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Die Erfindung betrifft ein Erdbohrwerkzeug zum Erstellen einer Erdbohrung mittels eines rotatorischen Antriebs.
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Erdbohrwerkzeuge und Erdbohrvorrichtungen werden insbesondere beim HD-Verfahren („Horizontal Drilling“) verwendet.
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Beim Erdbohren wird üblicherweise ein Erdbohrwerkzeug an der Spitze eines Gestänges, das miteinander verbundene Gestängeschüsse aufweisen kann, in das Erdreich getrieben. Das Erdbohrwerkzeug kann als Bohrkopf bezeichnet werden.
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Es ist ein Erdbohrwerkzeug bzw. ein Bohrkopf bekannt, der zum Steuern der Richtung seitlich abgeflacht ist. Bei einem rotierenden Vortrieb des Erdbohrwerkzeugs ist eine gerade ausgerichtete Bohrung möglich. Wird die Rotation des Bohrkopfes ausgesetzt, so kann durch die seitliche Abflachung eine Abweichung von der Geradeausrichtung erreicht werden.
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Bei dem Erdbohrwerkzeug mit seitlicher Abflachung ist der Geradeauslauf abhängig vom Vorschub und der Rotationsgeschwindigkeit des Erdbohrwerkzeugs, was erfordert, dass Vorschub und Rotationsgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt sind.
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Erdbohrwerkzeuge mit rotatorischem Antrieb sind außerdem aus den Dokumenten
US 2012 / 0 090 896 A1 und
US 3 051 253 A bekannt.
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Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Erdbohrwerkzeug zum Erstellen einer Erdbohrung mittels eines rotatorischen Antriebs zu schaffen, mit dem ein einfacher, geführter Bohrvortrieb möglich ist. Insbesondere sollte ein einfacher Aufbau des Erdbohrwerkzeugs und einer Erdbohrvorrichtung geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Kern der Erfindung ist es, ein Erdbohrwerkzeug vorzusehen, das zwei Abschnitte aufweist, die eine unterschiedliche Funktion bei der Erstellung der Erdbohrung haben. Der näher an der Spitze des Erdbohrwerkzeugs liegende Abschnitt weist eine sich entlang der Längsachse des Erdbohrwerkzeugs erstreckende Spiralform auf.
Mittels des rotatorischen Antriebs erfährt das Erdbohrwerkzeug einen Vorschub in Richtung der zu erstellenden Erdbohrung, und auf Grund der Spiralform erfährt das Erdbohrwerkzeug eine Kraft in Vorwärtsrichtung. Bei der Rotation des Erdbohrwerkzeugs zieht sich dieses selbständig über eine zur Bohrachse geneigte Spiralfläche in den Boden. Ein zweiter Abschnitt, der weiter entfernt von der Spitze des Erdbohrwerkzeugs bezogen auf die Längsachse desselben liegt, ist für eine Verdichtung des Erdreichs vorgesehen. Der zweite Abschnitt ist für die Verdichtung des Erdreichs in Richtung der Längsachse rotations-asymmetrisch ausgestaltet.
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Unter einem Erdbohrwerkzeug wird insbesondere ein Bohrkopf an der Spitze eines Gestänges verstanden. Ein erfindungsgemäßes Erdbohrwerkzeug kann insbesondere frei von relativ zum Erdbohrwerkzeug beweglichen Teilen sein. Vorzugsweise kann das Erdbohrwerkzeug relativ zueinander unbewegliche Abschnitte und Teile aufweisen.
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Unter einer Erdbohrvorrichtung wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, die insbesondere ein aus Gestängeschüssen bestehendes Gestänge in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal im Erdreich bewegt, um eine Bohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung, zu erstellen oder aufzuweiten, oder um Leitungen oder andere lange Körper in das Erdreich einzuziehen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine ein Gestänge rotatorisch antreibende Vorrichtung, die Erdreich verdrängend arbeitet, wobei die Verdichtung zumindest teilweise mittels der Rotationsbewegung des Erdbohrwerkzeugs an der Spitze des Gestänges bewirkt wird.
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Der Begriff Horizontalbohrung (Horizontal Drilling) im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere jede Art von bestehenden oder zu erstellenden, vorzugsweise horizontalen Kanälen in einem Körper, insbesondere Erdkanäle einschließlich Erdbohrungen, Felsbohrungen oder Erdleitungen sowie unterirdische oder oberirdische Rohrleitungen und Wasserkanäle, die sich durch Einsatz einer entsprechenden Erdbohrvorrichtung herstellen oder einziehen lassen.
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Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff rotatorischer Antrieb jedweden Antrieb, der dem Gestänge und dem damit verbundenen Erdbohrwerkzeug eine Drehung um seine Längsachse aufprägt.
