WO2002092955A2

WO2002092955A2 - Erdbohrvorrichtung

Info

Publication number: WO2002092955A2
Application number: PCT/EP2002/005139
Authority: WO
Inventors: Hermann Gehlen
Original assignee: Wirth Maschinen- Und Bohrgeräte Fabrik Gmbh
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2002-11-21
Also published as: DE10123058A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Erdbohrvorrichtung, insbesondere für Pilotbohrungen, mit einem um seine Längsachse mittels eines Gestänges (100) drehbaren, etwa zylindrischen Bohrkopf (200), der zu seiner Richtungssteuerung an seinem vorderen Ende eine zur Zylinderachse geneigte Steuerfläche (37) aufweist, an der mindestens eine Düse (38) zum Austritt einer unter Druck stehenden Bohrflüssigkeit angeordnet ist. Damit sowohl das aufzubringende Drehmoment reduziert ist als auch ein einfaches Verbinden und Lösen des Bohrgestänges möglich ist, umfasst das Gestänge (100) ein starres Aussenrohr (1) und ein innerhalb des Aussenrohres drehbares Innenrohr (2) geringeren Durchmessers zum Antrieb des Bohrkopfes (200), wobei zwischen dem Aussenrohr (1) und dem Innenrohr (2) ein Zwischenraum (3) ausgebildet wird, und das Gestänge (100) aus mehreren Pilotrohren (50, 50') besteht. Somit ist es möglich, das Drehmoment zur Drehung des Bohrkopfes bzw. des Gestänges zu reduzieren, da die Drehung nunmehr über das Innenrohr bewirkt wird und dieses nicht im Kontakt mit dem reibungserhöhenden Erdreich steht.

Description

Erdbohrvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Erdbohrvorrichtung der dem Anspruch 1 entsprechenden Art.

Eine Erdbohrvorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der US 4,953,638 bekannt. Der dort beschriebene Bohrkopf ist an einem Bohrgestänge befestigt, mit dem der Bohrkopf drehend und drückend vorgetrieben werden kann. Der Bohrkopf hat eine im wesentlichen keilförmige Form. An einer der Keilflächen ist eine Bohrklinge befestigt, während an der anderen Keilfläche eine Düse angeordnet ist, deren Strahl- richtung unter einem geringfügigen Winkel gegenüber der Vortriebsrichtung, d.h. der Bohrkopfachse geneigt ist, so daß die Düse annähernd in Vorwärtsrichtung zeigt. Während des Geradeausbohrens muß der Bohrkopf gedreht werden. Für eine Richtungsänderung wird der Bohrkopf in eine Stellung gebracht, in welcher die die Bohrklinge tra- gende Keilfläche nach der der gewünschten Ablenkrichtung entgegengesetzten Seite weist. Anschließend wird der Bohrkopf statisch, d.h. ohne Rotation 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 ausgeschnittene Erd- reich wegzuspülen. Die Bohrflüssigkeit kann gleichzeitig zum Verdrängen des vor der Bohrklinge angeordneten Erdreiches dienen.

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 Erdreichs in Vortriebsrichtung, während andererseits das um den Bohrkopf herum befindliche Erdreich fest bleibt. Der Widerstand wird zwar hierdurch vermindert, jedoch ist die durch die Rotation des Gestänges auf- tretende Reibung immer noch sehr hoch, so daß das erforderliche

Drehmoment sehr hoch sein muß.

Um ein Produktrohr in das Erdreich zu verlegen, wird mit der Bohrvorrichtung zunächst eine Pilotbohrung hergestellt, zum Beispiel mit einer Länge von 70, 80 oder über 100 m. Damit sich die Erdbohrungen über derart lange Strecken herstellen lassen, ist es erforderlich, stets neue Teilstücke des Bohrgestänges anzusetzen, wobei die Teilstücke bzw. Bohrschüsse durch Anschrauben miteinander verbunden werden. Das rückwärtige Ende der Teilstücke des Bohrgestänges ist zu diesem Zweck mit einem Innengewinde und jeweils das vordere Ende mit einem Außengewinde - oder umgekehrt - versehen, so daß ein nachfolgendes Teilstück in das vorhergehende Teilstück eingeschraubt wird. Ebenso wird das erste Teilstück des Bohrgestänges mit seinem Außengewinde in ein entsprechendes Innengewinde am rückwärtigen En- de des Bohrkopfes - oder umgekehrt - eingeschraubt.

Die damit verbundenen Arbeiten sind allerdings außerordentlich problematisch und aufwendig, denn aufgrund der auf das Dreh- Schubgestänge einwirkenden großen Drehmomente wird ein außeror- dentlich starkes Festziehen der Gewindeverbindung bewirkt. Wie sich in der Praxis gezeigt hat, haben sich die Gewinde häufig zu einer mit einfachen Werkzeugen nicht mehr lösenden Einheit verbunden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Erdbohrvorrichtung bereitzustellen, bei der sowohl das aufzubringende Drehmoment reduziert ist als auch ein einfaches Verbinden und Lösen des Bohrge- stänges gegeben ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Dadurch, daß die Erdbohrvorrichtung, insbesondere für Pilotbohrungen, mit einem um seine Längsachse mittels eines Gestänges drehbaren etwa zylindrischen Bohrkopfes versehen ist, der zu seiner Richtungssteuerung an seinem vorderen Ende eine zur Zylinderachse geneigte Steuerfläche aufweist, an der mindestens eine Düse zum Austritt einer unter Druck stehenden Bohrflüssigkeit angeordnet ist, wobei das Gestänge ein starres Außenrohr und ein innerhalb des Außenrohres drehbares Innenrohr geringeren Durchmessers zum Antrieb des Bohrkopfes umfaßt, wobei zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr ein Zwischenraum ausgebildet wird und das Gestänge aus mehreren Pilotroh- ren besteht, ist es möglich, das Drehmoment zur Drehung des Bohrkopfes bzw. des Gestänges zu reduzieren, da die Drehung nunmehr über das Innenrohr bewirkt wird und dieses nicht im Kontakt mit dem reibungserhöhenden Erdreich steht.

