DE29701406U1

DE29701406U1 - Erdbohrgerät

Info

Publication number: DE29701406U1
Application number: DE29701406U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Charles Machine Works Inc
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2007-01-16
Also published as: GB2309239B; GB9600892D0; US5794719A; GB2309239A

Description

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Patentanwalt · European Patent Attorney

David Edward HOLLOWAY 108/38

Erdbohrgerät

Die Neuerung bezieht sich auf Erdbohrgeräte.

Erdbohrgeräte, die zum Bohren von Löchern oder Bohrungen unterhalb der Erdoberfläche (z.B. zum Verlegen von Röhren) dienen, sind bekannt. Oft enthalten solche Bohrgeräte eine Kette von Ende an Ende verbundenen sich drehenden Elementen, die mit einem Bohrkopf versehen sind, in dem ein Radiosender angeordnet ist, um die Verfolgung des gebohrten Weges unterhalb der Erdoberfläche zu erleichtern. Da aufgrund von Reibung am Bohrkopf hohe Temperaturen entstehen, wird eine kühlende Flüssigkeit {üblicherweise Wasser) in den Bohrkopf gepumpt, um den Radiosender und/oder das Sendergehäuse zu kühlen, wobei das Kühlmittel anschließend vor den Bohrkopf gespritzt wird, um den Bohrprozeß zu unterstützen und den Bohrmeißel zu kühlen. Gelegentlich kann die Ausspritzdüse für das Kühlmittel blockiert werden, wodurch eventuell die Kühlmittelströmung aufhört und eine Erhöhung der Temperatur im Bereich des Radiosenders/-Sendergehäuses auf ein Maß eintritt, bei dem der Sender beschädigt wird (ausglüht). Sender sind teuer und müssen nach einer Beschädigung ersetzt werden, was auch zu einer "Stillstandszeit" für das Bohrgerät führt.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgerät zu schaffen, das die Gefahr einer überhitzung beseitigt.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Neuerung durch ein Erdbohrgerät gelöst, das ein Gehäuse für eine elektrische/elektronische Vorrichtung und einen Strömungsweg für ein Kühlmittel zum Leiten von Kühlflüssigkeit zur Kühlung der elektrischen/elektro-

&eegr;isehen Vorrichtung und/oder des Gehäuses umfaßt, wobei der Strömungsweg für das Kühlmittel-eine Entlastungs-Auslaßöffnung für das Kühlmittel umfaßt, die normalerweise durch Verschlußmittel verschlossen ist, wobei die Verschlußmittel schmelzbares Material enthalten, das so ausgebildet ist, daß es bei einer vorgegebenen Temperatur schmilzt, um die Entlastungs-Auslaßöffnung zu öffnen.

Das schmelzbare Material der Verschlußmittel ist so ausgebildet, daß es bei einer Temperatur schmilzt, die wesentlich niedriger als die Schmelztemperatur des Materials ist, aus dem das Bohrgerät bzw. das Gehäuse besteht. Die Temperatur, bei der das schmelzbare Material schmilzt, liegt ferner vorzugsweise unter der Temperatur, bei der in der elektrischen/elektronischen Vorrichtung in dem Gehäuse ein nennenswerter thermischer Schaden eintritt.

Vorzugsweise ist der Strömungsweg für das Kühlmittel mit einem primären Kühlmittelauslaß (vorzugsweise stromabwärts von der Entlastungs-Auslaßöffnung für das Kühlmittel) versehen, der normalerweise für den Durchlaß der Kühlflüssigkeit offen ist. Wünschenswerterweise umfaßt der primäre Kühlmittelauslaß eine Düse.

Vorzugsweise umfaßt das Bohrgerät einen Bohrkopf mit einem Bohrmeißel für die Erdbohrung. Zweckmäßigerweise richtet der primäre Kühlmittelauslaß benutztes Kühlmittel in Richtung auf den Bohrmeißel, vorzugsweise über die Düse. Vorteilhafterweise ist das Gehäuse für die elektrische/elektronische Vorrichtung unmittelbar hinter dem Teil des Bohrkopfes anordnet, der den Bohrmeißel trägt.

