DE1300482B - Kernbohrvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernbohr- Tiefe zu bohren und dann einen Bohrkern ausschließvorrichtung mit einem röhrenförmigen, im unteren lieh aus dieser Tiefe zu entnehmen. Teil in einem Bohrkopf endenden Körper, in dessen Andererseits wird es möglich, die Schichten erhebinnerem ein Kernrohr gelagert ist, mit Einrichtungen licher Mächtigkeit zu erkennen, indem in verschiezur Verbindung mit einem Drehbohrantrieb und dem 5 denen Horizonten Bohrkerne entnommen werden, Spülmittel, einem im Inneren des Kernrohres ge- ohne daß es bei jeder Entnahme notwendig wäre, die lagerten Verschlußelement und Einrichtungen zum Kernbohreinrichtung aus dem Bohrloch heraus- und Verriegeln und Entriegeln dieses Verschluß- wieder in die Bohrung einzuführen. Bei einer Unterelements am unteren Teil des Kernrohres, wobei wasser-Kernbohrung braucht eine Bohrführung daher die Basis des Verschlußelements mit Bohrschneiden io zwischen dem Bohrlochkopf und der Wasseroberarmiert ist. Eine solche Vorrichtung dient zur Ent- fläche nicht vorgesehen zu sein, nähme von Bodenproben bzw. Bohrkernen, ins- Die erfindungsgemäßen Steuerungsvorgänge könbesondere zur Bohrkerngewinnung beim Schürfen nen aus einer Aufeinanderfolge von Druckänderununter Wasser. gen oder aus der Zuordnung wenigstens einer Druck-Bei solchen Vorgängen der Bohrkerngewinnung ist 15 änderung mit einer Änderung der Drehgeschwindigeine der ernsthaftesten Schwierigkeiten darin zu keit bestehen.

sehen, daß man nach dem Erbohren des Kernes das Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung

Kernrohr ziehen muß, wenn man einen Bohrkern sollen nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert

von größerer Länge als der des Kernrohres gewinnen werden.

will, wobei die Gefahr besteht, daß die Bohrloch- ao F i g. 1 zeigt im Axialschnitt eine Ausführungswandung hereinbricht. Dies beruht darauf, daß auch form der Vorrichtung nach der Erfindung, wo-Lockergestein durchbohrt wird. Hierdurch wird eine bei das Verschlußelement in Bohrstellung blockiert Bestimmung späterer Kernproben oft unmöglich ge- ist; .,..-:.■ macht. F i g. 1 a ist ein Teilschnitt längs der Linie a-a in

Es ist eine Vorrichtung der eingangs genannten 35 Fig. 1;

Art bekanntgeworden (französische Patentschrift Fig. 2 zeigt diese Vorrichtung in Kernbohrstellung;

1 417 984), bei der das Kernrohr ein Verschluß- F i g. 3 zeigt im Teilschnitt eine zweite Ausfüh-

element aufweist, welches durch einen Bajonett- rungsform der Vorrichtung nach der Erfindung in

Verschluß verriegelbar ist. Diese aus einem Bajonett- Tiefbohrstellung;

Verschluß bestehenden Entriegelungs-Verriegelungs- 30 Fig. 4 und 5 sind Detailansichten der Verriege-

Einrichtungen müssen für das Entriegeln des Ver- lungs-Entriegelungs-Einrichtungen der Vorrichtung

Schlußelements in entgegengesetzter Richtung gedreht nach F i g. 3;

werden. Dies bringt aber die Gefahr mit sich, daß F i g. 6 zeigt das Entriegelungsverfahren bei der

einmal das Werkzeug sich losschrauben kann, zum Vorrichtung nach Fig. 3;

anderen ist ein sicherer Betrieb nur bei hartem Ge- 35 Fig. 7 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 3 in Kernstein sichergestellt, wenn das Reibungsmoment des bohrstellung.

Verschlußelements gegen Stein größer als das auf- Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus gebrachte Drehmoment wird. einem röhrenförmigen Körper 1, der bei dieser Aus-Erfindungsgemäß soll diese Schwierigkeit nun be- führungsform aus einem oberen Element 2 und einem hoben werden. Es soll eine Kernbohrvorrichtung ge- 40 unteren Element 3 besteht, die durch eine Verbinschaffen werden, die in der Lage ist, bei vollem dung 4 vereinigt sind. Das obere Element 2 ist so einDurchmesser genau wie ein Vollbohrwerkzeug bis zu gerichtet, daß es über ein Gewinde 5 mit Elementen der Tiefe zu bohren, in der eine Bodenprobe ent- zum Einleiten der Drehbewegung des röhrenförmigen nommen werden soll, wobei diese Vorrichtung mög- Körpers 1 um seine Achse und zum Speisen dieses liehst durch Fernsteuerung von der Erdoberfläche in 45 röhrenförmigen Körpers mit einem unter Druck eine Kernbohrkrone umformbar sein soll, sobald stehenden Spülmittel verbindbar ist. diese Tiefe erreicht ist. Diese Elemente können entweder aus einem steifen Erreicht wird dies bei einer Kernbohrvorrichtung Bohrgestänge bestehen, das von der Oberfläche in der genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß Drehung versetzt wird, oder durch einen unterdie Verriegelungs-Entriegelungs-Einrichtungen durch 50 irdischen Motor gebildet sein, der direkt mit der wenigstens eine Druckänderung des Spülmittels be- erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist und tätigbar sind. mit Spülmittel und Energie von der Oberfläche aus

Vorzugsweise ist das Kernrohr axial im Inneren über eine Bohrleitung versorgt wird,

des röhrenförmigen Körpers zwischen einer ersten In unteren Teil endet der röhrenförmige Körper 1