Günstigerweise ist das Innenrohr dazu im Außenrohr durch über den

Umfang des Innenrohrs verteilte Gleitlager geführt, die jeweils im Anfangs- bzw. Endbereich der Pilotröhren angeordnet sind, so daß nur die Reibung dieser Lager zu überwinden ist.

Ein zusätzlicher positiver Effekt der erfindungsgemäßen Erdbohrvor- richtung besteht darin, daß sich bei diesem System im Vergleich zu herkömmlichen Einrohrpilotgestängen kein Material durch Drehbewe- gung unter dem Außenrohr setzen kann, da sich hierbei das Außenrohr nicht dreht. Der Pilotrohrstrang biegt sich nämlich bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nicht nach oben durch.

Vorteilhafterweise ist der Zwischenraum mit der mindestens einen Düse verbunden, so daß der Zwischenraum zwischen den Rohren als Übertragungskanal für eine mögliche Bohrflüssigkeit eingesetzt werden kann. Mit dieser kann beispielsweise eine Schmierung des Pilotgestänges, insbesondere zwischen Innen- und Außenrohr durchgeführt wer- den.

Vorteilhafterweise sind dazu die Gleitlager mit Durchlaßbohrungen und diese wiederum mit Rückschlagsdichtungen versehen. Die Durchlaßbohrungen lassen somit Bohrflüssigkeit von einem Pilotrohr in das nächste fließen und die Rückschlagdichtung sorgt dafür, daß beim

Verlängern des Pilotrohrstranges der komplette Zwischenraum bzw. Ringspalt nicht ausläuft.

Günstig ist es, wenn die Gleitlager aus Kunststoff und/oder Stahl und/oder keramischen Werkstoffen und/oder anderen Werkstoffen mit vermindertem Reibungskoeffizienten hergestellt sind.

Damit das Verlängern bzw. das Verkürzen des Gestänges auf einfache Weise durchgeführt werden kann und dies ohne aufwändige Vorkeh- rungen oder Werkzeuge möglich ist, sind die Pilotrohre ineinander steckbar, wozu der Außendurchmesser des Außenrohrs und des Innenrohrs der Pilotrohre an dem einen Ende kleiner als an dem anderen Ende ist und der Außendurchmesser des Endes mit kleinerem Durchmesser dem Innendurchmesser des anderen Endes entspricht.

Dabei ist es günstig, wenn an dem Ende größeren Durchmessers zwei Quernuten in dem Außenrohr und an dem anderen Ende eine Ringnut vorgesehen sind. So kann Außenrohr auf Außenrohr aufeinander geschoben werden, bis die Quernuten mit der Ringnut fluchten und anschließend gegen Verrutschen oder axiales Auseinanderziehen der zusammengesteckten Rohre mittels eines Klemmrings in der Ringnut ge- sichert werden.

Zur Übertragung der Drehbewegung von einem Innenrohr auf das darauffolgende weist das Innenrohr vorzugsweise an dem Ende größeren Durchmessers auf seiner Innenseite ein Profil, insbesondere ein Keil- wellenprofil und an dem Ende kleineren Durchmessers an seiner Außenseite ein zum Eingreifen in das Profil, insbesondere Keilwellenprofil angepaßtes Profil auf.

Um ein möglichst variables System zum Nachrüsten bzw. Anpassen vorhandener Rohre und Bohrköpfe zu erhalten, kann der mit der Ringnute bzw. den Quernuten versehene Bereich der Außenrohre als separates Bauteil ausgebildet sein. Dies kann dann mit den vorhandenen Rohren oder Bohrköpfen durch Schraubverbindungen, Schweißen usw. verbunden werden.

Vorteilhafterweise sind die Rückschlagdichtungen als Rückschlagmembrane ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion ohne aufwändige mechanische Teile.

Wenn die Rückschlagmembrane im Innendurchmesser kleiner als der

Innendurchmesser der Gleitlager sind, können sich die Membrane an das Innenrohr und/oder eine Schulter in dem Gleitlager anlegen und somit die Durchlaßbohrungen in einer Strömungsrichtung abdichten.

Bevorzugterweise sind die Gleitlager zumindest zweiteilig ausgeführt und die Rückschlagmembrane ferner an einem Ende fest zwischen den mindestens zwei Teilen der Gleitlager verankert. Vorteilhafterweise ist die Rückschlagmembran hochflexibel.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Außenrohr lose über das Innenrohr gesteckt und vorteilhafterweise besteht das

Außenrohr dann aus Grundrohren und Zwischenstücken, wobei die Grundrohre jeweils durch die Zwischenstücke miteinander verbunden werden. Die Zwischenstücke können dann mit Abdichtungen, insbesondere O-Ring-Dichtungen versehen sein. Innerhalb des Innenum- fangs der Grundrohre können Gleitlager verteilt sein, insbesondere wie bereits ausgeführt aus Werkstoffen mit verminderten Reibungskoeffizienten, hergestellt zur Führung des Innenrohres.

