DE102019004509B4

DE102019004509B4 - Vorrichtung zum Dämpfen einer Krafteinwirkung auf ein elektronisches Bauteil und Bohrstrangabschnitt einer Erdbohrvorrichtung aufweisend eine derartige Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019004509B4
Application number: DE102019004509.2A
Authority: DE
Inventors: Tobias Klein
Original assignee: Tracto Technlk & Co KG GmbH; Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technlk & Co KG GmbH; Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2039-06-29
Also published as: US20200408082A1; DE102019004509A1

Abstract

Vorrichtung (3) zum Dämpfen einer Krafteinwirkung auf ein elektronisches Bauteil (4), insbesondere in Form einer Sonde, wobei die Vorrichtung (3) einen Aufnahmeraum (5) für das Bauteil (4) aufweist, der von einer Außenwand (7) entlang einer Längsachse (L) umgeben ist, und quer zur Längsachse (L) ein endseitiger Abschluss (6) des Aufnahmeraums (5) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (7) und der Abschluss (6) dasselbe Material aufweisen und das Material eine strukturelle Ausgestaltung aufweist, die eine dämpfende Wirkung der Vorrichtung in Längsrichtung (L) bewirkt, die zu einem Dämpfungseffekt der Außenwand (7) unterschiedlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Krafteinwirkung auf ein elektronisches Bauteil, wobei das elektronische Bauteil insbesondere in Form einer Sonde vorliegen kann. Die Vorrichtung weist einen Aufnahmeraum für das Bauteil auf, der von einer Außenwand entlang einer Längsachse umgeben ist. Quer zur Längsachse liegt ein endseitiger Abschluss des Aufnahmeraums vor. Ferner betrifft die Erfindung einen Bohrstrangabschnitt einer Erdbohrvorrichtung mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Dämpfen einer Krafteinwirkung auf ein elektronisches Bauteil.
Es ist bekannt, Erdbohrvorrichtungen mit einem elektronischen Bauteil zu versehen, um elektromagnetische Strahlung auszusenden. Die elektromagnetische Strahlung, insbesondere in Form von Signalen, wird verwendet, um die Strahlung mittels einer an der Erdoberfläche angeordneten Empfangseinheit zu lokalisieren und dadurch die Position der Erdbohrvorrichtung innerhalb des Erdreichs zu bestimmen. Neben einer Bestimmung der Position der Erdbohrvorrichtung innerhalb des Erdreichs ist es auch möglich, mittels des Senders eine Verrollung eines Bohrstrangabschnitts zu bestimmen, indem die Winkellage des Bohrstrangabschnitts (Uhrzeit) ermittelt wird. Dadurch wird ermöglicht, den Verlauf der Bohrung kontinuierlich zu überprüfen und - sofern es sich um eine steuerbare Erdbohrvorrichtung handelt - bei einer Abweichung von dem Soll-Verlauf den Bohrverlauf durch eine Umsteuerung der Erdbohrvorrichtung zu korrigieren.
Bei den bekannten Erdbohrvorrichtungen kann mittels eines Senders bzw. einer Sonde demnach ein Signal an die Empfangseinheit übermittelt werden, welches Tiefe und Uhrzeit beinhaltet. Um den als elektronisches Bauteil vorliegenden Sender vor einer Beschädigung durch Vibrationen und Schläge, wie sie regelmäßig bei einem selbstgetriebenen Schlagbohrgerät auftreten können, zu schützen, wird der Sender meist in Gummidämpfern in ein Sendergehäuse eingebaut. Es ist bekannt, dass die Gummidämpfer in der Regel eine sehr geringe Härte aufweisen, um entsprechend hohe Dämpfungseigenschaften zu haben. Andernfalls würde die Elektronik des Senders aufgrund der großen Beschleunigung zerstört. Die geringe Steifigkeit des Gummidämpfers, die auch als Härte bezeichnet wird, sorgt allerdings dafür, dass dort, wo eine höhere Steifigkeit gewünscht wird, und demnach gerade in Bereichen mit wenig Material, eine geringere Steifigkeit entsteht. Durch diese geringe Steifigkeit weist dieser Bereich einen geringen Widerstand gegen eine, insbesondere mittels einer Druckkraft initiierten, Verformung auf, so dass sich der Sender gegenüber dem „weichen Material“ lösen und verdrehen kann. Liegt ein Verdrehen des Senders gegenüber dem Sendergehäuse vor, so werden falsche Signale an die Empfangseinheit übermittelt und die Bohrung muss unterbrochen werden. Wählt man für die bekannten Gummidämpfer ein Material, welches härter ist, ist die Steifigkeit zwar in den Bereichen mit wenig Material gegeben und der Sender gegenüber einem Lösen und Verdrehen besser gesichert, aber die Dämpfung ist nicht mehr ausreichend, welches zu einer Zerstörung der Elektronik des Senders führt.