Stellung entsprechend dem Vollbohren, in der das 55 in einem Bohrkopf 6, der von Kanälen 7 durchsetzt

Verschlußelement gegen den unteren Teil des Kern- wird, die zum Bespülen der Bohrlochsohle dienen

rohres verriegelt ist, und einer zweiten Stellung ent- (nur ein einziger dieser Kanäle ist in den Figuren zu

sprechend dem Kernbohren, in der das Verschluß- sehen). Ein Kernrohr 8 ist im Inneren des röhren-

element vom Kernrohr gelöst ist und in dessen Inne- förmigen Körpers 1 angeordnet (Gleitbacken oder

rem gleiten kann, verschiebbar. 60 eine Einfassung 48, die mit Kanälen zum Durchlaß

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind des Mediums versehen sind, sichern seine Zentrie-

Einrichtungen zum Blockieren des Kernrohres in rung) und weist ein Verschlußelement 9 auf, das mit

Vollbohrstellung vorgesehen, wobei diese Einrich- gewissem Spiel im Inneren des Kernrohres gelagert

tungen so ausgebildet sind, daß sie unter der Wir- ist. Dieses Verschlußelement weist Kanäle 29 auf, die

kung eines Überdrucks des Spülmittels entblockt wer- 65 für das Bespülen der mittleren Zone der Bohrloch-

den können. sohle sorgen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, Das Verschlußelement ist auf seiner unteren

in einem einzigen Arbeitsgang bis auf die gewünschte Außenseite 30 durch Schneiden armiert, um so die

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Bohrmeißelfunktion in Tiefbohrstellung der Vorrich- Oberhalb des Kernrohres 8 ist ein Kopf 26 ange-

tung übernehmen zu können. ordnet, der mit dem oberen Teil dieses Rohres über

Das Kernrohr 8 weist in seinem unteren Teil Mittel das Gewinde 27 verbunden ist.

zum Verriegeln des Verschlußelements 9 in der un- Dieser Kopf weist Kanäle 28 auf, die den Durchlaß

teren Stellung auf. 5 des Spülmittels durch das Rohr 8 ermöglichen und

Nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel um- von dort über die Kanäle 29 des Verschlußorgans 9

fassen diese Verriegelungselemente eine Anordnung gegen den Mittelteil des Abbaustoßes in der Tief-

von Metallkugeln 10, die im Inneren von Nuten 13 bohrstellung der Vorrichtung entsprechend F i g. 1

gelagert sind, die im unteren Teil des Kernrohres dieses weiterleiten.

ausgespart sind, wobei diese Kugeln durchbohrt und io Der Kopf 26 des Kernrohres weist eine zentrale

auf einem Metallring 11 aufgezogen sind. Bohrung auf, in der ein Verbindungselement 31 ver-

In Tiefbohrstellung (Fig. 1 und 1 a) verbinden schiebbar gelagert ist, das mit der Trägerstange 14 diese Kugeln des Verschlußelements 9 das Kernrohr 8 unter Zwischenschaltung einer Drehverbindung 32 fest mit dem Bohrkopf 6 und werden gleichzeitig in mit Kugellagern verbunden ist.
Zellen 12 und den Nuten 13 erfaßt, die jeweils in der 15 Eine Feder 33 umgibt das Verbindungselement 31 Außenwand der Verschlußelemente 9 und der Innen- und befindet sich in der Tiefbohrstellung der Vorwand des Bohrkopfes 6 ausgespart sind. richtung (F i g. 1) zusammengedrückt zwischen einem

Die Innenwand des unteren Elements 3 des röhren- Absatz 34 des Verbindungselements 31 und einer

förmigen Körpers 1 weist in Höhe der Nuten 13 die Abstützfläche 35 des Kopfes 26 des Kernrohres,

sich nach oben erweiternde, in F i g. 2 sichtbare Form i»ö Ein Ringbund 36 an der Basis von 31 begrenzt die

auf, die das leichte Einführen der Kugeln 10 in diese Verschiebung durch Gleitverschiebung des Elements

Nuten erlaubt, sobald das Kernrohr nach unten ge- 31 nach oben, das zum Anschlag gegen eine untere

führt wird, und umgekehrt das leichte Freigeben die- Stützfläche 37 des Kopfes 26 des Bohrkernträger-

ser Kugeln beim Übergang aus der Tiefbohrstellung rohres kommt. Dieser Ringbund ist so ausgebildet,

(Fig. 1) in Kernbohrstellung (Fig. 2) ermöglicht, 05 daß er in der oberen Stellung des Kopfes 15 (Fig. 2)

indem einfach das Kernrohr 8 axial verschoben wird. die unteren Öffnungen der Spülmittelkanäle 28 ver-

Das im unteren Element 3 des röhrenförmigen schließt, indem er sich gegen die Stützfläche 37 legt,

Körpers 1 gelagerte Kernrohr 8 ist mit Einrichtungen wodurch in Kembohrstellung der Durchlaß des

verbunden, die seine elastische Aufhängung im Inne- Spülmittels in das Innere des Kernrohres verhindert

ren des röhrenförmigen Körpers 1 sicherstellen. Diese 3d und so vermieden wird, daß der entnommene Bohr-

Einrichtungen umfassen eine Trägerstange 14, die in kern durch dieses Medium gewaschen wird,

ihrem oberen Teil fest mit einem Kolben 15 verbun- Das Element 31 weist einen Hohlraum 38 auf, der

den ist, der sich gegen die Feder 16 abstützt, die auf sich im unteren Teil zum Kopf des Kernrohres 8 hin

einem fest mit dem röhrenförmigen Körper 1 ver- öffnet und ein Kugelventil 39 einschließt, wodurch

bundenen Sitz 17 ruht. Dieser Sitz weist Kanäle 18 35 das das Rohr 8 füllende Medium entsprechend dem

für das Spülmittel auf. Ausmaß, in dem ein Bohrkern im Inneren dieses

Oberhalb des Sitzes 17 der Feder 16 ist eine Muffe Rohres angehoben ist, entweichen kann.