Der Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr kann weiterhin zur Zuführung einer möglichen Bohrflüssigkeit, wie oben bereits beschrieben, eingesetzt werden.

Die Innenrohre können analog der oben schon ausgeführten Steckverbindung mittels ineinandergreifenden Enden der Innenrohre und deren Sicherung mittels eines Klemmrings, der in die fluchtenden Quernuten und Ringnuten der Innenrohre eingreift, durchgeführt werden.

Somit ist es möglich, die Preßkräfte auf den Bohrkopf über das Innenrohr zu übertragen, wobei die Mantelreibung allein vom Außenrohr übernommen wird. Hierdurch benötigt die Bohrspitze keine besondere

Lagerung mehr.

Wenn in dem Innenrohr ein sich längs dessen erstreckendes, parallel verlaufendes Rohr vorgesehen wird, kann die Bohrflüssigkeitszufüh- rung, insbesondere eine Hochdruckspülung, über dieses Rohr durchgeführt werden, ohne daß das Sichtfeld auf eine mögliche Zieltafel beeinträchtigt würde. Ferner können die Ventilmembranen als Rück- schlagventil in den Gleitringen zwischen dem Innen- und Außenrohr entfallen, da das Außenrohr zur Montage und Demontage vom Innenrohr getrennt wird, da dies nur lose aufgeschoben ist.

Vorteilhafterweise ist das Rohr an der Innenwandung des Innenrohrs des Gestänges angeordnet. Günstigerweise kann es ebenfalls in der Wandung des Innenrohrs integriert sein, wodurch der gesamte Durchmesser des Innenrohrs frei bleibt. Wenn die Rohre in den einzelnen Innenrohren mittels austauschbarer Verbindungsmittel, insbesondere Verbindungssteckern verbindbar sind, können diese als Verschleißteil ausgetauscht werden. Ferner können diese Verbindungsmittel so ausgeführt werden, daß eine verwechslungsfreie Montage möglich ist.

Damit die Rohre nicht beim Verlängern oder Verkürzen des Pilot- rohrstrangs leerlaufen, können in den Rohren und/oder Verbindungsmitteln Rückschlagdichtungen analog obiger Ausführungen vorgesehen sein. Ebenfalls können die Rohre mit der mindestens einen Düse in der Bohrkopfspitze verbunden sein, um diese mit Bohrflüssigkeit zu versorgen. Somit wird ebenfalls die Lagerung des Bohrkopfes an dem Außen- röhr vereinfacht, da nunmehr eine bei Drehung flüssigkeitsdichte Lagerung der Bohrspitze gegenüber dem Außenrohr entfallen kann.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der unten mit Bezug zu den beiliegenden Zeich- nungen gegebenen Beschreibung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Pilotrohr des Gestänges gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt im Ausschnitt, wobei zwei Röhren ineinandergesteckt sind; Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie l-l aus Fig. 2;

Fig. 4 einen Bohrkopf zum Antrieb über das Gestänge und

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich der Gleitlager 5.

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Pilotrohrgestänge gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines Pilotrohrgestänges gemäß der Erfindung im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist ein Pilotrohr 50 von einem als Ganzes mit 100 bezeichneten Gestänge einer Erdbohrvorrichtung dargestellt. Das Pilotrohr 50 besteht aus einem Außenrohr 1 und einem darin etwa konzentrisch angeordneten Innenrohr 2. Zwischen dem Außenrohr 1 und dem Innenrohr 2 ist ein sich längs des Pilotrohres erstreckender Zwischenraum 3 ausgebildet. Das Innenrohr 2 ist von dem Außenrohr 1 beabstandet und mittels Gleitlagern 5 bzw. 8 gelagert bzw. geführt, die jeweils im Anfangs- bzw.

Endbereich über den Außenumfang des Innenrohres umlaufend verteilt sind. Die Gleitlager 5 bestehen bevorzugterweise aus einem abriebfesten Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften (z.B. PTFE Kohle) und sind mit Durchlaßbohrungen 6 sowie Rückschlagdichtungen 7 verse- hen. Die Durchlaßbohrungen 6 sorgen dafür, daß eine Bohrflüssigkeit von dem Zwischenraum 3 eines Pilotrohres zum nächsten Zwischenraum 3 des darauffolgenden Pilotrohres fließen kann, wobei die Dichtung beim Verlängern des Gestänges ein komplettes Leerlaufen des Zwischenraumes verhindert. Die Gleitlager 8 sind ebenfalls mit Durch- laßbohrungen 9 versehen, um die Bohrflüssigkeit aus dem Zwischenraum 3, der mittels eines schmalen Ringspaltes 14 mit den Durchlaßbohrungen 9 verbunden ist, in einen Ringspalt 21 fließen zu lassen. Der Ringspalt 21 erstreckt sich bei zusammengesteckten Rohren bis kurz vor das entsprechende Gleitlager 5, vor dem wiederum ein schmaler Ringspalt 13 angeordnet ist, der in die Durchlaßbohrungen 6 der Gleitlager 5 übergeht und somit ein Durchfließen der Bohrflüssigkeit in den nächsten Zwischenraum erlaubt.

Im Anfangsbereich 19 des Pilotrohres 50 ist das Innenrohr 2, wie sich auch aus Fig. 3 ergibt, keilwellenförmig im Profil und im Endbereich 20 dazu entsprechend zum Aufeinanderschieben ausgebildet. Über das ineinander eingreifende Keilwellenprofil wird die Drehung übertragen.

