Ein wesentlicher Aspekt des meissellosen Bohrsystems ist die Integration existierender Einzelkomponenten, so dass etwas völlig neues entsteht.
Die Ansprüche beziehen sich also nicht auf die Einzelkomponenten selbst (Düsen, aus denen Flüssigkeit mit hohem Druck austritt, sind seid vielen Jahren Stand der Technik, z. B. Einspritzdüsen in Autos, Heizelemente, Plasmaschneider) sondern, nach Art der Antiblockiersysteme bei Autos, auf die Integration zu einem Gesamtsystem, das besonders schnelle und besonders tiefe Bohrungen wirtschaftlich ermöglicht. Geräte für „Kurzbohrungen” an der Oberfläche, bei denen Menschen unmittelbar in der Nähe des Bohrgerätes stehen (z. B. zum Betonabbau oder Schneidemaschinen in Steinbrüchen) werden durch die Ansprüche explizit nicht erfasst.
Die Ansprüche beziehen sich auf Bohrsysteme für besonders tiefe Bohrungen (ein Kilometer bis 14, 20 und mehr Kilometer), die unter anderem durch folgende Dinge gekennzeichnet sind:
Anspruch 1: Systemkomponente eins: Bohrgerät
Das Bohrgerät ist gekennzeichnet durch:
Ein oder mehrere feste oder bewegliche Ringe mit zahlreichen Düsen, z. B. alle zwei Millimeter, geringere oder größere Abstände der Düsen wobei der/die Ringe in etwa den Bohrlochdurchmesser aussen (am Rand) umfassen. Die Ringe selbst können konstant fest sein oder aus variablen Segmenten bestehen, die gesteuert (z. B. rotiert) und/oder z. B. nach innen eingezogen werden können (z. B. für Wartungszwecke im Bohrloch).
Das Wort „Düsen” meint sinngemäß auch Heizelemente, piezoelekrische Elemente, Plasmaschneider und andere Methoden und Geräte zum Auflösen von Atombindungen. Wichtig ist die Logik Ring bzw. Ring plus Segmente in Verbindung mit einem Fördersystem.
Zusätzlich ggf. auch alternativ (z. B. bei sehr hohen Temperaturen, z. B. aber nicht nur oberhalb von 400°C) können zusätzlich zu den Düsen, teilweise oder vollständig alternativ zu den Düsen sich an den Ringen kleine bewegliche Meissel z. B. aus Keramik befinden und/oder kleine bewegliche Bohrer z. B. aber nicht nur aus Keramik. Die sonstige Funktionalität (kein Bohrstrang, kein Aus- und Einbau des Bohrstrangs nötig beim Ziehen eines Kerns) bleibt wie im Patent beschrieben (einschliesslich die Abgrenzung zu existierenden Verfahren). Diese Sentenz („Zusätzlich ggf. auch...”) dient primär dazu, die Ansprüche so zu formulieren, dass kommende Einsätze bei hohen und sehr hohen Temperaturen ermöglicht werden, also „Das Bohrsystem wie beschrieben” aber einzelne Komponenten den Temperaturen angepasst (z. B. zwischen 400 (oder weniger) und 1200°C oder mehr, daher die Erwähnung von Keramik). Erläuterung: Hitze (Heizelemente), Plasmaschneider, piezoelektrische Elemente, elektrochemische Elemente, „Ätzelemente” und weitere sind somit stets mit gemeint. Im Regelfall ist Hitze bzw. piezoelektrische Vibrationen, Wasser am zweckmäßigsten (je nach Tiefe und Anwendung). Ende der Erläuterung.
Das Bohren eines Rings, das Abschneiden vom Gesteinsverband, ggf. die Segmentierung, das „Einpacken”, dann z. B. in einen Keramikbehälter, das Hochfahren etc. ist als Bohrsystem mit der Standardanwendung unter Verwendung von „Wasser” (wie folgend beschrieben) ident. Anwendungen, bei denen der Ring in etwa gemäss der Standardtechnologie ausgestattet ist, aber optional z. B. einen oder mehrere kleine Bohrer und/oder kleine Meissel hat, werden durch den Anspruch auch erfasst. Dies dient dazu Systeme, die aus rechtlichen Gründen z. B. mit einem einzigen (oder mehreren) kleinen Meisseln (auch hämmernd)/Bohrern ausgestattet sind, formal faktisch „zur Zierde”, faktisch um das Patent zu umgehen, durch den Anspruch mit zu erfassen.
Im Betrieb treten aus den Düsen Wasser, andere Flüssigkeiten, Gemische (aus zum Beispiel Flüssigkeit/en und/oder, Gas/en und/oder Festkörper/n) und/oder Lösungen (z. B. Wasser mit Stoffen, die den Siedepunkt erhöhen) und/oder für den Zweck geeignete Kombinationen (einschliesslich Suspensionen/Emulsionen) mit sehr hoher Geschwindigkeit aus. Das austretende Agens, auch wenn es selbst kein Wasser ist, sondern eine „andere Flüssigkeit, Lösung, Emulsion etc.” wie voranstehend erläutert, wird im folgenden mit „Wasser” bezeichnet. Dieses Wasser („Wasser” in o. a. Sinn), in das ggf. nach Austreten aus den Düsen (theoretisch auch vor Austreten aus den Düsen) Festkörper (z. B. Quarzkörner, Korund und anderes), z. B. o. a. „Suspension”, eingespeist werden kann, tritt mit sehr hoher Geschwindigkeit, einschliesslich ggf. Überschallgeschwindigkeit, aus den Düsen aus, so dass das Gestein, das sich „geometrisch vor” den Düsen befindet (gemeint: in etwa in Wasseraustrittsrichtung), zerkleinert wird.
Erläuterung:
Mit „Wasser im Sinne der Ansprüche” ist somit ein „Auflösungsmittel für Atombindungen” gemeint, also explizit auch „Hitze”, „Plasma”, „elektrochemische Einwirkungen”, „Ätzen”, „piezoelektrische Einwirkungen, z. B. Vibrationen” und andere mehr. Im Fall der Verwendung von Hitze/Schmelzen ist der Ring unten so beschaffen, dass die Schmelze optimal fließt, z. B. zu keinem, einen oder mehreren Absaugpunkten, in einem „Kanal” durch geeignete Form der Unterseite des Rings (in der Mitte, oben „hoch”, an den Seiten „niedrig”; die Formung für Wasser gilt sinngemäß auch für die Formung für Schmelze) Ende der Erläuterung.
Die Ansprüche beziehen sich auf Ringe (also sowohl geschlossen, halboffen, offen einschließlich Mischformen), die im Bohrbetrieb (im Sinne des Gesteinszerkleinerns) mindestens einen halben Meter Durchmesser haben. Arrays von kleineren Ringen („Hauptbohrung plus Sidetracks, siehe Patentschrift „geothermisches Kraftwerk” sowie zahlreiche Ringe nebeneinander) werden durch die Ansprüche auch erfasst. Ebenso werden sehr lange Horizontalbohrungen auch kleineren Durchmessers durch die Ansprüche erfasst.
Die Ansprüche beziehen sich auf Ringe beliebiger fester oder variabler einfacher oder komplexer Form, also z. B. Kreise, Ellipsen, Quadrate, Rechtecke, beliebige Polygone, Kreise mit polygonalen Fortsätzen (z. B. für Aussparungen für Kabel) oder sogar vollkommen beliebige Formen (z. B. Staatswappen). Die Ansprüche beziehen sich auch auf Ringe, die im Betrieb selber ihre Form, z. B. (aber nicht nur) tiefenabhängig verändern: z. B. oberflächennah kreisförmig, ab einer bestimmten Tiefe dann intentionell z. B. elliptisch.