19 angeordnet, die als Führung für die Trägerstange Der Hohlraum 38 mündet über die Öffnung 40 in

14 dient. eine Nut 41, die in einer zentralen Bohrung des Kop-

Ein Keil macht diese Stange drehfest mit dem 40 fes 26 ausgespart ist, wo das Element 31 gleitet,

röhrenförmigen Körper 1, indem die Verschiebungen Abzugsleitungen bzw. -kanäle 42 im Kopf 26 des

dieser Stange auf Axialbewegungen begrenzt werden. Kernrohres setzen die Ringnut 41 mit dem Ringraum

Der Kolben 15 besitzt Lager 21, in denen Kugeln zwischen dem Kopf 26 und dem röhrenförmigen

22 angeordnet sind. Diese Lager sind nach unten vom Körper 1 in Verbindung.

Umfang des Kolbens gegen seine Achse hin geneigt. 45 Der Kopf 26 des Kernrohres wird vorteilhaft ent-Die Kugeln 22 wandern unter dem Einfluß der Zen- sprechend der Darstellung profiliert, und zwar derart, trifugalkraft nach außen, wenn der röhrenförmige daß mit der Innenwandung des röhrenförmigen Kör-Körper 1 in Drehung versetzt wird, und die öffnun- pers 1 ein Ringkanal mit Axialquerschnitt der Vengen der Kanäle 23 für den Durchlaß des Spülmittels turibauart gebildet wird, der auf dem Niveau eindurch den Kojben 15 werden freigelegt. So geschnürt wird, in welchem in diesen Durchlaß die

In Ruhestellung fallen die Kugeln gegen die Achse Kanäle 42 münden. Hierdurch wird es möglich, durch des Kolbens zurück und verschließen die Öffnungen Zirkulation des Spülmittels im Durchlaß einen leichder Kanäle 23. Aus dem Verschließen dieser öffnun- ten Unterdruck hervorzurufen, der für das Anheben gen folgt bei Ingangsetzen der Zirkulationspumpe des Verschlußorgans — Bohrmeißels 9 — und des eine Erhöhung des Drucks, die sich durch starken 55 Bohrkerns im Rohr 8 in Kernbohrstellung der Vorhydraulischen Schub auf den Kolben 15 überträgt, richtung günstig ist.

der versucht, die Feder 16 zu komprimieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ebenfalls Der Kolben 15 ist in einer Kammer 24 im Inneren eine Einrichtung zum Einschalten und axialen Blokdes oberen Elements 2 des röhrenförmigen Körpers 1 kieren des Kernrohres 8 in unterer oder Tiefbohrangeordnet, wobei diese Kammer im unteren Bereich 60 stellung auf, deren das Rohr 8 freigebende Auseinen Durchmesser aufweist, der gerade ausreicht, schaltung durch einen Überdruck des Spülmittels um die Verschiebung des Kolbens sicherzustellen. gesteuert wird.

Eine Ringdichtung 25 umgibt den Kolben 15. Diese Einrückvorrichtung weist nach der darge-Der obere Teil der Kammer 24 weist eine Durch- stellten Ausführungsform einen Kolben oder Doppelmesserverbreiterung auf, was dem Spülmittel ermög- 65 stopfen 43 auf, der fest mit einer Stange 55 verbunlicht, um den Kolben 15 herumzufließen, wenn sich den ist und in einer Axialbohrung 44 der Trägerdieser in der oberen oder Kernbohrstellung entspre- stange 14, die zum Kopf des Kolbens 15 hin offen chend F i g. 2 befindet. ist, verschoben werden kann.

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Dieser Stopfen stützt sich über eine Feder 45 am komprimiert wird; hierdurch werden die Klinken 46 Boden der Bohrung 44 ab und wirkt mit Schalt- völlig aus ihrer Abstützung freigegeben, sie können klinken 46 zusammen, die in Hohlräumen gelenkig gegen die Achse der Vorrichtung in die in F i g. 2 gelagert sind, welche am Umfang der Trägerstange dargestellte Stellung kippen.

14 ausgespart sind (eine einzige dieser Klinken ist 5 Die Zirkulation wird dann unterbrochen, der in den Zeichnungen sichtbar). Überdruck des Mediums hört auf, und der Kolben

Befindet sich der Kolben 15 in seiner unteren in 15 kann dann in den oberen Teil mit größerem F i g. 1 dargestellten Stellung, so kommt der Doppel- Durchmesser der Kammer 24 gehoben werden. Wähkolben 43 in seine obere Stellung in der Bohrung 44 rend der Hubbewegung nimmt er das Kernrohr 8 in unter dem Einfluß der Entspannung der Feder 45 io die in F i g. 2 dargestellte obere Stellung mit, und und in Abwesenheit eines ausreichenden auf den zwar unter Zwischenschaltung des Ringbundes 36, Kolben 43 ausgeübten Druckes und blockiert so die der gleichzeitig die Kanäle 28 verschließt. Schaltklinken 46 gegen die entsprechenden Stütz- Eine bei 52 am Kopf des Kolbens 15 angelenkte

flächen 47, die an der Basis des Sitzes 17 ausgespart Sperrklinke 51, die auch eine von der Stange 55 des sind. 15 Doppelstopfens 43 durchsetzte Bohrung 53 trägt, er-

