DE3939538A1 - Richtungsbohrwerkzeug - Google Patents
RichtungsbohrwerkzeugInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug für das
Abteufen von Bohrungen in unterirdische Gesteinsformationen
unter Vorgabe eines wählbaren Richtungsverlaufs für das
Bohrloch in einer Ausbildung gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der DE-PS
31 22 552 bekannt ist.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Richtungs
bohrwerkzeug der genannten Art zu schaffen, das ein ver
bessertes Richtungsverhalten bei erhöhtem Bohrfortschritt
erbringt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Bohr
werkzeug gemäß dem Patentanspruch 1. Hinsichtlich weiterer
Ausgestaltungen wird auf die Patentansprüche 2 bis 5 ver
wiesen.
Die Ausbildung des Bohrwerkzeugs mit einer der Meißelwelle
zugeordneten Schlagvorrichtung ermöglicht einen Bohrbetrieb
mit wesentlich herabgesetzter statischer Andruckkraft auf
den Bohrmeißel mit der Folge von entsprechend herabge
setzten Seitenkraftkomponenten am Bohrmeißel, die als Stör
kräfte den gewünschten Richtungsverlauf des Bohrwerkzeugs
beeinflussen. Die durch Herabsetzung der Seitenkräfte ge
ringeren Auslenkungen des Bohrwerkzeugs sind mit niedrigeren
radialen Steuerkräften kompensierbar, und die Herabsetzung
von Ablenkungen und die Reduzierung von Steuerkräften
schaffen in Verbindung mit erhöhter Effektivität des Ge
steinszerstörungsprozesses am Bohrmeißel einen beträchtlich
erhöhten Bohrfortschritt. Das Bohrwerkzeug ist mit besonders
günstigen Ergebnissen in hartem oder spröden Gestein ein
setzbar sowie in Bodenverhältnissen mit für die Richtungs
führung ungünstigen Schichtverläufen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der zwei
Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung schema
tisch näher veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführung eines Bohrwerkzeugs nach
der Erfindung in einer abgebrochenen, teilweise
geschnittenen Seitenansicht, und
Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 einer zweiten
Werkzeugausführung.
Das in Fig. 1 in einem schematisch angedeuteten Bohrloch
1 veranschaulichte Bohrwerkzeug ist an seinem oberen Ende
über Anschlußmittel, z. B. Schraubgewinde, mit einem Bohr
rohrstrang 2 verbindbar und umfaßt ein im Bohrbetrieb ver
drehfestes Werkzeuggehäuse mit einem oberen Gehäuseteil
3, das im unteren Bereich mit Stabilisatorflügeln 4 versehen
ist, sowie einen unteren Gehäuseteil 5, der in seinem oberen
Bereich mit Stabilisatorflügeln 6 und in seinem unteren
Bereich mit vier radial aus- und einwärtsverschieblichen
Kraftgebern 7 in Gestalt von Druckstücken versehen ist,
die in Kontakt mit der Wandung des Bohrlochs 1 die Aus
richtung des Bohrwerkzeugs und damit den Richtungsverlauf
des Bohrlochs bestimmen.
Das Bohrwerkzeug umfaßt weiterhin eine Meißelwelle 8, die
im oberen Gehäuseteil 3 drehbar gelagert ist, sich durch
das untere Gehäuseteil 5 hindurcherstreckt, in diesem dreh
bar gelagert ist und auf ihrem aus dem unteren Gehäuseteil
5 vorstehenden Ende 9 einen Bohrmeißel 10 trägt.
Die Meißelwelle 8 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgrenzt
einen zentralen Längskanal 11, der den Innenraum des Bohr
rohrstranges 2 fortsetzt und im Bereich des Bohrmeißels
10 ausmündet. Zwischen dem oberen und dem unteren Gehäuse
teil 3, 5 ist eine Schlagvorrichtung 12 vorgesehen, die
Bestandteil der Meißelwelle 8 bildet. Die Schlagvorrichtung
12 kann irgendeine bekannte oder geeignete Ausführung haben
und erzeugt mit Hilfe des Bohrspülungsmediums im unteren
Teil 13 der Meißelwelle 8 schwingende Axialkräfte, welche
eine gering bemeßbare statische Axialkraft überlagern
und dem Bohrmeißel 10 eine Andruckkomponente mit Schwell
charakteristik vermitteln.
Das obere Ende der Meißelwelle 8 ist mit einem nur schema
tisch angedeuteten, im oberen Gehäuseteil 3 untergebrachten
Drehantrieb 14 verbunden, der die Meißelwelle 8 in eine
vorzugsweise langsame Umdrehung versetzt und dem Bohrmeißel
10 eine rotative Umsetzbewegung erteilt.
Im unteren Gehäuseteil 5, das ebenso wie das obere Gehäuse
teil 3 rohrförmig ausgebildet ist, ist eine nur schematisch
angedeutete Steuervorrichtung 15 untergebracht, die Sensoren
zur Ermittlung des Bohrlochverlaufes - d. h. der jeweiligen
Lage des Bohrwerkzeugs, insbesondere dessen Neigung - sowie
ein Auswertungsgerät zur Auswertung ermittelter Daten und
einen Geber zur Erteilung von Steuerbefehlen umfaßt, durch
welche die druckmittelbetätigten Kraftgeber 7 von denen
zumindest vier über den Umfang verteilt angeordnet sind,
radial positioniert und in ihrer Position fixiert werden.