Die Verschlußmittel umfassen vorzugsweise einen mit Gewinde versehenen Teil, der im Gewindeeingriff mit einem komplementären, mit Gewinde versehenen Teil steht, der die Entlastungs-Auslaßöffnung enthält.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Verschlußmittel aus einem Stopfen, der in die Entlastungs-Auslaßöffnung gesteckt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Verschlußmittel nahezu vollständig aus dem schmelzenden Material bestehen, so daß sie vollkommen homogen sind. Bei dieser Ausführungsform schmilzt im wesentlichen der gesamte Verschluß, wenn die vorgegebene "gefährliche" Temperatur erreicht wird.

Bei einer alternativen Ausführungsform bestehen die Verschlußmittel nur teilweise aus dem schmelzbaren Material, so daß nach dem Schmelzen ein Entlastungs-Strömungsweg durch den ungeschmolzenen Teil gebildet wird oder der ungeschmolzene Teil aus der Entlastungs-Auslaßöffnung ausgestoßen wird.

Das die Verschlußmittel bildende schmelzbare Material ist vorzugsweise so ausgebildet, daß es bei einer Temperatur von etwa 200⁰C oder darunter, vorzugsweise bei oder unterhalb von 16O⁰C schmilzt.

Ein bevorzugtes schmelzbares Material für die Verschlußmittel ist eine Legierung aus Wismuth/Zinn.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist den Verschlußmitteln ein Rückschlagventil im Strömungsweg zugeordnet, das den Kühlmittelstrom zum primären Kühlmittelauslaß regelt. Vorzugsweise ist das Rückschlagventil ein Einweg-Ventil, das eine Strömung des Kühlmittels zu den primären Auslaßmitteln zuläßt, aber eine Strömung in umgekehrter Richtung weitgehend sperrt. Zweckmäßigerweise enthält das Rückschlagventil ein Ventilelement, das durch Vorspannungsmittel (z.B. eine Feder), die auf die Verschlußmittel wirken, in Eingriff mit einem Ventilsitz gehalten wird.

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Vorzugsweise nimmt das Gehäuse des Bohrgerätes einen Radiosender auf.

Gemäß einem zweiten Aspekt umfaßt die Erfindung Verschlußmittel, die eine öffnung oder einen Auslaß eines Strömungsweges für ein Kühlmittel in einem Erdbohrgerät aufweisen, wobei die Verschlußmittel Mittel umfassen, um sie normalerweise in einer Position zu halten, in der sie die öffnung oder den Auslaß verschließen, und wobei wenigstens ein Teil der Verschlußmittel aus einem schmelzbaren Material besteht, das bei einer vorgegebenen Temperatur schmilzt, um die öffnung oder den Auslaß zu öffnen. Bevorzugte Merkmale des Bohrgerätes und der Verschlußmittel werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen nur beispielsweise näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes; und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des Gerätes von Fig. 1.

Gemäß den Zeichnungen umfaßt das Bohrgerät einen allgemein mit 1 bezeichneten Bohrkopf, der an seinem vorderen Ende einen Bohrmeißel besitzt und hinter diesem einen Radiosender 3 aufnimmt. Der Bohrkopf ist am Ende einer rotierenden Bohrkette angeordnet, die aus länglichen Elementen (nicht dargestellt) besteht, die Ende an Ende miteinander verbunden sind. Das Bohrgerät wird in üblicher Weise angetrieben, bei der die Bohrkette in Drehung versetzt und vorwärts gezwungen wird, um in einer geraden Linie fortzuschreiten, und vorwärts ohne Drehung, um die Richtung in der Erde zu ändern (wegen der Winkelneigung des Bohrmeißels 2 relativ zur Achse der Bohrkette).

Während des Bohrens sendet der Radiosender 4 im Gehäuse 3

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Signale an einen tragbaren Empfänger an der Oberfläche, um genaue Einzelheiten hinsichtlich Ort, Neigung und Drehorientierung für den Bohrkopf zu geben. Der Bohrkopf 1 wird während des Betriebs mit einer Strömung von Kühlwasser versorgt, das intern entlang der Bohrkette gepumpt wird.

