DE102007034109A1

DE102007034109A1 - Device for centering drilling heads during horizontal drilling comprises spring rings arranged between a rod assembly and a bandage ring

Info

Publication number: DE102007034109A1
Application number: DE200710034109
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr. Bayer
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-07-21
Filing date: 2007-07-21
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Device for centering drilling heads during horizontal drilling comprises spring rings (1, 2, 3) arranged between a rod assembly (4) and a bandage ring (5). Preferred Features: The spring rings are axially fixed by a tubular bushing of the rod assembly. The spring rings are made from sheet metal strips whose ends are fixed by clamping bushings (9).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zentrieren von gestängegeführten Erdbohrköpfen.The The invention relates to a device for centering rod-guided Erdbohrköpfen.

Solche Erdbohrköpfe dienen zum Herstellen oder Aufweiten von Erdbohrungen oder zum Glätten der Bohrungswandung sowie zum Einziehen von Rohrsträngen oder Leitungen beim grabenlosen Leitungsbau. Dabei ist der Bohrkopf über ein Gestänge mit einem in einer Grube oder auch auf der Erdoberfläche angeordneten Bohrgerät verbunden, das für den Vortrieb des über das Gestänge mit dem Bohrgerät verbundenen Bohrkopfs verantwortlich ist.Such Earth boring heads are used to make or expand earth bores or to smooth the bore wall and to retract of pipe strings or lines in trenchless line construction. In this case, the drill head via a linkage with a arranged in a pit or on the earth's surface Drill connected to the jacking of the over the linkage to the drill bit connected to the drill responsible for.

Derartige Bohrgeräte sind in großer Zahl bekannt; sie dienen dazu, durch Aufbohren oder seitliches Verdrängen des Erdreichs eine Horizontalbohrung, beispielsweise eine Pilotbohrung etwa mit dem Durchmesser der Bohrlanze zu schaffen, die sodann im Rückwärtsgang durch Aufweiten mit einem Aufweitkopf (Reamer) auf den erforderlichen Enddurchmesser zum Einbringen einer Rohrleitung oder eines Kabelstrangs gebracht wird. Dies geschieht in der Weise, daß nach dem Herstellen der Pilotbohrung der Gestängestrang in der Zielgrube mit einem Aufweitkopf versehen und von dem Bohrgerät zurück in die Startgrube gezogen wird. Dabei wird die Pilotbohrung – gegebenenfalls mehrfach – aufgeweitet, bis sie ihren Enddurchmesser erreicht und dabei in einem letzten Aufweitschritt das über ein Drehgelenk mit dem Aufweitkopf verbundene Produktrohr torsionsfrei eingezogen wird.such Drills are known in large numbers; they serve in addition, by drilling or lateral displacement of the soil a horizontal bore, such as a pilot hole with about the diameter of the drill lance, then in reverse by widening with an expander (reamer) to the required Final diameter for introducing a pipeline or a cable harness is brought. This happens in such a way that after the Make the pilot hole of the drill string in the target pit provided with an expander and back from the drill is pulled into the starting pit. In the process, the pilot hole will be - if necessary multiple - widened until it reaches its final diameter and in a last expansion step that over a Rotary joint with the expander connected product tube torsion-free is withdrawn.

Der Bohrkopf kann auch mit zwei oder drei gelenkig miteinander verbundenen Nachlaufrohrschüssen verbunden sein, die zum Glätten des Erdkanals dienen und das spätere Einbringen des aus einzelnen Rohrschüssen bestehenden Produktrohres erleichtern.Of the Drilling head can also be hinged together with two or three Follower tube shots are connected to the smoothing serve the Erdkanal and the later introduction of the individual Pipe shots facilitate existing product pipe.

Bei den herkömmlichen Bohrvorrichtungen und -verfahren erweist sich jedoch die Richtungs- bzw. Lagegenauigkeit der Erdbohrung als Problem. Die hängt naturgemäß von den Bodenverhältnissen, aber auch von der Bohrungslänge sowie von der Lagesicherung und der Führung des sich dem Bohrkopf anschließenden ersten Rohrschusses ab.at the conventional drilling devices and methods proves However, the directional or positional accuracy of the well bore as Problem. It depends of course on the Soil conditions, but also on the bore length as well as from the position assurance and the guidance of the the Drill head subsequent first tube shot from.