Der Meß- und Auswerteteil der Steuervorrichtung 15 kann
selbständig nach einem vorgegebenen Programm den Richtungs
verlauf des Bohrloches 1 bestimmen und mit einer eigenen
Spannungsquelle ausgerüstet sein. Er kann aber auch, wie
das bei den dargestellten Beispielen der Fall ist, über
ein Verbindungskabel 16 mit einem nicht dargestellten,
obertägigen Steuerleitgerät für einen ständigen Datenaus
tausch verbunden sein. Zugleich kann über ein derartiges
Verbindungskabel 16, das zweckmäßig im Innern des Bohrrohr
stranges 2 und anschließend zumindest über einen Teil seiner
Länge im Ringraum der mit dem Bohrwerkzeug erbohrten Bohrung
1 verläuft, die Stromversorgung der Steuervorrichtung 15
vorgenommen werden. Als Spülungsmedium findet bevorzugt
Druckluft Verwendung, insbesondere für Bohrungen im Bergbau
oder in der Bauwirtschaft, die häufig nur über wenige hun
dert Meter Tiefe angelegt werden. Die Verwendung von Druck
luft als Spülungsmedium verbessert den Löseeffekt auf Bohr
kleins in harten Formationen und begünstigt das Vorsehen
eines Verbindungskabels, an dessen Stelle bei Druckluft
als Spülungsmedium auch andere Übertragungsmittel eingesetzt
werden, beispielsweise Schleifringübertrager oder trans
formatorische Kopplungen. Bei Verwendung eines flüssigen
Spülungsmediums bietet sich hingegen eine Informationsüber
tragung durch Druckänderungen in der Spülungssäule an,
wie sie in der Tiefbohrtechnik gebräuchlich ist. Die vom
Bohrspülungsmedium betätigten Aggregate wie der Drehantrieb
und die Schlagvorrichtung haben eine auf das verwendete
Bohrspülungsmedium jeweils abgestimmte Ausbildung.
Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführung, bei der der Meißel
welle 8 oberhalb der Schlagvorrichtung 12 ein Stoßdämpfer
17 zugeordnet ist. Dieser Stoßdämpfer ist Bestandteil
der Meißelwelle 8 und im Bereich zwischen den Gehäuseteilen
3, 5 an jener Stelle angeordnet, an der sich in Fig. 1 die
Schlagvorrichtung 12 befindet. Die Schlagvorrichtung 12
ist bei der Ausführung nach Fig. 2 in dem im Innern des
Gehäuseteils 5 gelegenen Bereich der Meißelwelle 8 angeord
net. Dementsprechend hat die Steuervorrichtung 15 eine
Anordnung im unteren Bereich des Gehäuseteils 5 und in
Höhe der Kraftgeber 7 gefunden, und auch diese Steuervor
richtung 15 ist über ein Verbindungskabel 16 mit einem
obertägigen Steuerleitstand verbunden. Der Stoßdämpfer
17 schützt die Gewindeverbindungen bei auftretenden axialen
Stoßbelastungen, so daß die Amplitude der Axialkraftschwin
gungen gefahrlos für die Gewindeverbindungen, aber auch
für die Bestandteile des Meß- und Auswerteteils der Steuer
vorrichtung 15, vergrößert werden kann. Auch hiermit geht
eine Erhöhung des Bohrfortschritts einher.
Claims (5)
1. Bohrwerkzeug für das Abteufen von Bohrungen in unter
irdische Gesteinsformationen unter Vorgabe eines wählbaren
Richtungsverlaufs für das Bohrloch (1), mit einem über
obere Anschlußmittel mit einem Bohrrohrstrang (2) verbind
baren rohrförmigen Werkzeuggehäuse (3, 5) und einer in dem
Werkzeuggehäuse (3, 5) mittels eines Drehantriebs (14) in
Drehung versetzbaren, auf ihrem aus dem Werkzeuggehäuse
(3, 5) vorstehenden Ende (9) einen Bohrmeißel (10) tragenden
Meißelwelle (8), mit einer Anzahl von über den Umfang ver
teilt im Werkzeuggehäuse (3, 5) abgestützten, von einem
Druckmittel betätigbaren Kraftgebern (7) zur Erzeugung
von Richtkräften mit radialer Kraftkomponente, und mit
einer Steuervorrichtung (15) für die Kraftgeber, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bohrwerkzeug eine der Meißelwelle
(8) zugeordnete Schlagvorrichtung (12) umfaßt.
2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Meißelwelle (8) oberhalb der Schlagvorrichtung
(12) ein Stoßdämpfer (17) zugeordnet ist.
3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bohrwerkzeug mit Druckluft als Bohrspülung
betrieben ist.
4. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Meß-
und Auswerteteil der Steuervorrichtung (15) über ein Verbin
dungskabel (16) an ein obertägiges Steuerleitgerät ange
schlossen ist.
5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verbindungskabel (16) zumindest über einen Teil
seiner Länge im Innern des Bohrrohrstranges (2) sowie im
Ringraum der mit dem Bohrwerkzeug erbohrten Bohrung (1)
verläuft.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |