EP2957710A1 - Bohrkopf und Vorrichtung zum Herstellen einer Bohrung im Erdreich - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a drill head for producing a hole in the ground, as it can be used for example in the so-called HDD (Horizontal Direction Drilling) drilling method.
- the drill head has a first unit which can be coupled to an inner linkage of the double pipe linkage and a second unit which can be coupled to an outer linkage of the double pipe linkage.
- the first unit is rotatable about an axis of rotation relative to the second unit which can be driven by means of the outer linkage with the aid of the inner linkage.
- the invention relates to a device for making a hole in the ground with such a drill head.
- pilot holes can be made between a starting point and a target point, which can then be enlarged with the aid of a second drill head and / or expander head.
- different drill heads are used, such as so-called rock clearers, for example, include a roller bit assembly or so-called Erdraketen or Imlochhoter through which a Schlagbohrvorgang takes place.
- Both the pilot bores and the widening of a bore with the aid of a widening tool can be liquid-assisted, in particular assisted by a bentonite flushing liquid.
- the rinsing liquid the excavated soil is discharged from the drilling channel.
- Pilot bores and flare holes can be made, for example, by means of a horizontal boring machine marketed by the assignee under the name "TERRA-JET". With the help of this drilling device horizontal directional controlled holes are possible.
- the drill head with the aid of which the pilot bore is generated, usually has a battery-operated locatable transmitter, so that its Position with the help of a portable locating device from the earth's surface is exactly determinable.
- the locating device must be located directly above the probe.
- the drilling depth must not be too large, so that the signal emitted by the probe penetrates to the earth's surface. Based on the determined position of the probe, the drill head can be controlled so that a desired course of the bore to be generated is achieved.
- the driven by the inner rod first unit may have means for the degradation of the soil.
- rock drill heads are known, which are equipped with three roller bits, which are each equipped with carbide pins. Such rock drilling heads are rotated at 30 to 300 revolutions per minute.
- the roller bits roll on the ground, in particular on the rock.
- the contact pressure between the hard metal pins of the roller chisel and the rock causes pieces of rock, so-called cuttings, to be broken off, which are then carried back from the drilling channel with the aid of the rinsing fluid.
- the bentonite flushing fluid simultaneously stabilizes the drilling channel.
- the center axis of the drill head is bent or kinked.
- the kink or bend is usually in the range between 1 ° and 3 °. If the drill head is driven by means of the inner linkage and simultaneously pressed the housing of the drill head without rotation in the soil, the drill head moves along its kink a curved bore. To drill straight ahead, the housing of the drill head must be rotated continuously slowly. Typically, the housing of the drill head is rotated at 10 to 30 revolutions per minute to make a straight bore.
- the controlled bore can also be alternatively produced to the provision of the bend or a kink in the center axis of the Imlochhammers by not symmetrical to the central axis training of preferably occupied with hard metal pins mining area of the drill head.
- the mining area is provided here at the front end of the drill head and is in direct contact with the soil to be degraded. Due to the asymmetrical design of the excavation area, the drill head would produce a non-linear bore without rotation of the idler hammer with the aid of the outer linkage. In order to produce a linear bore with the aid of the in-hole hammer, it must be rotated continuously with the help of the outer linkage, preferably at 30 to 50 revolutions per minute.
- the aforementioned electronic probe is inserted into a probe chamber in the outer housing of the drill head rotatable by means of the outer linkage.
- the probe includes a battery or accumulator for its power supply.
- the probe is protected by shock absorbers from shocks and impacts.
- the probe chamber formed by an opening is closed with a cover plate in which there is a relatively large slot through which the probe signal can escape to the outside.
- the cover plate may be made of a material that does not shield the probe signal, such as plastic.
- a slot provided in a metal cover plate may be filled or covered by plastic.
- To locate the probe usually runs an employee with a tracking device vertically above the drill head and locates the drill head. However, if the detection depth is too large or if strong interference signals are present in the ground, it is no longer possible to locate them from above. Also, the battery life for the duration of the hole may be too low, so that a location of a battery-powered probe from above is not possible. Even with a production of a hole under a body of water or a busy road through a location of the drill head in the manner described is not possible.
- a drilling apparatus with an inner rod and an outer rod is known.
- a common rotating device is provided which drives the linkage synchronously.
- the linkages are driven by separate drive wheels, which are each part of a transmission.
- One of the gears can be moved in the feed direction to move the inner rod relative to the outer rod.
- a vertical drilling apparatus having a downhole tool that includes a slip ring assembly that is radially inserted between a shaft and a housing.
- the slip ring assembly is configured to provide various electrical communication channels between the shaft and the housing.
- the object of the invention is to provide a drill head and a device for producing a hole in the ground, in which information on the position and / or position of the drill head can be determined even if a location of a probe arranged in the drill head from above is not readily possible is.
- a drill head for making a hole in the ground with the features of claim 1 it is possible to supply a probe or a sensor unit for determining the position of the drill head via a guided in the inner rod cable with energy, data and / or signals and / or data and / or signals from the arranged in the outer housing sensor unit and / or probe to be transmitted through a guided through the inner rod cable to the earth's surface.
- the sensor unit and / or the probe can be connected directly to a control and / or power supply unit of the drive unit for driving the double pipe linkage.
- the drilling duration is not limited by the battery capacity for supplying a locatable probe arranged in the drill head.
- the probe signal can be easily transmitted via a cable to the earth's surface, so that no employee with a locating device must be positioned vertically above the drill head, which tracks the movement of the drill head by means of the locating device.
- a cable serving for energy data and / or signal transmission can be guided through the inner linkage and the energy data and / or signals can be transmitted to the outer linkage via the sliding contact arrangement.
- the probe and / or the sensor unit are preferably arranged in the outer housing of the drill head driven by the outer linkage, in particular in a probe chamber provided in the outer housing.
- the cable can also be routed in the outer rod and the transmitted via the cable energy data and / or signals via the sliding contact arrangement are transmitted to a coupled to the inner rod assembly of the drill head, in which then preferably the sensor and / or the probe are arranged.
- the sliding contact arrangement preferably has a one-piece base body with at least one slip ring.
- this has the advantage that the base body with the slip ring is both easier to produce and mechanically more robust and less prone to failure.
- the sliding contact arrangement comprises a contact brush in addition to the one-piece body with the slip ring and that the main body can be removed together with the contact brush as a unit together from the drill head and inserted into the drill head with the slip ring.
- the first unit is an assembly of the drill head, which is driven by means of the inner rod about the axis of rotation.
- the second unit is preferably an assembly of the drill head, which is driven by means of the outer linkage about the axis of rotation.
- the axis of rotation is preferably the longitudinal axis and / or center axis of the drill head.
- the first unit is preferably rotatably connected in at least one direction of rotation with the inner rod.
- the second unit is preferably rotatably connected to the outer rod at least in one direction of rotation.
- the direction of rotation and / or speed of inner linkage and outer linkage may be different, wherein a arranged on the surface of the earth drive unit for driving the double pipe linkage, a first drill string receptacle for receiving one end of the inner linkage and a second Receiving unit for receiving the end of the outer linkage, wherein both receiving units are driven at different speeds and / or in different directions of rotation.
- the sliding contact arrangement is releasably and reconnectably connected to the first and / or second unit.
- a detachable and re-connectable connection can be made for example via a clamping connection, via a latching connection and / or via a screw connection.
- the sliding contact assembly can be easily removed from the drill head, if it is not needed for a hole and are re-integrated into the drill head, if an energy-data and / or signal transmission between the first unit and the second unit is required.
- the sliding contact assembly can be removed from the drill head, in particular, when a battery-operated probe is used in the drill head, which is located using a known locating device.
- the sliding contact arrangement is then re-integrated into the drill head. As a result, a simple resource-saving use of the drill head is possible depending on the requirement.
- the sliding contact arrangement comprises at least a first, preferably designed as a slip ring, rotatably connected to the first element contact element, and if the sliding contact arrangement comprises a second, preferably designed as a brush, rotatably connected to the second element contact element.
- the first contact element and the second contact element form a sliding contact. It is particularly advantageous if the first contact element can be released and connected again to the first unit is connected and when the second contact element is releasably and reconnectably connected to the second unit.
- the second unit has a preferably sealed cover through which at least one component of the sliding contact arrangement can be inserted into the drill head when the cover is open and can be removed therefrom.
- a base body with at least one slip ring with the cover open can be removed from the drill head and used again in this.
- the second unit comprises an outer housing of the drill head and if the first unit comprises an inner rod adapter to which the inner rod is connectable.
- a first contact element of the sliding contact arrangement is non-rotatably connected to the second unit.
- At least one second contact element of the sliding contact arrangement is connected to the inner linkage adapter, preferably non-rotatable, releasable and reconnectable.
- the sliding contact arrangement comprises at least two sliding contacts for establishing an electrical connection between the first unit and the second unit and if the two sliding contacts each comprise a first contact element and a second contact element, when the two first contact elements form a first contact arrangement and the two second contact elements form a second contact arrangement and when the first contact arrangement is releasably and reconnectably connected to the first unit and / or the second contact arrangement is detachably and reconnectably connected to the second unit.
- energy, data and / or signals can be transmitted easily via a two-wire line from the control unit to the sensor unit and / or probe in the drill head.
- the transmission of electrical energy, signals and / or data via at least two electrical contacts offers over the use of only one sliding contact the advantage of a secure transmission, otherwise the inner or outer linkage would have to be used as an electrical conductor additionally.
- an electrical device is arranged in a sealed, closable opening of the second unit and if the electrical device is electrically connected via a cable to the second contact element or to the second contact arrangement.
- a probe chamber or sensor chamber is formed by this opening.
- this chamber is sealed in addition to the sliding contact arrangement.
- the cable can be sealed using known cable glands.
- the opening is preferably closable by means of a cover which, in the case of a probe, is made of a material which does not or only slightly shields, or has a slot which is closed with such a material. This ensures that the probe signal can escape from the drill head to the outside, so that it can be located with corresponding locating devices on the earth's surface.
- the electrical device comprises a transmitter for locating with the aid of a locating device arranged on the earth's surface, a sensor for determining the position of the drill head, a sensor for determining the inclination and / or a sensor for determining the rotational position of the drill head.
- the drill head comprises at least one seal and if the first unit comprises an inner link adapter, wherein the seal keeps the dirt present on the rod side end of the inner link adapter and / or the liquid present at the rod side end of the inner link adapter away from the sliding contact arrangement.
- the seal keeps the dirt present on the rod side end of the inner link adapter and / or the liquid present at the rod side end of the inner link adapter away from the sliding contact arrangement.