Hinzu kommt, daß sich beim Aufweiten im Falle einer Biegung, d. h. einer Kurvenfahrt auf der Innenseite der Krümmung eine Tendenz zur Verkürzung ergibt, die mit einer Ausweitung der Bohrung verbunden ist und sich daran zeigt, daß der Bohrungsquerschnitt etwa die Form einer Schlüssellochs annimmt und die Bohrung von dem vorgesehenen Verlauf abweicht. Diese Abweichung wirkt sich bei horizontaler Kurvenlage seitlich verkürzend, bei vertikaler Kurvenlage, beispielsweise bei Dükern, vertikal ver kürzend aus, womit die notwendige Mindestdeckung, d. h. der notwendige Abstand vom Grund des Gewässers verloren gehen kann. Dieser Gefahr rechnerisch bzw. planerisch vorzubauen, ist schwierig und vor allem aufwendig.in addition comes that when widening in the case of a bend, d. H. cornering on the inside of the bend A tendency to shorten results with an expansion the bore is connected and it appears that the Hole cross-section approximately takes the form of a keyhole and the bore deviates from the intended course. This deviation has a lateral shortening effect on horizontal cornering, in vertical cornering, for example, at jumpers, vertically ver abbreviated, bringing the necessary minimum coverage, d. H. lost the necessary distance from the bottom of the water can go. Prevent this danger mathematically or planning, is difficult and, above all, expensive.

Des weiteren besteht bei einem grabenlosen Rohaustausch die Gefahr, daß sich das Neurohr unabhängig von dem jeweils angewandten Verfahren der Schwerkraft folgend nicht entsprechend der Bohrachse ausrichtet, sondern nach unten absenkt. Das hat zur Folge, daß eine Einbettung aus Bentonit oder Dämmaterial entsprechend unregelmäßig bzw. unsymmetrisch ist.Of Furthermore, there is a risk in a trenchless that the neuro ear is independent of each applied methods of gravity following accordingly aligns the drilling axis, but lowers down. That has to Result that an embedding of bentonite or Dämmaterial is correspondingly irregular or asymmetrical.

Hinzu kommt, daß es beim Pipe-Bursting, d. h. beim zerstörenden Ersetzen von Altrohren infolge einer Verlagerung der Bohrachse nach unten schwierig ist, die Bruchstücke des Altrohrs geordnet und mit gleicher Neigung in Bezug auf die Rohr- bzw. Bohrachse um das Neurohr zu plazieren.in addition comes that when pipe bursting, d. H. when destroying Replacement of old pipes as a result of a displacement of the drilling axis below is difficult to arrange the fragments of the old pipe and with the same inclination with respect to the tube axis to place the neuro ear.

Bekannt ist aus der deutschen Patentschrift 197 07 286 auch bereits eine Vorrichtung zum grabenlosen Verlegen von Steinzeugrohren, bei der das Bohrgestänge mit einem Kopf, beispielsweise einem Aufweitkopf am vorderen Ende des Bohrgestänges versehen ist und sich dem Kopf Steinzeugrohrschüsse mit leicht geringem Durchmesser anschließen. Zwischen diesen Steinzeugrohren und dem Gestänge erstrecken sich in radialer Richtung im Rohr regelbare Hydraulikzylinder, die von Sensoren gesteuert in Abhängigkeit von der Lage des ihnen zugeordneten Rohrschusses dessen konzentrische Lage zum Gestänge bzw. der Bohrachse mit Hilfe von Korrekturbewegungen sicherstellen. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht jedoch darin, daß je Rohrschuß eine solche Zentriervorrichtung aus jeweils mindestens vier Stellzylindern erforderlich ist.Is known from the German Patent 197 07 286 also already a device for trenchless laying of vitrified clay pipes, in which the drill string is provided with a head, for example a Aufweitkopf at the front end of the drill string and connect the head with stoneware shots with a slightly small diameter. Between these stoneware pipes and the linkage extend in the radial direction in the pipe controllable hydraulic cylinder controlled by sensors depending on the position of their associated pipe section whose concentric position to the linkage or the drilling axis with the help of corrective movements. The disadvantage of this device, however, is that per tube shot such a centering device is required in each case at least four adjusting cylinders.