Das Außenrohr 1 besitzt im Anfangsbereich 19 einen sich vom Anfang des Rohres erstreckenden Bereich 28 geringeren Durchmessers indem sich eine umlaufende Ringnut 16 befindet. Vor der Ringnut befinden sich zwei eingelassene O-Ring-Dichtungen 26, 27, die den Ringspalt 21 bzw. 13 bei zusammengesteckten Rohren abdichten. Im Endbereich 20 des Rohres 50 befindet sich ebenfalls ein im Durchmesser veränderter Bereich 10, wobei hier in umgekehrter Weise nicht der Außendurchmesser sondern der Innendurchmesser des Rohres 1 im Vergleich zum restlichen Teil des Endbereichs vergrößert ist und zwar entsprechend dem Durchmesser des Anfangsbereichs 19. Somit können diese Bereiche beim Zusammenstecken zweier Rohre übereinander geschoben werden. Ferner weist der Endbereich 20 des Rohres 50 zwei Quernuten 12 auf, die im zusammengesteckten Zustand der Rohre mit der umlau- fenden Ringnut 16 im Anfangsbereich 19 fluchten.

Im zusammengesteckten Zustand, der in Fig. 2 dargestellt ist, wird ein Klemmring 15 über die Quernuten 12 in die umlaufende Ringnut 16 eingeführt und sichert so die zusammengesteckten Rohre 50, 50' gegen ein Auseinanderziehen. Um die Rohre 50, 50' zusammenzustecken, wird erst das Innenrohr 2 des hinzuzufügenden Rohres 50 durch Drehen mit der Hand auf das Keilwellenprofil im Anfangsbereich 19 auf der Außenseite des Innenrohres dem entsprechenden "negativen" Keilwellenprofil auf der Innenseite des Endbereiches 20' des Innenrohres des vorausgehenden Rohres 50' abgestimmt und aufgeschoben. Somit wird eine drehfeste Verbindung erreicht.

Eine umlaufende, hervorstehende Stufe 23' im Innern des Innenrohres 2' im Endbereich 20' des ersten Rohres 50' stößt dabei an eine ebenfalls umlaufende Schräge 24 im keilwellenförmigen Anfangsbereich 19 des nächsten Rohres 50 an. Die hohlen Innenrohre 2 bzw. 2' werden gegenüber dem Ringspalt 21 bzw. 13 mittels zweier im Außenumfang der Innenrohre eingesetzten O-Ring-Dichtungen 17, 18 abgedichtet.

Anschließend bzw. gleichzeitig werden die Außenrohre 1 bzw. V aufeinander geschoben, d.h. das Außenrohr 1 wird mit seinem Anfangsbe- reich 19 geringeren Durchmessers 28 in den Endbereich 20' des vorausgehenden Rohres 50' bzw. 1' eingeschoben bis die Stirnseite des Außenrohres 1 an der umlaufenden Fläche 11' des im Innendurchmesser vergrößerten Bereichs 10' anliegt. Gleichzeitig wird somit ein Fluchten der umlaufenden Ringnut 16 des angesteckten Rohres 50 mit den Quernuten 12' des ersten Rohres 50' erreicht. Wie oben schon erwähnt, wird die Steckverbindung anschließend mittels eines Klemmringes 15 gesichert.

Durch die oben beschriebene Ausgestaltung des Pilotrohres 50 bzw. 50' wird erreicht, daß die Bohrflüssigkeit von dem Zwischenraum 3 eines vorausgehenden Rohres in den Zwischenraum 3' des nachfolgenden Rohres - in Richtung der Flüssigkeitszufuhr gesehen - fließen kann. Die Bohrflüssigkeit fließt also zunächst vom ersten Zwischenraum 3 durch den Ringspalt 14 und die Durchlaßbohrungen 9 der Gleitlager 8 in den zweiten Ringspalt 21 , der nahtlos in den Ringspalt 13' des vorausgehenden Rohres übergeht. Der Ringspalt 13' wiederum ist mittels der Durchlaßbohrungen 6' in den Gleitlagern 5 mit dem nächsten Zwi- schenraum 3' verbunden. In den Gleitlagern 6' verhindert die Rückschlagdichtung 7' ein Zurückfließen der Bohrflüssigkeit.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, besteht der Klemmring 15 aus einer Klemmfeder 29 und zwei Klemmbacken 30. Die Klemmbacken 30 sind jeweils in etwa dem ausgefrästen Bereich der Quernuten 12 angepaßt, jedoch in der Höhe um die Dicke der Klemmfeder 29 verringert. Die Klemmbacken sichern also eigentlich die Steckverbindung der beiden Rohre. Die Klemmfeder 29 sichert dagegen die Klemmbacken gegen ein Herausfallen.

Die Demontage der Rohre erfolgt durch das Ansetzen eines Hebelwerkzeugs unter der Klemmfeder 29, wodurch diese aus der Nut 12 bzw. 16 herausgehebelt wird und die Klemmbacken 30 zum Heraus- nehmen freigibt.

In Fig. 4 ist ein als Ganzes mit 200 bezeichneter Bohrkopf zum Antrieb durch das Gestänge 100 dargestellt.