- a first end of a cable is electrically connected to at least one first contact element of the sliding contact arrangement and if the cable is passed through a section of the first unit.
- a cable guided from the earth's surface through the linkage to the drill head can simply be guided to the sliding contact arrangement, so that reliable energy, signal and / or data transmission via the sliding contact arrangement is possible.
- the cable is preferably guided along the axis of rotation of the first unit, preferably in the interior of the inner rod adapter.
- first contact element and / or the first contact arrangement may be electrically connectable to a cable guided through the inner linkage.
- the first unit preferably comprises a roller bit assembly which can be coupled to the inner rod and / or a downhole hammer which can be coupled to the inner rod and the outer rod.
- the air for driving the Imlochhammers is preferably performed by the pipe sections of the inner rod from the surface to the hole hammer. In this way, with the help of the drill head soil, especially rock, are degraded, so that a hole, especially a horizontal hole is easily possible.
- a drilling fluid emerging at the drill head end of the double pipe linkage is guided through the drill head to the front end lying opposite the rod end of the drill head, where it emerges from the drill head.
- this drilling fluid also serves as a rinsing fluid.
- stabilization of the drilling channel can be achieved.
- a bentonite drilling fluid is used.
- Fig.1 shows a perspective side view of a rock drilling head 10 according to a first embodiment.
- the rock drilling head 10 has at its front end a roller bit assembly 12, also referred to as Tricone, and at its rear end 14 a first interface 16 for connecting the rock drilling head 10 to the inner linkage of a double pipe linkage and a second interface 18 for connecting the rock drilling head 10 with the outer linkage of the double pipe linkage.
- the first interface 16 and the second interface 18 each have a conical internal thread into which a conical external thread which is present at the end of the internal linkage and at the end of the external linkage can be screwed.
- the interfaces 16, 18 and the external threads of the inner linkage and the outer linkage may not have conical, ie cylindrical, threads or other connecting elements.
- the roller chisel assembly 12 comprises three roller bits 12a to 12c, which rolls upon rotation of the connected to the rock drilling head 10 inner linkage about a rotation axis 20 in the forward direction P1 in front of the rock drilling head 10 soil and thereby dissolves earth particles, so-called cuttings from the ground.
- the soil may be rock, with the roller bits then releasing rock particles upon rotation about the axis of rotation 20.
- the rock drilling head 10 may be used in a directional drilling equipment, particularly in a horizontal drilling rig, also referred to as a horizontal direction drilling apparatus.
- a drive unit drives the inner linkage and the outer linkage of the double pipe linkage with different drive heads.
- the inner linkage and the outer linkage are each composed of a plurality of linkage sections, wherein conventional linkage sections have a length in the range of 3 to 4.5 m.
- the rod sections of the inner linkage are usually bolted together.
- the linkage sections of the outer linkage are screwed together, so that both the linkage sections of the inner linkage and the linkage sections of the outer linkage are rotatably connected to each other in at least one direction of rotation.
- the inner linkage drives the roller bit assembly 12 at a speed in the range of usually 30 to 300 revolutions per minute.
- the rock drilling head 10 has an outer housing 22 and an inner tube adapter 24, at the end of which the first interface 16 is provided.
- the inner tube adapter 24 is a in FIG. 1 invisible inner tube rotatably connected to the roller chisel assembly 12 so that the inner tube adapter 24 and the inner tube transmit the rotational movement of the inner linkage to the roller chisel assembly 12.
- the rock drilling head 10 may also have a gear stage with a gear ratio or reduction, such that the speed of the inner linkage and the speed of the roller bit assembly 12 may be different.
- the outer housing 22 has a cover formed as a flange 26 which covers a provided in the outer housing 22 probe chamber 42 waterproof.
- the flange plate 26 has a window 28 of a probe material permeable material so that a probe signal can pass through the window 28. This makes it possible to locate the probe signal generated by the probe using a known locating device from the earth's surface.
- the outer housing 22 has a kink of 2 ° at a kink 30, so that the angle of the central axis of the region of the outer housing 22 before the kink 30 with respect to the central axis of the region of the outer housing 22 after the kink 30 spans an angle of 178 °.
- the kink 30 may also have an angle in the range of 1 ° to 10 °, in particular 2 ° to 5 °.
- the outer housing 22 may also have a corresponding bend, through which the roller bit assembly 12 has the same relative position to the first and second interface 16, 18 of the rock drilling head 10.
- the bending point 30 or by a corresponding bending of the outer housing 22 of the rock drilling head 10 a controlled bore is possible.
- the front part of the rock drilling head 10 is 2 ° downwards, 2 ° to the right, 2 ° to the left or 2 ° up or in a corresponding intermediate position between them, relative to the rear part of the rock drilling head 10 Layers inclined so that the drill head 10 without rotation of the outer housing 22 produces a bore with a corresponding curved course.
- the outer casing 22 of the rock drilling head 10 In order to produce a straight bore, the outer casing 22 of the rock drilling head 10 must be continuously rotated with a revolution in the range of 30 to 60 U / min.
- the outer housing 22 is connected at the rear end 14 via the second interface 18 with the outer linkage of the double pipe linkage.
- the second interface 18 preferably has an internal thread into which an external thread of the outer linkage is screwed.
- the outer rod can rotate the outer housing 22 of the rock drilling head 10 at least in one direction of rotation. If the bore produced with the help of the rock drilling head 10 have a curved course, the rotation of the outer housing 22 is stopped depending on the desired direction of bending in a required angular position and only the inner linkage for propulsion of the rock drilling head 10 driven. In addition, the rock drilling head 10 is over the linkage with the help of a drive unit pushed further into the soil.
- the rock drilling head 10 produces a curvature, ie if the rock drilling head 10 makes a turn, it supports itself with a front support plate 32 and its rear support plate 34 on the drilling channel.
- the carbide pins 38 arranged on a rear conical section 36 of the outer housing 22 serve to be able to pull the rock-boring head 10 backwards, if necessary, out of a drilling channel in a rotating manner.
- the rock drilling head 10 has, in addition to the closable by the flange 26 probe chamber 42 a waterproof by means of a flange plate 40 slip ring chamber 52 in which a sliding contact arrangement can be arranged if necessary, as will be explained in detail later.
- Fig.2 shows a sectional view of the rock drilling head 10 after Fig.1 ,
- the probe chamber 42 covered with the aid of the flange plate 26 is clearly visible.
- a sensor unit 44 is arranged in the probe chamber 42.
- a first damping element 46 is located between the front end of the sensor unit 44 and the outer housing 22 viewed in the advancing direction P1
- a second damping element 48 is provided in the probe chamber 42 between the rear end of the sensor unit 44 and the outer housing 22 viewed in the advancing direction P1.
- the damping elements 46, 48 protect the electronic sensor unit 44 from shocks and impacts, which occur in particular by the drilling process.
- the sensor unit 44 is inserted with the flange plate 26 open from the side into the probe chamber 42.
- the slot 28 provided in the flange plate 26 allows a position signal emitted by the sensor unit 44 to escape to the outside, preferably as far as the earth's surface above the rock drilling head 10.
- the required energy and required data and / or signals can be transmitted via a cable 50 from the earth's surface through the double pipe linkage to the rock drilling head 10.
- the cable 50 is in Internal linkage of the double pipe linkage led to the drill head 10.
- the probe chamber 42 is located in the outer housing 22 of the rock drilling head 10.
- the drill head 10 has a in the present embodiment, two rotatably connected to a réellerohradapter 24 base body 54 circumferentially formed slip rings 56, 58 and in the outer housing 22 to the slip rings 56, 58 complementary brush assembly transferred to the outer housing 22, wherein a further cable for connecting the brush assembly and the sensor unit 44 is provided.
- the slip contact assembly 60 comprised of the slip rings 56, 58 and the complementary brush assemblies may also comprise only one slip ring and one complementary brush assembly, or more than two slip rings and two complementary brush assemblies, particularly four slip rings and four complementary brush assemblies.
- two slip rings and two complementary brush assemblies can be used to transmit the power required to power the sensor unit 44, and two data and / or signal transmission lines can be provided between a ground level control unit and the sensor unit 44
- the sensor unit 44 used only to send out locatable from the earth surface position signals, the power supply of the probe via the cable 50 and the sliding contact arrangement 60 can take place.
- the sensor unit 44 may determine the position of the rock drilling head 10 and transmit the detected position as a signal or data via the sliding contact assembly 60 and the cable 50 to a control unit on the earth's surface. Additionally or alternatively, the sensor unit 44 may be the incline of the rock drilling head 10 and / or determine the angular position of the outer housing 22 of the rock drilling head 10 and transmitted via the sliding contact assembly 60 and the cable 50 to the control unit to the earth's surface.
- the drill head can be located conventionally with a locating device from the earth's surface, then a battery-operated locatable probe can be introduced into the probe chamber 42.
- the main body with the slip rings 56, 58 can be removed from the slip ring chamber 52 when the flange plate 40 is open.
- the brush assembly is removed from the rock drilling head 10.
- the rock drilling head 10 can be used like a conventional rock drilling head without sliding contact arrangement 60 and can be used again in the rock drilling head 10 in the case of drillings requiring energy, data and / or signal transmission to and / or from the sensor unit 44 via the cable 50.
- the cable 50 can be completely removed from the inner tube adapter 24, so that the cable 50 is neither damaged nor the installation of the inner tube assembly is hindered with the réellerohradapter 24.
- the cable gland of the cable 50 into the slip ring chamber 52 is sealed by a suitable cable gland.
- the cable bushing is sealed by a corresponding blind screw or a corresponding plug, so that the slip ring chamber 52 is then sealed without cable 50 and in particular no drilling fluid can penetrate into the slip ring chamber 52.
- Sensor units 44 which are connected via a cable 50 to a control unit on the earth's surface, are also referred to as cable probes.
- a cable probe thus allows extreme holes with large detection depths and surfaces that do not allow a tracking device on the earth's surface vertically above the drill head 10. For example, when drilling under rivers or lakes, the tracking of tracking devices on the earth's surface is not readily possible. Drilling is also possible at depths where it is not possible to transfer battery-powered probes to location detectors on the surface of the earth. Both by a higher transmission power as a result of a power supply via the cable 50 and by actively determining the position of the rock drilling head 10 by means of the sensor unit 44 and transmitting position information via the cable 50 to the earth's surface holes at great depths are possible.
- the invention is based on the recognition that it is better to run the cable 50 inside the inner rod, instead of between the inner rod and the outer rod, since it can be easily damaged there due to the different speeds and / or directions of rotation. Instead, the cable 50 is guided inside the inner boom as far as the drill bit 10, the energy, data and / or signals from the cable 50 being transmitted via a sliding contact assembly 60 to the outer housing 22 of the rock drill head 10 in which the sensor unit 44 is located.