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass im Regelfall der Kern durch drei, aber auch durch weniger oder mehr Radien, die ebenfalls mit Düsen dicht bestückt sind (im Regelfalle alle 1–2 oder mehr Millimeter eine Düse) während des Bohrens (beim Absenken) in eine entsprechende Zahl (bei drei Radien, drei Segmente) zerteilt wird. Anschaulich: Im Fall von drei Radien a 120 Grad haben diese in etwa die Anordnung eines „Mercedes-Sterns” (Aussenring plus Radien). Diese Anordnung mit einem Kern (ohne Segmente), mit einem Kern mit zwei, drei, vier oder mehr Segmenten, wird im folgenden als „drei Segmente” bezeichnet. Anordnungen, bei denen der/die Ringe und das/die „Radien” nur mit wenigen oder einer Düse bestückt sind (z. B. um das Patent zu umgehen) werden durch den Anspruch auch erfasst. Bohrsysteme, bei denen die Radien anders als mit „Wasser” gebohrt („gesagt”) werden (o. a. Hitze, Plasma, piezoelekrische Vibrationen und andere, e. g. Lösungsmittel für Atombindungen), werden durch den Anspruch auch erfasst, sofern das „Bohren”/„Sägen” der Radien Teil eines Bohrsystems für Tiefbohrungen Tunnelbohrungen im Sinne der Beschreibung ist. Für die Ringe gilt dies analog, einschließlich, s. o. der Anwendung von Kombinationen von Methoden (denkbar: piezoelektrisch erzeugte Vibrationen, falls möglich: kostengünstiges mechanisches Trennen aber unter Beibehaltung der Anordnung: abgetrennte Kerne/Kernsegmente, die dann nach oben/hinten hochgefahren werden und so, dass sehr große Tiefen, z. B. (mindestens eine von beiden Bedingungen) von 200–350°C oder über 10 km, erreichbar sind). Wichtig im Sinne der Ansprüche ist die Verwendung als Teil eines Bohrsystems für Tiefbohrungen/Tunnelbohrungen (im unten abgegrenzten Sinn).
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen einer temporären Zwischentiefe, z. B. alle weniger als zwei, alle zwei bis fünf, alle fünf, alle fünf bis zehn Meter, oder alle „mehr als zehn Meter”, der Kern (die drei Segmente) unten (bei Tunnelbohrungen analog: vorne) von Gesteinsverband abgetrennt wird.
Dieses kann, wie das Bohren selbst, durch Wasser geschehen. Andere Abtrennverfahren sind auch denkbar (z. B. o. a. piezoelektrisch erzeugte Vibrationen, Hitze, Plasma, mechanisch oder Kombinationen von mehreren).
Optional geschieht das Bohren durch Hitze, die das Gestein schmilzt oder verdampft. Das Schmelzen oder Verdampfen geschieht durch geeignete Verfahren, zum Beispiel nach Art der Brennschneidemaschinen, Infrarot, allgemeine Strahlungshitze, Laser und/oder sonstige Verfahren (zum Beispiel bei geeigneten Gesteinen induktiv) und/oder Kombinationen mehrerer Verfahren. Die einzelnen hitzeerzeugenden Elemente sind in Analogie zu den Düsen geeignet angeordnet (Aussenring im Sinn der Definition, Radien zum Bohren der Segmente im Sinn der Ansprüche, Elemente zum Abschneiden des Kerns/der Segmente an der Basis).
Wasser/Düsen etc. entfallen soweit sinnvoll.
Die Bohreinrichtung ist an der Basis (”unten”) optional so geneigt (einschliesslich 0 Grad Neigung als Teilmenge von geneigt sowie natürlich 45°, mehr oder weniger mit Absaugstellen am tiefsten Punkt, an tiefen Punkten, an geeigneten Punkten), mit einer gezackten Unterseite, mehrere Absaugstellen an den jeweils tiefsten Punkten), dass das geschmolzene Gestein zu ein oder mehreren Sammelstellen fliesst und abgesaugt werden kann. Ebenso ist der Ring der Bohreinrichtung (gilt sinngemäss für die Radien) an der Unterseite geeignet geformt, zum Beispiel (aber nicht nur) U-förmig, mit der hohen Seite nach oben, so dass das geschmolzene Gestein in einem Hohlraum zur/zu den Absaugstellen fliessen kann (also nach dem Schmelzen nicht wieder abkühlt sondern kontinuierlich flüssig bleibt). Dies gilt, soweit zweckmässig, für verdampftes Gestein sinngemäss. Andere geeignete Formgebungen sind durch die Ansprüche auch erfasst. Für das Abtrennen des Gesteins an der Basis (schmelzen/verdampfen/mechanisch/andere Verfahren) gelten o. a. Sätze sinngemäss. Ein Ring, der an der Unterseite plan oder konvex ist, oder geeignet irregulär geformt ist, wird durch die Ansprüche auch erfasst. Dies bezieht sich sinngemäss auch auf die Radien und/oder den Schliessmechanismus an der Basis (die „Abschneidevorrichtung”).
Die Sätze zum „Entfernen des gebohrten Gesteins”, z. B. Absaugen, werden an verschiedenen Stellen der Ansprüche sinngemäß ergänzt durch „entfernen geschmolzenen/verdampften Gesteins”.
Die Sätze zum „Bohren zusätzlicher Löcher”, zum Beispiel zur Fixierung der Wandsegmente, werden sinngemäß ergänzt durch „schmelzen/dampfen/verdampfen zusätzlicher Löcher” einschließlich der dazu nötigen Einrichtungen.
Im Regelfall ist der Trennmechanismus nach Art des Verschlusses von Kameras ausgeführt (ein Ring, der sich schließt, z. B. mit Düsen bestückt). Andere Mechanismen, z. B. Steuerung des Wasseraustritts der Düsen des Außenrings, eines Teil des Außenrings (der dann z. B. einen Teil der Fläche von außen nach innen „abfährt”, gefolgt von einer mechanischen Einrichtung, die das abgeschnittene Gestein in einem Abstand vom Rest des Gesteinsverbandes hält, so dass es nicht nach unten „fällt”) sind auch denkbar. Der Trennmechanismus kann auch dadurch realisiert sein, dass sich die Radien unten jeweils einen geeigneten Betrag drehen während das Gestein, z. B. aber nicht nur, von der Wand gehalten wird (Nadeln, Bänder etc.). Erläuterung: Es geht um den Punkt „Abschneiden des Gesteins unten/vorne”. Ende der Erläuterung.
Irreguläre Trennmechanismen, z. B. solche, die das Gestein in kleine Stücke zerlegen, sind durch die Ansprüche auch erfasst – auch wenn sie aufgrund des höheren Energieaufwandes als nicht zweckmässig erscheinen.
Wichtig für den Anspruch ist, dass ein ruhender oder überwiegend ruhender Kern (Unterschied zu konventionellen „Rotary”-Kernen) großen Durchmessers (z. B. einen halben Meter oder weniger bis mehrere Meter) kontrolliert oder überwiegend kontrolliert vom Gesteinsverband so abgetrennt wird, dass er ganz oder in Teilen (z. B. Segmente) zum Transport „umhüllt”/”verpackt” werden kann (u. a. Hülle, Behälter etc.).
Diese Komponente (auch Teil der Erfindungshöhe) ist eine Komponente von mehreren wesentlichen: Bei konventionellen Kernbohrungen muss für jeden Kern der gesamte Bohrstrang nach oben gezogen werden (= ausgebaut und wieder eingebaut werden). Hier gibt es keinen Bohrstrang: Die Kerne werden (ganz oder in Segmenten) vom Bohrgerät (oder dem Fördergerät über ihm) „transportfertig verpackt” und z. B. durch weitere Einrichtungen (z. B. Fördergerät/e) nach oben befördert. Die Abwesenheit des Bohrstrangs zur Erzielung der Funktionalität (Bohrstrang im Sinn von Erdölbohrungen) ist eine von mehreren wesentlichen Eigenschaften des meissellosen Bohrsystems: Ein zeit- und kostenträchtiger Aus- und Einbau durch Ziehen des Bohrstrangs entfällt hierbei.
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass im Regelfall beim Bohren und beim und nach dem Abtrennen des Kerns (der drei Segmente) vom Gesteinsverband um den Kern (um jedes Segment) eine „Hülle” gezogen wird.
Diese Hülle kann flexibel sein (z. B. eine reissfeste Folie), ein Gitter sein und/oder fest sein. Die Hülle kann (aber nicht muss) z. B. aus Kunststoff (bei niedrigeren Temperaturen), Metall, Keramik oder einem anderen Material oder mehreren Materialien sein. Wichtig ist, dass sie um den Kern (einschl. „die drei Segmente” in o. a. Sinn) so herumgezogen wird, dass die „drei Segmente” kontrolliert nach oben befördert werden können, also so, dass z. B. im Regelbetrieb keine Stücke von den Segmenten abfallen, die Segmente disintegrieren („zerbröseln”) und dadurch die Hülle/den Behälter verlassen etc. Obwohl unzweckmässig werden unverpackte Gesteine auch durch die Ansprüche mit erfasst. Erläuterung: Zur Vermeidung rechtlicher Tricksereien, in dem zum Beispiel hinter dem Fördergerät („Stafettenelement”) ein weiteres Gerät fährt, das herabgefalle Stücke auffängt um z. B. Lizenzgebühren zu vermeiden. Ende der Erläuterung.
Das „maschinelle Einpacken von Material in Transporthüllen/in Transportbehälter” ist für sich in vielen Industriezweigen Stand der Technik, also beziehbar. Neu ist, dass diese Technik als Systemkomponente bei Bohrungen eingesetzt wird – vergleichbar den Komponenten von Anti-Blockiersystemen bei Autos.
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es den festgehaltenen Kern (am Stück oder in Segmenten) sowohl entweder selbst nach oben transportiert (dann kann der Kern auch ohne Zerteilung in drei Segmente kostengünstig befördert werden) oder an ein Fördergerät am Stück oder in Teilen (jedes Segment einzeln) übergibt, das sich bei Übergabe z. B. oberhalb des Bohrgerätes befindet.
Ein wesentlicher Kerngedanke der Patentschrift, ist, dass es ein Kernbohrsystem ist, die Kerne aber ohne Bohrstrang nach oben bewegt werden, anschaulich: „an der Wand fahren”. (gilt sinngemäß für schwimmen, schweben durch Pressluft gedrückt, was auch immer, aber eben ohne Bohrstrang).
Dies bedeutet: Die Kerne und der Kerntransport können auch durch die Bohrlochwand gebohrt/transportiert werden: Die Bohrlochwand enthält Wandelemente mit zum Beispiel Rädern/Rollen: Diese bewegen den Kern in Teilen oder am Stück nach oben. Das Bohrgerät im engeren Sinn ist entweder extrem schmal – beim derzeitigen Stand der Technik kaum realisierbar – oder es ist Teil der Bohrlochwand im, zum Beispiel, unteren Segment: Es schiebt sich nach unten (Wasser, Hitze, Plasma), schneidet den Kern unten ab und „schiebt” ihn nach oben. Die Wandsegmente, z. B. Betonsegmente, Segmente aus Stahl, Kombinationen aus Stahl/Beton, Segmente aus geeigneten Materialien, passieren entweder in den an anderer Stelle erwähnten Ausweichstellen den Kern, zum Beispiel bei flachen Bohrungen oder langen Horizontalbohrungen. Alternativ bewegen sie sich in einer, zum Beispiel aber nicht nur, doppelwandigen Bohrlochwand nach unten. Aufgrund des hohen Aufwandes an Stahl erscheint dies für Tiefbohrungen sehr unzweckmäßig (unwirtschaftlich). Es ist aber durch die Ansprüche mit abgedeckt, da ein wesentliches Kriterium der fehlende Bohrstrang bei einem Kern(!)bohrsystem ist.
Die Ansprüche beziehen sich auch auf Bohrungen mit einem wesentlich geringeren Durchmesser als zwei Meter, zum Beispiel einen halben Meter, 30 Zentimeter, 10 Zentimeter und weniger. Wesentliches Kriterium ist, dass die Bohrungen sehr lang sind, zum Beispiel 2 km. Bei herkömmlichen Kernbohrmaschinen, zum Beispiel zum Betonabbau, sind die Bohrungen kurz, zum Beispiel einen halben Meter lang. Kompositbohrungen (eine Unterbrechung alle 500 m) werden durch die Ansprüche auch erfasst, sofern es Kernbohrungen sind.
Im Regelfall, weil wirtschaftlich am sinnvollsten, sind die Kerne segmentierte Kerne. Vollkerne sind, bei entsprechenden Rahmenbedingungen (kein Bohrstrang) durch die Ansprüche auch erfasst. Im Grundsatz fallen Vollkerne aber unter „juristische Tricksereien” zum Einsparen von Lizenzgebühren. Diese Sentenz gilt sinngemäß auch für andere Passagen der Patentschrift, die sich auf entsprechende Komponenten (Transport der Kerne, Bohren etc.) beziehen. Die für Vollkerne im Regelfall nötigen „Ausweichstellen” sind in der Patentschrift selber erwähnt. Dieser Abschnitt ist also nur eine Klarstellung einer schon vorhandenen Logik.
Bei „Mischlösungen”, zum Beispiel zum Umgehen der Patentschrift, werden, wenn dies objektiv begründet ist, ermäßigte Lizenzgebühren berechnet. Das Ziehen eines Vollkerns durch ein langes Kabel, auch über Ausweichstellen, ist im Grundsatz durch die Ansprüche abgedeckt (kein Bohrstrang im üblichen Sinn). Es gibt aber einen Grenzfall bei sehr festen Kabeln, die also faktisch schon wieder ein Bohrstrang sind. Hier kommt es zur Berechnung der individuellen Lizenzgebühren auf den Anteil der Logik aus der Patentschrift an.
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es das nötige Wasser (im Sinne der Ansprüche, e. g. einschl. Hitze, Plasma etc. wie voranstehend erläutert) und/oder die Energie (im Regelfall Strom) zum Bohren sowohl selber mitführt (Wasser in einem Tank, Strom in einem Speicher, z. B. Grosskondensator, Batterie und/oder weitere Speicher) als auch von dem Fördergerät (Eigenschaften der Komponente „Fördergerät” weiter unten) oberhalb von ihm angereicht bekommt als auch/oder zum Beispiel aus der Bohrlochwand bezieht (Systemkomponente „Bohrlochwand” weiter unten).
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen zur Überwachung, Steuerung und, fallweise, Einrichtungen zur Manipulation von Gestein, Komponenten (einschließlich Bohrgerät, z. B. zur Reparatur), Fördergerät, Bohrlochwand u. a. besitzt. Dies sind zum Beispiel: Beleuchtungseinrichtungen (normal und polarisiert), auch mit verschiedenen Spektralbereichen, einschließlich Radar, sichtbares Licht, Infrarot, entsprechende Kameras (fest und steuerbar), Mikrophone, Greifer, ferngesteuerte Werkzeuge (auch zur Reparatur im Bohrloch, zum Befreien festgeklemmter Gesteinsstücke, zum, falls nötig, Lösen, der um die Kernsegmente zu ziehenden Hülle etc.).
Dies schließt halbautomatische Systeme ebenso ein wie vollautomatische und explizit manuell gesteuerte (jede Bewegung von einem Operator gesteuert) ein. Im Regelfall wird das Bohrgerät per LAN gesteuert. Dies schließt partielles oder vollständiges WLAN (z. B. zu einem Antennenkabel als Teil der Ausrüstung der Bohrlochwand) ein. Eine Steuerung durch explizite Signale (also ohne LAN, sondern konventionelle Schalter und/oder Kabel) ist durch den Anspruch auch erfasst.
Die Ansprüche beziehen sich auf „Bohrsysteme für Tiefbohrungen” (einschließlich Tunnelbohrungen) nicht auf die Einzelkomponenten wie „Greifer”, „Kameras”, „Schrauben” etc. (die Einzelkomponenten sind „Stand der Technik”).
Auch hier gilt: Die Komponenten selbst, z. B. durch LAN oder WLAN gesteuert, sind einzeln Stand der Technik. Das neue ist die Integration zu einem Bohrsystem, Vergleichbar der Komponenten von Anti-Blockiersystemen bei Autos.
Abgrenzung: Der Anspruch bezieht sich nicht auf Maschinen zum Durchbohren von Beton („Betonabbau”) – ausser natürlich als Zusatzfunktion z. B. des Bohrgeräts, eines Fördergeräts oder eines anderen Geräts des System zum Einsatz in Tiefbohrungen, z. B. zum Bohren von Löchern für Halterungen in z. B. den Betonsegmenten, z. B. um etwas im Bohrloch nachzuinstallieren. Existierende Maschinen zum „Durchbohren von Beton” sind dadurch gekennzeichnet, dass in unmittelbarer Nähe der eigentlichen Bohrstelle (z. B. eine Wand) sich im Regelbetrieb Menschen weitgehend ungeschützt (einschliesslich normale Baustellen-Schutzkleidung) aufhalten bzw. aufhalten können. Dieses (ungeschütztes Aufhalten von Menschen in der Nähe des Bohrgerätes im Regelbetrieb) ist bei Tiefbohrungen in der Regel nicht möglich (ausser in Druckkammern, auch mit Sauerstoffversorgung, Tiefsee-U-Booten vergleichbar). Erläuterung: Lange Bohrungen bei geringem Durchmesser (weniger als einen halben Meter) sind somit durch die Ansprüche stets erfasst, da sich bei einem geringen Durchmesser auch aufgrund des geringen Durchmessers keine Menschen an der Bohrstelle aufhalten können. Ende der Erläuterung.
Die Ansprüche beziehen sich auch nur auf Systeme, bei denen im Betrieb (vom Start abgesehen) Menschen in der Regel mehr als 200 Meter vom eigentlichen Bohrgerät entfernt sind. Eingeschlossen sind jedoch kommende Systeme, bei denen nach diesem Verfahren mit besonders großen Durchmessern in etwa horizontal gebohrt wird (Tunnelbohrungen ohne Zerkleinerung des Gesteins auf fast der gesamten Fläche, also nach Art von Kernbohrungen).
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es die gebohrten Kerne (einschließlich der „drei Segmente”) entweder selbst nach oben befördern kann oder an eine Fördereinrichtung übergeben kann oder wahlweise beides durchführen kann. (z. B. während der ersten 100–200 Meter selbst nach oben fahren; unterhalb von 200 Metern an eine Fördereinrichtung übergeben).
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es entweder die entsprechenden Aggregate zum Erzielen des für das Bohren nötigen Wasserdrucks selbst hat und/oder entsprechendes Wasser („Wasser im Sinne der Ansprüche, also Hitze, Plasma etc. wie erläutert”) geeigneten (z. B. hohen oder normalen) Drucks aus der Bohrlochwand (einschliesslich aus dem Raum über ihm, zum Beispiel vom Fördergerät über ihm) bezieht und/oder beide Verfahren wahlweise anwenden kann (z. B. je nach Tiefe).
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es das gebohrte Gestein aus dem eigentlichen Bohrbereich entfernen kann. Im Regelfall wird dies Absaugen sein. Das entfernte („abgesaugte”) Gestein (gilt sinngemäß für Staub (piezoelektrisch), Schmelze) wird wahlweise in einem Tank und/oder Behälter (z. B. offen), zum Beispiel des Bohrgerätes, gespeichert oder in die Bohrlochwand befördert (z. B. durch einen Schlauch/ein Rohr in ein weiteres Rohr in der Bohrlochwand).
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es nach Bohren von z. B. ein oder mehreren (oder weniger) Millimeter Gestein (oder während des Bohrens selbst) entsprechend kontrolliert nach unten fährt. Dies geschieht wahlweise abschnittsweise (je ein Millimeter und dann eine Pause) oder kontinuierlich oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Der Bohrforschritt wird im Regelfall regional aufgelöst (z. B. bei den einzelnen Düsen, gilt sinngemäß für Heizelemente) überwacht (sei es mechanisch, sei es durch andere Verfahren). Die Ergebnisse der Überwachung fließen in die Steuerung (ferngesteuert manuell, halbautomatisch, vollautomatisch) der Düsen (Richtung, Wasserdruck etc.) und/oder das Vorfahren des Bohrgeräts ein. Auf diese Weise werden Heterogenitäten im Gestein kompensiert. Zum Teil können optional auch kleine bewegliche Meissel und/oder kleine Bohrer (wie bei Heimwerker-Bohrmaschinen) zwischen den Düsen eingesetzt werden um z. B. einzelne stehengebliebene kleine „Pfeiler” zwischen den Düsen zu entfernen. Beim Durchbohren von Radiolarit, einzelnen Fronten aus mobilisierter und später verfestigter „Kieselsäure” (im geologischen Sinn) kann es sein, dass zwischen den Düsen einzelne Pfeiler stehen bleiben – daher weitere optionale Zusatzausstattungen.
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es optional Einrichtungen (in der Regel weitere Düsen (gilt sinngemäß für Heizelemente etc.) mit zugehörigen Komponenten) hat, mit denen es kontrolliert Löcher und/oder Aussparungen seitlich in die Bohrlochwand bohren kann. Die Löcher dienen zum Arretieren von zum Beispiel Segmenten der späteren Bohrlochwand (einschliesslich Löcher für Felsanker unterschiedlicher Länge, Spezial- oder Standard”dübel”, Fortsätze der Segmente der Bohrlochwand u. a.). Die Aussparungen dienen dazu, dass dann, wenn es im Einzelfall zweckmässig ist, das jeweils abwärts fahrende Fördergerät in der Aussparung Material absetzen kann (zum Beispiel einen Wassertank, einen Grosskondensator aber natürlich auch Segmente der Systemkomponente „Bohrlochwand”), einen Kern am Stück (ohne Segmente) aufnimmt, wieder nach oben fährt, dem unteren Fördergerät Gelegenheit gibt, die in der Aussparung abgestellten Dinge aufzunehmen und wieder nach unten zu fahren. Diese optionale Eigenschaft kommt optional auch am untersten Fördergerät und/oder optional an weiteren oder allen Fördergeräten vor.
Die Zweckmässigkeit (Ausstausch von Tanks/Kondensatoren vs. direkter Austausch der Flüssigkeit/elektrischen Ladung vs. Transport in der Bohrlochwand) wird fallweise beurteilt. Falls dem Wasser beim Bohren zum Beispiel Quarzkörner beigegeben werden, kann es sein, dass diese Quarzkörner in einem Behälter nach unten fahren müssen. Dieser Behälter kann dann temporär in der Aussparung abgesetzt werden. Alternativ können natürlich die Kerne segmentiert sein, so dass abwärts fahrender Behälter und aufwärtsfahrende Kernsegmente aneinander vorbei können.
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es im Regelfall an der Bohrlochwand auf- und abfahren kann. Es hängt im Regelfall also nicht an einem Kabel von der Erdoberfläche oder an einem Bohrstrang. Es fährt aktiv gesteuert. Ein Hängen an einem Kabel (zum Beispiel auch zur Energieversorgung oder als angeschlossenes Rettungskabel, an dem es bei Systemausfall hochgezogen werden kann, ggf. auch von einem Fördergerät zur Bergung, auch daher die oft erwähnten Manipulatoren/Greifer), obwohl es unzweckmässig ist (z. B. 14–20 km Kabel erzeugen Kosten), ist im Anspruch eingeschlossen.
Das Fahren geschieht im Regelfall durch mehrere Zahnräder an Zahnstangen, die in der Bohrlochwand, z. B. als Teil der Wandsegmente (siehe unten), eingelassen sind. Statt der Zahnräder können auch Gleisketten, Reibung durch Andruck an der Bohrlochwand (z. B. auch ohne Wandsegmente oder bei Reparaturen), Auftrieb (falls das Bohrloch gefüllt ist, z. B. mit Wasser oder in großen Tiefen und/oder hohen Drücken) auch mit Dampf (dann mit entsprechender Abdichtung) oder andere Fahrhilfsmittel (einschließlich Gleithilfsmittel, Schwimmhilfsmittel, Schwebehilfsmittel oder Kombinationen aus mehreren) verwendet werden. Damit verkantete Segmente der Bohrlochwand (z. B. durch „geologische Bewegungen”) kein Problem darstellen, werden mehrere Antriebskomponenten installiert (Zahnräder, Gleisketten, jeweils mehrere Zahnräder in einer Spur, die beim Erreichen einer Verwerfung in der Bohrlochwand durch individuelle Bewegungen, vollautomatisch, halbautomatisch oder ferngesteuert, die Verwerfung überwinden können u. a.). Anschauliches Beispiel (Analogie): Stellen Sie sich vor, dass bei einem Rollschuh für Inline-Skating, der Rollschuh die Räder bei Bedarf einzeln (also eines von vieren) anhebt und/oder absenkt, so dass z. B. Steinchen auf der Straße ohne Eingriff des Skaters überfahren werden können.
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten, je nach Einsatztiefe und Bedingungen optional gegen z. B. negative Einwirkungen von Temperatur und/oder Feuchte abgeschirmt („isoliert”) sind. Weitere Abschirmungen des Bohrgerätes/des/der Fördergerät s/e, z. B. Netzte/Platten gegen herabfallendes Gestein sind ebenfalls im Anspruch eingeschlossen. Dies kann eine passive Abschirmung sein (Schutzbehälter, temperaturresistente Materialien). Dies kann, insbesondere bei sehr hohen Temperaturen (z. B. 300–600°C, ggf. sogar mehr) auch eine aktive Kühlung sein, sei es durch eine umströmende sich erwärmende (einschließlich verdampfende) Flüssigkeit oder eine andere Kühleinrichtung.
Die am Beginn dieses Kapitels erwähnten Werkzeuge (im Sinne fernsteuerbare Werkzeuge, Greifer etc.) dienen dazu, im Bohrloch selbst aufgetretene Zwischenfälle, z. B. verkantete Gesteinsstücke, so zu behandeln (z. B. beseitigen), Zweckmässigkeit des Patents, dass das Bohrgerät nicht an die Oberfläche geholt werden muss.
Anspruch 2: Systemkomponente zwei: Fahreinrichtung
Das Bohrgerät fährt an einer Einrichtung im Bohrloch aktiv auf und ab.
Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet dass sie zum Beispiel Räder hat (z. B. Zahnräder, die an „Zahnstangen” laufen). Diese Zahnstangen können in die Bohrlochwand explizit eingebaut sein (Metallzahnstangen) oder implizit gegossen (z. B. bei Betonsegmenten aus Kostengründen und zur Temperaturresistenz). Im Fall von Zahnstangen sind in der Regel mindestens drei solcher Zahnstangen, angeordnet in ca. 120 Grad Winkel zueinander vorgesehen. Der Anspruch bezieht sich auch auf Bohrgeräte, die ohne Zahnstangen fahren (z. B. mit Gleisketten), die durch Reibung (Andruck) sich an den Wänden festhalten, mit weniger oder mehr als drei Zahnstangen (im Sinne „Führungseinrichtungen allgemeiner Art”) oder sogar, voll oder partiell schwimmend oder schwebend (durch Dampfdruck bei tiefen Bohrungen). Die Formulierung „Führungseinrichtungen allgemeiner Art” meint: „Zahnstangen, Stangen, ggf. plan, gewölbt, mit Zusatznuten, Zusatzrillen etc., die so beschaffen sind, dass sich ein oder mehrere Fahreinrichtung(en), ein oder mehrere Fördergeräte so daran festhalten können, dass der Zweck des Patents (Tiefbohrungen, ggf. Tunnelbohrungen mit mindestens zwei Meter Durchmesser, ausgeführt als Kernbohrungen) erreicht wird, also so dass sie z. B. auf- und abwärts fahren können, sich bei entsprechend geringen Gewichten oder als Implementierung von Redundanz auch nur an einer einzigen Zahnstange festhalten können ohne abzustürzen usw. Rechtlicher Hinweis: Das Patent ist von einem Geologen geschrieben, nicht von einem Ingenieur. Es sind Einrichtungen gemeint, die „so wie Zahnstangen wirken, z. B. im o. a. beschriebenen Sinn”.
Der Anspruch bezieht sich auch auf Kombinationen von Fahrmöglichkeiten. Die Fahreinrichtung kann also sowohl Teil des Bohrgerätes sein als auch Teil der Bohrlochwand sein als auch Teil von eventueller Flüssigkeit/Dampf im Bohrloch sein als auch – im Regelfall – eine Kombination aus beiden (Bohrgerät plus Bohrlochwand, z. B. Zahnräder plus Zahnstangen) darstellen. Die bei Systemkomponente eins (Bohrgerät) genannten Zusatzeinrichtungen (z. B. optional einzeln steuerbare Zahnräder/Räder) beziehen sich auch auf die Fahreinrichtung und auf Systemkomponente drei, die Fördereinrichtung. Die Zahnstangen selbst sind „Stand der Technik”. Der Anspruch bezieht sich auf Bohrsysteme, die Zahnstangen (im beschriebenen Sinn) nutzen, um den bisher nicht erreichbaren Zweck des Patents, z. B. sehr tiefe Bohrungen, zu erreichen.
Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass es in der Lage ist, eine begrenzte Entfernung über das Ende der Zahnstangen hinaus nach unten zu bohren (z. B. die genannte Kernlänge von 5–10, mehr oder weniger Metern). Die Fahreinrichtung für das Bohrgerät ist somit dadurch gekennzeichnet, dass sie das Bohrgerät, zum Beispiel an geeigneten Führungseinrichtungen, kontrolliert (z. B. durch laufende Messung des Abstands vor den Düsen, Entfernen von einzelnen „Mikropfeilern” des Gesteins zum Beispiel durch einen oder mehrere gesteuerte schräge Wasserstrahlen oder kleine „Meissel” („Meisselchen”, zwischen den Düsen), kleine Bohrer („Bohrerchen”, Zahnarztbohrer bis Heimwerker-Bohrer, zwischen den Düsen) nach unten lässt. Dies kann geschehen, in dem die Fahreinrichtung bei einer intermediären Endtiefe anhält und dann das eigentliche Bohrgerät z. B. an teleskopartig angeordneten Halteeinrichtungen (z. B. aber nicht nur Teleskopschienen) kontrolliert nach unten lässt. Die erwähnten Kameras, Manipulatoren/Greifer dienen auch dazu, dann, wenn z. B. das Bohrgerät aus einer der Zahnstangen rutscht (z. B. nicht rechtzeitig anhält), es wieder ferngesteuert „einzuspuren”.
Abgrenzung: Wichtig ist, dass das Bohrgerät aktiv steuerbar ist, ohne dass es passiv an einem Bohrstrang (einschließlich im Regelbetrieb mechanisch an einem Kabel im Sinne einer Hakenlast) hängt. Kabel zur Stromversorgung oder Datenkabel (z. B. LAN) sind hiervon nicht erfasst (= LAN-Kabel dürfen vorkommen). Rettungskabel, um es bei Systemausfall nach oben zu holen oder an einem Fördergerät zur Rettung anzuhängen, dürfen optional auch vorkommen, sind aber keine Komponente im Regelbetrieb. Die Ansprüche beziehen sich nur auf Bohrsysteme für größere Tiefen (mindestens zweihundert Meter Endtiefe, in der Regel 10, 14, 20 oder mehr Kilometer), im Fall von Tunnelbohrungen nur auf Kernbohrungen mit mindestens ca. zwei Meter Durchmesser.
Anspruch 3: Systemkomponente drei: Fördereinrichtung
Die gebohrten und ggf. verpackten Kerne/Kernsegmente werden vom Bohrgerät einer Fördereinrichtung übergeben, die ebenfalls an der Bohrlochwand aktiv herauf- und herabfährt.
Diese Fördereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie an den Bohrlochwänden in o. a. Sinn aktiv (ferngesteuert, halbautomatisch oder automatisch) fahren kann, den Kern/die Kernsegmente halten kann,
fallweise zu transportierendes Material (z. B. Wasser, Kabel, Rohre, Tanks, Kondensatoren, Segmente der Bohrlochwand und anderes) transportieren kann,
beides fallweise an ein weiteres Fördergerät nach oben und/oder unten übergeben kann („stafettenartig”) und die dafür nötigen Greifer/Manipulatoren und Überwachungssysteme (z. B. Kameras) hat.
Optional kann die Fördereinrichtung auch unter anderem weitere Greifer/Manipulatoren/Kameras etc. haben, z. B. um Segmente der Bohrlochwand zu montieren, Wartungsarbeiten vorzunehmen, Rettungen von Ausrüstung (z. B. eines festgeklemmten anderen Fördergeräts oder gar des Bohrgeräts) vorzunehmen u. a.
Es kann bei der Übergabe von einem unteren zu einem oberen Fördergerät jeweils ein aufwärts fahrendes Kernsegment an abwärts fahrenden Dingen (z. B. Wandsegmente) vorbeigereicht werden (der Regelfall). Es kann fallweise, z. B. in geringeren Tiefen (einige Kilometer), das abwärts fahrende Material in einer Aussparung abgesetzt werden, so dass ein jeweils aufwärts fahrender Kern unsegmentiert übergeben werden kann.
Mindestens die unterste Fördereinrichtung und/oder das Bohrgerät (im oberen Bereich) ist zusätzlich mit Einrichtungen zum Einbau der Wandsegmente, z. B. Betonsegmente, Segmente aus Stahl, Kombinationen aus Stahl/Beton, Segmente aus geeigneten Materialien und anderer nötiger Dinge (z. B. Manipulatoren, Greifer, Kameras (polarisiert, unpolarisiert, aktives Infrarot, Radar und anders) ausgestattet. Die beim Fördergerät und an anderen Stellen genannten möglichen Ausrüstungen, optionalen Ausrüstungen und Ausrüstungen gelten sinngemäss auch bei der Systemkomponente „Fördergerät”. Erläuterung: Eine quasi „vertikales Förderband” „Paternoster-Aufzug” etc., e. g. mit Halterungen etc. ist durch die Ansprüche auch erfasst, obwohl es unzweckmäßig ist. Wichtig ist der Transport von gebohrtem Kern/Kernsegmenten und der Transport der Wandsegmente/Ausrüstung (einschl. Zahnstangen, Halterungen etc. etc. etc.). Ende der Erläuterung.
Die optionalen Ausstattungen des Bohrgeräts (s. o.), z. B. einzeln steuerbare Räder, beziehen sich auch auf das/die Fördergeräte.
Die stafettenartige Übergabe an das jeweils höhere Fördergerät als Teil des Bohrsystems bewirkt, dass jedes Fördergerät nur ein kurzes Stück aufwärts und abwärts fahren muss (für drei Kernsegmente zum Beispiel drei mal hundert bis zweihundert Meter auf und ab). In dieser Zeit können dann Wandsegmente (siehe unten) eingebaut werden. Länge des Kernstücks (genannte 5–10 Meter als Beispiel), Geschwindigkeit der Fördergeräte, Geschwindigkeit des Einbaus der Wandsegmente werden in der Regel sinnvoll aufeinander abgestimmt, so dass ein quasi kontinuierlicher Betrieb entstehen kann. Die Intervalle der einzelnen Stafetten können auch größer oder kleiner als die genannten 100–200 Meter sein.
Verbundener Nebenaspekt: Der Betrieb, z. B. mit Funkbaken zum Absetzen der Kerne an der Erdoberfläche, ferngesteuerten und/oder automatischen Geräten (z. B. Gabelstapler) an der Erdoberfläche zum Absetzen der Kerne und/oder Aufnehmen der Betonsegmente kann wahlweise ferngesteuert, z. B. von einem/mehreren Menschen am Rechner), halbautomatisch oder vollautomatisch (z. B. nachts) sein. Ein „vollautomatisches Lager” ist „Stand der Technik”. Diese Methoden kommen optional als Teil des Bohrsystems fallweise auch zum Einsatz.
Im Bereich „Handhabungstechnik” sind derartige Systeme beziehbar (e. g. von Fachleuten der Branche Handhabungstechnik). Als Teil eines Bohrsystems für Tiefbohrungen sind sie neu.
Abgrenzung: Ein „klassisches” Kernrohr („core-barrel”), z. B. als Teil eines Bohrstrangs, wird durch den Anspruch nicht erfasst. Ein „klassisches” Kernrohr kann z. B. nicht selber aktiv auf- und abfahren (es hängt an einem Bohrstrang), den Kern nicht anderen Kernrohren übergeben etc.
Anspruch 4: Systemkomponente vier: Energieversorgung
Das Bohrsystem (Bohrgerät, Fahrmöglichkeit, Fördergerät, ggf. Pumpen, Tank/s, ferngesteuerte Werkzeuge, Kameras etc.) wird im wesentlichen elektrisch betrieben und gesteuert. Andere Verfahren sind auch denkbar und werden durch den Anspruch auch erfasst aber erscheinen nicht zweckmässig. Der Strom wird zugeführt entweder durch Kabel (einschliesslich Schienen) in den Segmenten der Bohrlochwand, an der Bohrlochwand (aussen, z. B. an der „Luftseite” (im Gegensatz zur Gesteinsseite) der Segmente, z. B. aber nicht nur in einem Kabelschacht der Wandsegmente) oder durch austauschbare Stromspeicher, wie zum Beispiel Grosskondensatoren, Batterien etc. Der Begriff der „Luftseite” wird im gesamten Patent als Unterscheidung zur Gesteinsseite verstanden, also bei mit Wasser ganz oder teilweise gefüllten Bohrungen entsprechend als Wasserseite. Dies gilt sinngemäß auch für induktive und ähnliche Energieübertragungen zwischen Bohrlochwand und Fördereinrichtungen/Bohrgerät. Eine Energieübertragung durch ein oder mehrere Schleifelemente (wie bei einigen S-Bahnen) wird durch die Ansprüche auch erfasst im Sinn: Andere können diese Art der Energieübertragung, wo sie Stand der Technik ist, selbstverständlich auch verwenden (zum Beispiel für S-Bahnen). Für den Einsatz in Tiefborungen ist diese Art der Energieübertragung neu und daher Teil der Ansprüche. Erläuterung: Der Begriff der „Kabel” schließt auch Induktionskabel ein. Der Begriff „andere Verfahren” schließt auch Laser, Richtfunkstrecken, Mikrowellen, Röntgen”strahlen” und weitere ein. Ende der Erläuterung.
Anspruch 5: Systemkomponente fünf: Wasserversorgung
Das erwähnte „Wasser” (Flüssigkeiten u. ä. in obigem Sinn, e. g. einschl. Hitze, Plasma, piezoelektrisch etc. wie oben erläutert, e. g. Lösungsmittel für Atombindungen) wird dem Bohrgerät entweder durch Fördergeräte von oben „angereicht” (Übergabe eines Tanks, ggf. nur Übergabe der Flüssigkeit, z. B. durch stafettenartiges Entleeren von Tanks) oder das Bohrgerät bezieht das nötige Wasser aus der Bohrlochwand (die letzten Meter dann in einem festen oder biegsamen Rohr, Schlauch einschliesslich Hydraulikschlauch) u. dergl. Beim Start der Bohrung (im Sinne oberflächennah) kann das Wasser auch durch das Bohrgerät von der Erdoberfläche bezogen werden (z. B. in einem Tank, durch einen Schlauch etc.).
Anspruch 6: Systemkomponente sechs: Transport des Bohrkleins
Die Gesteinskörner, die durch das Wasser vom Gesteinsverband abgetrennt werden, werden sofort nach Abtrennung in unmittelbarer Nähe der Düsen abgesaugt, mit oder ohne beteiligtes Wasser. Diese abgesaugten Gesteinskörner (einschließlich Tonminerale, „Schlamm”) werden entweder in einen Tank des Bohrgerätes gepumpt oder über ein z. B. biegsames Rohr/einen biegsamen Schlauch (einschließlich Hydraulikschlauch) in die Bohrlochwand gedrückt. Ein Pumpen in einen Tank, der sich in einem Fördergerät befindet (z. B. oberhalb des Bohrgerätes) ist auch denkbar. Der/die Tanks (einschließlich Bohrgerät, Fördergerät/e) können Komponenten zur Abtrennung des Wasser haben, so dass das Wasser ganz oder zum Teil wiederverwendet werden kann. Es können auch die Körner mit Wasser in den Tanks oder in der Bohrlochwand nach oben befördert werden. Dies bezieht sich auch auf Kombinationen von Methoden, z. B. die oberen Kilometer in der Bohrlochwand (durch zum Beispiel Betonpumpen (im Sinne der Bezeichnung der Geräte im Handel, gemeint sind die eigentlichen Pumpen, nicht die LKW, auf denen sie derzeit meist montiert sind) in geeigneten Abständen) und die unteren Kilometer in Tanks gefahren. Dies gilt sinngemäß für Schmelze (temperaturresistenter Tank) oder Staub. Gemeint ist „das zerkleinerte/aufgelöste Gestein”.
Anspruch 7: Systemkomponente sieben: Bohrlochwand
Die Bohrlochwand ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil des Bohrsystems ist.
Sie ermöglicht dem Bohrgerät und/oder den Fördergeräten das Auf- und Abwärtsfahren. Je nach Bedingungen transportiert sie Energie (z. B. durch Stromkabel), Wasser und Daten (LAN-Kabel) sei es in ihr, sei es auf ihr.
Die Bohrlochwand ist durch folgende Komponenten/Eigenschaften gekennzeichnet:
Im Regelfall besteht die Bohrlochwand aus Segmenten (z. B. Betonsegmenten), die z. B. ein Drittel (oder mehr oder weniger, z. B. ein Viertel) des Bohrlochumfangs ganz oder teilweise abdecken und optional ggf. kontrollierbare Öffnungen (z. B. Klappen) enthalten. Diese Segmente sind in vielen Fällen initial Teil eines Kreises. Sie können aber auch andere Formen aufweisen (Ellipsen, Quadrate, polygonale Formen u. a.). Im Regelfall hat jedes Segment (z. B. Betonsegment, Stahlsegment) eine oder mehrere Zahnstangen (z. B. aus Beton, Stahl) anmontiert oder eingegossen bzw. der Beton/Stahl ist initial so geformt, dass er als Zahnstange wirkt. Der Begriff der Zahnstange bezieht sich auch auf „mehrseitige Zahnstangen”, also solche, die z. B. an zwei oder drei Seiten zahnstangenähnliche Vertiefungen haben (siehe Erläuterung bei Systemkomponente zwei, „Fahreinrichtung”). Weitere Gestaltungen der Oberfläche (Vorsprünge/Aussparungen) sind hierbei eingeschlossen. Wichtig ist die Zweckmässigkeit zum Auf- und Abfahren der Fördergeräte/des Bohrgeräts. Die Zahnstangen können auch nachträglich montiert werden (z. B. ferngesteuert aus Metall). Andere Einrichtungen, an denen das Bohrgerät (zum Beispiel mit der Fahreinrichtung) und/oder die Fördergeräte sich festhalten, sind von dem Anspruch auch erfasst.
Die Segmente können aus verschiedenen geeigneten Materialien sein (z. B. Metall, bei mittleren Temperaturen), Kunststoff (bei geringen Temperaturen) oder anderen Materialien. Beton, Stahl und/oder Keramik erscheint aufgrund der Resistenz gegen Korrosion und/oder Hitze am zweckmäßigsten
Die Segmente werden an der Bohrlochwand im Sinne des Gesteins (einschließlich Lockergestein), sei es durch das Bohrgerät selbst (oben erwähnte Manipulatoren/Greifer) sei es zum Beispiel durch das unterste Fördergerät (dortige Manipulatoren/Greifer) oder weitere Fördergeräte an/in der Bohrlochwand geeignet befestigt (z. B. durch Fortsätze, z. B. aus Beton/Stahl, die in Aussparungen der Bohrlochwand passen, Anker (im Sinne kleine, mittlere oder große Felsanker), „Dübel”, Zement u. a.) Die Montage geschieht ferngesteuert, sei es ferngesteuert manuell (z. B. durch Kameras überwacht), ferngesteuert halbautomatisch, ferngesteuert vollautomatisch, vollautomatisch und/oder Kombinationen hiervon (z. B. zeitlich wechselnd) oder sogar lokal „ferngesteuert” (Steuerungseinrichtung zum Beispiel im Bohrgerät). Wichtig ist (Erläuterung des Begriffs „ferngesteuert”, dass sich kein Personal im Bohrloch befinden braucht (und im Regelfall z. B. aufgrund der Temperatur auch gar nicht befinden kann), zum Beispiel um ein Loch zu bohren, Zement einzugeben, ein Segment festzuhalten etc. Dieses wird durch die erwähnten Manipulatoren/Greifer erledigt. Diese Art der Vorgehensweise ist in anderen Teilen der Geologie, zum Beispiel bei der Wartung von Pipelines, Stand der Technik. Je nach Aufgabenstellung können die Segmente Durchlässe in vertikaler (einschließlich überwiegend vertikaler, schräger, subhorizontaler, partiell horizontaler, gewundener) Richtung enthalten, in die dann Rohre/Schläuche (z. B. für Wasser) und/oder Kabel (Stromkabel, Datenkabel) z. B. durch die Manipulatoren eingebaut werden können (gilt sinngemäß (Rohre) auch für Sidetrack-Bohrungen und, falls vorhanden, deren Ausrüstung.
Die Segmente (z. B. eines von mehreren eines Bohrlochumfangs) können besonders dick sein und dann z. B. an der „Luftseite” (im Gegensatz zur Gesteinsseite) des Bohrlochs Platz (z. B. durch Aussparungen, anschaulich: wie vertikale/subvertikale Kabelschächte wirkend) für den Einbau vom Rohren, Kabeln etc. haben. Der Einbau von z. B. 100 Meter Rohr und anderen Dingen (Stromkabel, Datenkabel) kann dann der jeweils letzte Arbeitsgang für einen Abschnitt von zum Beispiel 100 Metern sein. Das Bohrgerät schließt dann sein Stromkabel (sofern vorhanden) seine Wasser Zu- und Ableitung (im Sinne o. a. Tanks) jeweils z. B. 100 Meter weiter unten an, und bohrt die nächsten zum Beispiel 100 Meter.
Der Begriff „Zement” (Zweckmässigkeit des Patents) bezieht sich auf „geeignete Zemente aller Art”/„geeignete Betonmischungen aller Art”, also auch z. B. (z. B. im Fall eines wassergefüllten Bohrlochs) auf Zemente, die unter Wasser eingebracht werden und unter Wasser aushärten (im Sinn von Zementen bei Erdölbohrungen).
Wandsegmente (mit Zahnstangen) werden zeitnah (ferngesteuert einschließlich halb- und/oder vollautomatisch) angereicht (und eingebaut), Rohre und Kabel immer nach einem größeren Abschnitt (z. B. 100 Meter). Die Abschnitte, ab denen Rohre eingebaut werden, können auch länger oder kürzer sein, zum Beispiel 20 m, 200 m, 500 m 1 Kilometer oder mehr oder weniger.
Die Notwendigkeit, Wandsegmente, Rohre und Kabel einzubauen, erläutert den niedrigen Bohrforschritt von weniger als einem bis einige Kilometer pro Tag. Bei der hohen Zahl von Düsen, aus denen Wasser mit sehr hoher Geschwindigkeit austritt, sind eigentlich Bohrforschritte (Kernbohrungen (!)) von ein Meter in 10–60 Sekunden (ein Meter pro Minute), also 1.4 bis 8.6 Kilometer pro Tag (!) entspricht ca. 24 Kilometer in drei Tagen möglich. Die Unterbrechungen (Realismus) zum Einbau der Segmente bewirken in der Regel niedrigere Bohrfortschritte.
Je nach Aufgabenstellung (eigentlicher Zweck der Bohrung) enthalten die Segmente an der „Luftseite” des Bohrlochs (Gegensatz zu „Gesteinsseite”) Halterungen/Aussparungen für einzubauende Ausrüstung des Bohrlochs (z. B. Rohre für Wasser und Heißdampf, Kameras und Mikrophone zur Überwachung des Bohrlochs u. a.). Die Ausrüstung kann dann aufgrund der Zahnstangen, ebenfalls ferngesteuert gewartet werden.
Die Fördergeräte oder einzelne Fördergeräte oder besondere Fördergeräte bauen dann die Ausrüstung (z. B. Rohre) ferngesteuert, halbautomatisch, vollautomatisch ein – entweder z. B. von unten nach oben, oder, durch kleinere Fördergeräte, die z. B. keine Kernsegmente befördern sondern Rohre und Werkzeug (leichter und/oder kleiner) in anderen Reihenfolgen. Kleine Fördergeräte und/oder Fördergeräte mit geringen Lasten können sich z. B. an einer einzigen Zahnstange festhalten, wenn diese geeignete Nuten/Vorsprünge/Rillen aufweist (weitere Spezifikation s. o., Systemkomponente zwei, Fahreinrichtung).
Die Zahnstangen sind entsprechend geeignet gestaltet, also so, dass z. B. ein kleineres Fördergerät/Fahrgerät ohne hohe Nutzlast (kein Gesteinskern/Segment, sondern z. B. nur Werkzeuge und Ersatzteile, z. B. Rohre) sich auch an einer einzelnen Zahnstange festhalten kann, zum Beispiel, weil sie jeweils so gestaltet sind, dass sie z. B. durch Zahnräder oder andere Räder oder andere Haltemechanismen/Fahrmechanismen von mehreren Seiten umfasst werden kann.
Als Teil eines Bohrsystems ist dies neu.
Dies erläutert die Erfindungshöhe: Die einzelnen Segmente, zum Beispiel Betonsegmente/Stahlsegmente mit z. B. eingegossenen Zahnstangen, optional Durchlässen für Rohre/Kabel, optional Aussparungen für Rohre/Kabel können z. B. von Betonfertigteilwerken/Schiffswerften etc. bezogen werden. Als Einzelelement sind die Betonsegmente/Stahlsegmente „Stand der Technik”. Dies belegt, dass dieses Konzept umsetzbar ist. Das neue ist die Integration zu einem Bohrsystem, mit dem sehr große Tiefen wirtschaftlich erreicht werden können. Es entspricht der Integration von vorhandenen Komponenten beim Antiblockiersystem von Autos.
Die Tatsache, dass über den Ersatz von Kohlekraftwerken durch neue Kohlekraftwerke und über den Totalabbau von Kernkraftwerken (also auch des nichtnuklearen Teils) nachgedacht wird, anstatt den Dampf in entsprechenden großen Mengen durch Erdwärme zu beziehen, zeigt die Erfindungshöhe (so große Tiefen auch von qualifizierten Bohrunternehmen sind derzeit nicht wirtschaftlich im Sinne der routinemäßigen Dampferzeugung erreichbar).
