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Die Erfindung betrifft einen Gestängeschuss eines Erdbohrgestänges, ein Antriebselement zum Eintreiben eines Erdbohrgestänges in das Erdreich, ein Gestängeschusssystem sowie eine Erdbohrvorrichtung.
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Beim Gestänge basierten Bohren im Erdreich, insbesondere zur Herstellung von sogenannten Horizontalbohrungen, die im Wesentlichen parallel oder in einem relativ geringen Neigungswinkel zur Erdoberfläche verlaufen können, wird ein Bohrkopf mittels eines Bohrgestänges von einer an der Erdoberfläche oder in einer Baugrube angeordneten Antriebsvorrichtung vorgetrieben. Die dabei eingesetzten Bohrgestänge bestehen üblicherweise aus einzelnen, miteinander verbundenen Gestängeschüssen, die - dem Bohrverlauf entsprechend - nach und nach an das hintere Ende des bereits verbohrten Bohrgestänges angesetzt und mit diesem verbunden werden.
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Zur Verbindung der Gestängeschüsse bzw. Glieder des Bohrstranges miteinander sind unterschiedliche Ausgestaltungen bekannt. So können die Gestängeschüsse mittels einer Gewindeverbindung und/oder einer Steckverbindung verbunden werden.
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Beispielsweise ist aus
DE 10 2011 010 958 A1 bekannt, zur Verbindung von zwei Gestängeschüssen eines Bohrgestänges eine Möglichkeit anzugeben, die die Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Gewindeverbindungen und der Axialsteckverbindungen miteinander kombiniert. Dabei wird eine Steckverbindung beschrieben, die - ähnlich wie eine Gewindeverbindung - auf spiralförmige auf einem im Querschnitt kreisförmigen Gewindestecker bzw. in einer entsprechenden Gewindebuchse verlaufenden Vorsprüngen/Nuten beruht, wobei die Vorsprünge/Nuten so ausgelegt sind, dass die für eine Gewindeverbindung charakteristische Selbsthemmung nicht auftritt.
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Es hat sich herausgestellt, dass bisherige Verbindungen der Gestängeschüsse trotz erreichter Vorteile der jeweiligen Verbindung zu komplex ausgestaltet, nur erschwert konstruiert oder hergestellt, nicht für alle Arten des Erdbohrens verwendet und/oder zu aufwendig gehandhabt werden können.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zum Verbinden zweier Bohrstrangglieder eines Bohrstrangs zum Erdbohren anzugeben, welche insbesondere eine einfachere Ausgestaltung bei der Konstruktion oder Herstellung und/oder ein sicheres und/oder einfaches Verbinden ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Möglichkeit zum Verbinden zweier Bohrstrangglieder eines Bohrstrangs anzugeben, welche ein Stecken erlaubt und hinsichtlich der Querschnitts-Kontur (einer Kontur quer zur Längsachse des Bohrstrangglieds) eine von der Kreisform abweichende Form verwendet. Mittels der Abweichung von der Kreisform können Bohrstrangglieder derart ineinandergesteckt werden, dass eine drehfeste Verbindung um die Längsachse der jeweiligen Bohrstrangglieder, insbesondere in beiden Drehrichtungen, ermöglicht sein kann. Hierdurch kann das Bohrgestänge sowohl rechts- als auch linksherum gedreht werden. Beispielsweise ist ein sogenanntes „Paddeln“ möglich, d.h. ein Erdbohrbetrieb, bei dem der Bohrkopf in einem bestimmten, zu steuernden Winkelbereich um die Längsachse des Bohrstrangs hin und her gedreht werden kann. Die Drehung des Bohrkopfs in dem vorgegebenen Winkelbereich hin und her kann zu einer höheren Vortriebsgeschwindigkeit während dieses „Paddeins“ gegenüber einem rein statischen Schub eines Bohrkopfs, der quasi bei einer vorbestimmten Drehstellung (Rollwinkel oder „Uhrzeit“) gehalten wird, führen. Es besteht die Möglichkeit, dass mit einer kostengünstigen Herstellung zur Ausbildung einer Kontur für eines der Steckglieder eine einfache Möglichkeit geschaffen wird, den Bohrstrang in beiden Drehrichtungen zu drehen. Ferner ist durch die Steckverbindung eine schnelle Verbindung der Bohrstrangglieder zu erreichen, bei der die Bohrstrangglieder keine große Bewegung um die Längsachse des jeweiligen Bohrstrangglieds durchführen müssen. Zudem kann eine drehfeste, eindeutige Verbindung ermöglicht werden, bei der eine Positionsbestimmung des Bohrkopfes im Sinne einer Winkellage, d.h. des Rollwinkels oder der „Uhrzeit“, in der sich der Bohrkopf befindet, ermöglicht sein kann, da sich die verbundenen Gestängeschüsse nicht relativ zueinander drehen können. Beispielsweise kann ein teurer, sonst erforderlicher Sender zur Feststellung der Winkellage des Bohrkopfs entfallen und es kann gegebenenfalls auf einen kostengünstigen Sender, mittels dem lediglich eine Tiefenbestimmung des Bohrkopfs im Erdreich möglich sein kann, zurückgegriffen werden. Mittels der von der Kreisform abweichenden Form der Steckverbindung bzw. der Kontur ist eine rotatorische Zuordnung der Winkellage des Bohrkopfs in Abhängigkeit von der Lage der Kontur des letzten für den Bediener sichtbaren Gestängeschusses des Bohrstrangs, der der Lage der Kontur des Antriebselements entsprechen kann, möglich. Mittels einer oder mehreren Markierungen an dem Gestängeschuss, die bevorzugt außen an dem Gestängeschuss, insbesondere bevorzugt verteilt über den Umfang und insbesondere endseitig angebracht sein können, kann die Winkellage des Gestängeschusses einfach abgelesen werden. Der Anwender kann einen Mehrnutzen aus einer einfach planbaren, konstruierbaren und/oder herstellbaren Steckverbindung für einen Gestängeschuss erhalten, indem eine für die Anwendungszwecke simpel handhabbare Verbindung zwischen den Gestängeschüssen ermöglicht werden kann.