Das gepumpte Wasser wird durch den Hohlraum im Gehäuse 3 über den Radiosender 4 getrieben, wodurch der Radiosender und auch die Wände des Gehäuses 3 gekühlt werden. Dies ist äußerst wichtig, weil durch die Untergrund-Bohraktion eine beträchtliche Hitze erzeugt wird und die Temperatur in dem Sendergehäuse 3 schnell einen Pegel erreichen würde, bei dem eine thermische Beeinträchtigung oder Schädigung des Senders 4 auftreten würde, wenn die Anordnung nicht zwangsweise gekühlt würde. Es ist weiterhin wichtig, daß eine kontinuierliche Versorgung von Kühlwasser zum Gehäuse 3 erfolgt, was die Entfernung des zuvor zugeführten Kühlwassers erfordert. Um dieses Erfordernis zu erleichtern, wird Kühlwasser aus dem Bohrkopf 1 über eine Düse 6 ausgestoßen, die vor dem Gehäuse 3 angeordnet ist. Die Düse 6 richtet das verbrauchte Kühlwasser auf den Bohrmeißel 2, was die "Schmierung" der Bohraktion unterstützt und auch durch Friktion induzierte erhöhte Temperaturen im Untergrundmaterial in der Nachbarschaft des Bohrkopfes vermindert.

Üblicherweise ist ein Einweg-Rückschlagventil 7 im Weg des Kühlmittels zwischen dem Sendergehäuse 3 und der Düse 6 vorgesehen. Das Ventil erlaubt dem Kühlmittel stromabwärts zur Düse 6 zu strömen aber es verhindert eine Strömung in der umgekehrten Richtung, weil sich der Druck stromabwärts erhöht. Dies wird normalerweise mittels eines Kugelventils 8 erreicht, das in Eingriff mit einem Ventilsitz 9 mittels einer Feder 10 vorgespannt wird. Die Anordnung aus der Feder 10 und dem Kugelventil 8 wird durch einen Stopfen 11 an Ort und Stelle gehalten, der lösbar über eine Gewindeverbindung mit einer an dem Bohrkopf vorgesehenen komple-

mentären Gewindeausnehmung 12 gehalten wird. Der Stopfen 11 kann für periodische Reinigung der Rückschlagventilanordnung 7 oder zum Ersatz der Feder 10 oder des Kugelventils 8 erforderlichenfalls herausgeschraubt werden.

Häufig wird während der Bohrung die Düse 6 durch Bohrschutt blockiert und demzufolge hört die Strömung des Kühlwassers über den Sender 4 auf. Wenn dies auftritt, nimmt die Temperatur des Bohrkopfes 1 und des Gehäuses 3 schnell auf einen Pegel zu, bei dem eine Beschädigung des Radiosenders auftritt. Wenn die Beschädigung des Radiosenders auftritt, muß die Bohrkette herausgezogen und der in dem Gehäuse 3 installierte Sender 4 ersetzt werden. Dieses Verfahren ist sowohl zeitaufwendig als auch teuer (aufgrund der zwangsläufigen Kosten für die Verschrottung und den Ersatz des Radiosenders 4).

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der Stopfen 11 wenigstens teilweise aus einem schmelzbarem Material, das bei einer Temperatur schmilzt, bei der ein permanenter Schaden des Senders 4 in dem Gehäuse 3 noch nicht auftreten kann. In der Praxis kann der mit Gewinde versehene Stopfen 11 aus einer Wismuth/Zinn-Legierung bestehen, die einen Schmelzpunkt im Bereich von 160⁰C hat. Beim Schmelzen des Stopfens 11 wird ein Entlastungs-Auslaß im Bohrkopf 1 wirksam geöffnet, wodurch das gepumpte Kühlwasser den Gehäusekopf 1 über die nun freie Gewindeausnehmung 12 verlassen kann, in der der schmelzbare Stopfen 11 zuvor eingeschraubt war. Dies ermöglicht es dem Sender 4, kontinuierlich gekühlt zu werden, selbst wenn die normale Auslaßdüse 6 blockiert worden ist. Das Bohren kann daher fortgesetzt oder angehalten werden, ohne daß der Sender 4 einen permanenten Schaden erleidet.