An die Stelle der Stellzylinder können auch bogenförmige Blattfederstähle treten, die am Gestänge befestigt sind und sich radial nach außen erstrecken, von denen im Falle einer Verlagerung eine entsprechende Rückstellkraft ausgeht. Ähnlich wirken runde Federstahlbogen aus aneinanderliegenden Metallstreifen oder Expanderbügel aus länglichen Spreizarmen (Spalte 5, Zeilen 31 bis 46). Damit sind jedoch ebenfalls die oben bereits erwähnten Nachteile der Stellzylinder verbunden.At The position of the actuating cylinder can also be arcuate Leaf spring steels come attached to the linkage are and extend radially outward, of which in Case of a relocation a corresponding restoring force emanates. Similarly, round spring steel elbows act from adjacent metal strips or expanders made of elongated spreader arms (Column 5, lines 31 to 46). But these are also the ones above already mentioned disadvantages of the actuating cylinder connected.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Zentrieren von gestängegeführten Erdbohrungsköpfen zu schaffen, die konstruktiv einfach und dennoch in hohem Maße wirksam ist.outgoing from this prior art, the invention is based on the problem a device for centering rod-guided To create Erdbohrungsköpfen that constructively simple and nevertheless highly effective.

Die Lösung dieses Problems besteht in einem Bohrkopf, hinter dem oder vor dem zwischen dem Gestänge und einem Bandagering oder auch der Bohrlochwandung Federringe mit gestängeparalleler Achse angeordnet sind, die sich in Abhängigkeit von der lokalen Richtungsabweichung der Bohrung unter Entwicklung einer entsprechenden Gegenkraft radial verformen und demzufolge den Bohrkopf wieder auf die vorgesehene Bohrachse einstellen. Sind die Federringe beispielsweise in Bewegungsrichtung vor einem Burstkopf angeordnet, dann zentrieren sie den das Altrohr zerstörenden Burstkopf.The solution to this problem consists in a drill head, behind or between the linkage and a Bandagering or the borehole wall spring rings are arranged with rod-parallel axis, which deform radially depending on the local directional deviation of the bore under development of a corresponding counterforce and consequently set the drill head back to the intended drilling axis. If the spring rings are arranged, for example, in the direction of movement in front of a burst head, then they center the bursting head of the old pipe.

Vorzugsweise sind auf dem Gestänge mindestens zwei Federringgruppen mit axialem Abstand voneinander angeordnet. Die Federringgruppen können in ihrer Lage durch die Rohrmuffe des Gestängeschusses gegen ein Verschieben beim Aufweiten gesichert sein. Damit ist der Vorteil verbunden, daß das Gestänge völlig frei von irgendwelchen Haltemitteln für die Federringe bleibt.Preferably are on the linkage at least two spring ring groups arranged at an axial distance from each other. The spring ring groups can in their position through the pipe sleeve of the rod section be secured against displacement during expansion. This is the Advantage connected that the linkage completely free of any retaining means for the spring washers remains.

Die Federringe können aus Blechstreifen bestehen, deren Enden beispielsweise durch Klemmuffen zusammengehalten werden. Die Federringe können auch mehrlagig angeordnet sein und das Gestänge dann vollständig umgeben.The Spring washers may consist of metal strips whose ends be held together, for example, by Klemmuffen. The spring washers can also be arranged in several layers and the linkage then completely surrounded.

Im Hinblick auf die Stabilität der Federringanordnung kann es von Vorteil sein, wenn die einander gegenüberliegenden Federringe von einem Bandagering umgeben sind oder wenn mehrere axial miteinander fluchtende Federringe durch Längslaschen miteinander verbunden sind. Die einzelnen Laschen für jeweils eine Gruppe axial miteinander fluchtender Federringe umgeben dann jeweils mit Abstand voneinander gruppenweise kreisförmig das Bohrgestänge.in the With regard to the stability of the spring ring assembly can it would be beneficial if the opposing ones Spring rings are surrounded by a Bandagering or if several axially aligned spring rings by longitudinal tabs together are connected. The individual tabs for each one Group axially aligned spring rings then surround each spaced from each other in groups circularly the drill string.

Insgesamt kann die Anordnung der Federringe, ihre Beschaffenheit und die Beschaffenheit der Laschen stufenweise auf die zu erwartende Belastung abgestellt sein, um unterschiedlichen Belastungsgruppen mit unterschiedlichen Federringgruppen Rechnung zu tragen.All in all can the arrangement of spring washers, their texture and the texture the tabs gradually switched off on the expected load be different to different stress groups with different To take account of spring ring groups.