- FIG 3 the sliding contact arrangement 60 is shown in the disassembled state, wherein both the main body 54 and the brush assembly 62 are shown.
- Figure 4 shows a section through the sliding contact arrangement 60.
- the brush assembly 62 is connected via a tab 64 and a feasible through an opening of the tab 64 screw with the outer housing 22 of the rock drilling head 10.
- the brush assembly 62 is rotatably connected via the tab 64 with the probe chamber 52 and thus with the outer housing 22. Further, the brush assembly 62 is connected via a cable 66 to the sensor unit 44.
- the main body 54 with the slip rings 56, 58 is connected by a plurality of threaded pins 68 on the outer hexagon the inner rod adapter 24 secured.
- the sliding contact arrangement 60 serves, as already explained, for the electrical transmission of energy, data and / or signals from the outer housing 22 to the inner linkage.
- the cable 66 by means of a cable gland in an in Figure 5 sealed sealing region 70 sealed waterproof.
- the installation and removal of the sliding contact assembly 60 from the rock drilling head 10 is carried out by removing the flange plate 40 and the loosening of the threaded pins 68. Furthermore, the threaded rod adapter 24 is released and pulled back from the drill head 10. Furthermore, the provided for sealing cable glands on the cables 50, 66 are solved. Subsequently, the sliding contact assembly 60 can be removed with the cables 66, 50 from the slip ring chamber 52.
- the cable 50 is composed of a plurality of cable sections, which preferably correspond to the length of the linkage sections of the double pipe linkage.
- the cable ends of the cable sections are electrically connected in a suitable manner and both electrically isolated and sealed against the additionally funded by the inner rod drilling fluid.
- Figure 5 is a sectional view of a section of the rock drilling head 10. The sealing of the guided through the female threaded adapter 24 cable 50 to the slip ring chamber 52 out in the areas 72 and 74th
- Figure 6 shows a section of a rear end of the rock drilling head 10 and the in Figure 7 shown detail view shows a plug connection between the inner tube adapter 24 and an inner tube 76 of the drill head 10, the rotational movement of the inner tube adapter 24 to the roller chisel assembly 12 transmits.
- the internal thread adapter 24 is mounted in the outer housing 22 via two bearings 78, 80. These are typically tapered roller bearings. Both bearings take over radial forces, bearing 80 additional thrust forces in the feed direction P1, bearing 78 additionally tensile forces against the feed direction P1. About an accessible via the slip ring chamber 52 nut 82 which is screwed onto an external thread of the inner rod adapter 24, the inner rod adapter 24 is held in this position.
- the inner rod adapter 24 In order to release the main body 54 of the sliding contact arrangement 60 from the inner tube adapter 24, after removal of the flange plate 40, an open-end wrench must be inserted into the slip ring chamber 52, by which the nut is held in position. Subsequently, the inner rod adapter 24 is rotated, so that the inner rod adapter 24 is rotated out of the nut and released from it. Subsequently, the inner rod adapter 24 can be pulled out of the drill head 10 to the rear. Near its front end, the inner rod adapter 24 has an outer hex 84 and a circumferential groove 86 into which a seal (not shown), preferably an O-ring, is inserted. The male hex 84 has a large side clearance to a hex socket 88 connected to the inner tube 76, which in turn has relatively large clearance to an outer hex of the inner tube 76. This connection allows a transmission of torque with simultaneous alignment.
- Figure 7 shows a section of the in Figure 6
- the front end of the inner rod adapter 24 has a circumferential groove 86 into which a seal, not shown, preferably an O-ring, for sealing between the inner rod adapter 24 and the inner tube 76 is introduced.
- the drilling fluid is from the inner rod passed through the inner rod adapter 24 into the interior of the inner tube 76 and therethrough to the roller bit assembly 12th
- Figure 8 shows a sectional view of a section of the drill head 10 at the transition from the inner tube 76 to the so-called Rollenmischenmelability 94.
- the inner tube 76 has at the front end an external hexagon 92 which projects with a lateral play in a complementary hexagon socket portion of the roller bit receptacle 94.
- the inner tube 76 has a circumferential groove 90 into which a seal, preferably an O-ring, is inserted for sealing between the inner tube 76 and the roller bit receptacle 94.
- a plurality of bearings 96a to 96f arranged one behind the other in the drive direction P1 are arranged, which are designed as ball bearings in the present exemplary embodiment. In other embodiments, other suitable bearings may be provided.
- the bearings 96a to 96f guide and hold the roller bit receptacle 94.
- FIG 9 and Figure 10 is a side perspective view of a drill head 100 according to a second embodiment shown.
- the drill head 100 differs from the rock drill head 10 after the Fig.1 to 8 merely in that, instead of the roller chisel arrangement 12, an in-hole hammer 102 is provided.
- This in-hole hammer 102 is driven by means of compressed air conducted through the inner linkage, through which the percussion piston of the in-hole hammer 102 is driven at up to 2,500 beats per minute.
- the percussion piston of the in-hole hammer 102 strikes directly on the drilling tool 104, the hard metal pins of which degrade the soil, in particular rock.
- the exhaust air from the in-hole hammer 102 blows the mined earth particles back through the drill channel.
- the inner rod can not be driven or alternatively rotated in the same manner as in the rock drill head 10.
- Controlled drilling with the help of Drill head 100 is carried out in the same manner as described in connection with the drill head 10, since due to the kink 30 of the drill head 100 generates a curved bore and only a rotation of the outer housing 22 allows a straight bore.
- FIG 11 is a sectional view of a sliding contact arrangement 110 according to a second embodiment shown.
- the slip rings are not provided on the circumference of the main body 112 but on an end-side section 114.
- two slip ring contacts 116, 118 are provided on the end face section 114, wherein the brush arrangement complementary to a stator 120 of the sliding contact arrangement 110 is provided for establishing an electrical contact between the slip ring contacts 116, 118 and the stator 120.
- Sliding contact assembly 110 may alternatively be used in sliding contact assembly 60 in the drill heads 10, 100.
- the sliding contact assemblies 60, 110 preferably have a base body 54, 112 with at least one slip ring 56, 68, 116, 118.
- the base body 54, 112 with the slip ring 56, 68, 116, 118 together with at least one complementary brush arrangement 62 a structural unit, which preferably can be removed together from the drill head and inserted into this.
- the sliding contact arrangement 60, 110 which can be arranged in the drill head 10, 100
- the sliding contact arrangement can also be designed as an adapter, which is arranged between a conventional drill head and the double rod.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf zum Herstellen einer Bohrung im Erdreich, wie er beispielsweise bei dem sogenannten HDD (Horizontal Direction Drilling) Bohrverfahren einsetzbar ist. Der Bohrkopf hat eine erste mit einem Innengestänge des Doppelrohrgestänges koppelbare Einheit und eine zweite mit einem Außengestänge des Doppelrohrgestänges koppelbare Einheit. Die erste Einheit ist mit Hilfe des Innengestänges relativ zu der mit Hilfe des Außengestänges antreibbaren zweiten Einheit um eine Drehachse drehbar. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bohrung im Erdreich mit einem solchen Bohrkopf.
- Mit Hilfe von Bohrköpfen können sogenannte Pilotbohrungen zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt hergestellt werden, die dann mit Hilfe eines zweiten Bohrkopfs und/oder Aufweitkopfs vergrößert werden können. Je nach Beschaffenheit des Erdreichs durch das die Bohrung hergestellt werden soll, werden unterschiedliche Bohrköpfe eingesetzt, wie beispielsweise sogenannte Felsräumer, die beispielsweise eine Rollenmeißelanordnung umfassen oder sogenannte Erdraketen oder Imlochhämmer, durch die ein Schlagbohrvorgang erfolgt. Sowohl die Pilotbohrungen als auch die Aufweitung einer Bohrung mit Hilfe eines Aufweitwerkzeugs können flüssigkeitsunterstützt, insbesondere durch eine Bentonitspülflüssigkeit unterstützt, erfolgen. Mit Hilfe der Spülflüssigkeit wird das abgebaute Erdreich aus dem Bohrkanal ausgetragen. Pilotbohrungen und Aufweitbohrungen können beispielsweise mit Hilfe einer von der Anmelderin unter der Bezeichnung "TERRA-JET" vertriebenen Horizontalbohrvorrichtung erzeugt werden. Mit Hilfe dieser Bohrvorrichtung sind horizontale richtungsgesteuerte Bohrungen möglich. Dazu hat der Bohrkopf, mit dessen Hilfe die Pilotbohrung erzeugt wird, üblicherweise einen batteriebetriebenen ortbaren Sender, so dass dessen Position mit Hilfe eines tragbaren Ortungsgeräts von der Erdoberfläche aus exakt bestimmbar ist. Hierzu muss sich das Ortungsgerät jedoch unmittelbar über der Sonde befinden. Ferner darf die Bohrtiefe nicht zu groß sein, damit das von der Sonde ausgesendete Signal bis zur Erdoberfläche durchdringt. Ausgehend von der ermittelten Position der Sonde kann der Bohrkopf derart gesteuert werden, dass ein gewünschter Verlauf der zu erzeugenden Bohrung erreicht wird. Die vom Innengestänge angetriebene erste Einheit kann Mittel zum Abbau des Erdreichs aufweisen. So sind beispielsweise Felsbohrköpfe bekannt, die mit drei Rollenmeißeln ausgestattet sind, die jeweils mit Hartmetallstiften bestückt sind. Solche Felsbohrköpfe werden mit 30 bis 300 Umdrehungen pro Minute gedreht. Dabei wälzen sich die Rollenmeißel am Erdreich, insbesondere am Fels, ab. Der Anpressdruck zwischen dem Hartmetallstiften des Rollenmeißels und dem Fels führt dazu, dass Felsstücke, sogenannte Cuttings, abgebrochen werden, die dann mit Hilfe der Spülflüssigkeit aus dem Bohrkanal nach hinten getragen werden. Die Bentonitspülflüssigkeit stabilisiert gleichzeitig den Bohrkanal.
- Bei der Verwendung eines pneumatischen Imlochhammers als Bohrkopf strömt durch die innere Durchgangsöffnung des Innengestänges Druckluft in den Imlochhammer, die den Schlagkolben des Imlochhammers mit bis zu 2500 Schlägen pro Minute antreibt. Der Schlagkolben schlägt direkt auf den Felsbohrkopf, dessen Hartmetallstifte durch die Schläge den Fels abbauen. Die Abluft des Imlochhammers bläst die abgebauten Erd- bzw. Felsteilchen (Cuttings) nach hinten durch den Bohrkanal.
