DE102012108213B4

DE102012108213B4 - Bohrvorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer Bohrvorrichtung

Info

Publication number: DE102012108213B4
Application number: DE102012108213.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hentschel
Original assignee: mts Perforator GmbH
Current assignee: Perforator De GmbH
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: DE102012108213A1

Abstract

Bohrvorrichtung (1) zum Einbringen einer richtungsgesteuerten Bohrung in einen Boden, umfassend ein Mantelrohr (2) und eine rotierbar in dem Mantelrohr (2) geführte Förderschnecke (3) mit einem Bohrkopf (4), wobei die Förderschnecke (3) in Richtung einer Längsachse (x) des Mantelrohrs (2) verlagerbar angeordnet ist und einen hinteren Förderschneckenabschnitt (3a) sowie einen mit dem Bohrkopf (4) verbundenen vorderen Förderschneckenabschnitt (3b) besitzt, wobei die beiden Förderschneckenabschnitte (3a, 3b) gelenkig miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Förderschneckenabschnitt (3b) über eine innerhalb des Mantelrohrs (2) angeordnete Pendelstütze (18) abgestützt ist, so dass der vordere Förderschneckenabschnitt (3b) durch eine mittels axialer Verlagerung der Förderschnecke (3) bewirkte Veränderung der Neigung der Pendelstütze (18) gegenüber der Längsachse (x) des Mantelrohrs (2) verschwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Einbringen einer richtungsgesteuerten Bohrung in einen Boden gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Bohrvorrichtung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 11.
Das Einbringen erdverlegter Rohrleitungen kann sowohl durch vorheriges Ausheben eines Grabens als auch grabenlos erfolgen. Aufgrund des erhöhten Aufwands eines vollständigen Aushubs ist insbesondere bei der Verlegung von Rohrleitungen über längere Distanzen dem grabenlosen Rohrvortrieb der Vorzug zu geben. Hierfür ist lediglich am Beginn und am Ende der Verlegerichtung das Ausschachten einer Grube erforderlich, zwischen denen dann die notwendige Bohrung erfolgt. Aufgrund der zumeist unterschiedlichen Bodenverhältnisse zwischen den beiden Gruben stellt die zielgerichtete Bohrrichtung allerdings eine entsprechende Herausforderung dar.
Die zum Einbringen der Bohrung erforderliche Bohrvorrichtung weist einen rotierenden Bohrkopf auf, welcher mittels Nachdrücken von der am Beginn der Verlegerichtung gelegenen Grube aus in Richtung der Zielgrube durch den Boden hindurchgeführt wird. Zur Richtungssteuerung können im Bereich des Bohrkopfs angeordnete Steuerelemente genutzt werden, durch deren gezielte Verlagerung um die Bohrachse entsprechende Reaktionskräfte aus der Bohrlochwand resultieren. Diese Reaktionskräfte können als Steuerkräfte genutzt werden, um eine etwaige Abweichung des Bohrverlaufs von der angestrebten Bohrrichtung zu korrigieren.
Die DE 101 32 972 C1 offenbart eine solche steuerbare Bohrvorrichtung. Diese umfasst ein Mantelrohr, an dessen Kopfseite ein gegenüber dem Mantelrohr verdrehbarer Steuerring angeordnet ist. Die Ausrichtung des Steuerrings ist gegenüber der Längsachse des Mantelrohrs geneigt, so dass durch Verdrehen des Steuerrings eine Richtungsvorgabe beim Vortrieb der Bohrvorrichtung erfolgt. Zum Austragen des ausgebohrten Erdreichs ist innerhalb des Mantelrohrs eine rotierbare Förderschnecke angeordnet, welche endseitig einen Bohrkopf aufweist. In Abhängigkeit von der Drehrichtung der Förderschnecke ist eine Drehmoment übertragende Kopplung zwischen der Förderschnecke und dem Steuerring möglich. Hierdurch kann der Steuerring der Drehrichtung der Förderschnecke folgen, so dass durch dessen Ausrichtung die Vortriebsrichtung der Bohrung steuerbar ist.
Die sich aufgrund der dauerhaft geneigten Ausrichtung des Steuerrings ergebenden Reaktionskräfte erfordern ein zumeist permanentes Korrigieren der Bohrrichtung. Durch die fehlende neutrale Stellung der Bohrvorrichtung kann der Bohrkopf nur in Form einer Pendelbewegung durch das Erdreich getrieben werden. In Kombination mit den sich zumeist über den Bohrverlauf hinweg verändernden Bodenbeschaffenheiten ist folglich ein häufiges Abbremsen der rotierenden Förderschnecke mit anschließender Umkehrung der Drehrichtung erforderlich, um eine entsprechende Ausrichtung zu ermöglichen.
Durch die DE 37 09 932 C2 zählt eine Bohrvorrichtung zum Einbringen einer richtungsgesteuerten Bohrung in einen Boden zum Stand der Technik. Die Bohrvorrichtung umfasst ein Mantelrohr und eine rotierbar in dem Mantelrohr geführte Förderschnecke mit einem Bohrkopf. Die Förderschnecke besitzt einen hinteren Förderschneckenabschnitt sowie einen mit einem Bohrkopf verbundenen vorderen Förderschneckenabschnitt. Die beiden Förderschneckenabschnitte sind gelenkig miteinander gekoppelt. Die Verstellung des vorderen Förderschneckenabschnitts erfolgt über eine Auslenkung eines Schneidschuhs. Der Schneidschuh besitzt diametral angeordnete Lagerzapfen und mithin eine Schwenkachse senkrecht zur Längsachse der Bohrvorrichtung. Ein in Axialrichtung der Bohrvorrichtung verlagerbares Innenrohr steht im Wirkzusammenhang mit dem Schneidschuh und kann diesen durch axialen Druck je nach Ausrichtung der Schwenkachse um einen bestimmten Winkel auslenken, um die Bohrrichtung zu beeinflussen.
Vor diesem Hintergrund bietet die Ausgestaltung von Bohrvorrichtungen für richtungsgesteuerte Bohrungen sowie das Verfahren zu deren Betreiben noch Raum für Verbesserungen.
Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung der zuvor aufgezeigten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Bohrvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass diese eine nur bedarfsweise erfolgende Richtungssteuerung ermöglicht, welche auch ohne Unterbrechung der Rotation des Bohrkopfs erfolgen kann.
Die Lösung des gegenständlichen Teils dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Bohrvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 11 gelöst.
Hiernach wird eine Bohrvorrichtung zum Einbringen einer richtungsgesteuerten Bohrung in einen Boden aufgezeigt, welche ein Mantelrohr und eine rotierbar in dem Mantelrohr geführte Förderschnecke mit einem Bohrkopf umfasst. Erfindungsgemäß ist die Förderschnecke in Richtung einer Längsachse des Mantelrohrs relativ zu diesem verlagerbar. Die Förderschnecke selbst besitzt sowohl einen hinteren Förderschneckenabschnitt als auch einen vorderen Förderschneckenabschnitt, wobei der vordere Förderschneckenabschnitt mit dem Bohrkopf verbunden ist. Die beiden Förderschneckenabschnitte sind Drehmoment übertragend und gelenkig miteinander gekoppelt. Der vordere Förderschneckenabschnitt ist über eine innerhalb des Mantelrohrs angeordnete Pendelstütze abgestützt. Hierdurch ist der vordere Förderschneckenabschnitt durch eine mittels axialer Verlagerung der Förderschnecke bewirkte Veränderung der Neigung der Pendelstütze gegenüber der Längsachse des Mantelrohrs verschwenkbar.