US 5 795 991 A und DE 195 34 806 A1 offenbaren eine Erdrakete, in der ein Sender mittels mindestens eines stoßdämpfenden Puffers von der Wand für die Kammer mit dem Schlagkolben beanstandet ist. Es sind Puffer vorgesehen, die eine stoßdämpfende Wirkung in einer Richtung quer zur Längsachse haben. Hinsichtlich der Puffer ist beschrieben, dass diese aus einem Silikonkautschuk bestehen können. Ferner werden in Bezug auf die Spannungsversorgung für den Sender vorgesehene Batterien ringförmige Puffer, die vorzugsweise auch aus Silikonkautschuk bestehen können, beschrieben. Die Puffer sind zwischen den Batterien angeordnet und wirken ebenso wie die Puffer mit stoßdämpfender Wirkung in Längsrichtung. Neben diesen vorgenannten Puffern sind stoßdämpfende Führungsringe offenbart, die im Falle, dass das Gehäuse deformiert wird, eine Übertragung einer radialen Beschleunigung auf den Sender verhindern sollen.
DE 11 2014 007 008 T5 offenbart einen Rollenkegelwiderstandssensor.
Obwohl im Stand der Technik schon länger eine entsprechende Einbettung eines Senders in einem Bohrstrangabschnitt bekannt ist, hat es sich, obwohl bisher auch vernünftige Ergebnisse und lange Standzeiten möglich waren, überraschenderweise gezeigt, dass es auf Dauer zu einer Lockerung bzw. Verdrehung des Senders und/oder zu einer frühzeitigen Beschädigung der Elektronik des Senders kommen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Dämpfung eines elektronischen Bauteils, insbesondere in Form einer Sonde, anzugeben. Ferner soll ein zumindest einen der oben genannten Nachteile verbessernder Bohrstrangabschnitt geschaffen werden. Ein Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung soll auch verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Kerngedanke der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Krafteinwirkung auf ein elektronisches Bauteil zu schaffen, bei der im Wesentlichen ein Material vorgesehen ist, welches sowohl für die Außenwand entlang einer Längsachse eines Aufnahmeraums vorliegt und auch quer zur Längsachse, d.h. in einem endseitigen Abschluss des Aufnahmeraums. Die unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften bzw. Steifigkeiten des Materials für die unterschiedlichen Bereiche mit unterschiedlichen Anforderungen werden dabei dadurch erreicht, dass die dämpfende Wirkung der Vorrichtung in Längsrichtung, d.h. im Wesentlichen im Bereich des endseitigen Abschlusses, mittels einer strukturellen Ausgestaltung des Materials am Abschluss beeinflusst ist. Die Dämpfung der Vorrichtung kann in unterschiedlichen Richtungen mittels unterschiedlicher Maßnahmen bewirkt werden. Beispielsweise kann eine dämpfende Wirkung der Vorrichtung in Längsrichtung „weicher“ ausgestaltet werden, indem das Material in dem Bereich des Abschlusses entsprechend strukturiert ist. Die Verwendung eines Materials sowohl im Bereich der Außenwand entlang der Längsachse als auch im Bereich quer zur Längsachse am endseitigen Abschluss des Aufnahmeraums schafft eine einfach aufgebaute Vorrichtung, bei der die Anforderungen in den unterschiedlichen Richtungen bei der Beaufschlagung des elektronischen Bauteils mit einer Kraft berücksichtigt werden können. Es hat sich überraschend gezeigt, dass die dämpfende Wirkung bzw. die Steifigkeit des Materials mittels der strukturellen Ausgestaltung sehr gut handhabbar eingestellt werden kann. Es ist eine weitestgehend von der inhärenten materialabhängigen Steifigkeit unabhängige Steifigkeit einstellbar. Diese Erkenntnis versetzt die Fachwelt erstmals in die Lage, trotz einer gut handhabbaren Vorrichtung sowohl in einigen Bereichen eine gute dämpfende Wirkung zu erzielen als auch in anderen Bereichen eine Steifigkeit vorzusehen, die das elektronische Bauteil stabilisiert, insbesondere gegenüber einer Verdrehung sichert bzw. unterstützt. Es wurde erstmals mit dem in der Fachwelt herrschenden Vorurteil gebrochen, für die Dämpfung bzw. Aufnahme eines elektronischen Bauteils ein Material vorzusehen, mit dem lediglich ein Kompromiss hinsichtlich der geforderten Steifigkeit in einigen Bereichen und der geforderten Dämpfung in anderen Bereichen zu wählen. Der hier erstmals vorgeschlagene Ansatz ermöglicht einen Mehrwert für den Anwender, da das elektronische Bauteil länger verwendet und über einen längeren Zeitraum zuverlässig arbeiten kann.