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Die Erfindung schafft einen Gestängeschuss eines Erdbohrgestänges, wobei der Gestängeschuss endseitig zur Ausbildung mindestens einer Steckverbindung ausgestaltet ist. An einem Ende weist der Gestängeschuss (a) einen Verbindungsstecker mit Außenkontur oder (b) eine Verbindungsbuchse mit Innenkontur auf. Die Außenkontur bzw. die Innenkontur weist im Querschnitt eine von einem Kreis abweichende Form auf.
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Sofern beschrieben ist, dass an einem Ende des Gestängeschusses ein Verbindungsstecker oder eine Verbindungsbuchse vorgesehen ist, so kann vorgesehen sein, dass an ein und demselben Gestängeschuss an einem Ende ein Verbindungsstecker und am anderen Ende eine Verbindungsbuchse vorliegt. Eine Ausbildung einer Steckverbindung an beiden Enden ein und desselben Gestängeschusses ist möglich, wobei die Außenkontur bzw. die Innenkontur im Querschnitt eine von einem Kreis abweichende Form aufweist. Es ist aber auch möglich, dass ein erfindungsgemäßer Gestängeschuss nur an einem Ende einen vorgenannt beschriebenen Verbindungsstecker mit Außenkontur oder eine vorbeschriebene Verbindungsbuchse mit Außenkontur aufweist, wobei das andere Ende beliebig ausgestaltet sein kann. Eine Ausgestaltung eines Gestängeschusses, bei dem nur ein Ende einen Verbindungsstecker oder eine Verbindungsbuchse mit einer Kontur wie beschrieben aufweist, ermöglicht die Ausgestaltung, dass auf ein anderes Verbindungssystem gewechselt werden kann.
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Der Begriff „Gestängeschuss“ im Sinne der Beschreibung umfasst ein sich entlang einer Längsachse erstreckendes Element, welches Teil des Erdbohrgestänges bzw. eines Bohrstrangs zum Erdbohren ist. Der Gestängeschuss kann als vorderseitig im Erdbohrgestänge bzw. Bohrstrang angeordnetes Element mit zugeordneter Funktion (Sendergehäuse o. ä., beispielsweise für einen Sender zur Ermöglichung der Bestimmung der Tiefe des Bohrkopfs) ausgebildet sein oder als ein (lediglich mechanisch) das Erdbohrgestänge bzw. den Bohrstrang als Gestängeschuss verlängerndes Element ausgebildet sein. Der Gestängeschuss kann mechanische Kanäle, beispielsweise für Bohrfluid, elektrische Leitungen, elektrische Elemente und/oder elektronische Elemente umfassen, die vorzugsweise in seinem Inneren angeordnet sein können. Der Gestängeschuss kann auch als „Erdbohrwerkzeug“ ausgebildet sein, welches ein am vorderseitigen Ende des Bohrstrangs angeordneter Bohrkopf sein kann. Bei dem Bohrkopf kann es sich um einen Bohrkopf mit beweglichen Teilen handeln. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Erdbohrwerkzeug eine unbewegliche bzw. starre oder weitestgehend unbewegliche bzw. starre Außenkontur aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Gestängeschuss im Sinne der Beschreibung einen Außendurchmesser von 25 mm bis 65 mm aufweisen, bevorzugt 30 mm bis 60 mm, bevorzugt 35 mm bis 55 mm, bevorzugt 40 mm bis 50 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Gestängeschuss im Sinne der Beschreibung eine Gesamtlänge von 450 mm bis 650 mm aufweisen, bevorzugt 500 mm bis 600 mm, bevorzugt 520 mm bis 580 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Gestängeschuss im Sinne der Beschreibung eine Nutzlänge aufweisen, die insbesondere der Länge von Verbindungsbuchse und Verbindungsstecker Rechnung trägt. Die Nutzlänge kann sich aus der Gesamtlänge verringert um die Länge des bzw. der Verbindungselemente ergeben und 400 mm bis 600 mm, bevorzugt 450 mm bis 550 mm, bevorzugt 475 mm bis 525 mm betragen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Gestängeschuss im Sinne der Beschreibung eine Nut zum Eingreifen eines Eingriffselements zum Bewegen des Bohrstrangs, beispielsweise eine (Sperr-)Klinke, aufweisen, die einen Außendurchmesser von 15 mm bis 55 mm aufweisen kann, bevorzugt 20 mm bis 50 mm, bevorzugt 25 mm bis 45 mm, bevorzugt 30 mm bis 40 mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Gesamtlänge des Gestängeschusses 550 mm und der Außendurchmesser des Gestängeschusses 45 mm betragen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Nutzlänge des Gestängeschusses 500 mm betragen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der Außendurchmesser einer Nut zum Eingreifen eines Eingriffselements zum Bewegen des Bohrstrangs einen Außendurchmesser von 35 mm aufweisen. Bei den genannten Werten für den Außendurchmesser des Gestängeschusses, der (Gesamt-) länge des Gestängeschusses, der Nutzlänge des Gestängeschusses und des Außendurchmessers einer Nut am Gestängeschuss handelt es sich um keine einschränkenden Werte, bei denen hervorzuheben ist, dass eine Anpassung an die äußeren Gegebenheiten, insbesondere Größe der Baugrube bzw. des Schachts für die Anordnung der Erdbohrvorrichtung und/oder die Beschaffenheit des Erdreichs, erfolgen kann, um eine Erdbohrung effizient durchzuführen.
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Der Begriff „Erdbohrgestänge“ bzw. Bohrstrang umfasst im Sinne der Beschreibung einen ein Erdbohrwerkzeug und ein Gestänge aufweisenden Strang, der zum Einbringen einer Erdbohrung durch das Erdreich mittels einer Erdbohrvorrichtung bzw. einer Antriebsvorrichtung bewegt werden kann.
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Der Begriff „Erdbohrvorrichtung“ umfasst im Sinne der Beschreibung jedwede Vorrichtung, die insbesondere einen Gestängeschüsse aufweisenden Bohrstrang in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal im Erdreich bewegen kann, um eine Bohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung, zu erstellen oder aufzuweiten, oder um Leitungen oder andere lange Körper in das Erdreich einzuziehen. Die Erdbohrvorrichtung kann in einer Baugrube oder einem Schacht, insbesondere einem Kanalschacht, angeordnet werden. Eine Erdbohrvorrichtung kann dabei eine einen Bohrstrang ziehend und/oder drückend antreibende Antriebsvorrichtung bzw. Antrieb umfassen. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung den Bohrstrang rotatorisch antreibt. Unter einem rotatorischen Antrieb wird eine Drehung des Bohrstrangs - zumindest abschnittsweise - in einer oder beiden Drehrichtungen um die Längsachse des Bohrstrangs verstanden. Beispielsweise kann dem Bohrstrang eine ständige links- oder rechtsgerichtete Drehung aufgeprägt werden. Es ist auch in einer Ausführungsform zusätzlich oder alternativ möglich, dass der Bohrstrang um einen vorbestimmten Winkel zunächst in einer Drehrichtung gedreht und dann um den gleichen Winkel oder einen anderen Winkel zurück gedreht werden kann, um beispielsweise ein Erdbohren im „Paddel“-Betrieb zu ermöglichen.
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Der Begriff „Horizontalbohrung“ (horizontal drilling) im Sinne der Beschreibung 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, insbesondere abschnittsweise horizontal verlaufend, herstellen oder einziehen lassen.
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Die Begriffe „Verbindungsstecker“ und „Verbindungsbuchse“ umfassen im Sinne der Beschreibung eine Ausgestaltung jeweils als ein Element eines Paares von mechanischen Kupplungselementen, von denen das Eine („Verbindungsstecker“) zumindest teilweise in das Andere („Verbindungsbuchse“) eingeführt werden kann, um die Steckverbindung auszubilden.
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Sofern für die Verbindungsbuchse in der Beschreibung im Wesentlichen auf die Innenkontur zur Ausbildung der Steckverbindung abgestellt wird, so kann die Außenkontur der Verbindungsbuchse grundsätzlich jedwede Form annehmen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbindungsbuchse im Querschnitt eine kreisförmige Außenkontur auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Außenkontur des Gestängeschusses im Wesentlichen außerhalb des Bereichs und im Bereich der Verbindungsbuchse gleich ausgebildet und besonders bevorzugt kreisförmig.
