gas storage is a container is the pressure on one end is exposed to the flushing medium.

11. Earth boring device according to one of claims 5-10, characterized in that a check valve ( 67 ) or a throttle is contained in the flushing channel upstream of the gas reservoir.

12. Earth boring device according to one of claims 1-11, characterized in that the energy store has a spring device ( 55 ).

13. Earth drilling machine according to one of claims 1-12, characterized in that the drilling tool ( 23 ) is an inner drill bit.

14. Earth drilling machine according to one of claims 1-13, characterized in that the drilling tool ( 23 ) is wedge-shaped or step-shaped.

15. Earth drilling machine according to one of claims 1-14, characterized in that the drilling tool ( 23 ) is a ram tip.

16. Earth drill according to one of claims 1-15, characterized in that the inner pipe string ( 17 ) in the outer pipe string ( 16 ) is displaceable to change the impact energy.

17. Earth boring machine according to one of claims 1-16, characterized in that the inner tubing string ( 17 ) and the outer tubing string ( 16 ) can be driven in opposite directions.