DE2026335B - Kernhebevorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kernhebevorrichtung für ein axial langgestrecktes Kernaufnahmerohr mit einem Kernhebemantel, der zur Verbindung mit einem axialen Ende des Kernaufnahmerohres vorgesehen ist und sich dann axial von diesem wegerstreckt, wobei der Kernhebemantel eine zylindrische Außenfläche und eine konische Innenfläche hat, die sich in Richtung auf das Kernaufnahmerohr erweitert, wobei die Außenfläche und die konische Innenfläche eine gemeinsame Mittelachse haben, und mit einem radial spreizbaren Kernheber, der zur begrenzten Gleitbewegung in dem Mantel zwischen zwei Endlagen befähigt ist, wobei der Kernheber aus einem axial geschlitzten Metallring mit einer konischen Außenfläche, die der konischen Innenfläche des Kernhebemantels angepaßt ist, einer im allgemeinen ringförmigen, kernrohrseitigen Oberkante und einer gegenüberliegenden ringförmigen Unterkante besteht

Ein derartiger Kernheber ist aus der USA.-Patentschrif t 3 363 705 bekannt Er weist einen flachen Ring mit einer Innen- und einer Außenkante sowie eine Anzahl Finger auf, die mit ihrer Oberkante an der äußeren Umfangskante des Ringes befestigt sind und sich nach unten erstrecken, wobei an dem Ring eine nach unten gerichtete, ringförmige Schulter gebildet wird. Die Konstruktion dieses Kernhebers ist verhältnismäßig kompliziert, seine Fertigung dementsprechend teuer. Vor allem aber hat er den Nachteil, daß beim Bohren der Kern an der ringförmigen Schulter stekkenbleiben kann, so daß nur eine ungenügende Kernlänge gewonnen wird und/oder Materialverschiebungen im Kern auftreten.

Weiterhin ist in der USA.-Patentschrift 2 014 S06 ein korbförmiger Kernheber mit einem rohrförmigen Körper beschrieben, der eine Anzahl nach oben ragender und nach innen geneigter Finger aufweift. Die Finger erstrecken sich auch nach unten und tragen an ihren Enden Gleitstücke, die den Kern erfassen sollen. Ähnliche Kernheber dieses Typs sind auch in den USA.-Patentschriften 2000 389, 2081201, 2019 176 und 2 760 758 beschrieben. All diese Kernheber haben einen komplizierten konstruktiven Aufbau, sind schwierig zu fertigen und deshalb kostspielig.

Schließlich ist aus der USA.-Patentschrift 1 574 922 noch ein Kernbohrgerät mit einem Kernheber bekannt, der aus einem radial expandierbaren Ring besteht, der eine Anzahl keilförmiger Elemente trägt, deren Innenflächen sich näher an der Mittelachse befinden als die Außenflächen des Ringes und deren Außenflächen von der Mittelachse radial weiter entfernt sind als die Außenflächen des Ringes. Dieser Kernheber muß in seiner Arbeitsweise als unzuverlässig angesehen werden, da der Kern nicht greifend erfaßt und sicher festgehalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kernheber der eingangs bezeichneten Art anzugeben, der sich durch eine einfache Bauweise auszeichnet, den Kern mit einer verbesserten Greifwirkung erfaßt und zuverlässig festhält.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Ring eine zylindrische, den Kern erfassende Innenfläche, die im wesentlichen über den größten Teil der axialen Länge des Kernhebers eine im wesentlichen konstante Krümmung aufweist, und eine erste Anzahl über den Umfang verteilter Längsschlitze hat, die zu der ringförmigen Oberkante hin offen sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen ist

F i g. 1 ein Schnitt in Längsrichtung durch das innere axiale Ende des Bohrschaftes und des Kernmantel-Innenrohres mit der am Innenrohr befestigten Kernhebevorrichtung,

F i g. 2 ein Schnitt in Querrichtung durch den Kernheber und den Kernhebemantel an der Linie 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 ein Schaubild des Kernhebers gemäß der Erfindung und

Fig.4 eine Ansicht des Kernhebers im wesentlichen aus der Ebene der Linie 4-4 der F i g. 2.