Insgesamt beantworten die Federringe jede Einwirkung von außen, aber auch von innen durch das Bohrgestänge mit einer entgegengerichteten Rückstellkraft. Befindet sich die erfindungsgemäße Zentriervorrichtung hinter einem Berstkopf zum Zerstören einer Altrohrleitung und zum Verdrängen der Altrohrscherben nach außen, dann erhalten die Altrohrscherben eine im wesentlichen achsparallele bzw. horizontale Ausrichtung, die dazu führt, daß ein gleichzeitig eingezogenes Neurohr nicht oder nur verhältnismäßig wenig durch eine punktförmige Belastung durch die Altrohrscherben beansprucht wird. Darüber hinaus wirkt sich die horizontale Scherbenorientierung auch noch als Schutz für das Neurohr aus.All in all The spring washers respond to any outside influence, however also from the inside through the drill string with an opposing restoring force. Is the centering device according to the invention behind a bursting head to destroy an old pipeline and for displacing the old pipe shards to the outside, then the old pipe shards receive a substantially axis-parallel or horizontal alignment, which causes one at a time Feeding new-ear not or only relatively little by a punctiform load through the old pipe shards is claimed. In addition, the horizontal affects Shard orientation also as protection for the neuro-ear.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The Invention will be described below with reference to the drawing Embodiments of the closer explained. In the drawing show:

1 einen Querschnitt durch eine Zentriervorrichtung, 1 a cross section through a centering device,

2 die perspektivische Ansicht einer anderen Zentriervorrichtung sowie 2 the perspective view of another centering device as well

3 und 4 weitere Varianten der Zentriervorrichtung. 3 and 4 Further variants of the centering device.

Die Zentriervorrichtung besteht in ihrer einfachsten Form aus drei Federringen 1, 2, 3, die ein Bohrgestänge 4 umgeben und ihrerseits von einem gemeinsamen Bandagering 5 umgeben sind. Die Federringe 1, 2, 3 bestehen aus Blechstreifen 6, 7, 8, deren Enden durch Klemmuffen 9 festgelegt sind.The centering device consists in its simplest form of three spring rings 1 . 2 . 3 that a drill pipe 4 surrounded and in turn by a common Bandagering 5 are surrounded. The spring washers 1 . 2 . 3 consist of metal strips 6 . 7 . 8th whose ends by Klemmuffen 9 are fixed.

Mehrere Federringpakete 10, 11, vorzugsweise zwei können mit Abstand voneinander angeordnet und durch achsparallele Laschen 12 nach Art eines Käfigs zusammengehalten sein (2). Um ein widerstandsarmes Fortbewegen im Erdreich bzw. in der Erdbohrung zu ermöglichen, können die Enden 13, 14 der Laschen 12 leicht in Richtung auf das Gestänge 4 abgebogen sein. Eine axiale Verlagerung des Federringkäfigs im Betrieb läßt sich dadurch verhindern, daß der Käfig an einer Muffe 15 des Gestängeschusses lose anliegt. Im Falle einer Rückwärtsbewegung, also nach links in 2 würde sich der Käfig lediglich auf dem einen Gestängeschuß 4 bis zur nächsten Muffe an dem nächsten Gestängeschuß verschieben.Several spring ring packages 10 . 11 , preferably two can be arranged at a distance from each other and by axially parallel tabs 12 be held together like a cage ( 2 ). To allow a low-resistance movement in the ground or in the earth hole, the ends can 13 . 14 the tabs 12 slightly towards the linkage 4 be bent. An axial displacement of the spring cage in operation can be prevented that the cage on a sleeve 15 of the rod section loosely. In the case of a backward movement, ie to the left in 2 the cage would only be on one pole 4 Move to the next sleeve on the next linkage.

Federringe 16, 17 können den Innenraum der Bandageringe 5 auch völlig ausfüllen (3), oder insbesondere bei größeren Querschnitten des Erdkanals auch mehrlagig angeordnet sein (4).spring washers 16 . 17 can change the interior of the bandage rings 5 also complete completely ( 3 ), or in particular be arranged in multiple layers in larger cross sections of the ground channel ( 4 ).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19707286 [0009]

Claims

Device for centering rod-guided earth boring heads during horizontal drilling, expansion or retraction of pipes in earth bores, characterized in that between the rod ( 4 ) and a bandage ring ( 5 ) Spring washers ( 1 . 2 . 3 ; 16 . 17 ) are arranged with rod-parallel axis.

Apparatus according to claim 1, characterized by at least two radially opposite spring rings ( 1 . 2 . 3 ).

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the spring rings ( 1 . 2 . 3 ; 16 . 17 ) through a pipe sleeve ( 15 ) of the linkage ( 4 ) are axially fixed.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring rings ( 1 . 2 . 3 ; 16 . 17 ) consist of sheet metal strips whose ends by Klemmuffen ( 9 ) are fixed.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the spring rings ( 16 . 17 ) are arranged in multiple layers.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a plurality of spring ring packets arranged one behind the other ( 10 . 11 ) by circularly arranged longitudinal straps ( 12 ) are connected together like a cage.