Der Bohrkopf 200 besitzt eine im wesentlichen zylindrische Gestalt und an seinem vorderen Ende eine zu seiner Richtungssteuerung mit einer zur Zylinderachse geneigten Steuerfläche 37 versehenen Bohrspitze 31. Die Bohrspitze 31 ist mittels Imbusschrauben 45 an dem Befestigungsstück 48 des Innenrohransatzstücks 46 festgeschraubt. Das Be- festigungsstück 48 bzw. das damit verschweißte Innenrohransatzstück

46 ist gegenüber dem Außenrohr 33 mit umlaufenden Axiallagern 34 und in Längsrichtung beabstandeten ebenfalls umlaufenden Walzlagern 35 und 36 geführt. Eine Dichtung gegenüber dem Erdreich findet mittels zweier im Außenrohr eingelassener O-Ring-Dichtungen 44 statt, die in den Außenrohrumfang eingelassen sind und an einem das Außenrohr

33 übergreifenden Teil der Bohrspitze 31 anliegen und die Lager vor Schmutz schützen. Eine weitere Dichtung des Lagerraums gegenüber dem Zwischenraum 41 zwischen dem Innenrohransatzstück 46 und dem Außenrohr 33 findet mittels einer O-Ring-Dichtung 47, welche auf der Innenseite des Außenrohrs 33 eingelassen ist und auf dem Befestigungsstück 48 anliegt. Somit wird ein Austreten der Bohrflüssigkeit aus dem Zwischenraum 41 in die Lager verhindert. Der Zwischenraum 41 wird von dem Zwischenraum 3 des nachfolgenden Pilotrohres des Gestänges über umlaufend verteilte Gleitlager 42, welche mit Durchlaßbohrungen und Rückschlagdichtungen versehen sind und dem Gleitlager 5 entsprechen, mit Bohrflüssigkeit versorgt. Die Bohrflüssigkeit fließt aus dem Zwischenraum 41 des Bohrkopfes 200 durch axiale Bohrungen 40 in eine zentrale sich längs des Bohrkopfes erstreckende Bohrung 39, die in einer Düse 38 in der Steuerfläche 37 der Bohrspitze 31 mündet. Die Düse ist schräg in Richtung der Steuerfläche ausgeführt und dient zum Spülen der Bohrspitze 31 bzw. zum Aufweichen des Erdreiches oder zum Strahlschneiden. Falls die Düse 38 nicht eingesetzt werden muß, kann diese von einem nicht dargestellten Stopfen verschlossen werden.

Innerhalb des Innenrohransatzstückes 46 ist eine LED Zieltafel 43 ein- führbar, die zur Richtungsteuerung des Bohrstrangs dient. Die LED

Zieltafel 43 wird mittels einer Madenschraube 49 in dem Innenrohransatzstück 46 festgelegt.

Der Bohrkopf 200 ist an seinem zum Gestänge weisenden Ende mit ei- nem Verbindungsbauteil 32 versehen, welches an dem Außenrohr 33 des Bohrkopfes angeschraubt ist und mittels Madenschrauben 53 gesichert wird. Dieses Verbindungsstück 32 beinhaltet die umlaufenden Gleitlager 42 und entspricht im wesentlichen dem Endbereich 20 des Pilotrohres 50. Es weist also ebenfalls zwei Quernuten und einen ver- größerten Innendurchmesser im Außenrσhr 33 auf. Im Innenrohr ist ein zum Zusammenwirken mit einem entsprechenden Anfangsbereich 19 eines Pilotrohres des Gestänges angepaßtes Keilwellenprofil vorhan- den. Die Übertragung der Drehbewegung erfolgt daher mittels des Innengestänges bzw. des Innenrohransatzstückes 46 mittels des ineinandergreifenden Keilwellenprofils. Diese Drehbewegung wird dann über das Befestigungsstück 48 auf die Bohrspitze 31 übertragen. Das Ver- bindungsstück 32 wirkt beim Aufstecken des Bohrkopfes 200 auf ein

Pilotrohr 50 also zur Verbindung mit dem entsprechenden Außenrohr 1 des Pilotrohres, so wie bei der oben beschriebenen Verbindung zweier Gestängerohre und sichert mittels der Quernuten, der Ringnut 16 und des Klemmrings 15 die Verbindung.

Das Pilotrohr 50 ist, wie aus Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich ist, mit einem dem Verbindungsstück 32 entsprechenden separaten Bauteil 51 versehen, welches zum Zusammenwirken mit einem entsprechenden Verbindungsstück 32 ausgebildet ist, d.h. es weist einen Bereich verklei- nerten Durchmessers auf, in dem die Ringnut 16 zum Zusammenwirken mit den Quernuten im Verbindungsstück 32 angeordnet ist. Das Bauteil 51 kann ebenfalls an dem entsprechenden Pilotrohr 50 bzw. dessen Außenrohr 1 festgeschraubt werden und anschließend durch eine Madenschraube 52, die in axialer Richtung in dem Außenrohr angebracht ist und nach Festziehen des Bauteils 51 gegen Herausdrehen sichert, befestigt werden. Das in Fig. 1 dargestellte Pilotrohr 50 besitzt an seinem Endbereich 20 ein dem Verbindungsstück 32 entsprechendes Bauteil, welches fest mit dem Außenrohr 1 verschweißt ist. Denkbar wäre jedoch auch der Einsatz eines entsprechenden Verbindungsstük- kes 32. Somit könnten vorhandene Pilotrohre durch entsprechende

Bauteile 32 bzw. 51 nachgerüstet werden, um mittels des erfindungsgemäßen Stecksystems verbunden zu werden. Dies ist möglich, da das Innenrohr 2 nur mittels der Gleitlager 5 bzw. 8 an dem Außenrohr drehbar gelagert bzw. geführt und durch diese Lager in seiner Längsposition festgelegt ist. Dazu liegen die Lager jeweils in entsprechenden umlaufenden Ringnuten in dem Außenumfang des Innenrohres bzw. in dem Innenumfang des Außeπrohres an. Die Innenrohre sind daher also ebenfalls nachrüstbar.