Der besondere Vorteil besteht in der gelenkigen Verbindung der beiden Förderschneckenabschnitte in Kombination mit der Pendelstütze. Das angestrebte Verschwenken des vorderen Förderschneckenabschnitts zusammen mit dem Bohrkopf basiert bevorzugt darauf, dass über die in ihre rechtwinklige Ausrichtung zum Mantelrohr aufgestellte Pendelstütze die Drehachse des vorderen Förderschneckenabschnitts über den Halbdurchmesser des Mantelrohrs angehoben wird. Mit anderen Worten bewirkt die aufgestellte Pendelstütze einen Versatz der Drehachse des vorderen Förderschneckenabschnitts gegenüber der Längsachse des Mantelrohrs. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Drehachse des vorderen Förderschneckenabschnitts bei aufgestellter Pendelstütze auch mit der Längsachse des Mantelrohrs fluchten, wobei erst die Neigung der Pendelstütze gegenüber dem Mantelrohr ein Abklappen des vorderen Förderschneckenabschnitts und somit dessen Auslenkung bewirkt.
Durch das Abstützen des vorderen Förderschneckenabschnitts über die Pendelstütze gegen das Mantelrohr kann dessen Ausrichtung bei Bedarf in eine Richtung ausgelenkt werden. Auf diese Weise kann auch im laufenden Betrieb der Bohrvorrichtung die Ausrichtung des vorderen Förderschneckenabschnitts und dem damit verbundenen Bohrkopf ohne Abbremsen erfolgen.
Bevorzugt wird die Pendelstütze durch eine axiale Verlagerung der Förderschnecke in Richtung des Bohrkopfs aus ihrer geneigten Lage aufgestellt, wodurch die Verschwenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts erfolgt. Demgegenüber wird der vordere Förderschneckenabschnitt wieder in Richtung der Längsachse des Mantelrohrs ausgerichtet, indem die Förderschnecke zurückgezogen wird. Das Zurückziehen erfolgt dabei in die vom Bohrkopf abgewandte Längserstreckung der Förderschnecke. Die sich zwischen dem Inneren des Mantelrohrs und dem vorderen Förderschnecken-abschnitt erstreckende Pendelstütze wird durch die axiale Verlagerung der Förderschnecke aus ihrer bevorzugt gegenüber der Längsachse geneigten Ausrichtung aufgestellt, wodurch diese ein Anheben des vorderen Förderschneckenabschnitts bewirkt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche 2 bis 10.
Um eine möglichst haltbare und wartungsfreundliche Drehmoment übertragende Verbindung zwischen den beiden Förderschneckenabschnitten zu ermöglichen, sind der hintere Förderschneckenabschnitt und der vordere Förderschneckenabschnitt bevorzugt über eine Wellengelenk miteinander gekoppelt. Ein solches Wellengelenk kann beispielsweise als Kugelgelenk ausgebildet sein. Dieses beinhaltet eine Kugel sowie wenigstens eine die Kugel aufnehmende Pfanne. Um eine Drehmoment übertragende Verbindung zu ermöglichen, sind die Pfanne und die Kugel über mindestens einen Querbolzen miteinander gekoppelt. Durch eine an die Kugel formangepasste Ausgestaltung der Pfanne werden die sich ergebenden Zwischenbereiche auf ein Minimum reduziert, so dass ein Eindringen von Fremdkörpern in die Verbindung weitestgehend verhindert wird. Das so mögliche Fernhalten von Fremdkörpern, wie beispielsweise Steine, ermöglicht einen möglichst verschleißarmen Betrieb der gelenkigen Verbindung.
In einer alternativen Ausgestaltung kann das Wellengelenk auch als Kreuzgelenk ausgebildet sein. Ein solches Kreuzgelenk ist auch als Kardangelenk bekannt. Dieses umfasst wenigstens ein zentrales Element, welches zwei rechtwinklig miteinander gekreuzte Wellen besitzt. Die sich jeweils gegenüberliegenden Enden der beiden Wellen sind dabei jeweils gelenkig mit einem der beiden Förderschneckenabschnitte gekoppelt.
Neben dem robusten Aufbau eines solchen Kreuzgelenks besteht der Vorteil in dessen offener Bauweise, wodurch etwaige eingedrungene Verschmutzungen, beispielsweise in Form von Fremdkörpern aus dem Erdreich, während der Rotation der Förderschnecke wieder herausfallen können. Insbesondere mit Blick auf den in der Praxis zumeist rauen Einsatz derartiger Bohrvorrichtung wird somit auch eine schnelle Reinigung des Kreuzgelenks ermöglicht, beispielsweise über einen Hochdruckstrahler.
Es ist vorgesehen, dass der hintere Förderschneckenabschnitt der Förderschnecke über einen innerhalb des Mantelrohrs angeordneten Innenring lagerbar ist. Der Innenring ist zusammen mit dem hinteren Förderschnecken-abschnitt in Richtung der Längsachse des Mantelrohrs verschieblich.
Bevorzugt ist der Innenring im Bereich des Wellengelenks angeordnet, so dass eine möglichst stabile Lagerung im Bereich der gegeneinander verschwenkbaren Förderschneckenabschnitte ermöglicht ist. Durch den Innenring ist der hintere Förderschneckenabschnitt zumindest an einem seiner Endbereiche derart gelagert, dass die Schaufeln der Förderschnecke keinen Kontakt zur Innenfläche des Mantelrohrs aufweisen. Etwaige, sich aus der Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts ergebende Belastungen im Bereich des Wellengelenks werden somit über den Innenring möglichst direkt in das Mantelrohr geleitet.
Bevorzugt kann die Bohrvorrichtung wenigstens einen Wegbegrenzer besitzen, durch welchen die axiale Verlagerbarkeit der Förderschnecke gegenüber dem Mantelrohr beschränkt ist. Durch die Beschränkung der axialen Verlagerbarkeit der Förderschnecke ist auch die mögliche Neigung der Pendelstütze begrenzt. Durch den Wegbegrenzer kann folglich neben der neutralen und mit der Längsachse des Mantelrohrs fluchtenden Ausrichtung des vorderen Förderschneckenabschnitts gegenüber dem restlichen Teil der Förderschnecke auch dessen maximale Auslenkung gegenüber der Längsachse festgelegt sein.
Bevorzugt ist die axiale Verlagerbarkeit der Förderschnecke in Richtung des Bohrkopfs insoweit begrenzt, bis die Längsachse des vorderen Förderschneckenabschnitts und die Längsrichtung der Pendelstütze einen nahezu rechten Winkel zwischen sich einschließen. Dabei kann der Winkel von 65° bis 115°, insbesondere von 75° bis 105°, bevorzugt von 85° bis 95° reichen. Selbstverständlich kann der Winkel auch 90° betragen.