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Krafteinwirkung auf ein elektronisches Bauteil, welches insbesondere in Form einer Sonde ausgestaltet sein kann. Die Vorrichtung weist einen Aufnahmeraum für das Bauteil auf, der von einer Außenwand entlang einer Längsachse umgeben ist. Quer zur Längsachse liegt ein endseitiger Abschluss des Aufnahmeraums vor. Die Außenwand und der Abschluss weisen dasselbe Material auf und das Material weist eine strukturelle Ausgestaltung auf, die eine dämpfende Wirkung der Vorrichtung in Längsrichtung bewirkt. Die dämpfende Wirkung der Vorrichtung in Längsrichtung ist unterschiedlich zum Dämpfungseffekt der Außenwand.
Der Begriff „Krafteinwirkung“ im Sinne der Beschreibung umfasst jede mechanische Einwirkung auf das Bauteil, die durch die Vorrichtung gedämpft werden kann. Insbesondere fallen unter die Krafteinwirkung Vibrationen und Schläge, die unmittelbar oder mittelbar übertragen werden können. Eine dämpfende Wirkung ist insbesondere im endseitigen Bereich der Vorrichtung wünschenswert.
Der Begriff „elektronisches Bauteil“ im Sinne der Beschreibung umfasst jedwedes Bauteil, welches eine Elektronik aufweist, Insbesondere umfasst der Begriff elektronische Bauteile, die im Bereich von Erdbohrvorrichtungen im Bohrstrang verwendet werden. Ein elektronisches Bauteil im Sinne der Beschreibung kann insbesondere eine Sonde einer Erdbohrvorrichtung sein, mittels derer eine elektromagnetische Welle, beispielsweise in Form von Signalen, ausgesendet wird, die von einer Empfangseinheit, die insbesondere an der Erdoberfläche angeordnet sein kann, empfangen werden kann. Insbesondere kann mittels einer Sonde die Tiefe und die Verdrehung der Sonde, und bei gegenüber einem Bohrstrang bekannter Lage der Sonde die Tiefe und Verdrehung des Bohrstrangs, im Erdreich ermittelt werden.
Der Begriff „Aufnahmeraum“ umfasst im Sinne der Beschreibung einen Hohlraum, in dem das elektronische Bauteil zumindest teilweise angeordnet werden kann. Beispielsweise ist es möglich, dass das Bauteil gesamthaft von der Vorrichtung umgeben ist. Es ist aber auch möglich, dass insbesondere ein endseitiger Bereich des Bauteils exponiert ist und gegebenenfalls mittels einer weiteren Vorrichtung umgeben werden kann. Ein Aufnahmeraum kann damit einen zumindest teilweise an die Außenabmessungen des Bauteils angepassten Innenraum aufweisen, der insbesondere Wände aufweist, mit denen Außenwände des Bauteils in Anlage gelangen können. Das Bauteil kann von den Wänden des Aufnahmeraums kontaktiert werden. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass die Wände Durchbrechungen oder Löcher aufweisen. Insbesondere kann die Vorrichtung mit einer stirnseitigen Außenwand und einer sich in Längsrichtung des Bauteils erstreckenden Außenwand die Vorrichtung kontaktieren. Insbesondere kann die Vorrichtung in einer Richtung quer zur Längsrichtung das Bauteil derart kontaktieren, dass das Bauteil verdrehsicher in der Vorrichtung vorliegt. Insbesondere können die äußeren Abmessungen des Bauteils an die inneren Abmessungen der Vorrichtung derart angepasst sein, dass ein Kontakt der Wände der Vorrichtung mit zugeordneten Außenwänden des Bauteils ständig vorliegt. Die Form der Wände der Vorrichtung kann an die Form der Außenwände des Bauteils angepasst sein, beispielsweise kann die sich in Längsrichtung erstreckende Außenwand des Bauteils eine von einem kreisrunden Querschnitt abweichende Form aufweisen, um eine Form zu schaffen, die eine Abweichung von einer vollständigen Rotationsinvarianz bietet, beispielweise eine elliptische oder polygonförmige Ausgestaltung.