Das Kernrohr 8 wird dann durch Zusammen- laubt es, den Stopfen in seiner unteren in F i g. 2 dardrückung der Feder 33 in der unteren oder Tiefbohr- gestellten Lage zu halten, sobald er in diese Lage stellung — F i g. 1 — gehalten, wobei die Kompres- gekommen ist, um so die Gefahren einer Verklemsionsbeanspruchung der Feder 33 ausreicht, um allein mung der Klinken 46 in der Muffe 19 beim Wiederdie Verriegelung des Verschlußelements — Bohr- ao anheben des Kolbens 15 in seine Stellung nach meißeis 9 — auf dem Bohrkopf 6 über Kugeln 10 F i g. 2 zu vermeiden.

sicherzustellen. Die Sperrklinke 51 weist hierfür eine Rückstell-

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in folgen- feder auf, die versucht, das Ende 51a von der Oberder Weise in Betrieb gesetzt: fläche des Kolbens 15 durch Drehung um 52 zu ent-

Die Vorrichtung wird zum unteren Ende eines Bohr- »5 fernen, die Stange 55 weist am Kopf einen Teil verstranges in die in Fig. 1 dargestellte Vollbohrstellung minderten Durchmessers auf, der an der Verbinabgesenkt, ohne daß eine Versorgung mit Druckmit- dungsstelle mit dem unteren Teil eine Ringschulter tel erfolgt. Die Klinken 46 sind eingerastet und liegen 56 bildet. Wird diese bis unter die untere Öffnung gegen die entsprechenden Stützflächen 47 an. der Bohrung 53 der Sperrklinke 51 geführt, so ver-

Kommt die Vorrichtung in die Nähe der zu boh- 30 kippt letztere geringfügig nach oben, und die Schulter renden Schichten, so setzt man sie in Drehung, bevor 56 kommt in Anschlag gegen die Sperrklinke, man die Spülmittelzirkulation einstellt. Hat der Kolben 15 seine obere in F i g. 2 darge-

Unter diesen Bedingungen öffnen die unter dem stellte Lage erreicht, so kommt das Ende 51a der Einfluß der Zentrifugalkraft auswandernden Kugeln Sperrklinke 51 in Anschlag gegen die Oberwand der 22 den Spülmitteldurchlaß durch die Kanäle 23 des 35 Kammer 24, und die Sperrklinke wird so in horizon-Kolbens 15. tale Stellung zurückgeführt, wodurch die Stange 55

Das Kernrohr 8 verbleibt in unterer Stellung freigesetzt wird, die von neuem in der Bohrung 53 (F i g. 1), das Verschlußelement bzw. der Bohrmeißel der Sperrklinke sich verschieben kann, derart, daß ist in dieser Stellung fest mit dem Bohrkopf 6 ver- die Stange in der Bohrung 44 beim »Wiederaufbunden. Man kann also auf vollem Querschnitt boh- 40 rüsten« der Vorrichtung, d. h. bei der Rückkehr in ren. Das Spülmittel läuft über die Kanäle 23,18, den die in F i g. 1 dargestellte Vollbohrstellung (s. weiter Ringraum zwischen dem Kopf 26 des Kernrohres 8 unten über den Vorgang des »Wiederaufrüstens«), und der Innenwand des röhrenförmigen Körpers wieder angehoben werden kann, und schließlich über die Kanäle 7 aus und umspült In der Stellung nach F i g. 2 ist das Verschlußorgan

bzw. »bewässert« die Bohrlochsohle. In dieser Stel- 45 nicht mehr am unteren Teil dieses Rohres blockiert, lung der Vorrichtung (F i g. 1) fließt ein Teil des da die Kugeln 10 von den Zellen 13 freigegeben sind; Mediums aus, indem es den Kanälen 28 folgt, dann es kann dann in das Innere des Rohres 8 entspredas Innere des Rohres 8 durchsetzt und dann die chend der Bildung des Bohrkernes wieder angehoben Kanäle 29 bis in die mittlere Zone des Bohrlochs werden. Auf Grund der durch die Kuugellager 32 entlangströmt, wodurch die Umspülung bzw. »Be- 50 gebildeten Drehverbindung ist das Kernrohr 8 in der Wässerung« dieser Zone sichergestellt ist. Stellung nach Fig. 2 nicht mehr drehfest mit dem

Hat der Bohrkopf die Tiefe erreicht, ab der man Bohrkopf verbunden und deckt somit ohne Drehung Proben der durchsetzten geologischen Proben ent- den aus dem Gestein, wo die Entnahme erfolgt, hernehmen will, so unterbindet man die Zirkulation des ausgeschnittenen Kern ab.

Mediums und schließlich die Drehung. 55 In der oberen Stellung des Kernrohres 8 bleibt der

Die Kugeln 22 fallen dann zum Boden der Hohl- Durchlaßquerschnitt zwischen dessen Basis und dem räume 21 zurück und verschließen die Kanäle 23. Ringlager 50 begrenzt, um so die Gefahr eines Aus-

Die Zirkulation des Mediums wird dann wieder- waschens des Bohrkernes durch das Spülmittel enthergestellt, während die Drehung der Vorrichtung sprechend dem Eintritt dieses Kernes in das Rohr 8 unterbunden ist, was eine starke Steigerung des 60 zu vermindern.

Drucks mit sich bringt, -da die Zirkulationskanäle 23 Vorrichtungen zum Halten der Bohrkerne sind am

im Kolben 15 verschlossen sind. unteren Teil des Rohres 8 angeordnet und können

Der Druck des Mediums drückt zunächst den von jeder geeigneten Bauart sein, wenn sie nur geKolben 15 nach unten unter Komprimierung der eignet sind, den Bohrkern beim Anheben der Vor-Federn 16 und 33 zurück und befreit so die Klinken 65 richtung abzustützen.

von der Haltebeanspruchung, die sie ausüben. Sie können beispielsweise aus Gelenkarmen 49 be-

Dann drückt der Druck des Mediums den Kolben stehen, die am Umfang des Kernrohres angeordnet nach unten zurück, indem die Feder 45 (F i g. 2) sind.