Demgegenüber ist die maximale axiale Verlagerung der Förderschnecke in entgegengesetzte Richtung auf eine fluchtende Ausrichtung des vorderen Förderschneckenabschnitts mit der Längsachse des Mantelrohrs begrenzt. In dieser Lage schließend die Längsachse des vorderen Förderschneckenabschnitts und die Längsrichtung der Pendelstütze bevorzugt einen Winkel größer 90° zwischen sich ein. Dabei liegt der Winkel in einem Bereich zwischen 90° und 180°.
Besagte Extremwerte der Auslenkung dienen insbesondere dem Schutz des vorderen Förderschneckenabschnitts vor etwaigen Kollisionen dessen die Förderschnecke insgesamt spiralförmig umlaufenden Schaufeln mit dem Mantelrohr. Dies insbesondere beim Zurückziehen der Förderschnecke, wo deren Schaufeln sich der Innenfläche des Mantelrohrs annähern. Demgegenüber würde ein Unterschreiten des Winkels zwischen der Längsachse des vorderen Förderschneckenabschnitts und der Längsrichtung der Pendelstütze beim Vorschieben der Förderschnecke in Richtung des Bohrkopfes dazu führen, dass der vordere Förderschneckenabschnitt seine maximale Auslenkung gegenüber der Längsachse des Mantelrohrs übersteigt und wieder abgeklappt würde.
Der Wegbegrenzer kann beispielsweise in Form eines Anschlags an der Pendelstütze angeordnet sein. Bevorzugt ist der Wegbegrenzer innerhalb des Mantelrohrs in Form eines Anschlags angeordnet. Hierbei kann der Wegbegrenzer mit dem Innenring korrespondieren, wobei der in Richtung der Längsachse des Mantelrohrs verschiebliche Innenring zur Lagerung des hinteren Förderschneckenabschnitts bei der axialen Verlagerung der Förderschnecke gegen den Wegbegrenzer stößt.
Besonders bevorzugt sind wenigstens zwei Wegbegrenzer vorgesehen, welche in Form von zwei Anschlägen in Richtung der Längsachse des Mantelrohrs zueinander beabstandet sind. Hierbei kann der verschiebliche Innenring zwischen den beiden Wegbegrenzern angeordnet sein, so dass dessen Verschieblichkeit und die damit einhergehende axiale Verlagerbarkeit der Förderschnecke in beiden Richtungen der Längsachse begrenzt sind. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt in dessen robustem sowie praxistauglichem Aufbau. Etwaiges, zwischen dem Innenring und dem Wegbegrenzer gelangendes Erdreich kann durch die axiale Verlagerung der Förderschnecke problemlos verdrängt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Pendelstütze schwenkbar mit einem innerhalb des Mantelrohrs angeordneten und relativ zu dessen Längsachse rotierbaren Drehkranz verbunden sein. Durch die sich zwischen der Längsachse des vorderen Förderschneckenabschnitts und der Längsrichtung der Pendelstütze aufspannende Ebene ist die jeweilige Richtung der Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts zusammen mit dem Bohrkopf vorbestimmt. Der Vorteil der Lagerung der Pendelstütze an dem rotierbaren Drehkranz besteht darin, dass besagte Ebene in Umfangsrichtung um die Längsachse des vorderen Förderschneckenabschnitts herum verlagerbar ist. Durch die somit erfolgende Ausrichtung der Pendelstütze in Umfangsrichtung um den vorderen Förderschneckenabschnitt ist eine um 360° um die Längsachse des Mantelrohrs erfolgende Richtungssteuerung der Bohrvorrichtung ermöglicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Pendelstütze über ein Ringlager mit dem vorderen Förderschneckenabschnitt verbunden sein. Hierbei ist ein Teil des vorderen Förderschneckenabschnitts rotierbar innerhalb des Ringlagers gelagert. Durch die Anordnung des Ringlagers ist die Pendelstütze trotz ihrer Verschwenkbarkeit gegenüber der Längsachse des vorderen Förderschneckenabschnitts in Bezug auf dessen Längsachse festgelegt. Durch eine möglichst robuste Ausgestaltung des Ringlagers wird eine dauerhafte Kopplung des vorderen Förderschneckenabschnitts mit der Pendelstütze ermöglichst, welche die sich beim Vortrieb ergebenden Kräfte dauerhaft über die Pendelstütze in das Mantelrohr übertragen kann.
In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass das Ringlager in vorteilhafter Weise mindestens eine in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Förderschnecke aktivierbare Arretierung besitzt. Durch diese Arretierung ist eine Rotation der Förderschnecke auf die Pendelstütze übertragbar. Wie bereits zuvor erwähnt, ist die jeweilige Richtung der Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts durch die Lage der Pendelstütze vorbestimmt.
Um die Lage der Pendelstütze zu verändern, kann grundsätzlich ein entsprechender Antrieb vorgesehen sein.
Der besondere Vorteil der aktivierbaren Arretierung besteht darin, dass die ohnehin erfolgende Rotation der Förderschnecke genutzt wird, um die Pendelstütze in Umfangsrichtung des vorderen Förderschneckenabschnitts auszurichten. Durch die Aktivierung der Arretierung wird eine Drehmoment übertragende Kopplung zwischen der Förderschnecke und der Pendelstütze etabliert, so dass die Pendelstütze der Drehrichtung der Förderschnecke folgt. Sofern die gewünschte Ausrichtung der Pendelstütze erreicht ist, kann die Arretierung wieder deaktiviert werden. Bei dem Ringlager handelt es sich somit um einen Freilauf, welcher bei Bedarf durch die aktivierbare Arretierung zumindest temporär Drehmoment übertragend ausgebildet sein kann.
Besonders bevorzugt kann die Arretierung einen federbelasteten Bolzen umfassen, welcher mit einer entsprechenden Vertiefung korrespondiert. Hierbei kann die Vertiefung eine Schrägfläche und eine Anschlagkante besitzen, so dass der Bolzen in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Förderschnecke entweder einen Drehmoment übertragenden Kontakt zur Anschlagkante innerhalb der Vertiefung aufweist oder gegen die Federkraft über die Schrägfläche aus der Vertiefung heraus verdrängbar ist. Der besondere Vorteil besteht hierbei in einer möglichst kompakten Bauweise der Bohrvorrichtung. So kann die jeweilige Ausrichtung der Pendelstütze in Umfangsrichtung um den vorderen Förderschneckenabschnitt herum durch eine Rotation der Förderschnecke erfolgen.
Durch die Ausbildung der Vertiefung mit einer Schrägfläche und einer Anschlagkante in Kombination mit dem Bolzen ist die jeweils Drehmoment übertragende Verbindung zwischen der Förderschnecke und der Pendelstütze von der Rotationsrichtung der Förderschnecke abhängig.
Besonders bevorzugt wird die so ausgebildete Arretierung immer dann aktiviert, wenn eine Rotation der Förderschnecke entgegen deren Drehrichtung im Bohrbetrieb erfolgt. So kann die Drehrichtung der Förderschnecke mit Blick in Richtung des Bohrkopfes rechtsläufig erfolgen. Demgegenüber würde bei einer Linksdrehung der Förderschnecke die Arretierung aktiviert, indem der federbelastete Bolzen über die Schrägfläche in die Vertiefung einläuft und umfangsseitig gegen die Anschlagkante drückt. Die Linksdrehung der Förderschnecke erfolgt dabei so lang, bis die Pendelstütze die gewünschte Ausrichtung in Umfangsrichtung um den vorderen Förderschneckenabschnitt erreicht. Im Anschluss erfolgt die erneut gegenläufige Rotation der Förderschnecke mit einer Rechtsdrehung, wobei die Arretierung zwischen Förderschnecke und Pendelstütze deaktiviert wird, indem der Bolzen sich von der Anschlagkante der Vertiefung entfernt und über die Schrägfläche erneut aus dieser herausläuft.
Um eine möglichst große Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts gegenüber der Längsachse des Mantelrohrs zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der vordere Förderschneckenabschnitt eine sich zum Bohrkopf hin konisch zulaufende Verjüngung seines Durchmessers aufweist. Hierdurch kann die Pendelstütze eine entsprechend große Länge aufweisen, so dass bereits eine kleine axiale Verlagerung der Förderschnecke eine entsprechende Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts bewirkt. Durch die konische Ausgestaltung weisen die einzelnen Schaufeln des vorderen Förderschneckenabschnitts einen genügenden Abstand zur Innenfläche des Mantelrohrs auf, um eine möglichst große Auslenkung zu ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Förderschnecke eine Hohlwelle besitzen kann, durch welche hindurch ein Lichtstrahl einer Lichtquelle führbar ist. Durch die Ausrichtung des Lichtstrahls kann die gewünschte Bohrrichtung vorgegeben sein. Eine etwaige Abweichung der Längsrichtung wenigstens eines Abschnitts der Förderschnecke bewirkt dabei dessen Verschiebung gegenüber der Erstreckung des Lichtstrahls, welche als solche registrierbar ist. Das Erkennen dieser Abweichung kann beispielsweise über bildgebende Mittel erfolgen.
Bevorzugt wird hierfür eine Beobachtungseinrichtung eingesetzt, beispielsweise eine Kamera. Über die Beobachtungseinrichtung wird die Lage des Lichtstrahls zu der gewünschten Bohrrichtung kontrolliert. Etwaige Abweichungen werden über die sich aus der Verschwenkbarkeit des vorderen Förderschnecken-abschnitts ergebende Steuerwirkung der Bohrvorrichtung korrigiert.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine überaus kompakt bauende und leicht zu steuernde Bohrvorrichtung. Durch die Anordnung der Pendelstütze zwischen dem Inneren des Mantelrohrs und einem verschwenkbaren vorderen Förderschneckenabschnitt kann dessen Auslenkung auch während des laufenden Bohrvortriebs eingestellt werden. So kann bereits während der Rotation der Förderschnecke durch deren axiale Verlagerung eine Auslenkung erfolgen, um die gewünschte Richtungskorrektur der Bohrung vorzunehmen.
Darüber hinaus bietet diese Ausgestaltung die Möglichkeit einer neutralen Stellung, bei welcher der vordere Förderschneckenabschnitt und somit die gesamte Förderschnecke mit der Längsachse des Mantelrohrs fluchtet. Durch den Verzicht etwaiger zusätzlicher Elemente, welche permanente Reaktionskräfte in eine Richtung innerhalb des Erdreichs hervorrufen, kann folglich eine auch über längere Distanzen erfolgende richtungstreue Bohrung erfolgen, sofern die jeweiligen Bodenverhältnisse dieses zulassen.
Mit der Erfindung werden die ohnehin vorhandenen Bauteile einer Bohrvorrichtung genutzt, um die umfangsseitige Ausrichtung der Pendelstütze einzustellen. Die sich hierbei automatisch aktivierende Arretierung bei einer dem regulären Bohrvortrieb entgegengesetzten Drehrichtung der Förderschnecke ermöglicht die zügige Ausrichtung der Pendelstütze. Der erforderliche Grad der Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts zusammen mit dem Bohrkopf kann dabei wiederum im regulären Bohrvortrieb erfolgen und bei Bedarf sogar in eine neutrale Stellung verbracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Bohrvorrichtung bei welchem eine richtungsgesteuerten Bohrung in einen Boden eingebracht wird. Die Bohrvorrichtung umfasst dabei ein Mantelrohr und eine in dem Mantelrohr geführte Förderschnecke, die mit einem Bohrkopf in dem Mantelrohr rotiert. Erfindungsgemäß besitzt die Förderschnecke zwei Förderschneckenabschnitte, wobei zur Steuerung der Bohrrichtung ein mit dem Bohrkopf verbundener vorderer Förderschneckenabschnitt gegenüber einer Längsachse des Mantelrohrs in die gewünschte Bohrrichtung ausgelenkt wird.
Weiterhin wird der vordere Förderschneckenabschnitt über eine innerhalb des Mantelrohrs angeordnete und gegenüber der Längsachse des Mantelrohrs geneigte Pendelstütze abgestützt. Für die Änderung der Bohrrichtung wird die Pendelstützt aus ihrer geneigten Lage aufgestellt, so dass der vordere Förderschneckenabschnitt gegenüber der Längsachse des Mantelrohrs ausgelenkt wird.
Bevorzugt wird der vordere Förderschneckenabschnitt durch eine axiale Verlagerung der Förderschnecke relativ zum Mantelrohr gegenüber der Längsachse des Mantelrohrs ausgelenkt.
Die Pendelstütze kann in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Förderschnecke Drehmoment übertragend an dem vorderen Förderschneckenabschnitt arretiert werden. Dabei wird die Rotationsrichtung der Förderschnecke auf die Pendelstütze übertragen, so dass die Pendelstütze in Umfangsrichtung um eine Längsachse des vorderen Förderschneckenabschnitts herum ausgerichtet wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung in perspektivischer Darstellungsweise;
2 die Bohrvorrichtung aus 1 in einer Seitenansicht;
3 die Bohrvorrichtung aus den 1 und 2 in einer durch deren Längsrichtung verlaufenden Schnittdarstellung sowie
4 die Bohrvorrichtung aus 3 in veränderter Lage einiger ihrer Bauteile in selber Darstellungsweise..
Aus 1 geht eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 1 hervor. Die in perspektivischer Darstellungsweise gezeigte Bohrvorrichtung 1 dient in der Praxis als Spitze eines nicht näher dargestellten, mehrgliedrigen Strangs zum Einbringen einer richtungsgesteuerten Bohrung in einen Boden.
Die Bohrvorrichtung 1 umfasst im Wesentlichen ein zylindrisches Mantelrohr 2, in welchem eine Förderschnecke 3 rotierbar geführt ist. Die Förderschnecke 3 erstreckt sich von einem anschlussseitigen Ende A der Bohrvorrichtung 1 zu einem kopfseitigen Ende B der Bohrvorrichtung 1 in Richtung einer Längsachse x des Mantelrohrs 2. Im Bereich des kopfseitigen Endes B der Bohrvorrichtung 1 ist die Förderschnecke 3 mit einem Bohrkopf 4 verbunden, mit welchem voran die Bohrvorrichtung 1 in nicht näher dargestellter Weise in einen Boden eindringt.
Der Bohrkopf 4 umfasst einen Bohrkranz 5 in Form eines Rohrabschnitts. Der Bohrkranz 5 ist über drei Flügel 6 mit der Förderschnecke 3 verbunden, wobei die Flügel 6 sich radial zwischen der Längsachse x und einer Innenfläche 7 des Bohrkranzes 5 erstrecken. Auf den Flügeln 6 des Bohrkopfs 4 sind einzelne Schneidmesser 8 angeordnet, welche zum kopfseitigen Ende B der Bohrvorrichtung 1 hin ausgerichtet sind.
2 verdeutlicht den Aufbau der Bohrvorrichtung 1 aus 1 in einer vergrößerten Seitenansicht. Wie zu erkennen, weist die Förderschnecke 3 am anschlussseitigen Ende A der Bohrvorrichtung 1 einen Fortsatz 10 auf, über welchen die Förderschnecke 3 mit weiteren, nicht näher dargestellten rotierbaren Gliedern eines Bohrstrangs und insbesondere mit einem ebenfalls nicht näher dargestellten Antrieb verdrehfest gekoppelt werden kann. Auch das Mantelrohr 2 weist am anschlussseitigen Ende A der Bohrvorrichtung 1 eine gegenüber einem Außenumfang 10 des Mantelrohrs 2 zurückspringende Anschlusskontur 11 auf, um mit weiteren, nicht näher dargestellten und nicht rotierbaren Gliedern eines Strangs gekoppelt zu werden.
Zum kopfseitigen Ende B der Bohrvorrichtung 1 hin weist das Mantelrohr 2 eine endseitig umlaufende Fase 12 auf, durch welche das Mantelrohr 2 von seinem Außenumfang 10 aus in Richtung des Bohrkopfes 4 hin in seinem Durchmesser verjüngt ist. Wie zu erkennen, besitzt der Bohrkranz 5 des Bohrkopfes 4 einen den Durchmesser des Mantelrohrs 2 übersteigenden Durchmesser. Der Bohrkranz 5 umfasst eine umfangsseitig angeordnete Struktur 13 aus Y-förmig aneinander gereihten Stegen 14.
Bei der Struktur 13 handelt es sich um eine Aufpanzerung, deren Ausgestaltung hier beispielhaft Y-förmig ausgestaltet ist. Die Aufpanzerung dient dem Verschleißschutz des Bohrkranzes 5, welche aufgrund der Struktur 13 überdies Bohrmehl lösende Eigenschaften besitzt. Selbstverständlich kann diese auch andere Strukturen mit beispielsweise parallelen Verläufen oder alternierenden Abschnitten aufweisen. Bei der Struktur 13 handelt es sich bevorzugt um raupenförmige Auftragsschweißungen. Selbstverständlich kann die Struktur 13 beispielsweise auch durch eine Verprägung oder andere Material abtragende Verfahren gebildet sein.
Die geneigten Abschnitte der Stege 14 stehen dabei unter Ausbildung einzelner Spitzen 15 in Kontakt, welche zum kopfseitigen Ende B der Bohrvorrichtung 1 hin ausgerichtet sind. Mit Blick auf den Bereich des Bohrkopfes 4 wird deutlich, dass dieser weiterhin einen den Bohrkranz 5 überragenden Bohrfortsatz 16 aufweist, welcher den Abschluss des kopfseitigen Endes B der Bohrvorrichtung 1 bildet.
3 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung der Bohrvorrichtung 1 aus 2. Hierdurch wird der Blick auf das Innere der Bohrvorrichtung 1 und insbesondere auf die Ausgestaltung der Förderschnecke 3 frei. Die Anordnung der Förderschnecke 3 innerhalb des Mantelrohrs 2 sieht vor, dass die Förderschnecke 3 in Richtung der Längsachse x des Mantelrohrs 2 von einer neutralen Stellung C zu einer Steuerstellung D hin verlagerbar ist.
Mit anderen Worten befindet sich die Förderschnecke 3 in der neutralen Stellung C, wenn die Förderschnecke 3 in Richtung zum anschlussseitigen Ende A der Bohrvorrichtung 1 hin verlagert ist. Demgegenüber befindet sich die Förderschnecke 3 in der Steuerstellung D, wenn die Förderschnecke 3 zum kopfseitigen Ende B der Bohrvorrichtung 1 hin innerhalb des Mantelrohrs 2 verlagert ist. Vorliegend ist die Bohrvorrichtung 1 in 3 in der neutralen Stellung C der Förderschnecke 3 dargestellt. Die Steuerstellung D ist Inhalt der 4 und wird erst an späterer Stelle beschrieben.
Mit Blick auf die Förderschnecke 3 wird deutlich, dass diese einen hinteren Förderschneckenabschnitt 3a und einen vorderen Förderschneckenabschnitt 3b besitzt. Die beiden Förderschneckenabschnitte 3a, 3b sind gelenkig miteinander gekoppelt, wobei der hinteren Förderschneckenabschnitt 3a sich zum anschlussseitigen Ende A der Bohrvorrichtung 1 hin erstreckt, während der vordere Förderschneckenabschnitt 3b zum kopfseitigen Ende B der Bohrvorrichtung 1 hin verläuft.
Um die gelenkige Verbindung zwischen den beiden Förderschneckenabschnitten 3a, 3b zu ermöglichen, sind der hintere Förderschneckenabschnitt 3a und der vordere Förderschneckenabschnitt 3b über ein Wellengelenk 17 miteinander gekoppelt. Bei dem Wellengelenk 17 kann es sich beispielsweise um ein Kugelgelenk oder ein Kreuzgelenk handeln. Zu einem dem Wellengelenk 17 abgewandten Ende des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b hin ist dieser mit dem Bohrkopf 4 verbunden, so dass der vordere Förderschneckenabschnitt 3b und der Bohrkopf 4 eine etwaige Auslenkung gegenüber der Längsachse x des Mantelrohrs 2 um das Wellengelenk 17 herum gemeinsam vollziehen.
Um eine Ausrichtung des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b innerhalb des Mantelrohrs 2 zu ermöglichen, ist der vordere Förderschneckenabschnitt 3b über eine innerhalb des Mantelrohrs 2 angeordnete Pendelstütze 18 abgestützt. Wie zu erkennen, ist die Pendelstütze 18 in der vorliegend gezeigten neutralen Stellung C der Förderschnecke 3 gegenüber der Längsachse x des Mantelrohrs 2 geneigt. Dabei schließen eine Längsrichtung y der Pendelstütze 18 und die Längsachse x des Mantelrohrs 2 einen Winkel e kleiner 90° zwischen sich ein.
Die Pendelstütze 18 ist schwenkbar mit einem innerhalb des Mantelrohrs 2 angeordneten und relativ zum Mantelrohr um dessen Längsachse x rotierbaren Drehkranz 19 verbunden. Der Drehkranz 19 hat die Form eines Rohrabschnitts, welcher in dem Bohrkopf 4 zugewandten Endbereich des Mantelrohrs 2 angeordnet ist. Hierfür weist das Mantelrohr 2 eine in diesem Bereich angeordnete Verjüngung seiner Wandstärke auf, indem das Mantelrohr 2 im Bereich des Drehkranzes 19 eine innere umlaufende Ausnehmung 20 besitzt. Der Drehkranz 19 ist somit innerhalb der Ausnehmung 20 im Inneren des Mantelrohrs 2 rotierbar angeordnet.
Um eine möglichst dichte Lagerung des Drehkranzes 19 innerhalb des Mantelrohrs 2 zu ermöglichen, sind entsprechende Dichtungsorgane 21 vorgesehen, welche in Richtung der Längsachse x hintereinander zwischen dem Drehkranz 19 und der Ausnehmung 20 innerhalb des Mantelrohrs 2 angeordnet sind. Bei den Dichtungsorganen 21 handelt es sich bevorzugt um O-Ringe. Diese werden um wenigstens ein Lagesicherung 22 ergänzt, welches ebenfalls zwischen der Ausnehmung 20 des Mantelrohrs 2 und dem Drehkranz 19 angeordnet ist. Bei der Lagesicherung 22 handelt es sich um eine in beide Richtungen der Längsachse x wirkende axiale Sicherung, um die Lage des Drehkranzes 19 gegenüber dem Mantelrohr 2 zu fixieren oder zumindest auf einen mit entsprechendem Spiel behafteten Bereich festzulegen.
Es ist vorgesehen, dass die Lagerung des Drehkranzes 19 innerhalb des Mantelrohrs 2 ein gewisses Maß an Reibung aufweist, um einem unerwünschten Verdrehen des Drehkranzes 19 entgegenzuwirken. Die gewünschte Reibung kann beispielsweise durch die jeweilige Oberflächen-beschaffenheit der miteinander in Kontakt stehenden Flächenbereiche eingestellt sein. Selbstverständlich kann die Reibung auch aus dem eingestellten Spiel, insbesondere der jeweiligen Toleranzen zwischen dem Mantelrohr 2 und dem Drehkranz 19, resultieren.
Die sich aus der Reibung ergebenden Haltekräfte sind dabei so ausgelegt, dass beispielsweise das ausgebohrte und über die sich drehende Förderschnecke 3 in eine Rotation um die Längsachse x des Mantelrohrs 2 versetzte, nicht näher dargestellte Erdreich in Form von Bohrklein keine ungewollte Verdrehung des Drehkranzes 19 bewirkt. Demgegenüber können die Haltekräfte für eine gewünschte Verdrehung des Drehkranzes 19 problemlos in der noch zu erläuternden Steuerstellung D der Förderschnecke 3 (4) überwunden werden.
Die gelenkige Verbindung zwischen dem Drehkranz 19 und der Pendelstütze 18 wird über einen Sockel 23 realisiert, welcher auf der Innenfläche des Drehkranzes 19 festgelegt ist. Die Verbindung des Sockels 23 mit der Pendelstütze 18 erfolgt über ein entsprechendes Gelenk 24.
An einem dem Sockel 23 gegenüberliegenden Ende der Pendelstütze 18 ist diese über ein Ringlager 25 mit dem vorderen Förderschneckenabschnitt 3b verbunden. Das Ringlager 25 umfasst dabei den vorderen Förderschneckenabschnitt 3b, so dass ein Teil des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b rotierbar innerhalb des Ringlagers 25 gelagert ist. Die Verbindung der Pendelstütze 18 mit dem Ringlager 25 erfolgt ebenfalls über ein Gelenk 26.
Mit Blick auf den hinteren Förderschneckenabschnitt 3a wird deutlich, dass der hintere Förderschneckenabschnitt 3a über einen innerhalb des Mantelrohrs 2 angeordneten Innenring 27 gelagert ist. Der Innenring 27 weist ebenfalls die Form eines Rohrabschnitts auf, welcher einen umfangsseitigen Kontakt zu einem Abschnitt der Innenfläche des Mantelrohrs 2 besitzt. Der Innenring 27 ist dabei über wenigstens einen Teil von sich spiralförmig um den hinteren Förderschneckenabschnitt 3a erstreckenden Schaufeln 28 mit dem hinteren Förderschneckenabschnitt 3a verbunden. Die zur Förderung von ausgebohrten und nicht näher dargestellten Boden vorgesehenen Schaufeln 28 des hinteren Förderschneckenabschnitts 3a korrespondieren dabei mit sich ebenfalls spiralförmig um den vorderen Förderschneckenabschnitt 3b herum erstreckenden Schaufeln 29.
Innerhalb des Mantelrohrs 2 sind Wegbegrenzer 30a, 30b vorgesehen, welche in Bezug auf die Längsachse x des Mantelrohrs 2 vor und hinter dem Innenring 27 an der Innenfläche des Mantelrohrs 2 angeordnet sind. Durch die Verbindung des Innenrings 27 mit dem hinteren Förderschneckenabschnitt 3a ist dieser zusammen mit dem hinteren Förderschneckenabschnitt 3a in Richtung der Längsachse x des Mantelrohrs 2 von der neutralen Stellung C zu der Steuerstellung D der Förderschnecke 3 hin verschieblich. In diesem Zusammenhang sind die Wegbegrenzer 30a, 30b dafür vorgesehen, die sich hierbei ergebende Verlagerbarkeit der Förderschnecke 3 gegenüber dem Mantelrohr 2 zu beschränken. Dabei bilden die Wegbegrenzer 30a, 30b jeweils einen Anschlag in Form sich von der Innenfläche des Mantelrohrs 2 zu dessen Längsachse x hin erstreckenden Zylindern, gegen welche der Innenring 27 bei axialer Verlagerung der Förderschnecke 3 jeweils kopfseitig läuft.
Die zum anschlussseitigen Ende A hin neben dem Innenring 27 angeordneten Wegbegrenzer 30a bilden die bauliche Begrenzung der neutralen Stellung C, wohingegen die zum kopfseitigen Ende B neben dem Innenring 27 angeordneten Wegbegrenzer 30b die Verlagerung der Förderschnecke 3 in Bezug auf deren Steuerstellung D hin begrenzen.
Mit Bezug auf den vorderen Förderschneckenabschnitt 3b wird deutlich, dass dieser eine sich zum Bohrkopf 4 hin konisch zulaufende Verjüngung 31 seines Durchmessers aufweist. Die Verjüngung 31 wird dadurch realisiert, dass der jeweilige Radius der Schaufeln 29 zum Bohrkopf 4 hin abnimmt. Die Verjüngung 31 des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b ist notwendig, um eine Auslenkbarkeit des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b gegenüber der Längsachse x des Mantelrohrs 2, insbesondere gegenüber dessen Wandung zu ermöglichen. Der Drehpunkt dieser Auslenkung liegt dabei im Zentrum des Wellengelenks 17.
Die gesamte Förderschnecke 3 besitzt eine Hohlwelle 32, durch welche der Lichtstrahl einer Lichtquelle 33 führbar ist. Der von der Lichtquelle 33 durch die Hohlwelle 32 hindurch ausgesandte Lichtstrahl ist dafür vorgesehen, etwaige Lageabweichungen der Bohrvorrichtung 1 von der vorgegebenen Bohrrichtung anzuzeigen und diese zu erfassen. Bei dem Lichtstrahl kann es sich sowohl um einen gebündelten sowie gerichteten Lichtstrahl als auch um gestreutes Licht handeln. Grundsätzlich wird dabei ein etwaiges Auswandern des von der Lichtquelle 33 ausgehenden Lichts aus dem überwachten Bereich innerhalb der Hohlwelle 32 erfasst und entsprechende Gegenmaßnahmen zur Steuerung ergriffen.
Um etwaige Abweichungen zu korrigieren, wird dann der Bohrkopf 4 zusammen mit dem vorderen Förderschneckenabschnitt 3b in die entsprechende Richtung gegenüber der Längsachse x des Mantelrohrs 2 ausgelenkt, wie nachfolgend verdeutlicht.
4 zeigt die Darstellung der Bohrvorrichtung 1 aus 3 in der Steuerstellung D der Förderschnecke 3. Mit Blick auf den vorderen Förderschneckenabschnitt 3b wird deutlich, dass dieser durch eine mittels axialer Verlagerung der Förderschnecke 3 zum kopfseitigen Ende B der Bohrvorrichtung 1 hin bewirkte Veränderung der Neigung der Pendelstütze 18 gegenüber der Längsachse x des Mantelrohrs 2 verschwenkt ist. Hierdurch ist eine Längsachse x1 des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b und die Längsachse x des Mantelrohrs 2 nicht mehr deckungsgleich.
Durch die Verlagerung der Förderschnecke 3 in die Steuerstellung D ist die Pendelstütze 18 aus ihrer zuvor geneigten Stellung heraus aufgestellt, wobei ihre Längsrichtung y und die Längsachse x1 des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b nunmehr einen Winkel e von 90° zwischen sich einschließen.
Durch das Aufstellen der Pendelstütze 18 wurde das die Pendelstütze 18 mit dem Ringlager 25 verbindende Gelenk 26 auf einer Kreisbahn um das Gelenk 24 herum weiter in Richtung der Längsachse x des Mantelrohrs 2 bewegt, woraufhin eine Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b um das Wellengelenk 17 herum erfolgt ist. Bei der Verlagerung der Förderschnecke von der neutralen Stellung C (3) zur Steuerstellung D hin wurde der Innenring 27 von den Wegbegrenzern 30a so weit entfernt, bis der Innenring 27 an den näher zum Bohrkopf 4 hin gelegenen Wegbegrenzern 30b anschlug. Die maximale Verlagerbarkeit der Förderschnecke 3 in axialer Richtung ist somit auf den Abstand zwischen den Zylinderflächen der Wegbegrenzer 30a, 30b abzüglich der Dicke des Innenrings 27 beschränkt.
Um eine Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b in sämtliche radiale Richtungen um die Längsachse x des Mantelrohrs 2 zu ermöglichen, ist die Stellung der Pendelstütze 18 durch das Verdrehen des Drehkranzes 19 um die Längsachse x herum veränderbar. Hierfür besitzt das Ringlager 25 mindestens eine in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Förderschnecke um die Längsachse x, x1 herum aktivierbare Arretierung 34. Durch die Arretierung 34 ist eine Rotation der Förderschnecke 3 auf die Pendelstütze 18 übertragbar.
Die Arretierung 34 umfasst einen federbelasteten Bolzen 35, welcher mit einer Vertiefung 36 korrespondiert. Hierfür besitzt die Vertiefung 36 eine nicht näher dargestellte Schrägfläche sowie eine Anschlagkante, so dass der Bolzen 35 in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Förderschnecke 3 entweder einen Drehmoment übertragenden Kontakt zur Anschlagkante innerhalb der Vertiefung 36 aufweist oder gegen die Federkraft über die Schrägfläche aus der Vertiefung 36 heraus verdrängbar ist. Im letzteren Fall läuft der Bolzen 35 entgegen der Federkraft auf die Schrägfläche auf, auf welche er im weiteren Verlauf der Rotation der Förderschnecke 3 aus der Vertiefung 36 heraus gehoben wird.
In der Praxis dient die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 1 zum Einbringen einer richtungsgesteuerten Bohrung in einen Boden. Zur Steuerung der Bohrrichtung wird der mit dem Bohrkopf 4 verbundene vordere Förderschneckenabschnitt 3b gegenüber der Längsachse x des Mantelrohrs 2 in die jeweils gewünschte Bohrrichtung ausgelenkt. Dabei wird der vordere Förderschneckenabschnitt 3b über eine innerhalb des Mantelrohrs 2 angeordnete und gegenüber der Längsachse x geneigte Pendelstütze 18 abgestützt.
In der neutralen Stellung C der Förderschnecke 3 fluchten die Längsachse x1 des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b und die Längsachse x des Mantelrohrs 2 miteinander, so dass eine gerade Bohrung erfolgt.
Bei Bedarf wird die Pendelstütze während des laufenden Bohrvortriebs aus ihrer geneigten Lage aufgestellt, indem die Förderschnecke 3 axial verlagert wird und dabei von der neutralen Stellung C in die Steuerstellung D überführt wird. Hierbei wird der vordere Förderschneckenabschnitt 3b gegenüber der Längsachse x des Mantelrohrs 2 ausgelenkt. Die Auslenkung wird durch das Aufstellen der Pendelstütze 18 bewirkt, wobei der vordere Förderschneckenabschnitt 3b im Bereich des Ringlagers 25 über die Hälfte des inneren Durchmessers des Drehkranzes 19 über die Pendelstütze 18 angehoben wird. Das über den Innenring 27 in seiner zentrischen Lage zur Längsachse x des Mantelrohrs 2 gehaltene Wellengelenk 17 dient während der Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b als Drehpunkt. Somit schneiden sich die Längsachse x des Mantelrohrs 2 und die Längsachse x1 des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b im Bereich des Wellengelenks 17.
Sofern eine Korrektur der Bohrrichtung in eine andere Richtung erforderlich wird, kann die Pendelstütze 18 in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Förderschnecke 3 über die Arretierung 34 Drehmoment übertragend an dem vorderen Förderschneckenabschnitt 3b arretiert werden. Hierbei wird die Rotationsrichtung der Förderschnecke 3 auf die Pendelstütze 18 übertragen. Auf diese Weise wird die Pendelstütze 18 in Umfangsrichtung um die Längsachse x1 des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b herum ausgerichtet. Durch die Verlagerung der Förderschnecke 3 von der neutralen Stellung C in die Steuerstellung D erfolgt die Auslenkung des vorderen Förderschneckenabschnitts 3b zusammen mit dem Bohrkopf 4, woraufhin die aus dem Boden resultierenden Reaktionskräfte eine entsprechende Richtungssteuerung der Bohrvorrichtung 1 bewirken.
Bezugszeichenliste

1: Bohrvorrichtung
2: Mantelrohr
3: Förderschnecke
3a: hinterer Förderschneckenabschnitt
3b: vorderer Förderschneckenabschnitt
4: Bohrkopf
5: Bohrkranz v. 4
6: Flügel v. 4
7: Innenfläche v. 5
8: Schneidmesser v. 4
9: Fortsatz
10: Außenumfang v. 2
11: Anschlusskontur v. 2
12: Fase v. 2
13: Struktur v. 5
14: Stege v. 13
15: Spitze v. 13
16: Bohrfortsatz v. 4
17: Wellengelenk zw. 3a, 3b
18: Pendelstütze
19: Drehkranz
20: Ausnehmung in 2
21: Dichtungsorgan zw. 2, 19
22: Lagesicherung zw. 2, 19
23: Sockel v. 19
24: Gelenk zw. 18, 23
25: Ringlager
26: Gelenk zw. 18, 25
27: Innenring
28: Schaufel v. 3a
29: Schaufel v. 3b
30a: Wegbegrenzer
30b: Wegbegrenzer
31: Verjüngung v. 3b
32: Hohlwelle v. 3
33: Lichtquelle
34: Arretierung
35: Bolzen v. 34
36: Vertiefung v. 34
A: Ende v. 2, anschlussseitig
B: Ende v. 2, kopfseitig
C: Stellung v. 3, neutral
D: Steuerstellung v. 3
e: Winkel zwischen x, y
x: Längsachse v. 2
x1: Längsachse v. 3b
y: Längsrichtung v. 18

Claims

Bohrvorrichtung (1) zum Einbringen einer richtungsgesteuerten Bohrung in einen Boden, umfassend ein Mantelrohr (2) und eine rotierbar in dem Mantelrohr (2) geführte Förderschnecke (3) mit einem Bohrkopf (4), wobei die Förderschnecke (3) in Richtung einer Längsachse (x) des Mantelrohrs (2) verlagerbar angeordnet ist und einen hinteren Förderschneckenabschnitt (3a) sowie einen mit dem Bohrkopf (4) verbundenen vorderen Förderschneckenabschnitt (3b) besitzt, wobei die beiden Förderschneckenabschnitte (3a, 3b) gelenkig miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Förderschneckenabschnitt (3b) über eine innerhalb des Mantelrohrs (2) angeordnete Pendelstütze (18) abgestützt ist, so dass der vordere Förderschneckenabschnitt (3b) durch eine mittels axialer Verlagerung der Förderschnecke (3) bewirkte Veränderung der Neigung der Pendelstütze (18) gegenüber der Längsachse (x) des Mantelrohrs (2) verschwenkbar ist.
Bohrvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Förderschneckenabschnitt (3a) und der vordere Förderschneckenabschnitt (3b) über ein Wellengelenk (17) miteinander gekoppelt sind.
Bohrvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Förderschneckenabschnitt (3a) über einen innerhalb des Mantelrohrs (2) angeordneten und zusammen mit dem hinteren Förderschneckenabschnitt (3a) in Richtung der Längsachse (x) verschieblichen Innenring (27) gelagert ist.
Bohrvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wegbegrenzer (30a, 30b) vorgesehen ist, durch welchen die axiale Verlagerbarkeit der Förderschnecke (3) gegenüber dem Mantelrohr (2) beschränkt ist.
Bohrvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelstütze (18) schwenkbar mit einem innerhalb des Mantelrohrs (2) angeordneten und relativ zum Mantelrohr (2) um die Längsachse (x) rotierbaren Drehkranz (19) verbunden ist.
Bohrvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelstütze (18) über ein Ringlager (25) mit dem vorderen Förderschneckenabschnitt (3b) verbunden ist, wobei ein Teil des vorderen Förderschneckenabschnitts (3b) rotierbar innerhalb des Ringlagers (25) gelagert ist.
Bohrvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringlager (25) eine in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Förderschnecke (3) aktivierbare Arretierung (34) besitzt, durch welche eine Rotation der Förderschnecke (3) auf die Pendelstütze (18) übertragbar ist.
Bohrvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung (34) einen federbelasteten Bolzen (35) umfasst, welcher mit einer Vertiefung (36) korrespondiert, wobei die Vertiefung (36) eine Schrägfläche und eine Anschlagkante besitzt, so dass der Bolzen (35) in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Förderschnecke (3) entweder einen Drehmoment übertragenden Kontakt zur Anschlagkante innerhalb der Vertiefung (36) aufweist oder gegen die Federkraft über die Schrägfläche aus der Vertiefung (36) heraus verdrängbar angeordnet ist.
Bohrvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Förderschneckenabschnitt (3b) eine sich zum Bohrkopf (4) hin konisch zulaufende Verjüngung (31) seines Durchmessers aufweist.
Bohrvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke (3) eine Hohlwelle (32) besitzt, durch welche hindurch ein Lichtstrahl einer Lichtquelle (33) führbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Bohrvorrichtung (1), bei welchem mittels der Bohrvorrichtung (1): – eine richtungsgesteuerte Bohrung in einen Boden eingebracht wird, – wobei eine Förderschnecke (3) mit einem Bohrkopf (4) in einem Mantelrohr (2) rotiert, – und ein vorderer Förderschneckenabschnitt (3b), der mit dem Bohrkopf (4) verbunden ist, gegenüber einem hinteren Förderschneckenabschnitt (3a) und gegenüber einer Längsachse (x) des Mantelrohres (2) zur Steuerung der Bohrrichtung in die gewünschte Bohrrichtung ausgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Steuerung der Bohrrichtung der vordere Förderschneckenabschnitt (3b) über eine innerhalb des Mantelrohres (2) angeordnete und gegenüber der Längsachse (x) geneigten Pendelstütze (18) abgestützt wird, – wobei die Pendelstütze (18) aus ihrer geneigten Lage aufgestellt wird, so dass der vordere Förderschneckenabschnitt (3b) gegenüber der Längsachse (x) des Mantelrohres (2) ausgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Förderschneckenabschnitt (3b) durch eine axiale Verlagerung der Förderschnecke (3) relativ zum Mantelrohr (2) gegenüber der Längsachse (x) des Mantelrohrs (2) ausgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelstütze (18) in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Förderschnecke (3) Drehmoment übertragend an dem vorderen Förderschneckenabschnitt (3b) arretiert wird, wobei die Rotationsrichtung der Förderschnecke (3) auf die Pendelstütze (18) übertragen wird, so dass die Pendelstütze (18) in Umfangsrichtung um eine Längsachse (x1) des vorderen Förderschneckenabschnitts (3b) herum ausgerichtet wird.