Eine „Längsachse“ bzw. Längsrichtung im Sinne der Beschreibung umfasst eine Achse der Vorrichtung, die der Richtung seiner größten Ausdehnung entspricht. Beispielsweise ist eine röhrenförmige Vorrichtung möglich, deren Längsachse mit der Längsachse der Vorrichtung übereinstimmt oder parallel zu dieser versetzt ist.
Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff „Abschluss“ eine Wand bzw. Wandung, mit der das elektronische Bauteil mit einer Stirnfläche in Kontakt steht bzw. gelangen kann.
Der Begriff „strukturelle Ausgestaltung“ im Sinne der Beschreibung umfasst eine räumliche bzw. geometrische Ausgestaltung, die eine Veränderung von dem einfachen Massenmaterial bzw. Bulk oder im Volumen vorhanden Material ist. Beispielsweise sind räumliche Strukturen bzw. Muster möglich, die insbesondere periodisch im Raum und/oder symmetrisch im Raum angeordnet sein können. Insbesondere kann mit der strukturellen Ausgestaltung eine lamellenartige Struktur geschaffen werden, die einen Bereich des Abschlusses ausbildet und dem Bauteil für einen Kontakt zugewandt ist. Bevorzugt kann eine Struktur verwendet werden, die Stege, Lamellen oder Streben aufweist, die rechteckförmige Strukturen, dreieckförmige Strukturen, wellenförmige Strukturen, wabenförmige Strukturen oder ähnliche Strukturen bilden. Es können sogenannte Minimalflächen ausgebildet werden. Es sind Strukturen möglich, die als rectilinear, grid, triangular, wiggle, fast honeycomb, full honeycomb oder Gyroid bekannt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material ein Kunststoff oder ein Natur- oder Syntesekautschuk. Bevorzugt wird als Material thermoplastisches Polyurethan verwendet. Ein gummiartiges Material oder ein hyperelastisches Material kann alternativ oder zusätzlich verwendet werden. Ein Elastomer als Material ist ebenfalls möglich; diesbezüglich kann ein Ethylen-Propylen-Copolymer (EPM), ein Polyether-Block-Amid (PEBA), ein Polyhydroxyalkanoat (PHA), ein Polyhydroxybutyrat (PHB), ein StyrolButadien-Styrol (SBS), ein Thrmoplastisches Polyurethan (TPU oder TPE-U), ein Acrylnitril/Butadien/Acrylat (A/B/A), ein Acrylnitril/chloriertes Polyethylen/Styrol (A/PE-C/S), Acrylnitril/Methylmethacrylat (A/MMA), Butadien-Kautschuk (BR), Butylkautschuk (IIR), Chloropren-Kautschuk (CR), Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer (E/EA), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Ethylenvinylacetat (EVA), Fluorkautschuk (FPM oder FKM), Isopren-Kautschuk (IR), Naturkautschuk bzw. Gummi arabicum (NR), Polyisobutylen (PIB), Polyvinylbutyral (PVB), Silicon-Kautschuk (Q oder SIR), StyrolButadien-Kautschuk (SBR), Vinylchlorid/Ethylen (VC/E) oder Vinylchlorid/Ethylen/Methacrylat (VC/E/MA) verwendet werden. Derartige Materialen sind einfach handhabbar und ihre Verwendung auf dem Gebiet grundsätzlich bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Steifigkeit des Materials materialbedingt über einen großen Bereich verteilt, der mittels der strukturellen Ausgestaltung zudem effektiv veränderbar bzw. beeinflussbar ist.
Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff „Steifigkeit“ allgemein den Widerstand eines Körpers gegen eine, insbesondere elastische, plastische oder hyperelastische, Verformung durch eine Kraft, insbesondere Druckkraft. Dabei wird im Wesentlichen die physikalische Bedeutung zugrunde gelegt. Der Steifigkeit ist die Nachgiebigkeit zugeordnet, die dem Kehrwert der Steifigkeit im Wesentlichen entspricht. Bisher scheint bei der Dämpfung der Begriff zum Beschreiben der Eigenschaft des Material zumindest etwas weiter gefasst worden zu sein, da, vor allem im normalen Sprachgebrauch auf dem Gebiet, von „weichen“ und „harten“ Dämpfern gesprochen wurde, was den Begriff der „Härte“, die den Widerstand gegenüber einem Eindringen eines Körpers in das Material impliziert. Mit der Erfindung wurde mit diesem Ansatz gebrochen, da erstmals erkannt wurde, dass die Steifigkeit entscheidend ist und die Steifigkeit nicht nur von den elastischen Eigenschaften des Materials abhängt, sondern auch ganz erheblich von der Geometrie.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die dämpfende Wirkung der Vorrichtung quer zur Längsrichtung im Wesentlichen durch eine materialbedingte Steifigkeit des Materials beeinflusst. Hierdurch kann in der Richtung quer zur Längsrichtung eine vereinfachte Herstellung der Vorrichtung erfolgen, bei der im Wesentlichen eine Außenwand entlang der Längsachse vorliegt und die dämpfende Wirkung sich auf das Material, welches insbesondere unstrukturiert, d.h. beispielsweise glatt und flächig, selbst beschränken kann. In der Richtung quer zur Längsrichtung ist damit eine einfache Ausgestaltung der Vorrichtung möglich. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Material gerade in Abhängigkeit von der materialbedingten Steifigkeit derart ausgewählt werden kann, dass keine größeren Modifikationen der Außenwand entlang der Längsachse vorgenommen werden müssen. Die Steifigkeit kann in Richtung quer zur Längsachse materialbedingt vorgegeben sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Dicke der Außenwand entlang der Längsachse der Vorrichtung im Bereich von 0,1mm bis 4mm, bevorzugt von 0,5mm bis 3,5mm, weiter bevorzugt 1,0mm bis 3,0mm, insbesondere bevorzugt 1,0mm bis 2,0mm. Insbesondere kann eine Dicke von ungefähr 1,2 mm verwendet werden. Hierdurch kann eine einfach aufgebaute und wenig Material aufweisende Außenwand verwendet werden, die das elektronische Bauteil schützt und/oder durch eine Anlage der Außenwand des Bauteils mit der Innenwand der Außenwand eine Verdrehung weitestgehend verhindert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die dämpfende Wirkung der Vorrichtung am Abschluss mittels einer Hohlstruktur des Materials beeinflusst. Eine Hohlstruktur bietet den Vorteil, dass neben einer Verringerung der Steifigkeit Material eingespart werden kann.
Eine „Hohlstruktur“ im Sinne der Beschreibung umfasst eine Anordnung von neben und/oder übereinander angeordneten Hohlräumen, deren Wände durch das Material gebildet werden. In den Hohlräumen der Hohlstruktur, die insbesondere miteinander verbunden vorliegen können und eine Öffnung nach außen vorgesehen ist, können die Hohlräume auch geschlossen sein, wobei die Hohlräume einen Umgebungsdruck, einen gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck oder einen gegenüber dem Umgebungsdruck niedrigeren Druck aufweisen. Die Hohlstruktur kann mittels der oben beschriebenen Strukturen von Form, Anordnung und Lage von Streben, Lamellen, Stegen oder ähnlichen die Hohlräume abgrenzenden Elementen in Form von Rechtecken, Dreiecken, Wellen, Waben oder als Gyroid ausgestaltet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Steifigkeit des Abschlusses - insbesondere der Hohlstruktur - im Bereich von 0% bis 40%, bevorzugt im Bereich von 5% bis 35%, weiter bevorzugt im Bereich von 10% bis 30%, noch weiter bevorzugt im Bereich von 15% bis 30%, insbesondere bei bevorzugt 20%, wobei als Bezugspunkt die Steifigkeit der Außenwand quer zur Längsachse angenommen werden kann bzw. berücksichtigt wird, welches Infill bezogen auf das Volumen bzw. die Schicht vorliegt. Allein durch die strukturelle Ausgestaltung im Bereich des Abschlusses kann somit ein gewaltiger Steifigkeitsunterschied erreicht werden, bei dem im vorliegenden Fall ein Faktor von 2 bis 20, bevorzugt ein Faktor von 3 bis 7, insbesondere bevorzugt ein Faktor von 4 bis 6 erreicht werden kann. Es ist somit möglich, die materialbedingte Steifigkeit durch die strukturelle Ausgestaltung um diesen Faktor zu verringern. Obwohl dasselbe Material verwendet wird, kann ein derartig großer Einfluss genommen werden, der erfindungsgemäß erstmals im Bereich für eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Krafteinwirkung eingesetzt werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei der Herstellung der Hohlstruktur - insbesondere mittels 3D-Druck das sogenannte Infill verändert werden kann. Dabei sind Werte von 0% bis 99% bezogen auf die einzelne Schicht möglich, um noch eine Hohlstruktur zu erhalten. Insofern kann der Steifigkeitsunterschied zwischen dem Vollmaterial und der strukturellen Ausgestaltung am Abschluss 99% betragen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Abschluss mit der Außenwand verbunden, so dass die Vorrichtung im Hinblick auf die Außenwand und den Abschluss vereinfacht gehandhabt werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Außenwand und der Abschluss einstückig, insbesondere mittels eines 3D-Druck-Verfahrens, hergestellt, wodurch eine besonders einfache Möglichkeit der Herstellung und auch der Handhabung als Ganzes möglich ist. Anforderungen der Steifigkeit können in den Herstellungsprozess einbezogen werden und sind konstruktiv einfach umsetzbar.
Die Erfindung schafft auch einen Bohrstrangabschnitt einer Erdbohrvorrichtung mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung. Im Bohrstrangabschnitt ist eine Aufnahme für die Vorrichtung ausgebildet und Außenabmessungen der Vorrichtung sind an Abmessungen der Aufnahme angepasst.
Der Begriff „Bohrstrang“ im Sinne der Beschreibung umfasst jedwedes Mittel, das im Erdreich eingebracht werden kann, um eine Bohrung in das Erdreich einzubringen. Der Bohrstrang kann ein Gestänge, eine Kette und/oder ein Seil aufweisen. Der Begriff „Gestänge“ umfasst dabei im Sinne der Beschreibung nicht ausschließlich starre, einzelne miteinander mittelbar oder unmittelbar verbundene Gestängeschüsse aufweisende Gestänge, sondern insbesondere sämtlich Kraftübertragungsmittel, die bei einer Erdbohrvorrichtung eingesetzt werden können. Ferner umfasst der Bohrstrang an einem, insbesondere vorderseitigen, Ende einen Bohrkopf und eine gegebenenfalls vorhandene Bohrkopfspitze oder einen dem Bohrkopf benachbarten Bereich, der insbesondere die gleiche Ausrichtung wie der Bohrkopf aufweisen kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein vorderseitiger Abschnitt eines Bohrstrangs als Bohrkopf, Bohrwerkzeug oder Sondengehäuse ausgestaltet. Insbesondere kann es sich bei dem Bohrstrangabschnitt um ein Sendergehäuse einer Erdbohrvorrichtung handeln. Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff „Bohrstrangabschnitt“ damit jedweden Abschnitt des Bohrstrangs, wobei ein vorderseitiger Abschnitt des Bohrstrangs, insbesondere ein dem Bohrkopf benachbarter Bohrstrangabschnitt, bevorzugt ist. Ein Bohrstrangabschnitt kann auch ein Gestängeschuss sein, sofern er eine Aufnahme für die Vorrichtung aufweist.
Der Begriff „Erdbohrvorrichtung“ umfasst im Sinne der Beschreibung jede Vorrichtung, welche insbesondere ein Gestängeschüsse aufweisendes Bohrgestänge in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal im Erdreich bewegt, um eine Bohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung (HD), zu erstellen, aufzuweiten oder Rohrleitungen oder andere lange Körper in das Erdreich einzuziehen. Bei der Erdbohrvorrichtung kann es sich insbesondere um eine Horizontalerdbohrvorrichtung handeln. Eine Erdbohrvorrichtung kann eine einen Bohrstrang antreibende Vorrichtung sein, die insbesondere Erdreich verdrängend arbeiten kann. Die Erdbohrvorrichtung kann den Bohrstrang translatorisch und/oder rotatorisch in längsaxialer Richtung des Bohrstrangs in das Erdreich einbringen. Eine Erdbohrung kann dabei durch Zug- oder Druckbeaufschlagung auf den Bohrstrang in das Erdreich eingebracht werden.
Der Begriff „Erdreich“ im Sinne der vorliegenden Beschreibung umfasst insbesondere jede Art von Material, insbesondere Erde, Sand und/oder Stein, in welchem bestehende oder zu erstellende, vorzugsweise zumindest abschnittsweise horizontale, Kanäle bzw. Bohrungen eingebracht werde können.
Sofern beschrieben ist, dass Außenabmessungen der Vorrichtung an Abmessungen der Aufnahme angepasst sind, so wird hierunter verstanden, dass insbesondere der Außendurchmesser quer zur Längsachse in einer Richtung im Wesentlichen einem Innendurchmesser der Aufnahme entspricht, so dass die Vorrichtung mit ihrer Außenfläche an unterschiedlichen um den Umfang verteilten Punkten an einer Innenfläche der Aufnahme anliegt. Neben der Anpassung der Außenabmessungen der Vorrichtung an Abmessungen der Aufnahme in Richtung quer zur Längsrichtung kann auch die Länge der Vorrichtung an die Länge der Aufnahme derart angepasst sein, dass die Vorrichtung endseitig in Längsrichtung in der Aufnahme verschiebungsfrei an Anlageflächen anliegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bohrstrangabschnitt ein Sondengehäuse und das elektronische Bauteil eine Sonde.
Im Sinne der Beschreibung umfasst die Nennung eines Zahlenwertes nicht nur den eigentlichen Zahlenwert, sondern auch - um insbesondere fertigungstechnische Toleranzen und/oder unterschiedliche Chargen zu berücksichtigen - einen Bereich um den konkreten Zahlenwert, der +/- 15%, bevorzugt +/- 10%, vom angegebenen Zahlenwert sein kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Erdbohrvorrichtung eine Rammbohrvorrichtung oder Erdrakete sein. Der Begriff „Erdrakete“ kann im Wesentlichen synonym zum Begriff „Rammbohrvorrichtung“ verwendet werden. Der Begriff Rammbohrvorrichtung umfasst im Sinne der Beschreibung ein selbstgetriebenes Schlaggerät, welches Erdreich verdrängend arbeitet, und eine Leitung oder ein Rohr bzw. einen Bohrstrang schlagend in das Erdreich einbringen kann. Dabei umfasst der Begriff „Rammbohrvorrichtung“ sowohl Erdverdrängungsvorrichtungen, bei denen die Bohrkopfspitze fest mit dem Gehäuse verbunden ist als auch Rammbohrvorrichtungen mit axial, unabhängig vom Gehäuse verschiebbar gelagerter Bohrkopfspitze. Bei der Bohrkopfspitze kann es sich insbesondere um einen Meißel handeln. Eine Rammbohrvorrichtung kann sowohl eine Ein-Takt-Vorrichtung als auch eine Zwei-Takt-Vorrichtung sein.
Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:

1 einen Bohrstrangabschnitt mit einer Aufnahme, in der eine Vorrichtung zum Dämpfen einer Krafteinwirkung und ein elektronisches Bauteil angeordnet sind;
2 die in 1 dargestellte Vorrichtung in geschnittener und vergrößerter Darstellung;
3 ein weiteres Detail der in 2 dargestellten Vorrichtung; und
4 eine Schnittdarstellung entlang des Schnitts A-A der 1.

1 zeigt einen Bohrstrangabschnitt 1 einer Erdbohrvorrichtung in teilweise geschnittener Darstellung. Im Bohrstrangabschnitt 1 ist eine Aufnahme 2 für eine Vorrichtung 3 ausgebildet. Die Vorrichtung 3 ist zum Dämpfen einer Krafteinwirkung auf ein zumindest teilweise in der Vorrichtung 3 angeordnetes elektronisches Bauteil 4 vorgesehen. Das Bauteil 4 kann in Form einer Sonde ausgestaltet sein, welche verwendet werden kann, die Tiefe und die Verrollung bzw. den Rollwinkel (Uhrzeit) des Bohrstrangabschnitts 1 zu ermitteln.
Das elektronische Bauteil 4 ist in der Vorrichtung 3 zumindest teilweise angeordnet. Die Vorrichtung 3 weist einen Aufnahmeraum 5 für das elektronische Bauteil 4 auf (vgl. 2). Die Vorrichtung 3 hat einen endseitigen Abschluss 6, der mit einer Stirnseite des elektronischen Bauteils 4 in Kontakt gelangen kann. Entlang einer Längsachse L erstreckt sich von dem Abschluss 6 eine Außenwand 7.
Das elektronische Bauteil 4 kann durch eine Öffnung, die dem Abschluss 6 gegenüberliegend ausgebildet ist, in die Vorrichtung 3 eingeführt werden. Die Einführrichtung entspricht dabei im Wesentlichen der Längsachse L.
Der quer zur Längsachse L vorliegende endseitige Abschluss 6 des Aufnahmeraums 5 weist eine strukturelle Ausgestaltung auf, die als Hohlstruktur (vgl. 3) ausgestaltet ist. Hierdurch liegt an dem Abschluss 6 in Längsrichtung L ein Bereich geringerer Steifigkeit durch weniger Material und entsprechende Stützstrukturen in Form von Lamellen vor.
Die 2 und 4 verdeutlichen die Verdrehsicherung des Bauteils 4. Dabei zeigt 4 vergrößert den Schnitt A-A von 1. Zur Verdrehsicherung der Vorrichtung 3 in der Aufnahme 2 ist eine unsymmetrische Außenkontur vorgesehen (siehe 2). Dadurch kann die Vorrichtung 3 verdrehsicher in der Aufnahme 2 im Bohrstrangabschnitt 1 angeordnet werden. Zur Verdrehsicherung des elektronischen Bauteils 4 in der Vorrichtung 3 ist ein Spannstift 9 vorgesehen, der durch eine Längsbohrung 8 der Vorrichtung 3 (siehe 2) geführt ist und in eine Nut des Bauteils 4 eingreift. Hierdurch kann eine Referenzlage geschaffen werden, so dass das Bauteil 4 verdrehsicher in der Vorrichtung 3 und die Vorrichtung 3 verdrehsicher in der Aufnahme 2 vorliegt.

Claims

Vorrichtung (3) zum Dämpfen einer Krafteinwirkung auf ein elektronisches Bauteil (4), insbesondere in Form einer Sonde, wobei die Vorrichtung (3) einen Aufnahmeraum (5) für das Bauteil (4) aufweist, der von einer Außenwand (7) entlang einer Längsachse (L) umgeben ist, und quer zur Längsachse (L) ein endseitiger Abschluss (6) des Aufnahmeraums (5) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (7) und der Abschluss (6) dasselbe Material aufweisen und das Material eine strukturelle Ausgestaltung aufweist, die eine dämpfende Wirkung der Vorrichtung in Längsrichtung (L) bewirkt, die zu einem Dämpfungseffekt der Außenwand (7) unterschiedlich ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei das Material ein thermoplastisches Polyurethan ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die dämpfende Wirkung der Vorrichtung (1) quer zur Längsrichtung (L) im Wesentlichen durch eine materialbedingte Steifigkeit des Materials beeinflusst ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke der Außenwand (7) im Bereich von 0,1 mm bis 4mm liegt.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die dämpfende Wirkung der Vorrichtung in Längsrichtung (L), insbesondere am Abschluss (6), mittels einer Hohlstruktur des Materials beeinflusst ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steifigkeit des Abschlusses (6) im Bereich von bis zu 40% liegt.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Abschluss (6) mit der Außenwand (7) verbunden ist.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Außenwand (7) und der Abschluss (6) einstückig, insbesondere mittels eines 3D-Druck-Verfahrens, hergestellt sind.
Bohrstrangabschnitt (1) einer Erdbohrvorrichtung mit einer Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei im Bohrstrangabschnitt (1) eine Aufnahme (2) für die Vorrichtung (1) ausgebildet ist und Außenabmessungen der Vorrichtung (1) an Abmessungen der Aufnahme (2) angepasst sind.
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (3) zum Dämpfen einer Krafteinwirkung auf ein elektronisches Bauteil (4), insbesondere in Form einer Sonde, wobei die Vorrichtung (3) einen Aufnahmeraum (5) für das Bauteil (4) aufweist, der von einer Außenwand (7) entlang einer Längsachse (L) umgeben ist, und quer zur Längsachse (L) ein endseitiger Abschluss (6) des Aufnahmeraums (5) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (7) und der Abschluss (6) dasselbe Material aufweisen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, dass ein 3D-Druck für den Bereich im Abschluss (6) und die Außenwand (7) verwendet wird, mit dem das Material am Abschluss (6) strukturell ausgestaltet wird und die strukturelle Ausgestaltung eine dämpfende Wirkung der Vorrichtung (3) in Längsrichtung (L) bewirkt, die zu einem Dämpfungseffekt der Außenwand (7) unterschiedlich ist.