DE4305423C2 - Erdbohrgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Erdbohrgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 4,953,638 ist ein Bohrkopf bekannt, der mit Hilfe eines Bohrgestänges drehend und drückend vorgetrieben werden kann. Der Bohrkopf hat eine im wesentlichen keilför­ mige Form. An einer der Keilflächen ist eine Bohrklinge befe­ stigt, während an der anderen Keilfläche die Düse angeordnet ist, deren Strahlrichtung unter einem geringen Winkel gegen­ über der Vortriebsrichtung, d. h. der Bohrkopfachse geneigt ist, so daß die Düse annähernd in Vorwärtsrichtung zeigt. Während des Geradeauslaufes muß der Bohrkopf gedreht werden. Für eine Richtungsänderung wird der Bohrkopf in eine Stellung gebracht, in welcher die die Bohrklinge tragende Keilfläche nach der der gewünschten Ablenkrichtung entgegengesetzten Seite weist. Anschließend wird der Bohrkopf statisch durch das Bohrgestänge vorgetrieben. Er weicht dabei aufgrund der als Steuerfläche dienenden Flachseite der Bohrklinge in die gewünschte Ablenkrichtung aus. Die aus der Düse austretende Bohrflüssigkeit dient dazu, die Bohrwirkung zu unterstützen, d. h. die Bohrklinge zu kühlen und das von der Bohrklinge aus­ geschnittene Erdreich wegzuspülen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er präzise und mit einem relativ engen Radius abgelenkt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Drehung des Bohrkopfes lockert die Bohrflüssigkeit das vor dem Bohrkopf liegende Erdreich in einem relativ eng um die Bohrachse liegenden Kegel auf. Dadurch vermindert sich der Widerstand des Erdreiches in Vortriebsrichtung, während andererseits das um den Bohrkopf herum befindliche Erdreich fest bleibt. Dadurch ist es schwierig, den Bohrkopf tatsäch­ lich mit einem vorgegebenen, der Neigung der Steuerfläche entsprechenden Radius in die gewünschte Richtung abzulenken. Zudem besteht die Gefahr, daß die Düse verstopft, sofern auch nur kurzzeitig ohne Bohrflüssigkeit gebohrt wird. Ein ähnli­ cher Bohrkopf mit den gleichen Nachteilen ist auch aus der DE 40 16 965 A1 bekannt.

Ein Bohrkopf der eingangs genannten Art ist aus der US 5,020,608 bekannt. Bei diesem Bohrkopf ist zwar die Düse an einer achsparallelen Seitenfläche angeordnet, befindet sich jedoch ebenso wie bei dem aus der US 4,953,638 bekannten Bohrkopf in unmittelbarer Nähe der Bohrkopfspitze. Daher wird auch bei dieser Lösung durch den austretenden Flüssigkeits­ strahl trotz der seitlich gelegenen Düsenöffnung im wesentli­ chen das vor dem Bohrkopf liegende Erdreich aufgelockert. Auch hier ergibt sich daraus der Nachteil, daß mit dem aus der US-A-5,020,608 bekannten Erdbohrgerät nur relativ große Radien gefahren werden können.

Aus der US 4,930,586 ist ein hydraulisches Bohrgerät be­ kannt, das an seiner Spitze eine Düsenöffnung zum Austritt eines Bohrstrahles hat. Neben diesem Bohrstrahl, der das ei­ gentliche Bohrloch schafft, besitzt das Gerät radial oder schräg zur Achse gerichtete Steuerdüsen. Weicht der Bohrkopf von einer vorgegebenen Richtung ab, wird eine Steuerdüse oder eine Kombination von Steuerdüsen aktiviert. Die austretenden Flüssigkeitsstrahlen drängen den Bohrkopf wieder in die ge­ wünschte Richtung zurück.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Düse oder der Düsen an dem Bohrkopf wird durch die ausströmende Bohr­ flüssigkeit das Erdreich nicht unmittelbar vor dem Bohrkopf, sondern seitlich von dem Bohrkopf aufgeloc­ kert. Dadurch bleibt das Erdreich an der Stelle, an der sich die Steuerfläche bei dem Ablenken des Bohrkop­ fes abstützen soll, fest, während das Erdreich in der Richtung, in die der Bohrkopf abgelenkt werden soll, aufgelockert wird. Um zu vermeiden, daß das Erdreich bei der Drehung des Bohrkopfes während des Geradeaus­ laufes ringsherum aufgelockert wird, kann bei der er­ findungsgemäßen Lösung die Zuführung der Bohrflüssig­ keit zu der Düse oder den Düsen während des Geradeauf­ laufes abgestellt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Düsen verstopfen, da sie an einer parallel zur Bohrkopfachse gerichteten Seitenfläche des Bohrkopfes angeordnet sind.

Der erfindungsgemäße Bohrkopf kann sowohl für ein Erd­ bohrgerät mit statischem Vortrieb als auch für ein Erd­ bohrgerät mit dynamisch schlagendem Vortrieb, also ein Rammbohrgerät verwendet werden.

Die folgende Beschreibung erläutert in Verbin­ dung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung an­ hand von Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Erdbohrgerätes,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Bohrkopfes gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der Erfindung und

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Dar­ stellung eines Bohrkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfin­ dung.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Bohrgerät, das in an sich bekannter Weise eine Vortriebseinheit 10 und ein Bohrgestänge 12 umfaßt, an dessen vorderem Ende ein Bohrkopf 14 angeordnet ist. Die Vortriebseinheit 10 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und dient dazu, daß Bohrgestänge 12 zu drehen und statisch vorzutreiben sowie die Bohrflüssigkeit durch das Bohrgestänge 12 zum Bohrkopf 14 zu fördern. Die Vortriebseinheit 10 kann beispielsweise so aufgebaut sein, wie dies in der US-PS 4,953,638 beschrieben ist oder einen entsprechend auf­ gebauten Bohrwagen umfassen, der durch ein Gummiraupen­ fahrwerk selbstfahrend ist.

Der Bohrkopf 14 hat eine im wesentlichen zylindrische Gestalt und weist an seinem vorderen Ende eine schräg zu seiner Achse 16 gerichtete Steuerfläche 18 auf. Auf der der Steuerfläche 18 entgegengesetzten, parallel zur Achse 16 gerichteten Seite sind eine oder mehrere Düsen 20 angeordnet, durch die über eine nicht dargestellte Zuleitung Bohrflüssigkeit unter Druck austreten kann. Die Düsen sind dabei so angeordnet und ausgebildet, daß die durch die Pfeile 22 angedeutete Strahlrichtung der Düsen im wesentlichen senkrecht zur Achse 16 gerichtet ist. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die Düsen 22 so ausgebildet und angeordnet, daß die durch die Pfeile 22 angegebene Strahlrichtung unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Achse 16 in Vorwärtsrichtung geneigt sind.

Während des Geradeauslaufes wird der Bohrkopf 14 ge­ dreht, so daß sich der Bohrkopf wie ein rotationssymme­ trisch ausgebildeter Bohrkopf verhält. Während des Ge­ radeauslaufs braucht dabei keine Bohrflüssigkeit durch die Düsen 20 ins Erdreich abgestrahlt zu werden. Eine Zufuhr von Bohrflüssigkeit kann jedoch zweckmäßig sein, um die Gleitfähigkeit des Bohrkopfes zu erhöhen.

Soll die Vortriebsrichtung beispielsweise in Richtung des Pfeiles 24 in Fig. 2 geändert werden, so wird der Bohrkopf in die dargestellte Stellung gebracht, in wel­ cher die Steuerfläche 18 nach der dem Pfeil 24 entge­ gengesetzten Seite weist. In dieser Stellung wird Bohr­ flüssigkeit durch die Düsen 20 in das benachbarte Erd­ reich gepumpt und das Erdreich auf diese Weise aufgeloc­ kert. Durch statischen Vortrieb des Bohrkopfes 14 wird dieser anschließend in Richtung des Pfeiles 24 abge­ lenkt, wobei zweckmäßigerweise auch weiterhin Bohrflüs­ sigkeit durch die Düsen 20 abgestrahlt wird.

Wie man erkennt, bleibt der Erdteil des Erdreiches fest, an dem sich die Steuerfläche 18 abstützen soll. Dagegen wird das Erdreich seitlich von dem Bohrkopf in Ablenkungsrichtung aufgelockert, so daß der Bohrkopf nach dieser Richtung leicht ausweichen kann. Dadurch lassen sich kleine Ablenkungsradien erzielen, so daß man eine relativ empfindliche Steuerung erhält.

Dadurch daß die Düsen an der im wesentlichen parallel zur Achse 16 verlaufenden Seitenwand des Bohrkopfes ausgebildet sind, besteht keine Gefahr, daß die Düsen beim Vortrieb ohne Austritt von Bohrflüssigkeit ver­ stopfen. Zumindest wird beim Vortrieb des Bohrkopfes das Erdreich nicht unmittelbar in die Düsenöffnung ein­ getrieben, so daß die Düsenöffnungen leicht freigespült werden können.

Der Bohrkopf kann auch ohne weiteres mit einem herkömm­ lichen Rammgerät verbunden werden, ohne daß sich an seiner Funktion etwas ändert.

Claims (3)

1. Erdbohrgerät mit einem um seine Achse (16) drehbaren Bohr­ kopf (14), der zu seiner Richtungssteuerung eine zur Achse (16) geneigte Steuerfläche (18) hat und an dem mindestens eine Düse (20) zum Austritt einer Bohrflüssigkeit vorgese­ hen ist, wobei die Düsenöffnung auf der der Steuerfläche (18) abgewandten achsparallelen Seite des Bohrkopfes (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Düsen (20) mit axialem Abstand voneinander über die Länge des Bohrkopfes verteilt angeordnet sind und daß die Düsen (20) jeweils senkrecht zur Bohrkopfachse (16) oder unter einem Winkel zu dieser in Vorwärtsrichtung des Bohrkopfes (14) gerichtet sind.

2. Erdbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen statischen Vortrieb des Bohrkopfes (14) ausgebildet ist.

3. Erdbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als dynamisch schlagendes Rammbohrgerät ausgebildet ist.