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Nach dem Anheben der Vorrichtung entnimmt größerten Kopf 63, der mit einer über zwei Stufen

man den im Rohr 8 gelagerten Bohrkern, indem man verteilten Verzahnung versehen ist, die als Anschlag

die beiden Gewinde 4 und 27 nacheinander los- für einen oder mehrere Zähne, wie sie beispielsweise

schraubt. bei 64 dargestellt sind, dient, die fest mit dem ver-

Nach Entfernung des unteren röhrenförmigen EIe- 5 größerten, die Außeneinfassung der Muffe 61 bilden-

ments des Körpers 1 kann man die Vorrichtung wie- den Teil 62 verbunden sind.

der aufrüsten, d. h. sie wieder in die in F i g. 1 ge- Die Muffen 58 und 61 sind andererseits mit einer

zeigte Stellung bringen, indem man auf die Ring- Schraubenfeder 65 verbunden, die einen Winkelschub

schulter 36 einen genügenden Zug zur Komprimie- zwischen den Muffen sicherstellt, der dazu bestimmt

rung der Feder 16 ausübt, wobei beispielsweise das io ist, Zähne, wie sie beispielsweise bei 64 zu sehen sind,

Gewinde 4 als Abstützung dient. gegen die Verzahnung — beispielsweise 66-66¹ — zu

Um den Kranz aus Kugeln 10 blockiert gegen das drücken, welche in zwei Stufen auf dem Umfang des

Verschlußorgan 9 zu halten, bevor es an seinen Ort vergrößerten Kopfes 63 der Stange 14 angeordnet

im röhrenförmigen Element 3 gebracht wird, arbeitet sind.

man vorteilhaft mit einer nicht dargestellten Büchse 15 Die Stange 14 trägt eine Verlängerung 67, auf der

oder einer Muffe, die den unteren Teil des Rohres 8 eine Flügelscheibe 68 gelagert ist, deren Höhe mit

unter Festhalten der Kugeln umgibt, wobei diese Hilfe von austauschbaren Scheiben — beispielsweise

Büchse im unteren Teil gegen die Innenschulter 50 69 — festgelegt ist, welche entweder oberhalb oder

auf der Basis des Elementes 3 zum Anliegen kommt unterhalb der Zwischenscheibe 68 angeordnet werden

und so nach oben derart zurückgedrückt wird, daß 20 können.

die Kugeln während des Aufschraubens des röhren- In Vollbohrstellung (Fig. 3) tritt das über die Boh-

förmigen Elements 3 auf das Gewinde 4 gelöst rung la des Körpers 1 zugeführte Spülmittel durch

werden. die zentrale Bohrung eines beweglichen Klappen-

Die Lagerungen oder geneigten Nuten 13, die in ventils 70, das an seinem Ort durch eine Feder 71

der Innenwand des Bohrkopfes 6 ausgespart sind, 25 gehalten wird, derart, daß ein Kranz von Kanälen 72

liegen vorzugsweise benachbart zueinander, wie in verschlossen wird, der in den äußeren Ringraum zwi-

F i g. 1 a dargestellt, damit die Kugeln 10 immer und sehen dem Körper 1 und der Wand des Schachtes

automatisch ein abstützendes Lager finden. über ein Schutzgitter 73 hindurch mündet.

In der weiteren Ausführungsform gemäß den Die Lage der Ringscheibe 68 gegenüber dem Klap-Fig. 3 bis 7 wurde lediglich der obere Teil der Vor- 30 penventil70 wird so geregelt, daß ein gewisses Anrichtung besonders für das Arbeiten mit der Schlamm- heben dieses Klappenventils beim Hochfahren der turbine (Turbobohrer) angepaßt und mit einer rein Stange 14 im Augenblick der Steuerung beim Umstelhydraulischen Steuerung ausgestattet. Der so modi- len auf Kernbohren sichergestellt wird,
fizierte Kernbohrer kann in diesem Moment durch Fig. 4 zeigt im Schnitt längs einer Ebene senkeinen beliebigen unterirdischen Motor angetrieben 35 ^{recnt 2}^ Achse der Vorrichtung die Stellung der werden, und zwar sogar von der Oberfläche aus nach Zähne 64, welche durch den vergrößerten Teil 62 der dem Rotary-Bohrverfahren. Muffe 61 getragen werden, sowie die Zähne oder Mit-

Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Umsteuerung in nehmer 66,66¹,6Ö²... 66^m, die durch den vergrößerdie Kernbohrstellung durch aufeinanderfolgendes ten Kopf 63 der Trägerstange 14 getragen werden.
Unterdrucksetzen des Bohrschlamms, wodurch eine 40 Fig.5 zeigt, ebenfalls im Schnitt längs einer Hemmungsvorrichtung gesteuert wird und gleichzeitig Ebene senkrecht zur Achse der Vorrichtung, die Umleitungen geöffnet werden, über die ein Teil der Feder 65, die an ihren Enden einerseits mit der Schlammenge, der zum Kopf des Kernrohres gelangt, Muffe 61, andererseits mit der Außenmuffe 58 verdirekt im Ringraum zwischen dem Körper der Kern- bunden ist.

bohrvorrichtung und dem gebohrten Loch abgezogen 45 Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt:

wird, derart, daß für das Spülen des Kernbohr- Die Vorrichtung wird in dem in F i g. 3 dargestellten

kopfes nur die notwendige Menge beibehalten wird, Zustand abgesenkt, der dem Tiefbohren auf vollem

nachdem man während der vorhergehenden Voll- Durchmesser entspricht,

bohrphase die Gesamtmenge nutzen konnte. In dieser Stellung durchsetzt die Gesamtmenge

Die Stange 14 ist nach oben durch einen Hohl- 50 des Bohrschlamms das Ventil 70, der Druck wird

kolben 15 verlängert, der oben geöffnet ist, wobei der auf die Anordnung 58 bis 61 ausgeübt und läßt diese

Kolben den Druck der Feder 33 aufnimmt und die axial nach unten sich verschieben, wodurch die Feder

Zirkulation des Bohrschlamms durch Öffnungen 23 α 57 zusammengequetscht wird. Hierdurch wird zwi-

ermöglicht, oberhalb derer sich eine weitere kali- sehen dem Grundflansch 59 und dem Rand 60 der

brierte Feder 57 befindet, die eine Außenmuffe 58 55 oberen Öffnung des Kolbens 15 ein Ringdurchlaß für

nach oben zurückdreht, deren vergrößerter Grund- das Durchfließen des Spülmittels zum Bohrmeißel

flansch 59 in das Innere des Kolbens 15 eindringt und durch die Öffnungen 23 a offengelegt,

in der Stellung nach F i g. 3 nur einen geringen Ring- Diese Axialverschiebung nach unten läßt den Zahn

raum für die Zirkulation zwischen Grundflansch 59 64, wie dies Fig. 6 zeigt, die eine Abwicklung des

und dem Rand 60 der oberen öffnung des Kolbens 60 Umfangs des Kopfes 63 darstellt, sich absenken,

15 beläßt. und die Feder 65 drückt, indem sie ihr Moment auf

Die Muffe 58 ist drehfest mit der Stange 14 ver- die Muffe 61 ausübt, den Haltezahn 64, der gerade

bunden, kann aber axial längs dieser verschoben vom Haltezahn 66¹ freigegeben wurde, gegen den

werden und dient selbst als Träger für eine Muffe 61, Mitnehmer 66. Der Zahn 64 folgt der durch den

deren Axialweg durch einen Anschlag 61a begrenzt 65 Pfeil angegebenen Bahn. Die Tiefbohrstellung ist jetzt

ist, sich selbst aber frei um die Stange 14 dreht. Die erreicht.

Muffe 61 besitzt am Kopf einen vergrößerten Teil 62. Will man nun zur Kernbohrphase übergehen, so

Die Stange 14 endet nach oben hin in einem ver- setzt man die Zirkulation still, die Feder 57 sorgt

für ein Anheben der Anordnung 58 bis 61, und der Zahn 64 wird auf die Höhe des zweiten Mitnehmers 66², gegen den die Feder 65 diesen Zahn 64 anlegt, geführt.

Um den Kopf 63 der Stange 14 in ihrer Stellung in Höhe der oberen Mitnehmer 66¹, 66² ... 66^m oder in der Übergangsstellung zum Kernbohren zu blockieren, genügt es dann, ein Unterdrucksetzen so oft vorzunehmen, wie erforderlich ist, um den Zahn 64 aus seiner Blockierungsstellung durch den Mitnehmer 66² in die blockierte Endstellung bei 66^m zu führen, wobei die Form dieses letztgenannten Mitnehmers den Zahn 64 und damit den Kopf 63 daran hindert, bei einem erneuten Unterdrucksetzen wieder abgesenkt zu werden.

In der Praxis genügt es, drei oder vier Vorgänge des Unterdrucksetzens gefolgt von Dekompressionen vorzunehmen, bevor eine endgültige Blockierung durch den Mitnehmer 66^m in Kernbohrstellung erfolgt, wodurch die Vorrichtung praktisch vor einer ao ungewollten Deblockierung durch zufällige Druckänderung geschützt wird.

Ist der Zahn 64 in Kontakt mit dem Mitnehmer 66^m gekommen, so wird jede neue Verschiebung der Anordnung 58 bis 61 nach unten unter dem Einfluß as eines erneuten Unterdrucksetzens durch den Teil 74 blockiert, der einen Anschlag des Mitnehmers 66^m bildet, wobei die Verschiebung der Trägerstange 14 nach unten durch die starke Feder 33 und die Muffe 19 verhindert wird. Der durch den Bohrschlamm auf den Doppelkolben 43 der Schieberstange 55 ausgeübte Druck sorgt für das Absenken der Schieberstange 55 unter der Wirkung der Kompression der Feder 45, wodurch ein Kippen der Klinke 46 und das Wiederhochgeführtwerden der Anordnung 14-58-61 unter dem Druck der starken Feder 16 herbeigeführt wird, was die Freisetzung des zentralen Verschlusses 9 der Bohrkrone (wie bei der vorhergehenden Ausführungsform) hervorruft und der Durchlaß für die Zirkulation des Bohrschlamms zwischen KoI-ben 15 und Innenwand des röhrenförmigen Körpers 1 geöffnet wird.

Das Hochfahren der Stange 14 ruft gleichzeitig einerseits die Freisetzung der Stange 55 durch Kippen der Sperrklinke 51 und die Anhebung des Sitzes des Ventils 70 unter dem Druck der Flügelscheibe 68 hervor.

Aus diesem Grund teilt sich der Spülmittelfluß zwischen der Kernbohrkrone an der Basis der Vorrichtung und den Abzugsleitungen 72.