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Die Längsachse des Erdbohrwerkzeugs fällt zumindest teilweise mit der Bohrvortriebsrichtung zusammen bzw. ist parallel zu dieser. Insbesondere die Längsachse des ersten Abschnitts des Erdbohrwerkzeugs fällt zumindest teilweise mit der Bohrvortriebsvorrichtung zusammen.
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Eine erfindungsgemäße „Spiralform“ umfasst eine um eine Welle gewickelte Spirale, die auch als Schnecke bezeichnet werden kann. Zwar ist eine prototypische Spirale ein Gebilde in der Ebene, wie zum Beispiel die Rille einer Schallplatte, aber dem Fachmann ist beispielsweise auch eine Spiralfeder bekannt. Synonym für die Spiralform wird auch die Schraubenform genannt, die ein räumliches Gebilde entlang des Hofes eines Zylinders, der sich entlang der Längsachse des Erdbohrwerkzeugs erstreckt, verwendet. Bei der Spiralform kann es sich um eine sich von einem Zylinder erstreckende entlang der Längsachse des Zylinders erstreckende Form handeln oder aber die Spiralform ist durch in einen Zylinder seitlich und wendelförmig eingearbeitete Nuten gebildet.
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Der zweite Abschnitt weist vorzugsweise mindestens zwei Kröpfungen auf, die als Abwinklungen oder Versatz entlang der Längsachse des Erdbohrwerkzeugs ausgebildet sind. Die Kröpfungen bewirken, dass zwei zu einer Kröpfung benachbarte Abschnitte eine Mittelachse aufweisen, die nicht mit der Mittelachse eines anderen benachbarten Abschnitts zusammenfällt. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein einfach aufgebauter Abschnitt für die Verdichtung des Erdreichs verwendet werden kann.
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Insbesondere kann die Anzahl der Kröpfungen ungeradzahlig sein. Die Anzahl der Kröpfungen kann insbesondere derart gewählt werden, dass der zweite Abschnitt derart an dem ersten Abschnitt und an einem Verbindungsabschnitt des Erdbohrwerkzeugs angeordnet ist, dass der erste Abschnitt und der Verbindungsabschnitt auf einer Achse liegen.
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Der zweite Abschnitt kann mittels der Kröpfungen wellenförmig in einer Ebene ausgebildet sein. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt bezogen auf eine Ebene, die das Erdbohrwerkzeug schneidet und insbesondere die Längsachse des Erdbohrwerkzeugs enthält, zumindest abschnittsweise im Wesentlichen punktsymmetrisch ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die zwei Kröpfungen in einer Ebene, was die Herstellung des Erdbohrwerkzeugs, insbesondere die Herstellung des zweiten Abschnitts, vereinfacht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Abschnitt einen entlang der Längsachse im Wesentlichen gleichen Querschnitt auf, so dass der zweite Abschnitt mittels Biegen bzw. Umformen eines zylinderförmigen oder stabförmigen Elements herstellbar ist, welches die Herstellung vereinfacht. Bei dem Querschnitt kann es sich um einen runden Querschnitt, insbesondere einen ellipsenförmigen oder kreisfömigen Querschnitt handeln, wobei auch allgemein polygonförmige Querschnitte mit einer oder mehreren Ecken vorgesehen sein können.
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Vorzugsweise weist der erste Abschnitt einen entlang einer Längsachse des Erdbohrwerkzeugs verlaufenden zylinderförmigen oder stabförmigen Körper auf, was die Herstellung des Erdbohrwerkzeugs vereinfacht. Die Grundfläche des stabförmigen Körpers kann jedwede Form aufweisen, insbesondere ist eine runde Grundfläche des stabförmigen Körpers bevorzugt, die ellipsenförmig oder kreisförmig ausgestaltet sein kann. Eine der Kreisform angenäherte Grundfläche des stabförmigen Körpers ist bevorzugt, da eine Drehung um die Mittelachse des stabförmigen Körpers eine Invarianz zeigt und in Bezug auf die Stabilität des Bohrvortriebs verbesserte Ergebnisse liefert.
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An der Spitze des Erdbohrwerkzeugs kann ein konusförmiger Abschnitt, insbesondere ein gerader Kegel, ausgebildet sein, an den sich der erste Abschnitt mit der Spiralform anschließt. Mittels des konusförmigen Abschnitts kann ein erhöhter Druck im Bereich der Spitze auf das Erdreich ausgeübt werden. Der konusförmige Abschnitt kann eine Grundfläche aufweisen, die mit der Grundfläche des stabförmigen Körpers des ersten Abschnitts übereinstimmt. Der konusförmige Abschnitt kann direkt vor dem ersten Abschnitt ausgebildet sein, der direkt vor dem zweiten Abschnitt angeordnet sein kann. Das Erdbohrwerkzeug kann die Spitze, den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt aufweisen bzw. daraus bestehen.