Zusatz für extrem hohe Temperaturen, z. B. um Bereiche zwischen 350–500–1200 oder mehr °C zu erreichen
Anspruch 8: Optionale weitere Eigenschaften für sehr hohe Temperaturen
Für hohe Temperaturen (350–600°C) und/oder sehr hohe Temperaturen (600–1200 oder mehr °C) können die Wandsegmente aus geeignetem hitzebeständigen Material sein, so dass, im Falle entsprechender Anwendungen, auch wenig oder keine Hitze ins Bohrloch dringt und/oder die eindringende Hitze rasch abgeführt werden kann. Auch können dann die Bohrungen optional horizontale Trennelemente (z. B. hitzebeständige Türen aus Keramik) haben, so dass Hitze vom Bohrlochende nicht oder nur kontrolliert in die gesamte Bohrung eindringt.
Bei o. a. Temperaturen wird fallweise das „Bohren” von den Manipulatoren/Greifern/als Teil des Rings vorkommenden kleinen Meisseln (z. B. hämmernd), als Teil des Rings vorkommenden kleinen Bohrern (Grössenordnung: Bohrer vom Heimwerker-Bohrmaschinen aber extrem hitzebeständig, z. B. aber nicht nur aus Keramik) übernommen. Das System arbeitet also wie im Patent beschrieben. Bei sehr hohen Temperaturen, bei denen Flüssigkeiten kaum noch ideal sind, werden am Ring in Ergänzung und/oder anstatt der Düsen die genannten zahlreichen kleinen Meissel/zahlreichen kleinen Bohrer eingesetzt. Im Vergleich zu einem Bohrgerät mit einem Meissel an einem Bohrstrang ist dies somit auch weiterhin ein meisselloses Bohrgerät, da ein Bohrmeissel im Sinne der heutigen Bohrmeissel von Erdölbohrungen nicht vorkommt (kompakt formuliert: im Regelfall ein, bezogen auf den Bohrlossdurchmesser, grosser Meissel an einem Bohrstrang, der durch den Bohrstrang gedreht wird). Natürlich wird bei sehr hohen Temperaturen der Bohrfortschritt sehr niedrig sein (kleine Meissel/kleine Bohrer statt Wasser). Es gibt aber Anwendungen, bei denen es darum geht „überhaupt” solche Bereiche zu erbohren, auch wenn es im Hochtemperaturbereich langsam oder sehr langsam ist. Erläuterung: Bei der Verwendung von Hitze/Plasma als Lösungsmittel für die Atombindungen entfällt das Problem hinsichtlich des Bohrens. Für die Steuerung selbst (Kühlmittel für die Elektronik etc.) müssen hitzebeständige Details verwendet werden. Ende der Erläuterung.
Abrengzung: Bei bisherigen Bohrsystemen kommt ein einziger Bohrmeissel vor, der an einem Bohrstrang hängt. Bei bisherigen Kernrohren kommen unten zahlreiche passive Elemente (z. B. Diamanten) vor. Auch hängt das Kernrohr an einem Bohrstrang. Beim System des Patents werden die Düsen (einschl. Heizelemente, Plasmaelemente, piezoelektrische Elmente und andere, e. g. Lösungselemente für Atombindungen) dann durch zahlreiche kleine, aktiv bewegte Meissel (z. B. hämmernd) oder zahlreiche kleine aktiv bewegte Bohrer, ggf. einzeln gesteuert, ganz oder teilweise ersetzt.
Das heisse Gestein wird also ferngesteuert, halbautomatisch oder vollautomatisch gehandhabt. Es entsteht wie voranstehend beschrieben ein im Regelfall segmentierter Kern. Dieser Kern wird ebenfalls wie beschrieben unter Verwendung von o. a. Erweiterung vom Gesteinsverband abgeschnitten und transportfertig, ggf. in Segmenten „verpackt”, z. B. in „Zylinder” aus temperaturbeständiger Keramik (einschliesslich „Zylinder der Art eines Kernsegments von 120° Bogen). Werden für ein Hochtemperaturbohrgerät die Komponenten aus entsprechenden Materialien gefertigt (z. B. Keramik und/oder unter Verwendung von Keramik) sind derartige Anwendung möglich und somit durch das Patent mit abgedeckt. Fahr- und Fördergeräte sind dann entsprechend angepasst.
Dies ist z. B. für wissenschaftliche Anwendungen relevant, bei denen z. B. die Eigenschaften tiefer Krustenstockwerke erforscht werden sollen (z. B. im Grundsatz Teile der unteren Kruste oder gar des oberen Erdmantels bei entsprechend oberflächennahem Vorkommen oder sogar in Einzelfällen bei „normal” tiefem Vorkommen).
Im Grundsatz können so auch aktive Magmenkammern erbohrt werden.
In der Anwendung sind die bekannten P-T Diagramme und das geänderte Gesteinsverhalten bei z. B. Druckveränderung (lokaler Druckentlastung) zu berücksichtigen. Bei entsprechenden Anpassungen für hohe und sehr hohe Temperaturen sind die Kenntnisse von Fachleuten aus z. B. der Mineralogie hinzuzuziehen. Dies (die Hinzuziehung von Kenntnissen aus der Mineralogie) gilt sinngemäss auch für die Auslegung der Fördergeräte, der Wandsegmente, der Manipulatoren/Greifer etc., also z. B. die Berücksichtigung von Rekristallisationen ab bestimmten Temperaturen.
Wirtschaftlich ist dies für Anwendungen relevant, bei denen kostengünstig eine bestimmte Zieltemperatur erreicht werden soll.
Anspruch 9: Optionaler Zusatz zur Bohrlochwand (Anspruch sieben).
Die Systemkomponenten „Bohrlochwand”, „Fördergerät”, „Fahreinrichtung” und ggf. „Bohrgerät” haben optional eine Erweiterung, die gekennzeichnet ist durch:
Fördergerät, Fahreinrichtung und Bohrgerät sind so ausgestattet, dass sie an der Bohrlochwand so auf und ab fahren können, dass sie an den Begegnungsstellen aneinander vorbei können, z. B. nach Art der Begegnungsstelle bei Standseilbahnen. Dies bedeutet, dass dann Kerne unsegmentiert gefördert werden können. Die Begegnungsstelle ist bei geeignetem Gestein dann eine Erweiterung des Bohrlochdurchmessers (vereinfacht formuliert: Ein größerer Durchmesser, bei einem Bohren mit steuerbaren Düsen, aus denen wie oben beschriebenes Wasser wie oben wie beschrieben austritt, ist dies technisch kein Problem). Die „Zahnstangen” (wie oben beschrieben) sind so beschaffen, dass das aufwärts fahrende Fördergerät zur Seite ausweicht; das abwärts fahrende weicht zur anderen Seite aus und passiert nach unten.
Dies kann zum Beispiel durch weitere Zahnstangen realisiert sein: In einem Fall mit drei Zahnstangen für das aufwärtsfahrende schwere Fördergerät (mit Kern) können z. B. zwei (oder ein oder mehr als zwei) weitere Zahnstangen das abwärtsfahrende leichte Fördergerät (Leergewicht zzgl. Betonsegmente, ggf. Wasser, Strom etc.) an dem aufwärts fahrende vorbei führen. Zusätzlich kann das abwärts fahrende Fördergerät partiell zusammengeklappt sein (z. B. bei gestapelten Betonsegmenten, Stahlsegmenten) so dass die Erweiterung der Ausweichstelle nicht so groß sein braucht. Das abwärts fahrende Fördergerät kann sich auch einseitig nur an zwei oder einer Zahnstangen festhalten etc.
Der Anspruch bezieht sich auf Komponenten für ein Tiefbohrsystem. Bei Standseilbahnen sind solche Einrichtungen seit vielen Jahrzehnten Stand der Technik. Bei Tiefbohrungen ist dies neu.
Im oberen Teil der Bohrung ist dies in vielen Fällen machbar, insbesondere bei sehr standfesten Gesteinen (z. B. Granit). Im unteren Teil der Bohrung wird dies fallweise entschieden.
Für die Systemkomponente Fahreinrichtung und Bohrgerät gelten die Ansprüche (Ausweichfähigkeit) analog.
Wirtschaftliche Relevanz: Weniger Energieaufwand, kein Zerteilen der Kerne nötig (zumindest im oberen Bereich), schnellerer „Bohrfortschritt”, da die Förderung durch weniger Fahrbewegungen insgesamt schneller wird.