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Der Begriff „Querschnitt“ umfasst im Sinne der Beschreibung einen Schnitt quer zur Längsachse des jeweiligen betrachteten Elements im Bereich der Steckverbindung, d.h. für den Gestängeschuss oder das Antriebselement im endseitigen Bereich des Gestängeschusses bzw. des Antriebselements, welcher für die Verbindung mit dem zu verbindenden Element vorgesehen ist. Bevorzugt wird der Querschnitt im Winkel von 90° zur Längsachse betrachtet. Geringfügige Abweichungen um den rechten Winkel zur Längsachse sind möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Gestängeschuss an einem Ende einen Verbindungsstecker und am anderen Ende eine Verbindungsbuchse auf. Hierdurch kann, wenn die Gestängeschüsse in einer bestimmten Ausrichtung vorliegen, eine einfache Verbindung hergestellt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Innenkontur und die Außenkontur der Verbindungsbuchse bzw. des Verbindungssteckers in einer vorbestimmten Winkellage zueinander, sodass die jeweiligen Konturen an den beiden Enden des Gestängeschusses zueinander fluchten bzw. so ausgerichtet sind, dass diese ineinander gesteckt werden können. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Gestängeschuss endseitig Steckelemente gleicher Form aufweist, sodass der Gestängeschuss beispielsweise an beiden Enden einen Verbindungsstecker oder an beiden Enden eine Verbindungsbuchse, die die jeweilige beschriebene Kontur besitzen können, aufweist.
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Im Sinne der Beschreibung ist eine „von einem Kreis abweichende Form“ jedwede geometrische Form, die keine Kreisform besitzt. Die Form, die eine von einem Kreis abweichende Form ist, beinhaltet damit nicht nur Punkte einer Ebene (dem Querschnitt, der betrachtet wird), die einen konstanten Abstand zu einem vorgegebenen Punkt dieser Ebene (Mittelpunkt) haben. Es besteht die Möglichkeit, dass die von einem Kreis abweichende Form zumindest abschnittsweise gerade Linien aufweist. Die Form kann zusätzlich oder alternativ gekrümmte bzw. geschwungene Linien aufweisen. Wie nachfolgend beschrieben, kann die von einem Kreis abweichende Form auch eine bekannte, einfach benennbare Ausgestaltung haben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die von einem Kreis abweichende Form eine ovale Form, insbesondere eine rundliche konvexe Figur, wobei die Figur eine Ellipse als Spezialfall sein kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die von einem Kreis abweichende Form eine Ellipsenform. Im Sinne der Beschreibung wird unter einer Ellipse eine geschlossene ovale Kurve verstanden, die als Kegelschnitt dargestellt werden kann. Üblicher Weise handelt es sich bei einer Ellipse um eine Form mit Punkten, bei der die Summe der Abstände eines Punktes von zwei vorgegebenen Punkten, den sogenannten Brennpunkten, für alle Punkte gleich ist. Üblicherweise wird bei einer Ellipse die Gerade durch die Brennpunkte der Ellipse als Hauptachse bezeichnet und die dazu orthogonale Gerade durch den Mittelpunkt der Ellipse als Nebenachse.
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Es kann vorgesehen sein, dass die, insbesondere ovale, Form, die insbesondere als Ellipse ausgebildet ist, derart ausgestaltet ist, dass die Form keine Symmetrie aufweist, wodurch erreicht werden kann, dass Verbindungsstecker und Verbindungsbuchse nur in einer Winkellage zueinander zusammengesteckt werden können
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verbindungsstecker bzw. die Verbindungsbuchse eine quer zur Längsachse des Gestängeschusses ausgerichtete Öffnung zum Einschieben eines lösbar mit dem Verbindungsstecker bzw. der Verbindungsbuchse verbindbaren Bolzens auf, sodass die ovale Form durchbrochen ist. Hierdurch kann die Möglichkeit einer Verriegelung von ineinandergesteckten Gestängeschüssen, insbesondere in Längsrichtung der Gestängeschüsse, erreicht werden. Es kann dabei erreicht werden, dass ein Bolzen, der quer zur Längsachse der Gestängeschüsse angeordnet ist, Schub- und/oder Zugkräfte übertragen kann. Mittels der Öffnung und des eingeführten Bolzens kann eine einfache Möglichkeit gewählt werden, mittels derer Schub- und/oder Zugkräfte übertragen werden können. Es kann vorgesehen sein, dass nur die Zugkräfte durch den Bolzen übertragen werden, wobei ein einfaches Element gewählt werden kann, welches als ein Sicherungselement in einer Ausnehmung bzw. der Öffnung im Verbindungsstecker bzw. der Verbindungsbuchse angeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, dass eine Schubkraft mittels aneinander anliegender Anlageflächen von zwei benachbarten Gestängeschüssen im Bohrstrang übertragen werden, sodass wenn die Steckverbindung ausgebildet ist, die aneinander liegenden Anlageflächen der benachbarten Gestängeschüsse für eine direkte Übertragung der Schubkraft angeordnet sind. Insbesondere können Anlageflächen für die Übertragung von Schubkräften als Schultern oder Endbereich des jeweiligen Gestängeschusses ausgebildet sein, beispielsweise kann eine Anlagefläche eine Schulter im Fußbereich des Verbindungssteckers sein und eine korrespondierende Anlagefläche kann der Endbereich bzw. Kopfbereich einer Verbindungsbuchse sein.
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Zum Aufprägen einer Schub- oder Zugkraft von einem Antrieb auf den Bohrstrang kann der Gestängeschuss mindestens eine Ausnehmung oder Nut, die sich bevorzugt außen entlang eines äußeren Umfangs abschnittsweise oder vollständig erstreckt, aufweisen. In die Ausnehmung oder Nut kann ein Element des Antriebs, beispielsweise in Form einer (Sperr-)Klinke, angreifen und eine Schub- oder Zugkraft ausüben. Es kann mehr als eine Ausnehmung oder Nut an einem Gestängeschuss vorgesehen sein, insbesondere können zwei oder mehr Ausnehmungen bzw. Nuten vorgesehen sein, die in Längsrichtung des Gestängeschusses voneinander beabstandet vorliegen können.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Öffnungen an dem Verbindungsstecker und der Verbindungsbuchse vorgesehen, die derart angeordnet sein können, dass nach Ausbildung der Steckverbindung von zwei benachbarten Gestängeschüssen die Öffnungen derart zueinander angeordnet sind, dass die Öffnung an dem Verbindungsstecker und die Öffnung an der Verbindungsbuchse zueinander fluchten. Der Bolzen kann dann in die fluchtende Öffnung von Verbindungsstecker und Verbindungsbuchse eingesteckt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Länge des Bolzens an den Außendurchmesser der Verbindungsbuchse angepasst, sodass die Länge des Bolzens im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Verbindungsbuchse entspricht. Hinsichtlich der Länge des Bolzens kann vorgesehen sein, dass der Bolzen eine Länge aufweist, die dem Abstand der beiden Sekanten für Öffnungen an der Verbindungsbuchse, die einander gegenüberliegen, entspricht. Die Länge des Bolzens kann auch (geringfügig) geringer als der Abstand zwischen den Sekanten der Öffnungen der Verbindungsbuchse sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schneidet eine Linie die Öffnung, die mit der Symmetrieachse der Innenkontur bzw. der Außenkontur oder mit einer senkrecht zur Symmetrieachse der Innenkontur bzw. der Außenkontur verlaufenden Achse einen Winkel von unter 30° einschließt. Hierdurch kann eine verbesserte Verbindung im Sinne der Übertragung der Zug- und/oder Druckkräfte erreicht werden. Je mehr sich die Linie der Symmetrieachse der Innenkontur bzw. der Außenkontur oder einer mit einer senkrecht zur Symmetrieachse der Innenkontur bzw. Außenkontur verlaufenden Achse annähert, kann eine verbesserte Übertragung der Kräfte erreicht werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der betrachtete Winkel zwischen der Linie, die die Öffnung schneidet und der Symmetrieachse bzw. der Achse senkrecht zur Symmetrieachse unter 25°, bevorzugt <20°, weiter bevorzugt <15°, weiter bevorzugt <10°, weiter bevorzugt <5°. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Linie, die die Öffnung schneidet, mit der Symmetrieachse der Innenkontur bzw. der Außenkontur im Wesentlichen deckungsgleich oder ist mit einer senkrecht zur Symmetrieachse der Innenkontur bzw. der Außenkontur verlaufenden Achse im Wesentlichen deckungsgleich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Linie, die die Öffnung schneidet, längs einer Haupt- oder Nebenachse für eine als Ellipse ausgebildete Innenkontur bzw. Außenkontur, wobei die Nebenachse bevorzugt ist. Hierdurch können die Press- und Querschnittsflächen und damit die Festigkeit bei Verbindungsbuchse, Verbindungsstecker und Bolzen nahezu gleich gewählt werden, wobei bevorzugt nahezu gleiches Material für Gestängeschuss und Bolzen vorliegen kann. Eine optimierte Übertragung von Zug- und/oder Druckkräften ist möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Öffnung Teil eines Durchgangslochs, welches den Verbindungsstecker bzw. die Verbindungsbuchse vollständig durchragt. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Schub- und/oder Druckkräfte symmetrisch übertragen werden können. Der gesamte Durchmesser von Verbindungsstecker bzw. Verbindungsbuchse kann zur Übertragung der Schub- und/oder Druckkräfte verwendet werden. Insbesondere für die Verbindungsbuchse kann ein Durchgangsloch ein Ausbildung eines Lochs sein, welches die Buchse vollständig durchquert, sodass in der Buchse an zwei gegenüberliegenden Stellen ein Durchgangsloch in der Kontur vorliegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Öffnung und/oder das Durchgangsloch gewindelos ausgestaltet. Hierdurch kann eine vereinfachte Handhabung der Gestängeschüsse erreicht werden. Es kann auf ein Werkzeug, insbesondere für eine Verschraubung, zur Ausbildung der Verbindung zweier benachbarter Gestängeschüsse, insbesondere zur Übertragung einer Schub- und/oder Druckkraft, verzichtet werden. Sofern darauf abgestellt wird, dass die Öffnung oder das Durchgangsloch gewindelos sein können, so kann eine gewindelose Ausbildung von Öffnung bzw. Durchgangsloch auch eine gewindelose Ausgestaltung des Bolzens in einem Gestängeschusssystem beinhalten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Verbindungsstecker ein Rastelement zum Ineingriffbringen mit dem Bolzen angeordnet, wobei die Längserstreckung des Rastelements mit der Längsachse des Gestängeschusses einen Winkel von 0° bis 45° einschließt. Hierdurch kann eine verbesserte Sicherung eines Bolzens erreicht werden. Es kann quasi eine Verliersicherung für den Bolzen geschaffen werden, die die Handhabung vereinfacht. Insbesondere im Zusammenwirken mit der Ausgestaltung, dass die Öffnung gewindelos sein kann, wird sowohl eine verbesserte Sicherheit als auch eine verbesserte Handhabung erreicht. Ein insbesondere Feder beaufschlagtes Rastelement, welches in eine äußere Struktur des Bolzens, wenn dieser eingeführt ist, eingreifen kann, kann die Lage des Bolzens in dem bzw. den Durchgangslöchern fixieren. Es kann durch eine Beaufschlagung, insbesondere in Längsrichtung des Bolzens, mit einer Druckkraft die Sicherung bzw. Verrastung aufgehoben werden, sodass der Bolzen aus der Öffnung auch einfach entfernt werden kann, und die Gestängeschüsse wieder voneinander gelöst werden können. Mittels der Anordnung des Rastelements gegenüber der Längsachse des Gestängeschusses ist eine gute Verrastung des Bolzens möglich. Bevorzugt kann die Längserstreckung des Rastelements mit der Längsachse des Gestängeschusses einen Winkel von 0° bis 35°, weiter bevorzugt einen Winkel von 0° bis 25°, weiter bevorzugt einen Winkel von 0° bis 15°, weiter bevorzugt einen Winkel von 0° bis 10°, weiter bevorzugt einen Winkel von 0° bis 5°, weiter bevorzugt einen Winkel von 0°, einschließen.
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Zum Ineingriffbringen des Rastelements am Bolzen kann der Bolzen bevorzugt eine Nut aufweisen, die vollumfänglich am Bolzen ausgebildet sein kann. Das Rastelement kann insbesondere an die Nut angepasst sein, ganz besonders bevorzugt ist die Spitze des Rastelements, die mit der Nut in Eingriff gelangt, an die Nut angepasst. Für eine verschleißarme Ausgestaltung kann das Rastelement eine abgerundete, insbesondere kugelsegmentförmige, Spitze aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem Gestängeschuss auf einer nach außen gerichteten Fläche mindestens eine Markierung vorgesehen, die in einer vorgegebenen Winkelbeziehung zur Winkellage der Form ist. Bei einer nach außen gerichtetehn Fläche handelt es sich im Sinne der Beschreibung um eine Fläche, die von außen sichtbar ist. Es kann u.a. eine leichte Zuordnung getroffen werden, wie Gestängeschüsse rotatorisch ausgerichtet werden müssen, um ineinander gesteckt werden zu können. Es kann die rotatorische Ausrichtung des Gestängeschusses in Bezug auf seine Längsachse erkannt werden. Die Winkellage der Form kann auch aus einer Richtung erkannt werden, bei der sich der Betrachtende nicht in einer Verlängerung der Längsachse des Gestängeschusses befindet. Es ist möglich, dass die Markierung auf einer Fläche angeordnet ist, die eine Flächennormale aufweist, die quer zur Längsachse des Gestängeschusses verläuft bzw. eine Flächennormale aufweist, die einen genügend großen Winkel mit der Richtung einschließt, die quer zur Längsachse des Gestängeschusses verläuft, bspw. größer 10°. Auch bei nicht symmetrischen Formen ist eine schnelle Ausrichtung zur Ausbildung der Steckverbindung möglich. Bei einer symmetrischen Form der Innen- bzw. Außenkontur ist es mittels der Markierung möglich, zu unterscheiden, ob sich das Erdbohrgestänge um einen Symmetriewinkel gedreht hat. Beispielsweise kann bei einer als Ellipse ausgestalteten Form mittels der Markierung festgestellt werden, ob sich der Gestängeschuss bzw. das Erdbohrgestänge insbesondere um 180° gedreht hat. Es kann mittels der Markierung die 12-Uhr-Position des Bohrstrangs nachverfolgt bzw. eingestellt werden. Mittels der Drehung des Bohrstrangs kann bspw. ein Rückschluss über die Winkellage des Bohrkopfs ermöglicht werden.
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Die Erfindung schafft auch ein Antriebselement zum Eintreiben eines Erdbohrgestänges in das Erdreich. Das Antriebselement ist zum Ineingriffbringen mit einem Gestängeschuss ausgestaltet. Das in Eingriff mit dem Gestängeschuss gelangende Antriebselement ist (a) als Verbindungsstecker oder (b) als Verbindungsbuchse ausgestaltet. Die Außenkontur bzw. die Innenkontur weist im Querschnitt eine von einem Kreis abweichende Form auf. Es kann im Zusammenwirken mit einem, insbesondere vorbeschriebenen, Gestängeschuss ein Bohrstrang ins Erdreich eingebracht werden, der besser gehandhabt und/oder einfacher konstruiert sein kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verbindungsstecker bzw. die Verbindungsbuchse eine quer zur Längsachse des Gestängeschusses ausgerichtete Öffnung zum Einschieben eines lösbar mit dem Verbindungsstecker bzw. der Verbindungsbuchse verbindbaren Bolzens auf, sodass die ovale Form durchbrochen ist. Hierdurch können Zug- und/oder Druckkräfte übertragen werden. Ein Bolzen liefert die Möglichkeit einer einfachen Ausgestaltung und kann beispielsweise im Falle eines Verschleißes kostengünstig und einfach ersetzt werden.
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Die Erfindung schafft auch ein Gestängeschusssystem, welches zwei oder mehr Gestängeschüsse umfasst, die gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgestaltet sind. Das Gestängeschusssystem weist ferner einen Bolzen auf, der eine umlaufende Nut hat. Die Innenkontur der Verbindungsbuchse eines Gestängeschusses ist an die Außenkontur des Verbindungssteckers eines weiteren Gestängeschusses derart angepasst, dass eine formschlüssige Steckverbindung erreicht werden kann. Form und Größe der Innenkontur und der Außenkontur sind derart, dass Verbindungsstecker und Verbindungsbuchse leicht ineinander gesteckt werden können und ein Spiel - mit toleranzbedingter Abweichung - möglichst verhindert ist.
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Für eine einfache Handhabung weist das Gestängeschusssystem mehrere, d.h. zwei, drei oder mehr, identisch hinsichtlich der jeweiligen Enden als Verbindungsstecker bzw. Verbindungsbuchse ausgestaltete Gestängeschüsse auf.
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Ferner schafft die Erfindung eine Erdbohrvorrichtung, welche ein Antriebselement, wie es beschrieben ist, aufweist.
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Zahlenangaben im Sinne der Beschreibung sind Angaben, die mit einer Toleranz von +/-10% behaftet sein können, sodass die Zahlenangaben nicht nur den einen Wert bezeichnen, sondern einen Wertebereich beschreiben, um insbesondere Toleranzbereichen, die herstellungsbedingt sein können, Rechnung zu tragen.
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Die Ausführungen zu den einzelnen Aspekten der Erfindung, wie sie in Bezug auf den Gestängeschuss, das Antriebselement, das Gestängeschusssystem und die Erdbohrvorrichtung beschrieben werden, sind als einander ergänzende Ausführungen zu verstehen. Ausführungen zu einem Aspekt gelten auch für die Ausführungen für einen der anderen Aspekte.
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Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt:
- 1 eine Seitenansicht in teilweise geschnittener Darstellung eines Abschnitts einer Erdbohrvorrichtung mit einem Gestängeschüsse aufweisenden Bohrstrang;
- 2 in einer isometrischen Darstellung eine vergrößerte Darstellung von zwei ineinander steckbaren Gestängeschüssen mit Verbindungsbuchse und Verbindungsstecker;
- 3 eine vergrößerte Darstellung einer Verbindung zweier Gestängeschüsse in einer Schnittdarstellung; und
- 4 einen Schnitt quer zur Linie A-A aus 3 im Bereich von Verbindungsstecker, Verbindungbuchse und Bolzen.
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1 zeigt in einer Seitenansicht schematisch in teilweise geschnittener Darstellung einen Abschnitt einer Erdbohrvorrichtung 2, welche in einer Baugrube 3 eingesetzt ist. Die Erdbohrvorrichtung 2 kann mittels eines Antriebs ein Erdbohrgestänge, welches Gestängeschüsse 5 und einen Bohrkopf 6 aufweist, dem eine Senderaufnahme 7 folgt, in Erdreich 8 schiebend oder ziehend bewegen.
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Der Vorschub erfolgt durch zwei Hydraulikzylinder 1 des Antriebs, an denen eine Sperrklinke 10 befestigt ist, die über umlaufende Nuten 9 der Gestängeschüsse 5 an den Gestängeschüssen 5 angreifen kann, um das Erdbohrgestänge in das Erdreich 8 einzuschieben. Die Sperrklinke 10 ist mit Zylinderrohren 11 der Hydraulikzylinder 1 verbunden. Die Sperrklinke 10 schiebt sich während des Zurückfahrens (Leerhub) der Hydraulikzylinder 1 aus einer Nut 9 heraus und fällt beim Erreichen einer weiteren Nut 9 in diese hinein, sodass die Hydraulikzylinder 1 das Erdbohrgestänge, welches den Bohrkopf 6, die Senderaufnahme 7 und die Gestängeschüsse 5 aufweist, in einem nächsten Arbeitshub weiter vorschieben kann.
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Die Erdbohrvorrichtung kann sowohl ziehend als auch schiebend das Erdbohrgestänge im Erdreich bewegen, wobei in der in 1 dargestellten Ausführungsform die Hydraulikzylinder 1 zusammen mit der Sperrklinke 10 in ihrer Wirkrichtung gedreht werden können.
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2 zeigt in einer isometrischen Darstellung zwei über eine Steckverbindung 4 miteinander zu einem Teil eines Erdbohrgestänges verbundene Gestängeschüsse 5. Der Gestängeschuss 5 weist zwei voneinander in Längsrichtung beabstandete Nuten 9 auf, in die die Sperrklinke 10 eingreifen kann. Die 2 zeigt für den Gestängeschuss 5 an einem Ende (rechts) einen Verbindungsstecker 12 und am anderen Ende (links) eine Verbindungsbuchse 14. Im linken Randbereich der 2 ist zu sehen, dass ein weiterer Gestängeschuss 5, von dem nur ein Ende gezeigt ist, mit seinem Verbindungsstecker 12 in die Verbindungsbuchse 14 eingesteckt ist. Der Bereich der Steckverbindung 4 ist mit einem mit X bezeichneten Kreis versehen.
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3 zeigt einen Schnitt im Bereich X der Steckverbindung 4 der 2. Der Verbindungsstecker 12, der im Querschnitt eine ellipsenförmige Außenkontur 25 aufweist und an einem Ende des Gestängeschusses 5 angeordnet ist, ist in eine ellipsenförmige Innenkontur 13 der Verbindungsbuchse 14 eines weiteren Gestängeschusses 5 eingeschoben.
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Am Verbindungsstecker 12 ist eine Öffnung 28 und eine Öffnung 29 vorgesehen, die Teil eines Durchgangslochs 17 sind. Ferner sind an der Verbindungsbuchse 14 eine Öffnung 26 und eine Öffnung 27 vorgesehen, die Teil eines Durchgangslochs 18 sind. Beim Ausbilden der Steckverbindung von Verbindungsbuchse 14 und Verbindungsstecker 12 sind die Durchgangslöcher 17, 18 deckungsgleich und ein Bolzen 16 kann in die Öffnungen (26, 27, 28, 29) der Durchgangslöcher 17, 18 eingeschoben werden.
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Eine Sicherung des Bolzens 16 bzw. ein Herausrutschen des Bolzens 16 aus den Durchgangslöchern 17, 18 wird durch ein Feder beaufschlagtes Rastelement 15, welches als Druckstück ausgestaltet ist, erreicht. Das Rastelement 15 ist in einer ein Außengewinde aufweisenden Hülse im vorderen Ende des Verbindungssteckers 12 eingeschraubt. Das Rastelement 15 greift mit einem Ende 19, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgestaltet ist, in eine umlaufende Nut 20 des Bolzens 16 ein.
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Zur Trennung der Gestängeschüsse 5, welche mittels der Steckverbindung 4 und des Bolzens 16 verbunden sind, kann der Bolzen 16 leicht gegen die Rastwirkung des Rastelements 15, hier im dargestellten Ausführungsbeispiel die Federkraft des Rastelements 15, die auf das kugelförmige Ende 19 des Rastelements 15 wirkt, herausgeschoben werden.
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4 zeigt in einem Schnitt A-A aus 3 die Anordnung des Bolzens 16 in Richtung der Nebenachse X-X des ellipsenförmigen Verbindungssteckers 12 des Gestängeschusses 5. Durch diese Anordnung und die Ausgestaltung (Ausdehnung der Ellipsenform in Richtung der Haupt- und Nebenachse) sind die Pressflächen 21, aber auch die Querschnittsflächen von Verbindungsstecker 12, Verbindungsbuchse 14 und Bolzen 16 nahezu identisch.
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In der 2 ist außen an der Verbindungsbuchse 14 auf dem endseitigen Umfang eine Markierung „12“ zu sehen, die mit dem Bezugszeichen 22 versehen ist. Die Markierung 22 steht in einer vorgegebenen Winkelbeziehung zu der Form der Innenkontur 13 der Verbindungsbuchse 14. Die Markierung 22 ist am Außenumfang an der Stelle der Verbindungsbuchse 14 angeordnet, an der die Nebenachse der Ellipsenform der Innenkontur 13, den Außenumfang schneidet. Die Markierung 22 gibt an, wie der Gestängeschuss 5 rotatorisch im Bezug auf seine Längsachse ausgerichtet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011010958 A1 [0004]