In F i g. 1 ist die innere Endpartie eines Bohrschaftes 11 gezeigt. Die gezeigte Partie bildet die Partie, die man häufig als das Kernmantel-Außerrohr bezeichnet. Mit dem inneren Ende des Boorschaftes ist durch Verschrauben ein rotierender Kernmeißel 12 verbunden, der vom Bohrschaft gedreht wird, um einen Kern zu bohren. Der Kernmeißel hat ein Mittelloch 13, das zum Bohren des Kerns in einer Bodenforroation 14 vorgesehen ist. Innerhalb des Bohrschaftes an einer Lage zur Aufnahme des Kerns mit dessen Bohren befindet sich eine Kernmantel-Innenrohrkonstruktion mit einem Kerumaniel-Innenrohr 17, einem Kernhebemantel 18, der durch Verschrauben mit dem axialen inneren Ende des Innenrohrs verbunden ist, und einem Kernheber 19, der verschiebbar im Kernhebemantel gehalten ist. Der einzige Teil der Kernmantel-Innenrohrkonstruktion, der dargestellt ^;st, ist das innere axiale Ende des Innenrohrs des Kernhebemantels und des Kernhebers. Es versteht sich jedoch, daß die es sich bei der Kernmantel-Innenrohrkonstruktion um eine DrahtscilkonstruktioQ handeln kann, die durch einen Bohrschaft ausfahrbar ist, wobei als Beispiel für eine solche Konstruktion auf die USA.-Patentschrift 2 829 868 hinzuweisen ist. Aus der USA.-Patentschrift 2 522 399 andererseits ist eine Kernmantel-Innenrohrkonstruktion bekannt, die nicht unabhängig vom Bohrschaft ausfahrbar ist.

Die äußere Endpartie 21 des Kernhebemantds 18 hat Innengewinde 18 c, das in einem Eingriff mit Außengewinde des kernaufnehmenden Rohrs steht. Der Mantel 18 hat eine Innenringnut 20, die axial etwas nach innen versetzt zum Gewinde 18 c ist und einen äußeren querliegenden Ringabsatz 20 α hat, der in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse L-L der Innen- und Außenfläche des Kernmantel-Innenrohrs liegt, und er hat eine Kegelfläche 23, eine angefaste Fläche 24, die im wesentlichen zylindrische Außenfläche 18 α und die Kegelfläche 18 b. Die Ringnut 20 hat eine axiale Fläche 20 c, die in bezug auf die Achse L-L zentriert ist, und eine im wesentlichen ringförmige Kante 20 b.

Der Kernhebemantel hat eine axial langgestreckte, allmählich konvergierende axiale Innenfläche 23, die sich an ihrem äußeren axialen Ende mit der inneren radialen Kante der Fläche 20 b verbindet und die sich an ihrem gegenüberliegenden Ende mit der angefasten Fläche 24 verbindet. Die Konizität ist derart, daß die diametrale Abmessung an der Fläche 24 kleiner als an irgendeinem anderen axialen Punkt ist. der näher an der Ringnut 20 liegt.

Der Kernhebemantel hat an seinem inneren axialen Ende die angefaste Fläche 24. die progessiv größer werdende Durchmesser in axialer Richtung zum Kernmeißelloch hin hat. Ferner weist er eine äußere Kegelfläche 18 b auf, die eine Konizität hat, welche zur Bildung eines zusammenpassenden Sitzes an der schrägliegenden Schulter Ma des Kernmeißels dient. Vorteilhafterweise befindet sich während des Bohrens die Fläche 18 b im Abstand relativ zur Fläche 12 α, wie das in F i g. 1 gezeigt ist. Es versteht sich jedoch, soweit es die Erfindung betrifft, daß diese Flächen aneinanderliegen können, während der Kern gebohrt wird. Geeignete Mediumkanäle können entsprechend vorgesehen sein, um Medium vom Ringraum zwischen dem Bohrschaft und dem Kernhebemantel zum Loch 13 oder zur Arbeitsseite 13 b des Kernmeißels zu leiten.

Im Kernhebemantel sitzt zur Ausführung einer Axialbewegung ihm gegenüber der Kernheber 19, der dazu dient, einen Kern festzuhalten und loszubrechen, v/ährend der Bohrschaft herausgefahren wird. Der Kernheber ist durch einen geteilten Stahlfederring gebildet, der eine glatte zylindrische querliegende Innenfläche 19 α hat, die am äußeren Ende an der äußeren Kante 19 b endet. Die Fläche 19 α erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Mantels und schneidet an ihrem axial innenliegenden Ende

ίο die glatte querliegende innere Kegelfläche 19 c, die an ihrem inneren Ende in der inneren Kante 19 d des Kemhebers endet. Die Mittelachse L-L des Kernhebers, des Innenrohrs und des Kernhebemantels befindet sich im gleichen Abstand von der Innenfläche 19 α

is über die gesamte axiale Länge der Innenfläche hinweg, während die innere Kegelfläche 19 α in einer Richtung axial nach innen kegelförmig ist, daß sie progressiv in einem weiteren axialen Abstand von der Achse liegt. Der Kernheber 19 hat auch eine glatte querliegende äußere axiale Kegelfläche 19 e, deren Konizität mit der Fläche 23 des Kernhebemantels zusammenpaßt und die sich axial von der Kante 19 b zur Kante 19 rf erstreckt. In einer Ebene durch die Mittelachse L-L treffen sich die Flächen 19 c und 19 e in einem Punkt. Zusätzlich ist der Kernheber in Längsrichtung bei 29 geteilt, um ihn eine Form mit einem kleineren oder einem größeren Durchmesser annehmen zu lassen, je nachdem, ob er im Kernhebemantel ihm gegenüber in Richtung nach außen oder nach innen bewegt wird.

Der Kernheber hat eine Anzahl auf den Umfang gleichmäßig verteilter, sich axial erstreckender Schlitze 30, die zur äußeren Kante 19 b offen sind. Die axialen Kantenbereiche 30 a, 30 b des jeweiligen Schlitzes 30 liegen parallel zueinander und parallel zu einem Durchmesser des Kernhebers, während der axial innenliegende Kantenbereich 30 c, der sich zwischen den Kantenbereichen 30 α und 30 b erstreckt, in einer Lage angeordnet ist, die mehr als zwei Drittel der axialen Entfernung von der Kante 19 b zur Kante

19 rf beträgt. Der Kernheber hat ferner eine Anzahl gleichmäßiger auf den Umfang verteilter, sich in axialer Richtung erstreckender Schlitze 31 (abgesehen von dem durchlaufenden Schlitz 29), die zum inneren Rand 19 rf offen sind. Die axialen Randbereiche 31 a und 31 b des jeweiligen Schlitzes 31 liegen ebenfalls parallel zueinander und zu einem Durchmesser des Kernhebemantels, während der axial innenliegende Randbereich 31 c, der sich zwischen den Randbereichen 31 α und 31 b erstreckt, in einer Lage liegt, die mehr als zwei Drittel des axialen Abstandes von dem Rand 19 rf zum Rand 19 b beträgt. In jeder Ebene senkrecht zur Achse des Kernhebers, die durch beide Schlitzsätze 30 und 31 geht, ist der periphere Abstand

von einem Schlitz 31 zum nächstfolgenden Schlitz 30 zu beiden Seiten davon im wesentlichen gleich. Vorteilhafterweise befinden sich die beiden Schlitze 30, die peripher zu beiden Seiten des Schlitzes 29 liegen, im gleichen Abstand zu diesem.

Der allgemeine Krümmungsradius R der zylindrischen Innenfläche 19 α des Kernhebers ist im wesentlichen derselbe wie der Innenradius der Innenrohrfläche 17 a, wenn der Kernheber an der Kante

20 a oder an einem Anschlagring (nicht dargestellt; anschlägt, wenn ein solcher in der Ringunt 20 vorgesehen ist, wie das aus der USA.-Patentschntt 3 340 939 bekanntgeworden ist. .