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Für eine vereinfachte Herstellung kann die Spiralform bevorzugt an dem stabförmigen Körper insbesondere symmetrisch zur Längsachse ausgebildet sein. Die Spiralform kann durch Anschweißen oder sonstige Verbindungen an dem stabförmigen Körper befestigt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt zumindest teilweise aus dem Vollen gefräst ist, was beispielsweise die Stabilität des ersten Abschnitts erhöht.
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Die Spiralform kann insbesondere einen äußeren Querschnitt bezogen auf die Längsachse des Erdbohrwerkzeugs haben, der größer als die äußere Erstreckung des zweiten Abschnitts quer zur Längsachse ist.
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Vorzugsweise ist die Spiralform als an dem stabförmigen Körper ausgebildete Fläche ausgestaltet, die zu einer Ebene quer zur Längsachse des Erdbohrwerkzeugs geneigt ist. Hierdurch kann ein einfacher Vortrieb mittels der Spiralform erreicht werden, wenn die Spiralform mittels des rotatorischen Antriebs gedreht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Längsachse des Körpers des ersten Abschnitts durch das Material des zweiten Abschnitts, so dass das Erdbohrwerkzeug derart ausgestaltet ist, dass bezogen auf den Querschnitt der Erdbohrung das Erdbohrwerkzeug Material aufweist, das in der Mitte der Erdbohrung vorhanden ist, damit das Erdreich verdichtet werden kann. Insbesondere kann damit verhindert werden, dass ein Rotationsloch bzw. ein durch die Rotation umhüllter Raum im Inneren der Erdbohrung entsteht, beziehungsweise in dem Erdreich vorhanden sein kann, welches nicht verdichtet wird.
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Die Erfindung schafft auch eine Erdbohrvorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Erdbohrwerkzeug aufweist, welches einen Verbindungsabschnitt zum Verbinden mit einem Gestängeschuss einer Erdbohrvorrichtung aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Erdbohrvorrichtung mit einem rotatorischen Antrieb geschaffen, bei dem der rotatorische Antrieb mit einem erfindungsgemäßen Erdbohrwerkzeug mittelbar oder unmittelbar verbindbar ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt:
- 1 ein erfindungsgemäßes Erdbohrwerkzeug in einer isometrischen Darstellung;
- 2 das Erdbohrwerkzeug von 1 in einer Seitenansicht und
- 3 das Erdbohrwerkzeug von 1 in einer Ansicht von oben.
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In den Figuren ist ein Erdbohrwerkzeug zum Erstellen einer Erdbohrung gezeigt, das alleine mittels eines rotatorischen Antriebs im Erdreich verwendet werden kann. Das Erdbohrwerkzeug weist zwei in Längsachse L des Erdbohrwerkzeugs hintereinander angeordnete Abschnitte 1, 2 auf, von denen ein erster Abschnitt 1 eine sich entlang der Längsachse L des Erdbohrwerkzeugs erstreckende Spiralform 3 aufweist. Ein zweiter Abschnitt 2 des Erdbohrwerkzeugs ist für eine Verdichtung des Erdreichs in Richtung der Längsachse L rotations-asymmetrisch ausgestaltet.
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Der zweite Abschnitt 2 weist mindestens zwei Kröpfungen 4 und insbesondere, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, fünf Kröpfungen 4 auf. Die Kröpfungen 4 liegen in einer Ebene, so dass sich die Längsachse L des Erdbohrwerkzeugs, wie in 3 zu sehen, in dieser Ebene erstreckt.
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Der zweite Abschnitt 2 weist einen entlang des Erdbohrwerkzeugs im Wesentlichen gleichen Querschnitt auf.
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Der erste Abschnitt 1 weist einen entlang der Längsachse L des Erdbohrwerkzeugs verlaufenden stabförmigen Körper 5 auf. Die Spiralform 3 ist an dem stabförmigen Körper 5 ausgebildet. Die Spiralform 3 ist als eine an dem stabförmigen Körper 5 ausgebildete Fläche ausgestaltet, die zumindest abschnittsweise zu einer Ebene quer zur Längsachse L des Erdbohrwerkzeugs geneigt ist. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fläche geschlossen entlang des ersten Abschnitts 1 des Erdbohrwerkzeugs ausgebildet.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, erstreckt sich die Längsachse L des Körpers des ersten Abschnitts 1 durch den zweiten Abschnitt 2.
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Das Erdbohrwerkzeug kann insbesondere einen Verbindungsabschnitt (nicht dargestellt) zum Verbinden mit einem Gestängeschuss einer Erdbohrvorrichtung aufweisen.