In Fig. 5 ist der Bereich um das Gleitlager 5 des Pilotrohrs 50 im Detail vergrößert dargestellt. Das Gleitlager 5 besteht aus zwei Gleitringen 61 und 62, die auf den Außenumfang des Innenrohres 2 aufgepreßt sind, wobei sie in einer Ausnehmung 67 sitzen, die eine axiale Verschiebung der Gleitringe verhindert. Eine entsprechend angepaßte Schulter 68 im Innenumfang des Außenrohres 1 legt das Gleitlager 5 bzw. die Gleitrin- ge 61 , 62 zusätzlich fest. Zur Abdichtung des Gleitlagers gegenüber dem Außenrohr 1 , auf welchem es mit einem Lossitz aufliegt, ist eine Dichtlippe 66 vorgesehen, die in einer Ausnehmung des zweiten Gleitrings 62 vorgesehen ist.

Die Bohrflüssigkeit tritt aus dem Ringspalt 13 in die Durchlaßbohrung 6 des Gleitlagers 5 ein und fließt danach weiter in den Zwischenraum 3 des Pilot-rohres 50. Damit die Bohrflüssigkeit beim Verlängern des Pilotgestänges nicht ausläuft, ist wie oben schon beschrieben, jeweils eine Dichtung 7 in den Durchlaßbohrungen vorgesehen. Diese Dichtung verhindert ein Rückschlagen bzw. Auslaufen der Bohrflüssigkeit. Sie besteht im wesentlichen aus einer Rückschlagmembran 7, welche an ihrem äußeren Ende zwischen den beiden Gleitringen 61 und 62 fest verankert ist. Die Membran ist hochflexibel und besteht aus einem Kunststoff auf Silikonbasis. Ihr Innendurchmesser ist kleiner als der In- nendurchmesser der Gleitringe, damit sich die Membran an das Innenrohr anlegen kann und somit in einer Strömungsrichtung abdichtet. Dabei besitzt sie in etwa eine S-Form.

In Strömungsrichtung (s. Richtungspfeil S) besitzt die Membran die Möglichkeit, vom Innenrohr 2 abzuheben und die Bohrflüssigkeit durchzulassen. Bei einem Durchströmen in der Gegenrichtung bzw. einem Rückschlagen der Bohrflüssigkeit beim Verlängern des Pilotgestänges legt sich die Membran 7 an eine Schulter 65 des ersten Gleitringes 61 und an dem Innenrohr 2 an und dichtet damit die Durchlaßbohrung 6 ab, wodurch ein Durchströmen in der umgekehrten Richtung verhindert wird. Die Schulter 65 wird durch eine Ausnehmung 63 ausgebildet, die in dem Gleitring 62 bzw. zwischen den Gleitringen 61 und 62 angeordnet ist und im Querschnitt etwa eine quadratische Form aufweist.

Die Rückschlagmembran 7 ist zwischen den beiden Gleitringen 61 und 62 beispielsweise eingeklemmt und/oder verklebt, wozu eine weitere Ausnehmung 64 in dem Außenumfang des Gleitlagers 5 vorgesehen ist, die z. B. als endständige Ausfräsung in dem Außenumfang des Gleitrings 61 ausgebildet ist. In dieser Ausfräsung wird die Membran 7 mit einem Ende eingesetzt und dann durch Aufschieben gegen den zweiten Gleitring 62 eingeklemmt.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei sich entsprechende Teile mit einem um 300 erhöhten Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Das Gestänge 400 einer Erdbohrvorrichtung besteht im vorliegenden

Fall ebenfalls aus mehreren Pilotrohren 350, die jeweils aus einem Außenrohr 301 und einem darin etwa konzentrisch angeordneten Innenrohr 302 aufgebaut sind. Zwischen diesen liegt ebenfalls ein Zwischenraum 303, der jedoch im Gegensatz zum vorherigen Beispiel nicht zur Beaufschlagung mit Bohrflüssigkeit für die Spülung am Bohrkopf 450 dient. Er kann zwar ebenfalls mit einer Bohrflüssigkeit beaufschlagt werden, um beispielsweise den Ringraum über die entsprechende Flüssigkeit zur Schmierung des Pilotstranges zu beaufschlagen. Auch in diesem Falle wird das Außenrohr, welches als Schutzrohr fungiert beim Vortrieb ohne Drehung mit geschoben, so daß das Drehmoment des innenliegenden Rohres drastisch reduziert wird. Das Außenrohr 301 selbst besteht aus Grundrohren 301 A, die jeweils über Muffen 301 B miteinander verbunden sind. Somit ist eine baukostenartige Ausbildung der Grundkonstruktion möglich, welches mit einfachen Bauteilen einen geringeren Konstruktionsaufwand und eine geringere Lagerhaltung möglich macht. Ferner ist somit eine robustere Grundkonstruk- tion möglich, so daß weniger Schäden bei schweren Einsätzen auftreten. Die Zwischenstücke 301 B sind jeweils gegenüber den Grundrohren 301 A über Rohrringdichtungen 301 C abgedichtet. Zwischen dem Innenumfang des Außenrohrs und dem Außenumfang des Innenrohrs sind über die Länge des Pilotgestänges Gleitlager 305 verteilt angeord- net. Diese liegen möglichst jeweils im Anfangs- bzw. Endbereich der

Rohre selbst.