- Um mit Hilfe dieser Bohrköpfe eine gesteuerte Bohrung, wie z.B. eine gesteuerte Horizontalbohrung, herzustellen, ist die Mittelachse des Bohrkopfs gebogen oder geknickt. Die Knickstelle bzw. die Biegung liegt üblicherweise im Bereich zwischen 1° und 3°. Wird der Bohrkopf mit Hilfe des Innengestänges angetrieben und gleichzeitig das Gehäuse des Bohrkopfs ohne Drehung in das Erdreich gedrückt, fährt der Bohrkopf entlang seiner Knickstelle eine gekrümmte Bohrung. Um geradeaus zu bohren muss das Gehäuse des Bohrkopfs kontinuierlich langsam gedreht werden. Üblicherweise wird das Gehäuse des Bohrkopfs mit 10 bis 30 Umdrehungen pro Minute gedreht, um eine gerade Bohrung herzustellen. Bei Imlochhämmern kann die gesteuerte Bohrung auch alternativ zu dem Vorsehen der Biegung oder einer Knickstelle in der Mittelachse des Imlochhammers durch eine zur Mittelachse nicht symmetrische Ausbildung des vorzugsweise mit Hartmetallstiften besetzten Abbaubereichs des Bohrkopfs erzeugt werden. Der Abbaubereich ist hierbei am vorderen Ende des Bohrkopfs vorgesehen und steht im direkten Kontakt mit dem abzubauenden Erdreich. Durch die unsymmetrische Ausbildung des Abbaubereichs würde der Bohrkopf ohne eine Drehung des Imlochhammers mit Hilfe des Außengestänges eine nichtlineare Bohrung erzeugen. Um eine lineare Bohrung mit Hilfe des Imlochhammers zu erzeugen, muss dieser mit Hilfe des Außengestänges kontinuierlich langsam, vorzugsweise mit 30 bis 50 Umdrehungen pro Minute, gedreht werden.
- Um den Felsbohrkopf im Erdreich orten zu können, wird die bereits erwähnte elektronische Sonde in eine Sondenkammer in dem mit Hilfe des Außengestänges drehbaren Außengehäuses des Bohrkopfs eingelegt. Die Sonde umfasst eine Batterie oder einen Akkumulator zu ihrer Energieversorgung. Vorzugsweise wird die Sonde durch Dämpfungselemente vor Stößen und Schlägen geschützt. Die durch eine Öffnung gebildete Sondenkammer wird mit einer Abdeckplatte verschlossen, in der sich ein relativ großer Schlitz befindet, durch den das Sondensignal nach außen dringen kann. Alternativ kann die Abdeckplatte aus einem das Sondensignal nicht abschirmenden Material, wie z.B. Plastik, hergestellt sein. Ferner kann ein in einer Abdeckplatte aus Metall vorgesehener Schlitz durch Kunststoff ausgefüllt oder abgedeckt sein.
- Zur Ortung der Sonde läuft üblicherweise ein Mitarbeiter mit einem Ortungsgerät senkrecht oberhalb des Bohrkopfs und ortet den Bohrkopf. Wird die Ortungstiefe jedoch zu groß oder sind im Erdreich starke Störsignale vorhanden, ist eine Ortung von oben nicht mehr möglich. Auch kann die Batterielebensdauer für die Dauer der Bohrung zu gering sein, so dass einer Ortung einer batteriegespeisten Sonde von oben nicht möglich ist. Auch bei einer Herstellung einer Bohrung unter einem Gewässer oder einer befahrenen Straße hindurch ist eine Ortung des Bohrkopfs auf die beschriebene Weise nicht möglich.
- Aus dem Dokument
DE 100 05 475 A1 ist eine Bohrvorrichtung mit einem Innengestänge und einem Außengestänge bekannt. Für beide Gestänge ist eine gemeinsame Drehvorrichtung vorgesehen, die die Gestänge synchron antreibt. Die Gestänge werden über separate Antriebsräder angetrieben, die jeweils Bestandteil eines Getriebes sind. Eines der Getriebe kann in Vorschubrichtung verschoben werden, um das Innengestänge relativ zum Außengestänge zu verschieben. - Aus dem Dokument
DE 112010 003 039 T5 ist eine Vertikalbohrvorrichtung mit einem Bohrlochwerkzeug bekannt, das eine Schleifringanordnung umfasst, die radial zwischen einer Welle und einem Gehäuse eingesetzt ist. Die Schleifringanordnung ist zum Bereitstellen von verschiedenen elektrischen Kommunikationskanälen zwischen der Welle und dem Gehäuse konfiguriert. - Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bohrkopf und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bohrung im Erdreich anzugeben, bei denen Informationen zur Position und/oder Lage des Bohrkopfs auch dann ermittelt werden können, wenn einer Ortung einer im Bohrkopf angeordneten Sonde von oben nicht ohne weiteres möglich ist.
- Diese Aufgabe wird durch einen Bohrkopf zum Herstellen der Bohrung im Erdreich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bohrung im Erdreich mit einem solchen Bohrkopf gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Durch einen Bohrkopf zum Herstellen einer Bohrung im Erdreich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist es möglich, eine Sonde oder eine Sensoreinheit zum Ermitteln der Lage des Bohrkopfs über einen im Innengestänge geführtes Kabel mit Energie, Daten und/oder Signalen zu versorgen und/oder Daten und/oder Signale von der im Außengehäuse angeordneten Sensoreinheit und/oder Sonde durch einen durch das Innengestänge geführte Kabel zur Erdoberfläche zu übertragen. Dadurch kann die Sensoreinheit und/oder die Sonde direkt mit einer Steuerund/oder Energieversorgungseinheit der Antriebseinheit zum Antrieb des Doppelrohrgestänges verbunden werden. Dadurch ist die Bohrdauer nicht durch die Batteriekapazität zum Versorgen einer im Bohrkopf angeordneten ortbaren Sonde begrenzt. Ferner kann das Sondensignal über ein Kabel einfach zur Erdoberfläche übertragen werden, so dass auch kein Mitarbeiter mit einem Ortungsgerät senkrecht oberhalb des Bohrkopfs positioniert sein muss, der die Bewegung des Bohrkopfs mit Hilfe des Ortungsgeräts verfolgt.
- Durch die Gleitkontaktanordnung kann ein zur Energie-Daten- und/oder Signalübertragung dienendes Kabel durch das Innengestänge geführt und die Energie-Daten und/oder Signale über die Gleitkontaktanordnung zum Außengestänge übertragen werden. Hierbei sind die Sonde und/oder die Sensoreinheit vorzugsweise in dem mit dem Außengestänge angetriebenen Außengehäuse des Bohrkopfs, insbesondere in einer im Außengehäuse vorgesehenen Sondenkammer, angeordnet. Alternativ kann das Kabel auch im Außengestänge geführt und die über das Kabel übertragene Energie-Daten und/oder Signale über die Gleitkontaktanordnung zu einer mit dem Innengestänge gekoppelten Einheit des Bohrkopfs übertragen werden, in dem dann vorzugsweise der Sensor und/oder die Sonde angeordnet sind.
- Die Gleitkontaktanordnung hat vorzugsweise einen einstückigen Grundkörper mit mindestens einem Schleifring. Im Unterschied zu Schleifringen mit einem aus mehreren Segmenten zusammengesetzten Grundkörper hat dies den Vorteil, dass der Grundkörper mit dem Schleifring sowohl einfacher herzustellen als auch mechanisch robuster sowie weniger störanfällig ist.
- Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Gleitkontaktanordnung neben dem einstückigen Grundkörper mit dem Schleifring eine Kontaktbürste umfasst und dass der Grundkörper mit dem Schleifring zusammen mit der Kontaktbürste als Baueinheit gemeinsam aus dem Bohrkopf entnommen und in den Bohrkopf eingesetzt werden kann.
- Vorzugsweise ist die erste Einheit eine Baugruppe des Bohrkopfs, die mit Hilfe des Innengestänges um die Drehachse antreibbar ist. Die zweite Einheit ist vorzugsweise eine Baugruppe des Bohrkopfs, die mit Hilfe des Außengestänges um die Drehachse antreibbar ist. Die Drehachse ist vorzugsweise die Längsachse und/oder Mittelachse des Bohrkopfs. Die erste Einheit ist vorzugsweise in zumindest einer Drehrichtung drehfest mit dem Innengestänge verbindbar. Die zweite Einheit ist vorzugsweise zumindest in einer Drehrichtung drehfest mit dem Außengestänge verbindbar. Die Drehrichtung und/oder Drehzahl von Innengestänge und Außengestänge können dabei verschieden sein, wobei eine an der Erdoberfläche angeordnete Antriebseinheit zum Antrieb des Doppelrohrgestänges eine erste Bohrgestängeaufnahme zur Aufnahme eines Endes der Innengestänges und eine zweite Aufnahmeeinheit zur Aufnahme des Endes des Außengestänges hat, wobei beide Aufnahmeeinheiten mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder in unterschiedliche Drehrichtungen antreibbar sind.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Gleitkontaktanordnung lösbar und wieder verbindbar mit der ersten und/oder zweiten Einheit verbunden. Eine solche lösbare und wieder verbindbare Verbindung kann beispielsweise über eine Klemmverbindung, über eine Rastverbindung und/oder über eine Schraubverbindung erfolgen. Dadurch kann die Gleitkontaktanordnung einfach aus dem Bohrkopf entnommen werden, wenn diese für eine Bohrung nicht benötigt wird und wieder in den Bohrkopf integriert werden, wenn eine Energie-Daten- und/oder Signalübertragung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit erforderlich ist. Somit kann die Gleitkontaktanordnung insbesondere dann aus dem Bohrkopf entnommen werden, wenn in dem Bohrkopf eine batteriebetriebene Sonde eingesetzt wird, die mit Hilfe eines bekannten Ortungsgerätes geortet wird. Bei Bohrungen, bei denen eine kabelgebundene Energieversorgung und/oder Daten-und/oder Signalübertragung sinnvoll und/oder erforderlich ist, wird dann die Gleitkontaktanordnung wieder in den Bohrkopf integriert. Dadurch ist eine einfache ressourcenschonende Verwendung des Bohrkopfs je nach Anforderung möglich.
- Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Gleitkontaktanordnung mindestens ein erstes, vorzugsweise als Schleifring ausgebildetes, mit dem ersten Element drehfest verbundenes Kontaktelement umfasst, und wenn die Gleitkontaktanordnung ein zweites, vorzugsweise als Bürste ausgebildetes, mit dem zweiten Element drehfest verbundenes Kontaktelement umfasst. Hierbei bilden das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement einen Gleitkontakt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Kontaktelement lösbar und wieder verbindbar mit der ersten Einheit verbunden ist und wenn das zweite Kontaktelement lösbar und wieder verbindbar mit der zweiten Einheit verbunden ist. Auch ist es vorteilhaft, mehrere Gleitkontakte vorzusehen, wobei die ersten Kontaktelemente dieser Gleitkontakte durch mehrere auf einem Grundkörper angeordnete Schleifringe und die zweiten Kontaktelemente durch mehrere nebeneinander angeordnete Bürsten gebildet sind. Die Bürsten sind insbesondere mit Hilfe einer Federkraft gegen einen Schleifring gedrückte elektrisch leitende Kontakte. Dadurch ist eine einfache und kompakte Ausbildung der Gleitkontaktanordnung möglich.
- Ferner ist es vorteilhaft, wenn die zweite Einheit eine vorzugsweise abgedichtete Abdeckung hat, durch die zumindest ein Bauteil der Gleitkontaktanordnung bei geöffneter Abdeckung in den Bohrkopf einsetzbar ist und aus diesem entnehmbar ist. Insbesondere ist ein Grundkörper mit mindestens einem Schleifring bei geöffneter Abdeckung aus dem Bohrkopf entnehmbar und in diesem wieder einsetzbar. Dadurch ist eine besonders einfache Handhabung des Bohrkopfs und der Gleitkontaktanordnung möglich. Zum einen ist dadurch eine einfache Wartung der Gleitkontaktanordnung und anderen ein einfaches Entnehmen der Schleifkontaktanordnung möglich, so dass der Bohrkopf auch ohne die Gleitkontaktanordnung betrieben werden kann, ohne dass hierfür ein großer Montageaufwand erforderlich ist.
- Ferner ist es vorteilhaft, wenn die zweite Einheit ein Außengehäuse des Bohrkopfs umfasst und wenn die erste Einheit ein Innengestängeadapter umfasst, mit dem das Innengestänge verbindbar ist. Ein erstes Kontaktelement der Gleitkontaktanordnung ist mit der zweiten Einheit drehfest verbunden. Mindestens ein zweites Kontaktelement der Gleitkontaktanordnung ist mit dem Innengestängeadapter, vorzugsweise drehfest, lösbar und wieder verbindbar, verbunden. Dadurch ist eine einfache Integration der Gleitkontaktanordnung in den Bohrkopf möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gleitkontaktanordnung mindestens zwei Gleitkontakte zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit umfasst und wenn die zwei Gleitkontakte jeweils ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement umfassen, wenn die beiden ersten Kontaktelemente eine erste Kontaktanordnung bilden und die beiden zweiten Kontaktelemente eine zweite Kontaktanordnung bilden und wenn die erste Kontaktanordnung lösbar und wieder verbindbar mit der ersten Einheit und/oder die zweite Kontaktanordnung lösbar und wieder verbindbar mit der zweiten Einheit verbunden ist. Dadurch können Energie, Daten und/oder Signale einfach über eine Zweidrahtleitung von der Steuereinheit bis zur Sensoreinheit und/oder Sonde im Bohrkopf übertragen werden. Die Übertragung von elektrischer Energie, Signalen und/oder Daten über mindestens zwei elektrische Kontakte bietet gegenüber der Verwendung nur eines Gleitkontakts den Vorteil einer sicheren Übertragung, da andernfalls das Innen-/oder Außengestänge als elektrischer Leiter zusätzlich genutzt werden müsste.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein elektrisches Gerät in einer abgedichteten verschließbaren Öffnung der zweiten Einheit angeordnet ist und wenn das elektrische Gerät über ein Kabel mit dem zweiten Kontaktelement bzw. mit der zweiten Kontaktanordnung elektrisch verbunden ist. Durch diese Öffnung wird insbesondere eine Sondenkammer oder Sensorkammer gebildet. Vorzugsweise ist diese Kammer zusätzlich zur Gleitkontaktanordnung hin abgedichtet. Das Kabel kann hierbei mit Hilfe bekannter Kabelverschraubungen abgedichtet sein. Die Öffnung ist vorzugsweise mit Hilfe einer Abdeckung verschließbar, die im Falle einer Sonde aus einem nicht oder nur gering abschirmenden Material hergestellt ist oder einen Schlitz aufweist, der mit einem solchen Material verschlossen ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Sondensignal aus dem Bohrkopf nach außen dringen kann, so dass es mit entsprechenden Ortungsgeräten an der Erdoberfläche ortbar ist.
- Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das elektrische Gerät einen Sender zur Ortung mit Hilfe eines an der Erdoberfläche angeordneten Ortungsgerätes, einen Sensor zum Ermitteln der Position des Bohrkopfs, einen Sensor zum Ermitteln der Neigung und/oder einen Sensor zum Ermitteln der Drehposition des Bohrkopfs umfasst. Hierdurch können für die Bohrung notwendige oder hilfreiche Informationen ermittelt werden, mit deren Hilfe die Bohrung entlang des gewünschten Verlaufs möglich ist.
- Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Bohrkopf mindestens eine Dichtung umfasst und wenn die erste Einheit einen Innengestängeadapter umfasst, wobei die Dichtung den am gestängeseitigen Ende des Innengestängeadapters vorhandenen Schmutz und/oder die am gestängeseitigen Ende des Innengestängeadapters vorhandene Flüssigkeit von der Gleitkontaktanordnung fernhält. Dadurch ist ein sicherer Schutz der Gleitkontaktanordnung möglich, so dass die Funktion der Gleitkontaktanordnung nicht durch Schmutz und/oder Feuchtigkeit beeinträchtigt wird.
- Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein erstes Ende eines Kabels mit mindestens einem ersten Kontaktelement der Gleitkontaktanordnung elektrisch verbunden ist und wenn das Kabel durch einen Abschnitt der ersten Einheit hindurchgeführt ist. Dadurch kann einfach ein von der Erdoberfläche durch das Gestänge zum Bohrkopf geführte Kabel bis zur Gleitkontaktanordnung geführt werden, so dass eine sichere Energie, Signal und/oder Datenübertragung über die Gleitkontaktanordnung möglich ist. Das Kabel ist vorzugsweise entlang der Drehachse der ersten Einheit, vorzugsweise im Inneren des Innengestängeadapters, geführt.
- Ferner können das erste Kontaktelement und/oder die erste Kontaktanordnung mit einem durch das Innengestänge geführten Kabel elektrisch verbindbar sein.
- Die erste Einheit umfasst vorzugsweise eine mit dem Innengestänge koppelbare Rollenmeißelanordnung und/oder einen mit dem Innengestänge und dem Außengestänge koppelbaren Imlochhammer. Die Luft zum Antrieb des Imlochhammers wird vorzugsweise durch die Rohrabschnitte des Innengestänges von der Erdoberfläche bis zum Imlochhammer geführt. Hierdurch kann mit Hilfe des Bohrkopfs Erdreich, insbesondere Fels, abgebaut werden, so dass eine Bohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung einfach möglich ist.
- Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine am bohrkopfseitigen Ende des Doppelrohrgestänges aus diesem austretende Bohrflüssigkeit durch den Bohrkopf zu dem dem gestängeseitigen Ende des Bohrkopfs gegenüber liegenden vorderen Ende geleitet wird und dort aus dem Bohrkopf austritt. Dadurch kann abgebautes Erdreich mit Hilfe der Spülflüssigkeit durch das bereits erzeugte Bohrloch transportiert und ausgetragen werden. Somit dient diese Bohrflüssigkeit auch als Spülflüssigkeit. Zusätzlich kann durch die Verwendung einer geeigneten Bohrflüssigkeit eine Stabilisierung des Bohrkanals erfolgen. Vorzugsweise wird eine Bentonitbohrflüssigkeit eingesetzt.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung angibt. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Seitenansicht eines Bohrkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform;
- Fig. 2
- eine Schnittdarstellung des Bohrkopfs nach
Figur 1 ; - Fig. 3
- eine perspektivische Seitenansicht einer Gleitkontaktanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- Fig. 4
- eine Schnittdarstellung der Gleitkontaktanordnung nach
Figur 3 ; - Fig. 5
- eine perspektivische Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Bohrkopfs nach den
Figuren 1 und2 mit der in den Bohrkopf eingesetzten Gleitkontaktanordnung nach denFiguren 3 und4 ; - Fig. 6
- eine perspektivische Schnittdarstellung des hinteren Ende des Bohrkopfs nach den
Figuren 1 und2 ; - Fig. 7
- eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Bohrkopfs nach den
Figuren 1 und2 ; - Fig. 8
- eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausschnitts des Bohrkopfs nach den
Figuren 1 und2 ; - Fig. 9
- eine perspektivische Seitenansicht eines Bohrkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- Fig. 10
- eine weitere perspektivische Seitenansicht des Bohrkopfs nach
Figur 9 ; und - Fig. 11
- eine Schnittdarstellung einer Gleitkontaktanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
-