Es folgt nun eine Beschreibung der Funktion der

Vorrichtung gemäß der Erfindung. Zur Erleichterung der Beschreibung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird angenommen, daß der Bohrschaft in ein Loch in einer Erdformation in einer Richtung nach unten ausgefahren ist, obgleich die Erfindung nicht auf das Bohren in Richtung nach unten begrenzt ist. Eine Kernmantel-Innenrohrkonstruktion sitzt im Bohrschaft an einer Stelle, an der der Kern mit seinem Bohren aufgenommen wird. Normalerweise befindet sich zu dieser Zeit der Kernhebemantel in ig einem erheblichen Abstand axial innerhalb der Ringnut 20, wie das in F i g. 1 dargestellt ist. Dann wird der Bohrschaft axial nach innen bewegt, so daß die Schneidkrone 13 b des Kernmeißels an der Ringnut in der Erdformation anliegt. In diesem Zustand wird das Kernbohren begonnen. Wegen der Ringform des Kernmeißels wird ein immer tiefer werdendes Loch geschnitten, und dabei entsteht ein stangen artiger Kern. Mit dem weiteren Bohren bewegen sich der Bohrschaft und der Bohrmeißel gegenüber dem Kern, derart, daß der Kern sich durch das Kernmeißelloch erstreckt und in den Kernhebemantel gelangt, um an die angrenzende Fläche des Kernhebers anzuschlagen. Mit der Vergrößerung der axialen Länge des Kerns bewegt sich der Kernhebemantel relativ zum Kernheber, bis der Kernheber an dem Ringabsatz 17 b des Innenrohrs anschlägt (und zwar, wenn kein Anschlagring vorgesehen ist —wenn ein Anschlagring in der Ringnut 20 vorgesehen ist, schlägt er an den Anschlagring an). Danach bewegen sich der Kernhebemantel, der Kernheber und das Kernaufnahmerohr zusammen axial als Einheit relativ zum Kern. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß in beiden bekannten Kernbohrvorrichtungen, insbesondere für das Bohren tiefer Löcher, eine Kernmantel-Innenrohrkonstruktion mit einem Gelenk verbunden ist, so daß die Drehbewegung des Bohrschafts nicht auf das Kernmantel-Innenrohr übertragen wird. Vielmehr bewegen sich das Innenrohr und der Kernhebemantel normalerweise nur in axialer Richtung gegenüber dem Kern mit dem Drehen des Bohrschaftes.

Nach dem Schneiden des Kerns auf eine gewünschte Länge, beispielsweise wenn ein Hochdruckimpuls an der Bohrstelle über bekannte Einrichtungen ankommt, hört man mit dem Bohren auf, und der Bohrschaft wird um ein kurzes Maß angezogen. Durch Herausziehen des Bohrschaftes bewegt sich der Bohrschaft axial nach außen relativ zum Kernhebemantel, bis die Fläche 12 a an der Fläche 18 6 an schlägt, vorausgesetzt, daß man entsprechende Kern bohrmaschinen verwendet. Dadurch wird der Kernhebemantel normalerweise außer Kontakt mit den Kernmeißel gehalten. Bei Bewegbarkeit des Kernhebemantels relativ zum Bohrschaft in der beschriebenen Weise führt nach Anlage der Fläche 12 α und 181 eine weitere axiale Bewegung des Bohrschafts nach außen dazu, daß sich der Kernhebemantel axial gegenüber dem Kern und dem Kernheber bewegt, wodurch durch die Mitnahmewirkung des Kernhebers am Kein der Kernheber 19 in einen weiteren axialer Abstand zur Ringnut 20 gelangt und in Querrichtung zusammengedrückt wird (als Folge der Kegelflächen 23, 19 e), um den Kern kraftschlüssig festzuhalten und ihn loszubrechen. Nach dem Losbrechen des Kerns wird entweder die Kernmantei-Innenrohrkonstruktion gegenüber dem Bohrschaft herausgezogen, oder es werden sowohl der Bohrschaft als auch die Kernmantel-Innenrohrkonstruktion herausgezogen, je nachdem, welche Konstruktion die Kernbohrvorrichtung hat.

Als ein Ausfüh ungsbeispiel der Erfindung werden die folgenden Abmessungen angegeben. Der Außendurchmesser der Fläche 19 e an der Kante 19 b beträgt etwa 40 mm, an der Kante 19 d beträgt er etwa 38mm. Die Länget des Kernhebers, gemessen an der Achse L-L entlang, beträgt 25,4 mm, während die entsprechende Länge der Fläche 19 C 1,2 mm beträgt. Der Abstand Yt' des angrenzendsn Teils des Kantenbereichs 3OC von der Kante 19 C beträgt etwa 6,35 mm, während der Abstand Z des angrenzenden Teils des Kantenbereichs 31c von der Kante 19 b etwa 4,75 mm beträgt. Das periphere Maß C zwischen den jeweiligen Randbereichen 30 α und 30 b und den Randbereichen 31a und 31 & für die jeweiligen SchUtze beträgt bei entspanntem Kernheber etwa 2,4 mm. Der periphere Abstand der den Schlitz 29 bildenden Ränder bei einem entspannten Kernheber beträgt etwa 3,2 mm.

Die axiale Länge der Schlitze 30 und 31 ist vorteilhafterweise erheblich größer als die Hälfte der axialen Länge des Kernhebers, vorzugsweise ist sie sogar größer als zwei Drittel der axialen Länge des Kernhebers.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kernhebers wird eine bessere Greifwirkung und eine längere Lebensdauer erreicht, als mit bekannten Kernhebern. Die Herstellungskosten sind ebenfalls geringer, d. h. es ist ein geringerer Aufwand an Spezialwerkzeugen erforderlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kernhebevorrichtung für ein axial langgestrecktes Kernaufnahmerohr mit einem Kernhebemantel, der zur Verbindung mit einem axialen Ende des Kernaufnahmerohres vorgesehen ist und sich dann axial von diesem wegerstreckt, wobei der Kernhebemantel eine zylindrische Außenfläche und eine konische Innenfläche hat, die sich in Richtung auf das Kernaufnahmerohr erweitert, wobei die Außenfläche und die konische Innenfläche eine gemeinsame Mittelachse haben, und mit einem radial spreizbaren Kernheber, der zur begrenzten Gleitbewegung in dem Mantel zwisehen zwei Endlagen befähigt ist, wobei der Kernheber aus einem axial geschlitzten Metallring mit einer konischen Außenfläche, die der konischen Innenfläche des Kernhebemantels angepaßt ist, einer im allgemeinen ringförmigen, kernrohrseitigen Oberkante und einer gegenüberliegenden ringförmigen Unterkante besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring eine zylindrische, den Kern erfassende Innenfläche (19 a), die im wesentlichen über den größten Teil der axialen Länge des Kernhebers (19) eine im wesentlichen konstante Krümmung aufweist, und eine erste Anzahl über den Umfang verteilter Längsschlitze (30) hat, die zu der ringförmigen Oberkante (19 b) hin offen sind. ₃„

2. Kernhebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Schlitz (30) eine axiale Länge hat, die wesentlich größer als die Hälfte der axialen Länge des Kernhebers (19) ist.

3. Kernhebevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernheber (19) eine zweite Anzahl in axialer Richtung langgestreckter, auf den Umfang verteilter Schlitze (31) hat, die zur ringförmigen Unterkante (19 d) hin offen sind und zwischen den Kanten enden.

4. Kernhebevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schlitze jeweils peripher gegen die ersten Schlitze versetzt sind.

5. Kernhebevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (30, 31) eine Länge haben, die mehr als zwei Drittel der axialen Länge des Kernhebers (19) beträgt.