Die Verbindung der Innenrohre geschieht entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß hier von einer erneuten Ausführung der Art der Verbindung abgesehen und auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Anzumerken ist, daß eine solche Verbindung der Innenrohre miteinander über fluchtende Nuten und Sicherung mittels Klemmringen möglich ist, da das Außenrohr wie oben bereits erwähnt nur lose aufgeschoben wird und bei der Montage bzw. Demontage vom Innenrohr ge- trennt wird, so daß die entsprechenden Verbindungsstellen des Innenrohres frei zugänglich sind. Ferner sollte erwähnt werden, daß das Innenrohr an den Verbindungsstellen in seinem Innendurchmesser verringert ist, um die Verbindungsstellen mit geeigneter Materialstärke auszuführen.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel, in dem der Bohrkopf nur drehend und drückend betätigt wurde, wobei eine Düse 38 zum Spülen vorgesehen war, ist bei dem Bohrkopf 450 dieser Ausführungsform ein drehender, drückender und schlagender Antrieb vorgesehen. Dazu ist hinter dem Bohrkopf in Antriebsrichtung innerhalb des Innenrohrs ein Schlagwerk 430 vorgesehen, welches den in Längsrichtung des Pilotgestänges verschiebbar ausgeführten Bohrkopf dazu antreibt. Das Schlagwerk 430 selbst wird über das Innenrohr mit dem entsprechenden Antriebsmittel beispielsweise Bohrflüssigkeit, welches unter Druck steht, versorgt.

Die nächste Ausführungsform, welche in Fig. 7 dargestellt und als Ganzes mit 500 bezeichnet ist, unterscheidet sich im wesentlichen von der aus Fig. 6 dadurch, daß der Bohrkopf 550 nunmehr ebenfalls wie im ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 zusätzlich mit Düsen 538 versehen ist, über die die Bohrspitze 531 gespült werden kann. Der Bohrkopf 550 besitzt zwar ebenfalls eine zur Zylinderachse geneigte Steuerfläche

537, jedoch verläuft diese im spitzeren Winkel zur Längsachse des Pilotgestänges, so daß sich eine asymmetrische pfeilspitzenartige Ausführung des Bohrkopfes ergibt. Auf der längeren Seite sind die entsprechenden Düsen 538 angeordnet, die auch ebenfalls als Steuerfläche dient. Auf der kürzeren Seite 551 sind entsprechende Warzen 600 eingelassen, die beispielsweise als Hartmetallstifte ausgeführt werden können, um in härterem Boden eine entsprechend gute Bohrvortriebs- leistung zu erzielen.

Sowohl das Außenrohr als auch das Innenrohr sowie die sonstigen

Teile dieser Ausführungsform entsprechen der Ausführungsform aus Fig. 6, auf die verwiesen wird.

Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsformen besitzt jedoch das Innenrohr 502 des Gestänges 500 einen wesentlichen Unterschied. Die Düsen 538 in der Steuerfläche 537 des Bohrkopfes 550 werden nämlich nicht über den Zwischenraum 503 zwischen Außenrohr 501 und Innenrohr 502 mit Bohrflüssigkeit versorgt, sondern über ein gesondertes Rohr 580, welches sich am Innenumfang des hohlen In- nenrohrs parallel zu diesem entlang der Längsachse des Pilotgestänges erstreckt. Es kann aber auch in die Innenwandung des Rohres selbst jeweils integriert werden. Hierdurch entfallen die aufwändigeren Lagerungen des Bohrkopfes An- und Abdichtung gegenüber dem Außenrohr und es werden zugleich höhere Drücke beim bohrenden Vortrieb mit Spülung möglich.

Die einzelnen Rohrabschnitte der jeweiligen Innenrohre sind über als

Verbindungsstecker ausgeführte Verbindungsmittel 581 miteinander dichtend verbindbar beim Verlängern des Pilotgestänges. Zudem sind die Verbindungsstecker 581 derart ausgeführt, daß diese austauschbar sind, da sie als stark beanspruchte Teile einem hohen Verschleiß aus- geliefert sind. Ferner sind diese derart ausgeführt, daß sie verwechslungsfrei montiert werden können, was insbesondere den Vorteil hat, daß die in diese Verbindungsstecker 581 integrierbaren Rückschlagmembranen, die ein Leerlaufen des jeweiligen Rohres 580 bei der Montage . bzw. Demontage verhindern, ihrer Rückschlagsrichtung ge- maß eingebaut werden. Die Rückschlagdichtungen selbst können entsprechend der Ausführung zum ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden.

Die Rohre 580 können antriebsseitig über einen angeflanschten Block 582, welcher mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden sein kann, über einen Ringspalt 583 mit Bohrflüssigkeit beaufschlagt werden.

Claims

ANSPRUCHE:

1. Erdbohrvorrichtung, insbesondere für Pilotbohrungen, mit einem um seine Längsachse mittels eines Gestänges (100) drehbaren etwa zylindrischen Bohrkopf (200), der zu seiner Richtungssteuerung an seinem vorderen Ende eine zur Zylinderachse geneigte Steuerfläche (37) aufweist, an der mindestens eine Düse (38) zum Austritt einer unter

Druck stehenden Bohrflüssigkeit angeordnet ist, wobei das Gestänge (100) ein starres Außenrohr (1 ) und ein innerhalb des Außenrohres drehbares Innenrohr (2) geringeren Durchmessers zum Antrieb des Bohrkopfes (200) umfaßt, wobei zwischen dem Außenrohr (1 ) und dem Innenrohr (2) ein Zwischenraum (3) ausgebildet wird, und das Gestänge (100) aus mehreren Pilotrohren (50, 50') besteht.

2. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (3) mit der mindestens einen Düse (38) verbun- den ist.

3. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) im Außenrohr (1 ) durch über den Umfang des Innenrohrs verteilte Gleitlager (5, 8) geführt ist, die jeweils im Anfangs- (19) bzw. Endbereich (20) der Pilotrohre (50) angeordnet sind.

4. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager (5, 8) mit Durchlaßbohrungen (6, 9) versehen sind.

5. Erdbohrvomchtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßbohrungen (6) mit Rückschlagdichtungen (7) versehen sind.

6. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager (5, 8) aus Kunststoff und/oder Stahl und/oder keramischen Werkstoffen und/oder anderen Werkstoffen mit verändertem Reibungskoeffizienten hergestellt sind.

7. Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pilotrohre (50) ineinander steckbar sind, wozu der Außendurchmesser des Außenrohrs (1 ) und des Innenrohrs (2) der Pilotrohre (50) an dem einen Ende (19) kleiner als an dem anderen Ende (20) ist und der Außendurchmesser des Endes (19) mit kleinerem Durchmesser dem Innendurchmesser an dem anderen Ende (20) entspricht.

8. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende (20) größeren Durchmessers zwei Quernuten (12) in dem Außenrohr (1) und an dem anderen Ende (19) eine Ringnut (16) vorge- sehen sind.

9. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (1) an dem Ende größeren Durchmessers (20) auf seiner Innenseite ein Profil, insbesondere ein Keilwellenprofil und an dem anderen Ende (19) kleineren Durchmessers an seiner Außenseite ein zum Eingreifen in das Profil, insbesondere Keilwellenprofil angepaßtes Profil aufweist.

10. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im zusammengesteckten Zustand die zwei Quernuten (12') eines Pilotrohres (50') mit der Ringnut (16) eines benachbarten Pilotrohres (50) fluchten und die Rohre (50, 50') gegen Herausziehen mittels eines Klemmrings (15) in der Ringnut (16) gesichert sind.

11. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Ringnut (16) bzw. den Quernuten (12) verse- hene Anfangs- (19) und/oder Endbereich (20) der Außenrohre (1) als separates Bauteil (32, 51) ausgebildet ist.

12. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagdichtungen (7) als Rück- schlagmembrane (7) ausgebildet sind.

13. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagmembrane (7) im Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Gleitlager (5) sind.

14. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlager (5) mindestens zweiteilig ausgeführt sind.

15. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagmembrane (7) an einem Ende fest zwischen den zwei Teilen der Gleitlager (5) verankert sind.

16. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da- durch gekennzeichnet, daß die Rückschlagmembrane (7) hochflexibel sind.

17. Dichtung zum Einsatz in einer Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16.

18. Dichtung zum Einsatz in einer Erdbohrvorrichtung, insbesondere als Rückschlagdichtung (7), mit einem Gleitlager (5), das vorzugsweise mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet ist, mit einer Durchlaßbohrung (6) in dem Gleitlager (5), mit einer Rückschlagmembran (7) in der Durchlaßbohrung (6), deren Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Gleitlagers (5) ist, wobei die Rückschlagmembran (7) an einem Ende fest zwischen den mindestens zwei Teilen des

Gleitlagers (5) angebracht ist.

19. Erdbohrvomchtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (301 ) lose über das Innenrohr (302) gesteckt ist.

20. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (301) Grundrohr (301 A> und Zwischenstück (301 B) umfaßt.

21. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundrohr (301 A) über seinen Innenumfang verteilte Gleitlager (305) insbesondere aus Werkstoffen mit verminderten Reibungskoeffizienten zur Führung des Innenrohres umfaßt.

22. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Grundrohr und Zwischenstück Abdichtungen, insbesondere Rohrringdichtungen (301 C) vorgesehen sind.

23. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenrohr ein sich längs dessen erstreckendes, parallel verlaufendes Rohr (580) vorgesehen ist.

24. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (580) an der Innenwandung des Innenrohrs angeordnet ist.

25. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (580) in der Wandung des Innenrohrs integriert ist.

26. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, da- durch gekennzeichnet, daß das Rohr (580) hochdruckfest ausgeführt ist.

27. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in den einzelnen Innenrohren mittels austauschbarer Verbindungsmittel (581 ) verbindbar sind.

28. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre und/oder Verbindungsmittel Rückschlagdichtungen umfassen.

29. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre mit der mindestens einen Düse (538) verbunden sind.

30. Erdbohrvomchtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre (302) ineinander steckbar sind, wozu der Außendurchmesser des Innenrohrs an dem einen Ende kleiner als an dem anderen Ende ist und der Außendurchmesser des Endes mit kleinerem Durchmesser dem Innendurchmesser an dem an- deren Ende entspricht.

31. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende größeren Durchmessers zwei Quernuten in dem Innenrohr und an dem anderen Ende eine Ringnut vorgesehen sind.

32. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (302) an dem Ende größeren Durchmessers auf seiner Innenseite ein Profil, insbesondere ein Keilwellenprofil und an dem anderen Ende kleineren Durchmessers an seiner Außenseite ein zum Eingreifen in das Profil, insbesondere Keil- wellenprofil angepaßtes Profil aufweist.

33. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß im zusammengesteckten Zustand die zwei Quernuten eines Innenrohres mit der Ringnut eines benachbarten Innenrohres fluchten und die Rohre gegen Herausziehen mittels eines

Klemmrings in der Ringnut gesichert sind.

34. Erdbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Ringnut bzw. den Quernuten versehene Anfangs- und/oder Endbereich der Innenrohre als separates

Bauteil ausgebildet ist.