Claims

(ff* Ansprüche

1.) Erdbohrgerät, das ein Gehäuse (3) für eine elektrische/elektronische Vorrichtung (4) und einen Strömungsweg für ein Kühlmittel zum Leiten von Kühlflüssigkeit zur Kühlung der elektrischen/ elektronischen Vorrichtung (4) und/oder des Gehäuses (3) umfaßt, wobei der Strömungsweg für das Kühlmittel eine Entlastungs-Auslaßöffnung für das Kühlmittel umfaßt, die normalerweise durch Verschlußmittel (11) verschlossen ist, wobei die Verschlußmittel (11) schmelzbares Material enthalten, das so ausgebildet ist, daß es bei einer vorgegebenen Temperatur schmilzt, um die Entlastungs-Auslaßöffnung zu öffnen.

2.) Erdbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses einen Bohrkopf enthält, der einen Bohrmeißel (2) für die Erdbohrung enthält.

3.) Erdbohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg für die Kühlflüssigkeit einen primären Kühlflüssigkeits-Auslaß (6) hat, der normalerweise für den Durchlaß der Kühlflüssigkeit offen ist.

4.) Erdbohrgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Kühlflüssigkeits-Auslaß aus einer Düse (6) besteht.

5.) Erdbohrgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Kühlflüssigkeits-Auslaß (6) so ausgebildet ist, daß er die Kühlflüssigkeit auf den von dem Gerät getragenen Bohrmeißel (2) richtet.

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6.) Erdbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel einen mit Gewinde versehenen Teil umfassen, der in Gewindeeingriff mit einem komplementären, mit Gewinde versehenen Teil steht, der die Entlastungs-Auslaßöffnung enthält.

7.) Erdbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel aus einem Stopfen (11) bestehen, um die Entlastungs-Auslaßöffnung zu verschließen.

8.) Erdbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel (11) nahezu vollständig aus dem schmelzbaren Material bestehen, so daß sie vollkommen gleichmäßig oder homogen sind.

9.) Erdbohrgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußmittel (11) teilweise aus schmelzbarem Material bestehen, so daß nach dem Schmelzen ein Entlastungs-Strömungsweg durch den ungeschmolzenen Teil gebildet wird oder der ungeschmolzene Teil aus der Entlastungs-Auslaßöffnung ausgestoßen wird.

10.) Erdbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material so ausgebildet ist, daß es bei einer Temperatur schmilzt, die wesentlich niedriger als die Temperatur ist, bei der in der elektrischen/elektronischen Vorrichtung in dem Gehäuse ein nennenswerter thermischer Schaden eintritt.

11). Erdbohrgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verschlußmittel (11) bildende schmelzbare Material so ausgebildet ist, daß es bei einer Temperatur von etwa 200⁰C oder darunter (vorzugsweise bei etwa 160⁰C oder darunter) schmilzt.

12.) Erdbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material eine Legierung aus Wismuth und Zinn ist.

13.) Erdbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg für das Kühlmittel einen primären Kühlmittel-Auslaß hat, und daß den Verschlußmitteln (11) ein Rückschlagventil (7) im Strömungsweg zugeordnet ist, das den Kühlmittelstrom zum primären Kühlmittel-Auslaß regelt.

14.) Erdbohrgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (7) ein Einweg-Ventil ist, das eine Strömung des Kühlmittels zu den primären Auslaßmitteln zuläßt, aber eine Strömung in umgekehrter Richtung weitgehend sperrt.

15.) Erdbohrgerät nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (7) ein Ventilelement (8) enthält, das durch Vorspannungsmittel (10), die auf die Verschlußmittel drücken, in Eingriff mit einem Ventilsitz (9) gehalten wird.

16.) Erdbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) des Bohrgerätes einen Radiosender (4) aufnimmt.

17.) Erdbohrgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Radiosender (4) Signale zu einem tragbaren Empfänger an der Oberfläche sendet, um Einzelheiten über den Ort, die Neigung und die Drehorientierung für den Bohrkopf zu geben.

18.) Verschlußmittel für eine öffnung oder einen Auslaß eines Strömungsweges für ein Kühlmittel in einem Erdbohrgerät, wobei die Verschlußmittel Mittel umfassen, um sie normalerweise in

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einer Position zu halten, in der sie die öffnung oder den Auslaß verschließen, wobei wenigstens ein Teil der Verschlußmitel aus einem schmelzbaren Material besteht, das bei einer vorgegebenen Temperatur schmilzt, um die öffnung oder den Auslaß freizugeben.