Fig.1 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Felsbohrkopfs 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Felsbohrkopf 10 hat an seinem vorderen Ende eine Rollenmeißelanordnung 12, die auch als Tricone bezeichnet wird, und an seinem hinteren Ende 14 eine erste Schnittstelle 16 zum Verbinden des Felsbohrkopfs 10 mit dem Innengestänge eines Doppelrohrgestänges und eine zweite Schnittstelle 18 zum Verbinden des Felsbohrkopfs 10 mit dem Außengestänge des Doppelrohrgestänges. Die erste Schnittstelle 16 und die zweite Schnittstelle 18 haben jeweils ein konisches Innengewinde, in die ein am Ende des Innengestänges und ein am Ende des Außengestänges jeweils vorhandenes konisches Außengewinde einschraubbar ist. Bei anderen Ausführungsformen können die Schnittstellen 16, 18 und die Außengewinde des Innengestänges und des Außengestänges nicht konische, d.h. zylindrische, Gewinde oder andere Verbindungselemente haben. - Die Rollenmeißelanordnung 12 umfasst drei Rollenmeißel 12a bis 12c, die bei einer Drehung des mit dem Felsbohrkopfs 10 verbundenen Innengestänge um eine Drehachse 20 an dem in Vortriebsrichtung P1 vor dem Felsbohrkopf 10 vorhandenen Erdreich abrollt und dabei Erdteilchen, sogenannte Cuttings, vom Erdreich löst. Das Erdreich kann insbesondere Felsgestein sein, wobei die Rollenmeißel dann Felsteilchen bei einer Drehung um die Drehachse 20 lösen. Der Felsbohrkopf 10 kann in einer richtungsgesteuerten Bohreinrichtung, insbesondere in einer Horizontalbohranlage, die als auch als Horizontal-Direction-Drilling-Vorrichtung bezeichnet wird, eingesetzt werden. Dabei treibt eine Antriebseinheit das Innengestänge und das Außengestänge des Doppelrohrgestänges mit unterschiedlichen Antriebsköpfen an. Das Innengestänge sowie das Außengestänge sind jeweils aus mehreren Gestängeabschnitten zusammensetzbar, wobei übliche Gestängeabschnitte eine Länge im Bereich von 3 bis 4,5 m haben. Die Gestängeabschnitte des Innengestänges werden üblicherweise miteinander verschraubt. Auch die Gestängeabschnitte des Außengestänges werden miteinander verschraubt, so dass sowohl die Gestängeabschnitte des Innengestänges als auch die Gestängeabschnitte des Außengestänges in mindestens einer Drehrichtung drehfest miteinander verbunden sind. Das Innengestänge treibt die Rollenmeißelanordnung 12 mit einer Drehzahl im Bereich von üblicherweise 30 bis 300 Umdrehungen pro Minute an. Durch das Innere des Innengestänges wird eine Bentonitbohrflüssigkeit gepumpt, die am vorderen Ende aus dem Felsbohrkopf 10 im Bereich der Rollenmeißelanordnung 12 austritt und die von der Rollenmeißelanordnung 12 abgebauten Erdteilchen durch den Bohrkanal nach hinten aus dem Bohrkanal heraustransportiert. Gleichzeitig stabilisiert die Bentonitbohrflüssigkeit den Bohrkanal. Der Felsbohrkopf 10 hat ein Außengehäuse 22 und ein Innenrohradapter 24, an dessen gestängeseitigem Ende die erste Schnittstelle 16 vorgesehen ist. Der Innenrohradapter 24 ist über ein in
Figur 1 nicht sichtbares Innenrohr mit der Rollenmeißelanordnung 12 drehfest verbunden, so dass der Innenrohradapter 24 und das Innenrohr die Drehbewegung des Innengestänges zur Rollenmeißelanordnung 12 übertragen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Felsbohrkopf 10 auch eine Getriebestufe mit einer Übersetzung oder einer Untersetzung haben, so dass die Drehzahl des Innengestänges und die Drehzahl der Rollenmeißelanordnung 12 unterschiedlich sein können. - Das Außengehäuse 22 hat eine als Flanschplatte 26 ausgebildete Abdeckung, die eine im Außengehäuse 22 vorgesehene Sondenkammer 42 wasserdicht abdeckt. Die Flanschplatte 26 hat ein Fenster 28 aus einem sondensignaldurchlässigen Material, so dass ein Sondensignal durch das Fenster 28 hindurchtreten kann. Dadurch ist es möglich, das von der Sonde erzeugte Sondensignal mit Hilfe eines bekannten Ortungsgerätes von der Erdoberfläche aus zu orten. Das Außengehäuse 22 weist einen Knick von 2° an einer Knickstelle 30 auf, so dass der Winkel der Mittelachse des Bereichs des Außengehäuses 22 vor der Knickstelle 30 gegenüber der Mittelachse des Bereichs des Außengehäuses 22 nach der Knickstelle 30 einen Winkel von 178° aufspannt. Bei anderen Ausführungsformen kann die Knickstelle 30 auch einen Winkel im Bereich von 1° bis 10°, insbesondere 2° bis 5°, haben. Alternativ zu der Knickstelle 30 kann das Außengehäuse 22 auch eine entsprechende Biegung aufweisen, durch die die Rollenmeißelanordnung 12 die gleiche relative Lage zur ersten und zweiten Schnittstelle 16, 18 des Felsbohrkopfs 10 hat.
- Durch die Knickstelle 30 bzw. durch eine entsprechende Biegung des Außengehäuses 22 des Felsbohrkopfs 10 ist eine gesteuerte Bohrung möglich. Je nach Winkelstellung des Außengehäuses 22 ist der vordere Teil des Felsbohrkopfs 10 gegenüber dem hinteren Teil des Felsbohrkopfs 10 um 2° nach unten, um 2° nach rechts, um 2° nach links oder um 2° nach oben oder in einer entsprechenden Zwischenstellung zwischen diesen Lagen geneigt, so dass der Bohrkopf 10 ohne eine Drehung des Außengehäuses 22 eine Bohrung mit einem entsprechend gekrümmten Verlauf erzeugt. Um eine gerade Bohrung zu erzeugen, muss das Außengehäuse 22 des Felsbohrkopfs 10 kontinuierlich mit einer Umdrehung im Bereich von 30 bis 60 U/min gedreht werden. Hierzu ist das Außengehäuse 22 am hinteren Ende 14 über die zweite Schnittstelle 18 mit dem Außengestänge des Doppelrohrgestänges verbunden. Die zweite Schnittstelle 18 hat vorzugsweise ein Innengewinde, in das ein Außengewinde des Außengestänges hineingeschraubt ist. Dadurch kann das Außengestänge das Außengehäuse 22 des Felsbohrkopfs 10 zumindest in eine Drehrichtung drehen. Soll die mit Hilfe des Felsbohrkopfs 10 hergestellte Bohrung einen gekrümmten Verlauf haben, so wird die Drehung des Außengehäuses 22 abhängig von der gewünschten Richtung der Biegung in einer dafür erforderlichen Winkelstellung gestoppt und nur noch das Innengestänge zum Vortrieb des Felsbohrkopfs 10 angetrieben. Zusätzlich wird der Felsbohrkopf 10 über das Gestänge mit Hilfe einer Antriebseinheit weiter in das Erdreich hineingedrückt. Erzeugt der Felsbohrkopf 10 eine Krümmung, d.h. fährt der Felsbohrkopf 10 eine Kurve, so stützt er sich mit einer vorderen Stützplatte 32 und seiner hinteren Stützplatte 34 am Bohrkanal ab. Die an einem hinteren konischen Abschnitt 36 des Außengehäuses 22 angeordneten Hartmetallstifte 38 dienen dazu, den Felsbohrkopf 10 erforderlichenfalls rückwärts aus einem Bohrkanal drehend herausziehen zu können.
- Der Felsbohrkopf 10 hat neben der durch die Flanschplatte 26 verschließbare Sondenkammer 42 eine mit Hilfe einer Flanschplatte 40 wasserdicht verschließbare Schleifringkammer 52, in der eine Gleitkontaktanordnung bei Bedarf anordenbar ist, wie später noch ausführlich erläutert wird.
-
Fig.2 zeigt eine Schnittdarstellung des Felsbohrkopfs 10 nachFig.1 . In dieser Darstellung ist die mit Hilfe der Flanschplatte 26 abgedeckte Sondenkammer 42 gut sichtbar. In der Sondenkammer 42 ist eine Sensoreinheit 44 angeordnet. Zwischen dem in Vortriebsrichtung P1 gesehenen vorderen Ende der Sensoreinheit 44 und dem Außengehäuse 22 ist ein erstes Dämpfungselement 46 und zwischen dem in Vortriebsrichtung P1 gesehenen hinteren Ende der Sensoreinheit 44 und dem Außengehäuse 22 ist in der Sondenkammer 42 ein zweites Dämpfungselement 48 vorgesehen. Die Dämpfungselemente 46, 48 schützen die elektronische Sensoreinheit 44 vor Stößen und Schlägen, die insbesondere durch den Bohrvorgang auftreten. Die Sensoreinheit 44 wird bei geöffneter Flanschplatte 26 von der Seite in die Sondenkammer 42 eingelegt. Durch den in der Flanschplatte 26 vorgesehenen Schlitz 28 kann ein von der Sensoreinheit 44 ausgesendetes Positionssignal nach außen, vorzugsweise bis an die Erdoberfläche oberhalb des Felsbohrkopfs 10 dringen. Die hierfür erforderliche Energie sowie erforderliche Daten und/oder Signale können über ein Kabel 50 von der Erdoberfläche durch das Doppelrohrgestänge hindurch bis zum Felsbohrkopf 10 übertragen werden. Das Kabel 50 ist im Innengestänge des Doppelrohrgestänges bis zum Bohrkopf 10 geführt. Die Sondenkammer 42 befindet sich jedoch im Außengehäuse 22 des Felsbohrkopfs 10. Der Bohrkopf 10 hat eine im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei an einem drehfest mit einem Innenrohradapter 24 verbundenen Grundkörper 54 umlaufend ausgebildete Schleifringe 56, 58 und im Außengehäuse 22 zu den Schleifringen 56, 58 komplementären Bürstenanordnung zum Außengehäuse 22 übertragen, wobei ein weiteres Kabel zum Verbinden der Bürstenanordnung und der Sensoreinheit 44 vorgesehen ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die aus den Schleifringen 56, 58 und den komplementären Bürstenanordnungen bestehende Gleitkontaktanordnung 60 auch nur einen Schleifring und eine komplementäre Bürstenanordnung oder mehr als zwei Schleifringe und zwei komplementäre Bürstenanordnungen umfassen, insbesondere vier Schleifringe und vier komplementäre Bürstenanordnungen. Bei vier Schleifringen und vier komplementären Bürstenanordnungen können zwei Schleifringe und zwei komplementäre Bürstenanordnungen zur Übertragung der für die Spannungsversorgung der Sensoreinheit 44 erforderlichen Energie genutzt werden und zwei Leitungen zur Daten- und/oder Signalübertragung zwischen einer an der Erdoberfläche angeordneten Steuereinheit und der Sensoreinheit 44. Wird die Sensoreinheit 44 jedoch nur zum Aussenden von von der Erdoberfläche ortbaren Positionssignalen genutzt, kann die Energieversorgung der Sonde über das Kabel 50 und die Gleitkontaktanordnung 60 erfolgen. Hierdurch ist es nicht erforderlich, Batterien oder Akkumulatoren mit im Felsbohrkopf 10 anzuordnen, so dass insbesondere die Sondenkammer 42 entsprechend kleiner ausgeführt werden kann. - Zusätzlich oder alternativ kann die Sensoreinheit 44 die Position des Felsbohrkopfs 10 ermitteln und die ermittelte Position als Signal oder Daten die über die Gleitkontaktanordnung 60 und das Kabel 50 zu einer Steuereinheit an der Erdoberfläche übertragen. Zusätzlich oder alternativ kann die Sensoreinheit 44 die Neigung des Felsbohrkopfs 10 und/oder die Winkelposition des Außengehäuses 22 des Felsbohrkopfs 10 ermitteln und über die Gleitkontaktanordnung 60 und das Kabel 50 zur Steuereinheit an die Erdoberfläche übertragen.
- Alternativ zu der Sensoreinheit 44 kann dann, wenn bei einer vorgesehenen Bohrung der Bohrkopf herkömmlich mit einem Ortungsgerät von der Erdoberfläche ortbar ist, in die Sondenkammer 42 eine batteriebetriebene ortbare Sonde eingebracht werden. In diesem Fall kann bei demontiertem Innenrohradapter 24 der Grundkörper mit den Schleifringen 56, 58 bei geöffneter Flanschplatte 40 aus der Schleifringkammer 52 entnommen werden. Alternativ oder zusätzlich wird auch die Bürstenanordnung aus dem Felsbohrkopf 10 entnommen. Hierdurch kann der Felsbohrkopf 10 wie ein herkömmlicher Felsbohrkopf ohne Gleitkontaktanordnung 60 genutzt werden und bei Bohrungen, die Energie-, Daten-und oder Signalübertragung zu und/oder von der Sensoreinheit 44 über das Kabel 50 erfordern, wieder in den Felsbohrkopf 10 eingesetzt werden. Hierdurch wird ein Verschleiß der Gleitkontaktanordnung 60 vermieden, wenn diese für eine Bohrung nicht erforderlich ist. Auch kann dann das Kabel 50 vollständig aus dem Innenrohradapter 24 entfernt werden, so dass das Kabel 50 weder beschädigt noch die Montage des Innenrohrgestänges mit dem Innenrohradapter 24 behindert wird. Die Kabeldurchführung des Kabels 50 in die Schleifringkammer 52 hinein ist über eine geeignete Kabelverschraubung abgedichtet. Beim Entfernen des Kabels 50 ist die Kabeldurchführung durch eine entsprechende Blindverschraubung bzw. einen entsprechenden Verschlussstopfen abgedichtet, so dass die Schleifringkammer 52 auch dann ohne Kabel 50 abgedichtet ist und insbesondere keine Bohrflüssigkeit in die Schleifringkammer 52 eindringen kann.
- Sensoreinheiten 44, die über ein Kabel 50 mit einer Steuereinheit an der Erdoberfläche verbunden sind, werden auch als Kabelsonden bezeichnet. Eine Kabelsonde ermöglicht somit extreme Bohrungen mit großen Ortungstiefen und unter Oberflächen, die ein Mitführen eines Ortungsgerätes an der Erdoberfläche senkrecht oberhalb des Bohrkopfes 10 nicht zulassen. Beispielsweise ist bei Bohrungen unter Flüssen oder Seen das Mitführen von Ortungsgeräten an der Erdoberfläche nicht ohne weiteres möglich. Auch sind Bohrungen in Tiefen möglich, in denen eine Übertragung von batteriebetriebenen Sonden zu Ortungsgeräten an der Erdoberfläche nicht möglich ist. Sowohl durch eine höhere Sendeleistung in Folge einer Spannungsversorgung über das Kabel 50 als auch durch das aktive Ermitteln der Position des Felsbohrkopfs 10 mit Hilfe der Sensoreinheit 44 und Übertragen einer Positionsinformation über das Kabel 50 zur Erdoberfläche sind Bohrungen in großen Tiefen möglich. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass es günstiger ist, das Kabel 50 im Inneren des Innengestänges zu führen, anstatt zwischen dem Innengestänge und dem Außengestänge, da es dort aufgrund der unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Drehrichtungen leicht beschädigt werden kann. Stattdessen wird das Kabel 50 im Inneren des Innengestänges bis in den Bohrkopf 10 hineingeführt, wobei die Energie, Daten und/oder Signale vom Kabel 50 über eine Gleitkontaktanordnung 60 zum Außengehäuse 22 des Felsbohrkopfs 10 übertragen werden, in dem die Sensoreinheit 44 angeordnet ist.
- In
Fig.3 ist die Gleitkontaktanordnung 60 im ausgebauten Zustand dargestellt, wobei sowohl der Grundkörper 54 als auch die Bürstenanordnung 62 dargestellt sind.Fig.4 zeigt einen Schnitt durch die Gleitkontaktanordnung 60. Die Bürstenanordnung 62 ist über eine Lasche 64 und eine durch eine Öffnung der Lasche 64 führbare Schraube mit dem Außengehäuse 22 des Felsbohrkopfs 10 verbunden. Die Bürstenanordnung 62 ist über die Lasche 64 drehfest mit der Sondenkammer 52 und somit mit dem Außengehäuse 22 verbunden. Ferner ist die Bürstenanordnung 62 über ein Kabel 66 mit der Sensoreinheit 44 verbunden. Der Grundkörper 54 mit den Schleifringen 56, 58 ist durch mehrere Gewindestifte 68 auf dem Außensechskant des Innengestängeadapters 24 gesichert. Die Gleitkontaktanordnung 60 dient, wie bereits erläutert, zur elektrischen Übertragung von Energie, Daten und/oder Signalen vom Außengehäuse 22 zum Innengestänge. In gleicher Weise wie das Kabel 50 ist das Kabel 66 mit Hilfe einer Kabelverschraubung in einem inFig.5 dargestellten Abdichtbereich 70 wasserdicht abgedichtet. Der Ein- und Ausbau der Gleitkontaktanordnung 60 aus dem Felsbohrkopf 10 erfolgt durch das Entfernen der Flanschplatte 40 und das Lösen der Gewindestifte 68. Ferner wird der Gewindegestängeadapter 24 gelöst und nach hinten aus dem Bohrkopf 10 herausgezogen. Ferner werden die zur Abdichtung vorgesehenen Kabelverschraubungen an den Kabeln 50, 66 gelöst. Anschließend kann die Gleitkontaktanordnung 60 mit den Kabeln 66, 50 aus der Schleifringkammer 52 herausgenommen werden. Das Kabel 50 ist aus mehreren Kabelabschnitten zusammengesetzt, die vorzugsweise der Länge der Gestängeabschnitte des Doppelrohrgestänges entsprechen. Die Kabelenden der Kabelabschnitte sind auf geeignete Art und Weise elektrisch verbunden und sowohl elektrisch isoliert als auch gegenüber der zusätzlich durch das Innengestänge geförderten Bohrflüssigkeit abgedichtet. Nach Lösen des Kabels 66 von der Sensoreinheit 44 kann die Gleitkontaktanordnung 60 zusammen mit den Kabelstücken 50, 66 vollständig aus der Schleifringkammer 52 und dem Bohrkopf 10 entfernt werden. Anschließend kann, wie bereits erläutert, der Bohrkopf 10 mit herkömmlichen batteriebetriebenen Sondenanordnungen genutzt werden. -
Fig.5 ist eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Felsbohrkopfs 10. Die Abdichtung des durch den Innengewindeadapter 24 geführten Kabels 50 zur Schleifringkammer 52 hin erfolgt in den Bereichen 72 und 74. -
Fig.6 zeigt einen Ausschnitt eines hinteren Endes des Felsbohrkopfs 10 und die inFig.7 dargestellte Detailansicht zeigt eine Steckverbindung zwischen dem Innenrohradapter 24 und einem Innenrohr 76 des Bohrkopfs 10, das die Drehbewegung des Innenrohradapters 24 zur Rollenmeißelanordnung 12 überträgt. Der Innengewindeadapter 24 ist über zwei Lager 78, 80 im Außengehäuse 22 gelagert. Dabei handelt es sich typischerweise um Kegelrollenlager. Beide Lager übernehmen Radialkräfte, Lager 80 zusätzlich Schubkräfte in Vorschubrichtung P1, Lager 78 zusätzlich Zugkräfte entgegen der Vorschubrichtung P1. Über eine über die Schleifringkammer 52 zugängliche Mutter 82, die auf ein Außengewinde des Innengestängeadapters 24 geschraubt ist, wird der Innengestängeadapter 24 in dieser Position gehalten. Um den Grundkörper 54 der Gleitkontaktanordnung 60 vom Innenrohradapter 24 zu lösen, muss nach dem Entfernen der Flanschplatte 40 ein Maulschlüssel in die Schleifringkammer 52 gesteckt werden, durch den die Mutter in ihrer Lage gehalten wird. Anschließend wird der Innengestängeadapter 24 gedreht, so dass der Innengestängeadapter 24 aus der Mutter herausgedreht und von dieser gelöst wird. Anschließend kann der Innengestängeadapter 24 nach hinten aus dem Bohrkopf 10 herausgezogen werden. In der Nähe seines vorderen Endes hat der Innengestängeadapter 24 einen Außensechskant 84 und eine umlaufende Nut 86, in die eine nicht dargestellte Dichtung, vorzugsweise ein O-Ring, eingebracht ist. Das Außensechskant 84 hat ein großes Seitenspiel zu einer mit dem Innenrohr 76 verbundenen Innensechskantmuffe 88, die wiederum relativ großes Spiel zu einem Außensechskant des Innenrohrs 76 hat. Diese Verbindung erlaubt eine Übertragung des Drehmoments bei gleichzeitigem Fluchtungsausgleich. -
Fig.7 zeigt einen Ausschnitt der inFig.6 dargestellten Elemente zum Fluchtungsausgleich an der Schnittstelle zwischen dem Innenrohradapter 24 und dem Innenrohr 76. Wie dort zu erkennen ist, hat das vordere Ende des Innengestängeadapters 24 eine umlaufende Nut 86, in die eine nicht dargestellte Dichtung, vorzugsweise ein O-Ring, zur Abdichtung zwischen dem Innengestängeadapter 24 und dem Innenrohr 76 eingebracht ist. Die Bohrflüssigkeit wird vom Innengestänge durch den Innengestängeadapter 24 hindurch in das Innere des Innenrohrs 76 geleitet und durch diese hindurch zur Rollenmeißelanordnung 12. -
Fig.8 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts des Bohrkopfs 10 am Übergang von dem Innenrohr 76 zur so genannten Rollenmeißelaufnahme 94. Diese Verbindung erfolgt mit einem Fluchtungsausgleich. Das Innenrohr 76 hat am vorderen Ende einen Außensechskant 92, der mit seitlichem Spiel in einen komplementären Innensechskantabschnitt der Rollenmeißelaufnahme 94 ragt. Am vorderen Ende vor dem Innensechskant hat das Innenrohr 76 eine umlaufende Nut 90, in die zur Abdichtung zwischen dem Innenrohr 76 und der Rollenmeißelaufnahme 94 eine Dichtung, vorzugsweise ein O-Ring, eingebracht ist. Ferner sind mehrere in Vortriebsrichtung P1 hintereinander angeordnete Lager 96a bis 96f angeordnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Kugellager ausgebildet sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch andere geeignete Lager vorgesehen sein. Die Lager 96a bis 96f führen und halten die Rollenmeißelaufnahme 94. - In
Fig.9 undFig.10 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Bohrkopfes 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Der Bohrkopf 100 unterscheidet sich von dem Felsbohrkopf 10 nach denFig.1 bis 8 lediglich dadurch, dass anstatt der Rollenmeißelanordnung 12 ein Imlochhammer 102 vorgesehen ist. Dieser Imlochhammer 102 wird mit Hilfe von durch das Innengestänge geleiteter Druckluft angetrieben, durch die der Schlagkolben des Imlochhammers 102 mit bis zu 2.500 Schlägen pro Minute angetrieben wird. Der Schlagkolben des Imlochhammers 102 schlägt direkt auf das Bohrwerkzeug 104, dessen Hartmetallstifte das Erdreich, insbesondere Fels, abbauen. Die Abluft des Imlochhammers 102 bläst die abgebauten Erdteilchen nach hinten durch den Bohrkanal. Hierbei kann das Innengestänge nicht angetrieben werden oder alternativ in gleicher Weise wie beim Felsbohrkopf 10 angegeben gedreht werden. Das gesteuerte Bohren mit Hilfe des Bohrkopfs 100 erfolgt in gleicher Weise wie in Verbindung mit dem Bohrkopf 10 beschrieben, da aufgrund der Knickstelle 30 der Bohrkopf 100 eine gebogene Bohrung erzeugt und nur durch eine Drehung des Außengehäuses 22 eine gerade Bohrung ermöglicht wird. - In
Fig.11 ist eine Schnittdarstellung einer Gleitkontaktanordnung 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Am Grundkörper 112 der Gleitkontaktanordnung 110 sind die Schleifringe nicht am Umfang des Grundkörpers 112 sondern an einem stirnseitigen Abschnitt 114 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind an dem Stirnflächenabschnitt 114 zwei Schleifringkontakte 116, 118 vorgesehen, wobei die in einem Stator 120 der Gleitkontaktanordnung 110 komplementäre Bürstenanordnung zum Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen den Schleifringkontakten 116, 118 und dem Stator 120 vorgesehen ist. Die Gleitkontaktanordnung 110 kann alternativ zu der Gleitkontaktanordnung 60 in den Bohrköpfen 10, 100 eingesetzt werden. - Die Gleitkontaktanordnungen 60, 110 haben vorzugsweise einen Grundkörper 54, 112 mit mindestens einem Schleifring 56, 68, 116, 118. Der Grundkörper 54, 112 mit dem Schleifring 56, 68, 116, 118 bildet zusammen mit mindestens einer komplementären Bürstenanordnung 62 eine Baueinheit, die vorzugsweise gemeinsam aus dem Bohrkopf entnommen und in diesen eingesetzt werden kann.
- Alternativ zu den im Bohrkopf 10, 100 anordenbaren Gleitkontaktanordnungen 60, 110 kann die Gleitkontaktanordnung auch als Adapter ausgebildet sein, der zwischen einem konventionellen Bohrkopf und dem Doppelgestänge angeordnet ist.
-
- 10
- Bohrkopf
- 12
- Rollenmeißelanordnung
- 12a, 12b, 12c
- Rollenmeißel
- 14
- hinteres Ende
- 16
- erste Schnittstelle
- 18
- zweite Schnittstelle
- 20
- Drehachse
- 22
- Außengehäuse
- 24
- Innenrohradapter
- 26
- Flanschplatte
- 28
- Öffnung
- 30
- Knickstelle
- 32
- vordere Stützplatte
- 34
- hintere Stützplatte
- 36
- konischer Abschnitt
- 38
- Hartmetallstifte
- 40
- Flanschplatte
- 42
- Sondenkammer
- 44
- Sensoreinheit
- 46,48
- Dämpfungselement
- 50
- Kabel
- 52
- Schleifringkammer
- 54
- Grundkörper
- 56,68
- Schleifringe
- 60
- Gleitkontaktanordnung
- 62
- Stator mit Bürstenanordnung
- 64
- Lasche
- 66
- Kabel
- 68a, 68b
- Gewindestifte
- 70, 72, 74
- Abdichtbereich
- 76
- Innenrohr
- 78,80
- Lager
- 82
- Mutter
- 84
- Sechskant
- 86, 90
- umlaufende Nut
- 88
- Innensechskantmuffe
- 92
- Außensechskant
- 94
- Rollenmeißelaufnahme
- 96a bis 96f
- Lager
- 100
- Bohrkopf
- 102
- Imlochhammer
- 104
- Bohrwerkzeug
- 110
- Gleitkontaktanordnung
- 112
- Grundkörper
- 114
- stirnseitiger Abschnitt
- 116, 118
- Schleifringkontakt
- 120
- Stator
Claims (15)
- Bohrkopf zum Herstellen einer Bohrung im Erdreich,
mit einer ersten mit einem Innengestänge eines Doppelrohrgestänges koppelbaren Einheit (24,76),
mit einer zweiten mit einem Außengestänge des Doppelrohrgestänges koppelbaren Einheit (22),
wobei die erste Einheit (24, 76) mit Hilfe des Innengestänges relativ zu der mit Hilfe des Außengestänges antreibbaren zweiten Einheit (22) um eine Drehachse (20) drehbar ist,
mit einer Gleitkontaktanordnung (60, 110) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Einheit (24, 76) und der zweiten Einheit (22),
wobei die Gleitkontaktanordnung (60, 110) lösbar und wieder verbindbar mit der ersten und/oder zweiten Einheit (24, 76, 22) verbunden ist. - Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitkontaktanordnung (60, 110) mindestens ein erstes mit dem ersten Element (24, 76) drehfest verbundenes Kontaktelement (56, 58, 116, 118) umfasst, und
dass die Gleitkontaktanordnung (60, 100) ein zweites mit dem zweiten Element (22) drehfest verbundenes Kontaktelement (62, 118) umfasst, wobei das erste Kontaktelement (56, 58, 116, 118) und das zweite Kontaktelement (62, 118) einen Gleitkontakt bilden. - Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Kontaktelemente (56, 58, 62, 116, 118) als mindestens ein auf einem einstückigen Grundkörper ausgebildeter Schleifring und das jeweils andere Kontaktelement als zu dem Schleifring komplementäre Bürstenanordnung ausgebildet ist, wobei der Grundkörper (44) mit dem Schleifring zusammen mit der Bürstenanordnung eine Baueinheit bildet die mit der ersten und/oder zweiten Einheit lösbar und wiederverbindbar verbunden ist.
- Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit (22) eine vorzugsweise abgedichtete Abdeckung (40) hat, durch die zumindest ein Bauteil der Gleitkontaktanordnung (60, 110) bei geöffneter Abdeckung (40) in den Bohrkopf (10) einsetzbar ist und aus diesem entnehmbar ist.
- Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit ein Außengehäuse (22) des Bohrkopfs (10) umfasst, und
dass die erste Einheit einen Innengestängeadapter (24) umfasst, mit dem das Innengestänge verbindbar ist, wobei mindestens ein erstes Kontaktelement (56, 58, 116, 118) der Gleitkontaktanordnung (60, 110) mit dem Innengestängeadapter (22, 24) drehfest verbunden ist und wobei mindestens ein zweites Kontaktelement (62, 118) der Gleitkontaktanordnung (60, 110) mit der zweiten Einheit (22) drehfest verbunden ist. - Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitkontaktanordnung (60, 110) mindestens zwei Gleitkontakte zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der ersten Einheit (24, 76) und der zweiten Einheit (22) umfasst,
dass die zwei Gleitkontakte jeweils ein erstes Kontaktelement (56, 58, 116, 118) und ein zweites Kontaktelement (62, 118) umfassen,
dass die beiden ersten Kontaktelemente (56, 58, 116, 118) eine erste Kontaktanordnung bilden und wobei die beiden zweiten Kontaktelemente (62, 118) eine zweite Kontaktanordnung (6) bilden, und
dass die erste Kontaktanordnung lösbar mit der ersten Einheit (24, 76) und/oder die zweite Kontaktanordnung lösbar mit der zweiten Einheit (22) verbunden ist. - Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Gerät (44) in einer abgedichteten verschließbaren Öffnung (42) der zweiten Einheit (22) angeordnet ist, und dass das elektrische Gerät (44) über ein Kabel (66) mit dem zweiten Kontaktelement (62) bzw. der zweiten Kontaktanordnung elektrisch verbunden ist.
- Bohrkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (44) einen Sender zur Ortung mit Hilfe eines an der Erdoberfläche angeordneten Ortungsgerätes, einen Sensor zum Ermitteln der Position des Bohrkopfs (10, 100), einen Sensor zum Ermitteln der Neigung und/oder einen Sensor zum Ermitteln der Drehposition des Bohrkopfs (10, 100) umfasst.
- Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Gleitkontaktanordnung (60, 110) ein in der zweiten Einheit (22) angeordnetes elektrisches Gerät (44) mit elektrischer Energie versorgt, Daten und/oder Signale zum elektrischen Gerät (44) übertragen und/oder Daten und/oder Signale vom elektrischen Gerät (44) übertragbar sind.
- Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (10, 100) mindestens eine Dichtung umfasst, und dass die erste Einheit einen Innengestängeadapter (24) umfasst, wobei die Dichtung den am gestängeseitigen Ende (14, 16) des Innengestängeadapters (24) vorhandener Schmutz und/oder die am gestängeseitigen Ende des Innengestängeadapters vorhandene Flüssigkeit von der Gleitkontaktanordnung (60, 110) fernhält.
- Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende eines Kabels (50) mit mindestens einem ersten Kontaktelement der Gleitkontaktanordnung (60, 110) elektrisch verbunden ist, und
dass das Kabel (50) durch einen Abschnitt der ersten Einheit (24) hindurchgeführt ist. - Bohrkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktelement (56, 58, 116, 118) und/oder die erste Kontaktanordnung mit einem durch das Innengestänge (26) geführte Kabel (50) elektrisch verbindbar ist.
- Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einheit eine mit dem Innengestänge koppelbare Rollenmeißelanordnung (12) und/oder einen mit dem Innengestänge koppelbaren Imlochhammer (102) umfasst.
- Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine am bohrkopfseitigen Ende des Doppelrohrgestänges aus diesem austretende Bohrflüssigkeit durch den Bohrkopf (10, 100) zu dem dem gestängeseitigen Ende des Bohrkopfs (10, 100) gegenüberliegenden vorderen Ende geleitet wird und dort aus dem Bohrkopf (10, 100) austritt.
- Vorrichtung zum Herstellen einer Bohrung im Erdreich,
mit einem Bohrkopf (10, 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem Doppelrohrgestänge, und
mit einer Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit das Innengestänge und das Außengestänge des Doppelrohrgestänges mit einer unterschiedlichen Drehzahl und/oder in unterschiedlicher Drehrichtung antreibt.
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