Somit kommt in Kernbohrstellung nur ein Teil der gesamten Menge des Bohrschlamms zur Kernbohrkrone, der Rest wird durch die Leitungen 72 umgeleitet, wodurch diese Vorrichtung für das Tiefbohren mit Turbine brauchbar wird, was sehr große Bohrschlammengen erforderlich macht, wobei in Kernbohrstellung nur ein Bruchteil der Gesamtmenge des Schlamms verwendet wird, der zum Spülen der Bohrkrone notwendig ist.

Das Wiederaufrüsten der Vorrichtung erfolgt an der Oberfläche wie bei der in den Fi g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform.

Die Art des Wiederaufrüstens unterscheidet sich jedoch etwas von der der vorhergehenden Ausführungsform, wo es genügte, das untere Element vom röhrenförmigen Körper 1 abzuschrauben, um die Stange 14 zu lösen und einen auf den unteren Teil dieser Stange 14 gerichteten Vertikalzug auszuüben, indem eine Abstützung auf dem oberen Element des röhrenförmigen Körpers 1 erfolgte.

Nach der Ausführungsform der Fig. 3 bis 7 müssen die Zugbewegungen der Stange 14 nach unten und Drehbewegungen dieser Stange abwechselnd vorgenommen werden, damit der Zahn 64 einer Bahn in entgegengesetzter Richtung wie die Pfeile entsprechend F i g. 6 folgen kann, damit die Feder 65 wieder »aufgerüstet« wird.

Selbstverständlich ist es jedoch möglich, die letztgenannte Ausführungsform mit der vorhergehenden zu kombinieren, was bedeutet, daß im unteren Teil des Kolbens 15 der Vorrichtung entsprechend den F i g. 3 und 7 Kanäle oder Lager 23 für Kugeln 22 vorgenommen werden, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt.

Dies ermöglicht die Ausführung einer Vorrichtung, deren Auslösung eine Aufeinanderfolge von Änderungen der Drehgeschwindigkeit der Vorrichtung und von Druckänderungen des Bohrmittels notwendig macht.

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Kernbohrvorrichtung mit einem röhrenförmigen, im unteren Teil in einem Bohrkopf endenden Körper, in dessen Innerem ein Kernrohr gelagert ist, mit Einrichtungen zur Verbindung mit einem Drehbohrantrieb und dem Spülmittel, einem im Inneren des Kernrohres gelagerten Verschlußelement und Einrichtungen zum Verriegeln und Entriegeln dieses Verschlußelements vom unteren Teil des Kernrohres, wobei die Basis des Verschlußelements mit Bohrschneiden armiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungs- und Entriegelungseinrichtungen (10, 11, 12,13,46,47,43 in Fig. 1; 15,22,63,64, 65, 66) durch wenigstens eine Druckänderung des Spülmittels betätigbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (8) im Inneren des röhrenförmigen Körpers (1) zwischen einer ersten Stellung entsprechend dem Vollbohren, in der das Verschlußelement (9) gegen den unteren Teil des Kernrohres (8) verriegelt ist, und einer zweiten Stellung entsprechend dem Kernbohren, in der das Verschlußelement (9) vom Kernrohr (8) gelöst ist und in dessen Innerem gleiten kann, verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch durch den Überdruck des Spülmittels betätigte Einrichtungen (43, 46, 47) zum Blockieren und Entriegeln des Kernrohres (8) in Vollbohrstellung.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Fernsteuerungen (15, 23, 25, 60, 59, 64, 65, 66) für die Steigerung des Widerstands gegen Ausfließen des Spülmittels aus der Vorrichtung durch Hervorrufung eines Überdrucks.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Fernsteuerungen einen Grundflansch (59) aufweisen, der den Ausflußquerschnitt des Spülmittels aus der Vorrichtung vermindert, wobei der Grundflansch (59) so eingerichtet ist, daß er durch eine bestimmte Aufeinanderfolge von Druckerhöhungen des Spülmittels auslösbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Fernsteuerungen aus einem im Spülmittelstrom angeordneten Kolben (15) bestehen, der mit den axialen Blockierungseinrichtungen (43, 46, 47) zusammenwirkt, wobei der Kolben (15) wenigstens einen Innendurchlaß (23, 23 α) für das Spülmittel aufweist, dem die Kugeln (22) und der Grundflansch (59) zum Steigern des Widerstandes gegen Ausfließen des Spülmittels zugeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Grundflansch (59) zum Vermindern des Ausflußquerschnittes des Spülmittels unter dem Einfluß einer Druckerhöhung des Spülmittels öffnet und einer Auslaßvorrichtung (64, 65, 66, 66¹, 66² ... 66^m) zugeordnet ist, die den Grundflansch (59) in Schließstellung nach einer bestimmten Anzahl von Druckerhöhungen des Spülmittels blockiert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, da- so durch gekennzeichnet, daß der Grundflansch (59) mit dem Innenkanal (23 a) des Kolbens zusammenwirkt und längs der Achse dieses Kolbens verschiebbar ist, daß diese Auslaßvorrichtung eine Muffe (61) mit einer vergrößerten Außeneinfassung (62) koaxial zum Kolben (15) aufweist, welche zur Axialverschiebung mit dem Grundflansch (59) fest verbunden sind, sowie einen Kopf (63) koaxial zum Kolben (15) und fest mit diesem verbunden besitzt, daß eine Schraubenfeder (65) die beiden Elemente in Drehung einander zuordnet, daß wenigstens eine Anschlagvorrichtung einen durch die Muffe (61) mit vergrößerter Außeneinfassung (62) getragenen Zahn (64) aufweist, daß eine Anzahl von Zähnen (66, 66¹ ... 66^m) abwechselnd in wenigstens zwei verschiedenen Ebenen des Kopfes (63) mit einem Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Zähnen (66¹, 66) dieser beiden Ebenen verteilt ist, der größer als die Breite des durch das erste EIement (61, 62) getragenen Zahnes (64) ist, und die Verschiebung des Grundflansches (59) längs der Achse des Kolbens (15) gegen die Wirkung einer kalibrierten Feder (57) in Axialrichtung zwischen einer ersten Stellung, in der der Zahn (64) der Muffe (61) mit vergrößerter Außeneinfassung (62) im wesentlichen sich auf einem ersten der beiden Ebenen des Kopfes (63) befindet und in Anschlag gegen einen Zahn (66¹ ... 66^m) der ersten Ebene unter der Wirkung der Schraubenfeder (65) angelegt ist und dabei die Drehung der Muffe (61) mit vergrößerter Außeneinfassung (62) blockiert, und einer zweiten Stellung erfolgen kann, in der der Zahn (64) der Muffe (61) mit vergrößerter Außeneinfassung (62) gegenüber den Zähnen der ersten Ebenen gelöst ist und in Anschlag gegen einen Zahn (66, 74) der zweiten Ebene durch Drehung der Muffe (61) mit vergrößerter Außeneinfassung (62) unter der Wirkung der Schraubenfenster (65) kommt, wobei einer dieser Zähne (66^m, 74) des Kopefs (63) eine derartige Form besitzt, daß der Zahn (64) der Muffe (61) mit vergrößerter Außeneinfassung (62) in der ersten Stellung dieser beiden Elemente blockiert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Klappenventil (70) und Kanäle (72) zum Abziehen eines Teiles der Spülmittel auf ein Niveau höher als die Bohrkrone (6), die so eingerichtet sind, daß sie synchron mit der Entriegelung dieser Verriegelungs-Entriegelungs-Einrichtungen (10 bis 13, 15, 22, 43, 46, 47, 63 bis 66) steuerbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Klappenventil (70) durch die Axialverschiebung des Kernrohres betätigt wird, wobei es ausschließlich in Kernbohrstellung geöffnet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (8) fest mit einem Kolben (15) verbunden ist, der wenigstens einen Durchlaß (23) für das Spülmittel aufweist, und daß der Kanal in einen Hohlraum (21) mündet, dessen Boden zur Achse des Kolbens (15) geneigt ist, und daß eine Kugel (22) in dem Hohlraum (21) derart lagerbar ist, daß sie den Kanal (23) für einen bestimmten Drehgeschwindigkeitsbereich verschließt und den Kanal freilegt, sobald der röhrenförmige Körper in Drehung mit einer Geschwindigkeit außerhalb dieses Geschwindigkeitsbereichs versetzt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verriegelungseinrichtung eine Anzahl von Kugeln (10) aufweist, die gleichzeitig in Innennuten, ausgespart auf der Basis des röhrenförmigen Körpers (1, 3), und in Nuten, ausgespart am Umfang des Verschlußelements (9), gleiten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (8) im Inneren des röhrenförmigen Körpers (1, 3) elastisch bei (16) aufgehängt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese Aufhängung unter Zwischenschaltung einer Drehverbindung (32) herbeigeführt ist, wodurch die Mitnahme des Kernrohres (8) bei Drehung in Kernbohrstellung verhindert wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (8) fest mit dem Kolben (15) verbunden ist und daß der röhrenförmige Körper (1) zum Teil den Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Kolbens sowie Bereiche der Kammer (24) einen Innendurchmesser größer als den Außendurchmesser des Kolbens (15) aufweisen und der Kolben im Bereich des größeren Innendurchmessers des röhrenförmigen Körpers (1) das Spülmittel in den Ringraum zwischen Kolben (15) und Innenwand der Kammer (24) ausfließen läßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungen (25) vorgesehen sind, die ein Ausfließen der Spülmittel um den Kolben (15) herum verhindern.

17. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verriegelungseinrichtung aus einer in einem Kolben (43) endenden Stange (55) besteht, die in einer Axialbohrung (44) verschiebbar ist, welche in einem Trägerelement (14) des Kernrohres (8) ausgespart ist, und diese Stange (55) Rückstellmittel (45) in eine Entriegelungsstellung aufweist und mit wenigstens einer in einer Bohrung der Kolbenstange (14) gelagerten Klinke (46) zusammenwirkt, daß eine Schulter dieser Stange die Klinge (46) im Anschlag gegen eine fest mit dem röhrenförmigen Körper (1, 2)

der Vorrichtung verbundene Auflagerfläche (47) hält und die Axialverschiebung dieser Stange (55) die Klinke (46) freigibt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei Kernbohrkopf (6) und Verschlußelement (9) Spülmittelkanäle aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Kernrohres (8) ein Kopf (26) angeordnet ist, der von der Innenwand des röhrenförmigen Körpers (1, 2) durch einen Ringraum für den Durchlaß von Spülmittel zum Kernbohrkopf (6) getrennt ist, wobei dieser Kopf (26) wenigstens eine Durchlaßleitung (28) zu den Spülungskanälen (29) des Verschlußelements und eine Axialbohrung aufweist, in der ein Element

(31) mit Ringbund (36) verschiebbar ist, derart, daß der Durchlaßkanal (28) in Kernbohrstellung der Vorrichtung verschlossen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (26) des Kernrohres (8) ein Ventil (39) zum Auslaß des das Kernrohr (8) füllenden Mediums in Kernbohrstellung aufweist und Kanäle (42) zum Ausfluß dieses Mediums bis zu dem den Kopf (26) umgebenden Ringraum vorgesehen sind und daß der Kopf (26) derartige Formgebung besitzt, daß der Ringraum einen Ringquerschnitt in Venturiringform mit einer Unterdruckzone verringerten Querschnitts aufweist, in die die Ausflußkanäle (42) münden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen