DE19633934A1 - Kleines Horizontalbohrgerät - Google Patents
Kleines HorizontalbohrgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen von Bohrlöchern und
insbesondere zum Verlegen von Leitungen in diesen Bohrlöchern im Boden, ohne
den Boden aufgraben zu müssen.
Jedes Wohn- und Geschäftsgebäude wird über eine Vielzahl von unterirdisch
verlegten Leitungen ver- und entsorgt, sei es mit Wasser, Gas, elektrischem Strom
etc.
Früher wurden zum Verlegen derartiger Leitungen im Boden Gräben
ausgeschachtet, die Leitungen darin verlegt und die Gräben anschließend wieder
verfüllt. Im freien Gelände sind die Folgekosten für die Wiederherstellung der
Bodenoberfläche hierfür relativ gering. Wenn sich dieser Vorgang dagegen in einer
Ortschaft mit geteerten Straßen, gepflasterten Gehwegen und ähnlichem vollziehen
soll, steigen die durch die Wiederherstellung der Bodenoberfläche bedingten
Kosten drastisch an, und verteuern damit diese konventionelle Methode der
Leitungsverlegung ganz besonders.
Deshalb ist es bereits bekannt, Leitungen zu verlegen, ohne einen Graben entlang
der gesamten Leitungslänge aufgraben zu müssen.
Dabei wird mit einem Bohrgerät ein Bohrgestänge, welches sich aus einer Vielzahl
hintereinander gesetzter, in der Regel miteinander verschraubter, jeweils mehrerer
Meter langer, Bohrstangen zusammensetzt, von der Bodenoberfläche aus flach
schräg in den Untergrund gebohrt. Die Richtung des Bohrfortschritts, also des am
vorderen Ende des Bohrgestänges vorhandenen Bohrkopfes, kann dabei relativ gut
gesteuert werden, so daß die Bohrung zunächst flach schräg nach unten geführt
wird, bis die geforderte Soll-Tiefe erreicht ist, und dann im wesentlichen horizontal
weitergebohrt wird, und zwar wiederum unter Steuerung des Bohrkopfes in die
gewünschte Richtung.
Die zu verlegende Rohrleitung wird dadurch in das Bohrloch eingebracht, daß nach
Fertigstellen der Bohrung und vor dem Zurückziehen des Bohrgestänges die
einzuziehende Rohrleitung, meist eine etwas flexible Stahl- oder Kunststoffleitung,
mittels einer speziellen Vorrichtung am vorderen Ende des Bohrgestänges befestigt
und damit beim schrittweisen Zurückziehen des Bohrgestänges die zu verlegende
Leitung in das vorhandene Bohrloch eingezogen wird.
Dabei wird das Bohrgestänge von einem am hinteren Ende stirnseitig am
Bohrgestänge befestigten Bohrantrieb vorwärtsgeschoben und zusätzlich in der
Regel das Bohrgestänge rotierend angetrieben und/oder durch Austritt von Wasser
unter hohem Druck aus dem Bohrkopf das vor dem Bohrkopf befindliche Material
herausgespült, meist durch eine hohle Durchgangsöffnung im Bohrgestänge.
Dieses Verfahren wird vor allem zum Verlegen von Leitungen über größere
Strecken, beispielsweise 100 m oder mehrere Hundert Meter, verwendet, so daß
die für eine durchgangig in der Tiefe zu verlegende Leitung nicht nutzbare
Anfangsstrecke, auf welcher die Bohrung erst ihre Soll-Tiefe erreicht, einen
vertretbaren Aufwand darstellt. Zusätzlich ist das hierfür verwendete Bohrgerät,
welches unter anderem eine schräg nach unten weisende Lafette zum Führen des
Bohrgestänges aufweisen muß, groß und mindestens zwei Tonnen schwer, da das
Gewicht des Bohrgerätes teilweise als Wiederlager für die Kraft zum
Vorwärtspressen des Bohrgestänges dient.
Gerade beim Anschluß von Gebäuden besteht jedoch ein spezielles Problem:
Der meist unter der Straße verlaufende Hauptstrang einer Versorgungsleitung, beispielsweise einer Gas-, Wasser- oder Stromleitung, soll über eine hiervon quer abzweigende Hausanschlußleitung eines der an der Straße stehenden Gebäude erschließen.
Der meist unter der Straße verlaufende Hauptstrang einer Versorgungsleitung, beispielsweise einer Gas-, Wasser- oder Stromleitung, soll über eine hiervon quer abzweigende Hausanschlußleitung eines der an der Straße stehenden Gebäude erschließen.
Dabei ist es auch heute noch üblich, diese Hausanschlußleitungen durch
Ausschachten eines Grabens konventionell zu verlegen, da an den Enden dieser
Hausanschlußleitung, nämlich am Verbindungspunkt mit dem Hauptstrang der
Versorgungsleitung einerseits und am Durchbruch durch die Kellerwand des Hauses
andererseits, ohnehin Platz und Zugänglichkeit für manuelle Arbeiten vorhanden
sein muß, und der größte Teil des auszuhebenden Grabens ohnehin nur über das
Grundstück des in der Regel noch in der Bauphase befindlichen Gebäudes verläuft,
so daß keine großen Oberflächenarbeiten anfallen. Allerdings wird über einen Teil
des Grabens die fertig erstellte Straßenoberfläche zerstört und muß anschließend
wieder sorgfältig instandgesetzt werden, wobei insbesondere bei Teerungsarbeiten
dies nie mehr wieder den Originalzustand wie bei einer durchgängig geteerten
Straße ergibt.
Es wäre daher wünschenswert, auch für diesen und ähnliche Anwendungsfälle ein
Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Verfügung zu haben, welche in der
Bodenoberfläche z. B. im Bereich der geteerten oder gepflasterten Straße nur ein
minimal kleines Loch erfordert, und nicht einen Graben über die gesamte Länge
der zu verlegenden Leitung, z. B. der Hausanschlußleitung.
Das bisher bekannte Bohrverfahren mit dem Eindringen der Bohrung flach schräg
in den Untergrund ist gerade für das vorbeschriebene Erstellen von
Hausanschlußleitungen aus verschiedenen Gründen nicht geeignet:
Mit dem bekannten Verfahren kann zwar die Bohrung relativ genau gesteuert werden, aber es ist nicht möglich, einerseits mit der einzubringenden Bohrung möglichst nah an der anzuschließenden Hauptleitung vorbeizubohren, ohne nicht gleichzeitig das Risiko einzugehen, diese Leitung beim Bohren zu beschädigen.
Mit dem bekannten Verfahren kann zwar die Bohrung relativ genau gesteuert werden, aber es ist nicht möglich, einerseits mit der einzubringenden Bohrung möglichst nah an der anzuschließenden Hauptleitung vorbeizubohren, ohne nicht gleichzeitig das Risiko einzugehen, diese Leitung beim Bohren zu beschädigen.
Darüber hinaus müßte das Einbringen der Bohrung in den Untergrund an einer
von dem Hauptstrang relativ weit seitlich versetzten Position aus erfolgen. Das
Aufstellen des Bohrgerätes würde damit entweder auf der gegenüberliegenden
Straßenseite erfolgen und damit eine komplette Straßenseite sperren, oder - da die
dadurch entstehende Querentfernung in der Regel nicht ausreichend sein dürfte
- in dem im anzuschließenden Haus gegenüberliegenden Grundstück. Dies würde
bedeuten, daß man mit einem z. B. 2 t schweren Bohrgerät in ein angelegtes
Gartengrundstück einfahren müßte. Die dabei entstehenden Zerstörungen und
Wiedererstellungsarbeiten lassen bereits aus Kostengründen diese Methode
ausscheiden, wobei in der Praxis hierzu auch nicht noch die notwendige
Zustimmung des Grundstückseigentümers zu erhalten wäre.
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zu schaffen, um derartige im wesentlichen horizontale Bohrlöcher und
darin zu verlegende Leitungen mit geringstmöglicher Beschädigung der
Oberfläche, insbesondere nur einer relativ kleinen Öffnung in der
Bodenoberfläche, vorzugsweise im Bereich des Anschlusses zwischen Hauptstrang
und abzweigender Leitung, herstellen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 9
gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch das Einbringen eines vertikalen Startschachtes im Bereich des
anzuschließenden Hauptstranges werden zwei Probleme gleichzeitig gelöst:
Einerseits wird hier Freiraum geschaffen für die nach Verlegen der Hausanschlußleitung manuell durchzuführende Verbindung von Hauptstrang und Hausanschlußleitung. Der Startschacht wird dabei entweder konventionell mittels eines Baggers ausgehoben, oder mit einem speziellen Verfahren mittels Ausspülen senkrecht in die Tiefe getrieben, was deshalb sinnvoll ist, weil der Startschacht sich bis etwas unterhalb der anzuschließenden Hauptstranges erstrecken muß. Bei mechanischem Ausheben des Startschachtes mit Baggerschaufel etc. kann dabei dieser Hauptstrang leicht beschädigt werden, oder es muß umständlich und langsam ab einer gewissen Tiefe von Hand ausgeschachtet werden.
Einerseits wird hier Freiraum geschaffen für die nach Verlegen der Hausanschlußleitung manuell durchzuführende Verbindung von Hauptstrang und Hausanschlußleitung. Der Startschacht wird dabei entweder konventionell mittels eines Baggers ausgehoben, oder mit einem speziellen Verfahren mittels Ausspülen senkrecht in die Tiefe getrieben, was deshalb sinnvoll ist, weil der Startschacht sich bis etwas unterhalb der anzuschließenden Hauptstranges erstrecken muß. Bei mechanischem Ausheben des Startschachtes mit Baggerschaufel etc. kann dabei dieser Hauptstrang leicht beschädigt werden, oder es muß umständlich und langsam ab einer gewissen Tiefe von Hand ausgeschachtet werden.
Dies ist angesichts eines Querschnittes des Startschachtes an der Oberfläche und
auch im Erdboden von ca. 70 × 40 cm in der Horizontalen, einer Tiefe von jedoch
1 m bis 1,50 m nur schwierig zu realisieren.
Das zweite zu lösende Problem besteht im unmittelbar benachbarten Verlauf des
anzuschließenden Hauptstranges und der einzubringenden Hauptanschlußleitung
quer zueinander, also ein Anbringen der Hauptanschlußleitung unmittelbar über
oder unterhalb des Hauptstranges, um die beiden Leitungen anschließend mit Hilfe
eines passenden T-Stückes oder anderen Adapters auf einfache Art und Weise und
ohne Längenüberbrückung miteinander verbinden zu können.
Wenn von einem offenen Startschacht aus, durch welchen der Hauptstrang
hindurchverläuft, die Bohrung begonnen wird, kann das Bohrloch unmittelbar, also
nur mm, oberhalb oder unterhalb des Hauptstranges quer abstrebend begonnen
werden.
Das Arbeiten von einem Startschacht aus ermöglicht es weiterhin, die Leitung in
einer im wesentlichen geraden Verbindungslinie zwischen dem Abzweigungspunkt
vom Hauptstrang und dem Endpunkt der Hausanschlußleitung im Gebäude
herzustellen. Vom Startschacht aus kann also bereits in dieser Richtung, in der
Regel einer horizontalen Richtung, der Vortrieb begonnen werden, so daß während
der Bohrung nur sehr geringe Richtungsbeeinflussungen notwendig sind. Dies
ermöglicht es, ein Bohrgestänge zu verwenden, welches relativ starr ist.
Dies wiederum gibt die Möglichkeit, das Bohrgestänge auch aus sehr kurzen,
miteinander zu verschraubenden Bohrstangen herzustellen:
Eine einzelne Bohrstange ist nur in ihrem mittleren Bereich, also nicht im Bereich ihrer stirnseitigen Verschraubungen mit den beiden benachbarten Bohrstangen, flexibel. Die Verschraubung selbst darf keinesfalls spielbehaftet sein, da hierdurch die Richtungssteuerbarkeit des gesamten Bohrgestänges zunichtegemacht würde.
Eine einzelne Bohrstange ist nur in ihrem mittleren Bereich, also nicht im Bereich ihrer stirnseitigen Verschraubungen mit den beiden benachbarten Bohrstangen, flexibel. Die Verschraubung selbst darf keinesfalls spielbehaftet sein, da hierdurch die Richtungssteuerbarkeit des gesamten Bohrgestänges zunichtegemacht würde.
Da im Bereich der spielfreien Verschraubung selbst ein aus Rohren bestehendes
Bohrgestänge sehr viel steifer ist als in dem mittleren Bereich der einzelnen
Bohrstangen, ist das Bohrgestange im Bereich seiner Verschraubungen als kaum
seitenbeweglich zu betrachten.
Entsprechend ist ein Bohrgestänge, welches sich aus Bohrstangen zusammensetzt,
deren am Anfangs- und Endbereich vorhandene Verschraubungen ca. 20-25% der
Gesamtlänge jeder Bohrstange ausmachen, als insgesamt wenig elastisch in
Querrichtung anzusehen.
Da im vorgenannten Fall nur eine sehr geringe Seitenauslenkung der Bohrung
notwendig ist, kann das Bohrgestänge also aus sehr vielen einzelnen, sehr kurzen
Bohrstangen zusammengesetzt werden. Dies ermöglicht es, von einem Startschacht
aus, dessen Querschnitt in der Tiefe nicht größer ist als der vorgegebene kleine
Querschnitt in der Bodenoberfläche, einen horizontalen Bohrungsfortschritt mit
einem Bohrgestänge zu erzielen, dessen einzelne Bohrstangen in der Richtung der
Bohrachse an das hintere Ende des vorhandenen Bohrgestänges angesetzt werden.
Dadurch müssen die einzelnen Bohrstangen deutlich kürzer sein als die in der
Horizontalen gemessene Länge des Querschnittes des Startschachtes.
Weiterhin ist es nicht sinnvoll, bei Arbeiten von einem derartigen Startschacht aus
die Bohrung voranzutreiben durch Ausspülen mittels unter Hochdruck vom
Bohrkopf aus in den Boden eingebrachten Wassers. Dieses Wasser würde sich an
der Rückseite des Bohrgestänges, also im Startschacht, sammeln, und die
anschließenden Arbeiten zur Verbindung von Hauptstrang und
Hausanschlußleitung unmöglich machen, ohne vorher das gesamte Wasser
abzupumpen etc.
Durch die Verwendung eines sehr stabilen Bohrgestänges, insbesondere durch
Bohrstangen aus Vollmaterial oder zumindest aus Rohren mit sehr großer
Wanddicke, ist es möglich, die Bohrung primär, insbesondere ausschließlich, durch
Vorwärtspressen des Bohrgestänges zu erstellen. Dies ist besonders für Arbeiten von
einem Startschacht aus geeignet, da sich der Bohrantrieb, welcher das
Bohrgestänge vorwärtspressen muß, gut an der gegenüberliegenden Wand des
Startschachtes abstützen kann.
Ein Rotieren des Bohrgestänges, um das Bodenmaterial vor dem Bohrkopf
abzuschaben bzw. aufzulockern, ist dabei nur in Ausnahmefällen sinnvoll. Ein
Drehen des Bohrgestänges um weniger als 360° muß jedoch möglich sein, da über
eine an der Spitze des Bohrgestänges vorhandene, asymmetrische Schräge und
deren Winkellage bezüglich der Bohrachse die Richtung der Bohrvorschubes
gesteuert wird.
Durch das Ansetzen der Bohrstange in Richtung der Bohrachse, welche im
wesentlichen horizontal verläuft, ist es weiterhin möglich, die neu hinzuzufügenden
bzw. zu entnehmenden Bohrstangen bereits in dieser horizontalen Lage von einem
Vorratsmagazin aus in den Startschacht einzubringen bzw. zu entfernen. Dadurch
werden Schwierigkeiten aufgrund Richtungsänderung der Bohrstangen bei der
Zuführung wie Verklemmen etc. weitestgehend vermieden.
Mittels eines Bohrstangenwechslers, der über einen eigenen Wechslermotor verfügt,
werden die hinzuzufügenden Bohrstangen jeweils auf das hintere Ende des
Bohrgestänges aufgeschraubt. Vorzugsweise erfolgt vorher bereits mit Hilfe des
Wechslermotors und des daran befestigten Gewindestutzens auch die Aufnahme
aus dem höherliegenden Bohrstangenmagazin.
Der Bohrantrieb selbst, der - wie vorher beschrieben - primär oder ausschließlich
ein Vorwärtspressen in Richtung der Bohrachse vornimmt, ist im Startschacht
parallel zur Bohrachse längs hin- und herverschiebbar, und zwar wenigstens um
die Länge einer einzelnen Bohrstange. Vorzugsweise verfährt der Bohrantrieb
zwischen einer vorgeschobenen Position, die unmittelbar am Beginn des Bohrloches
im Startschacht liegt, und einer zurückgezogenen Position, die in der Nähe der an
der gegenüberliegenden Wandung angeordneten Bohrstangenwechseleinrichtung
angeordnet ist, hin und her.
Sowohl der Bohrstangenwechsler als auch der Bohrantrieb sind vorzugsweise
innerhalb eines Bohrturmes angeordnet, welcher aus einem Gitterwerk aus
Metallrohren besteht und vorzugsweise an seinen Umfangswänden mit Platten
gegen ein Hereinfallen von Erdreich in den Startschacht verkleidet ist. Dieser
Bohrturm wird im Ganzen, beispielsweise mittels einer Handwinde, von oben her in
den Startschacht abgesenkt. Da sich der Startschacht und auch der Bohrturm
während des Einbringens der Bohrung bis unterhalb des durch den Startschacht
verlaufenden Hauptstranges erstreckt, sind im Bohrturm und dessen Wandungen
auf der Seite des Hauptstranges entsprechende, von unten im Bohrturm her offene,
Aussparungen vorzusehen.
Vorzugsweise wird dabei der Startschacht so eingebracht, daß sich der an
zuschließende Hauptstrang unter dem Bohrstangenwechsler befindet, während sich
der wesentlich mehr Raum beanspruchende Bohrantrieb zwischen dem
Hauptstrang und der gegenüberliegenden Wandung des Startschachtes, in welche
die Bohrung einzubringen ist, befindet. Dabei kann sich das Gehäuse des
Bohrantriebes bis unterhalb der Unterkante des Hauptstranges erstrecken.
Das Bohrstangenmagazin besteht in einer vertikalen oder schrägen Rutsche, in
welcher die Bohrstangen übereinander liegen. In der untersten Position ist die
Rutsche stirnseitig offen zur Entnahme der untersten Bohrstange aus dem Magazin.
In dieser Entnahmeposition befindet sich die Bohrstange im wesentlichen vertikal
über der Bohrachse, und kann daher von dem vertikal gegenüber dem Bohrturm
verfahrbaren Bohrstangenwechsler entnommen werden:
Hierzu wird der Wechselschlitten, auf dem sich auch der Wechslermotor befindet, bis auf die Höhe der Entnahmeposition angehoben, der auf der Motorachse des Wechslermotors befindliche Gewindestutzen eine vorbestimmte Zeitdauer lang in die der Entnahmeposition des Bohrstangenmagazins befindliche Bohrstange eingeschraubt (wobei die Bohrstange durch die darauflastenden anderen Bohrstangen oder ein zusätzliches Gewicht am Mitdrehen gehindert wird) und durch Verfahren des Wechslermotors mit Gewindestutzen entlang dem Wechslerschlitten in horizontaler Richtung aus dem Magazin entnommen. Nach dem Absenken bis auf die Bohrachse wird durch Drehung in Gegenrichtung und Vorwärtsschieben des Wechslermotors mit der Bohrstange diese Bohrstange auf das hintere Ende des in der Bohrung befindlichen Bohrgestänges aufgeschraubt. Das Bohrstangenmagazin endet vorzugsweise im Bohrturm unterhalb der Bodenoberfläche, beginnt aber oberhalb der Bodenoberfläche und kann dabei zusätzlich schräg aus dem Gestänge des Bohrturmes herausragen, für eine leichtere Beschickung von Hand mit zusätzlichen Bohrstangen.
Hierzu wird der Wechselschlitten, auf dem sich auch der Wechslermotor befindet, bis auf die Höhe der Entnahmeposition angehoben, der auf der Motorachse des Wechslermotors befindliche Gewindestutzen eine vorbestimmte Zeitdauer lang in die der Entnahmeposition des Bohrstangenmagazins befindliche Bohrstange eingeschraubt (wobei die Bohrstange durch die darauflastenden anderen Bohrstangen oder ein zusätzliches Gewicht am Mitdrehen gehindert wird) und durch Verfahren des Wechslermotors mit Gewindestutzen entlang dem Wechslerschlitten in horizontaler Richtung aus dem Magazin entnommen. Nach dem Absenken bis auf die Bohrachse wird durch Drehung in Gegenrichtung und Vorwärtsschieben des Wechslermotors mit der Bohrstange diese Bohrstange auf das hintere Ende des in der Bohrung befindlichen Bohrgestänges aufgeschraubt. Das Bohrstangenmagazin endet vorzugsweise im Bohrturm unterhalb der Bodenoberfläche, beginnt aber oberhalb der Bodenoberfläche und kann dabei zusätzlich schräg aus dem Gestänge des Bohrturmes herausragen, für eine leichtere Beschickung von Hand mit zusätzlichen Bohrstangen.
Der Bohrturm selbst wird innerhalb des Startschachtes durch horizontal wirkende
hydraulische Klemmzylinder verklemmt, um nicht nur hortizontal, sondern auch
vertikal die einmal definiert eingenommene Position für das Einbringen der
Bohrung auch zu halten.
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren
beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: das erfindungsgemäße Bohrgerät in der Seitenansicht,
Fig. 2: das Gerät gemäß Fig. 1 von vorne in Blickrichtung der Bohrachse,
und
Fig. 3: das Gerät in der Aufsicht von oben.
Bei den Fig. 1 und 2 zeigen die Fig. 1a bzw. 2a jeweils den unteren, im
Startschacht 2, befindlichen Teil der Vorrichtung, während die Fig. 1b bzw. 2b
den oberen, teilweise über die Bodenoberfläche 5 hinausragenden Teil zeigen.
Die Elemente des Bohrgerätes sind dabei innerhalb eines aus Metallprofilen
gefertigten Bohrturmes 11 untergebracht, dessen Außenflächen vorzugsweise - in
den Zeichnungen nicht dargestellt - mit Metallplatten beplankt sind, um nach dem
Absenken des Bohrturmes 11 in den Startschacht 2 ein Hereinfallen von
Bodenmaterial in den Bohrturm 11 zu verhindern.
Der Bohrturm 11 wird beispielsweise mittels einer - in den Zeichnungen nicht
dargestellten - Handwinde in den Startschacht 2 abgesenkt, und kann zu diesem
Zweck etwa in einem über dem Startschacht abgestellten Hilfsrahmen mit Hilfe von
Führungsrollen, Gleitbahnen etc. vertikal geführt werden.
Im unteren Teil der Fig. 1a ist horizontal verlaufend die Bohrachse 3 und das in der
linken Seitenwand eingebrachte Bohrloch 1 zu erkennen. In dieses Bohrloch 1 soll
später eine Stichleitung eingezogen werden, welche mit dem hierzu quer durch den
unteren Teil des Startschachtes 2 verlaufenden Hauptstrang 8 einer
Versorgungsleitung mit Hilfe einer Muffe etc. verbunden werden kann.
Zu diesem Zweck verläuft das Bohrloch 3 und damit die spätere Anschlußleitung
knapp oberhalb des Hauptstranges 8 von dem zwei mögliche unterschiedliche
Größen in Fig. 1a dargestellt sind. Der Bohrturm 11 weist im Bereich des
Hauptstranges 8 von unten her offene Aussparungen in seinen Seitenwänden auf,
um mit seiner Unterkante bis unterhalb des Hauptstranges 8 abgesenkt werden zu
können.
Die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind alle am bzw.
innerhalb des Bohrturmes 11 untergebracht: zum einen der Bohrantrieb 9, welcher
das Bohrgestänge nach links in Richtung der Bohrachse 3 vorwärtspreßt bzw. beim
Herausnehmen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch 3 das Bohrgestänge 6 wieder
zurückzieht, der Bohrstangenwechsler 12, welcher das im Bohrloch 3 befindliche
Bohrgestänge 6 durch Ansetzen von zusätzlichen Bohrstangen 7 an dessen hinteren
Ende schrittweise verlängert bzw. beim Zurückziehen des Bohrgestänges 6
schrittweise verkürzt sowie das Bohrstangenmagazin 19, in welchem die am
Bohrgestänge 6 anzusetzenden Bohrstangen 7 bevorratet werden bzw. die
Schrägrutsche 24, in welche die vom Bohrgestänge 6 abgenommenen Bohrstangen
hineinfallen und seitlich aus dem Bohrturm 7 oberhalb der Bodenoberfläche 5
herausrutschen, um dort vom Bedienpersonal gereinigt, auf Beschädigungen
überprüft und für erneute Verwendung eingefettet zu werden.
Auf der Bohrachse 3 ist aus Übersichtlichkeitsgründen in den Fig. 1 und 2 kein
Bohrgestänge eingezeichnet, jedoch in Fig. 3. Dabei ist zu erkennen, daß sich das
Bohrgestänge 6 aus hintereinander gesetzten, stirnseitig miteinander verschraubten
Bohrstangen 7 zusammensetzt, wie eine davon auch in Fig. 1a, aufgeschraubt auf
den Gewindestutzen 34 des Wechslermotors 13, dargestellt ist.
Jede Gewindestange 7 weist dabei an ihrem Außenumfang eine Ringnut 18 auf.
Wie in Fig. 1a zu erkennen, bewegt sich der Bohrstangenwechsler 12 im
wesentlichen vertikal oberhalb des Hauptstranges 8. Die mittels des
Bohrstangenwechslers 12 transportierte Bohrstange 7d bewegt sich dabei innerhalb
einer im wesentlichen vertikalen Transportschneise 10. Der Bohrantrieb 9 ist auf der
Bohrachse 3 entlang von Führungen 29 mit Hilfe von Hydraulikkolben 30
verschiebbar. Zum Vorwärtspressen des Bohrgestänges 6 und damit zum
Vorwärtstreiben der Bohrung ergreift der Bohrantrieb 9 die hinterste, noch im
Bereich des Bohrturmes 11 positionierte Bohrstange 7 des Bohrgestänges 6, und
der gesamte Bohrantrieb 9 wird über die in Fig. 1a dargestellte Position hinaus
nach links verschoben. Der Bohrantrieb 9 bewegt sich damit zwischen der in Fig.
1a linken Wand des Startschachtes 2 und dem Hauptstrang 8, welche nahe der
gegenüberliegenden Schachtwand angeordnet ist, hin und her.
Der Bohrantrieb 9 kann neben einer Axialbewegung in Richtung der Bohrachse 3
das Bohrgestänge auch zusätzlich drehen, und zwar sowohl während der
Linearbewegung oder auch separat. Zu diesem Zweck ist die das Bohrgestänge
haltende Drehbacke 33 des Bohrantriebes 9 gegenüber dessen Gehäuse 35
koaxial zur Bohrachse 3 drehbar bzw. schwenkbar. Dies dient der
Richtungssteuerung im Zusammenwirken mit einer an der Spitze des Bohrgestänges
asymmetrisch angeordneten Schräge.
Weiterhin weist der Bohrantrieb einen vor der Drehbacke 33 angeordnete
Losbrechbacke 32 auf, welche das Bohrgestänge drehfest gegenüber dem
Gehäuse 35 des Bohrantriebes halten kann.
Eine weitere Klemmbacke 21 ist in unmittelbarer Nähe des Bohrloches 3 bezüglich
des Bohrgestänges 6 fest am Bohrturm 11 angeordnet. Auch diese Klemmbacke 21
besteht - wie besser anhand Fig. 2a zu erkennen, aus zwei quer gegen das
Bohrgestänge gerichteten einzelnen Backen, die jeweils, oder gemeinsam mittels
eines Hydraulikzylinders 21′, welcher mit seinem einen Ende fest gegenüber dem
Bohrturm 11 gelagert ist, betrieben werden.
Am unteren Ende des Bohrturmes 11, noch unterhalb des Bohrantriebes 9 und des
Hauptstranges 8, sind in Richtung der Bohrachse 3 verlaufende Klemmzylinder 22a,
22b am Bohrturm 11 fest angeordnet, welche am freien Ende ihrer Kolbenstange
eine Preßplatte 25 aufweisen. Da in diesem Bereich der Bohrturm 11 keine
Außenbeplankung aufweist, wird durch Ausfahren der notfalls in der Regel
hydraulisch betriebenen Kolbenstangen dieser Klemmzylinder 22 deren Preßplatten
25 gegen die Wand des Startschachtes 2 gepreßt und damit der Bohrturm 11
gegen die gegenüberliegende Wandung des Startschachtes 2. Damit wird der
gesamte Bohrturm 11 im Startschacht 2 fixiert, was für die Fluchtung der durch den
Bohrantrieb 9 bezüglich des Bohrturmes 11 definierten Bohrachse 3 gegenüber
dem begonnenen Bohrloch 1 wichtig ist.
Auf der vom Bohrantrieb 9 gegenüberliegenden Seite im Startschacht 2 ist der
Bohrstangenwechsler 12 oberhalb des Hauptstranges 8 angeordnet. Der
Bohrstangenwechsler 12 besteht dabei im wesentlichen aus einem Wechslermotor
13 mit einem Gewindestutzen 34, der vorzugsweise direkt auf der Abtriebswelle des
Wechslermotors 13 angeordnet ist. Dieser Gewindestutzen 13 ist mit einem
passenden Gewinde ausgestattet, um auf das auf die hintere Stirnseite der
Bohrstangen 7 angeordnete Gewinde zum Verbinden der einzelnen Bohrstangen
miteinander aufgeschraubt werden zu können. Wie in Fig. 1a ersichtlich, handelt es
sich dabei vorzugsweise um ein entlang einer Kegelfläche aufgebrachtes
Außengewinde an der Bohrstange 7, wobei vorzugsweise eine runde Gewindeform
verwendet wird, um Beschädigungen weitestgehend zu vermeiden. Entsprechend
weist der Gewindestutzen 34 ein hierzu konträres Innengewinde auf, und der
Wechslermotor 13 ist mit seiner Rotationsachse parallel zur Bohrachse 3 des
Bohrantriebes 9 orientiert. Der Wechslermotor 3 kann dabei sowohl in Richtung der
Bohrachse 3 als auch quer hierzu, vertikal entlang des Bohrturmes 11, bewegt
werden:
Zu diesem Zweck ist der Wechslermotor 13 auf einem Motorrahmen 16 befestigt. Der Motorrahmen 16 ist mittels Rollen 36, die an ihrem Außenumfang eine Ringnut aufweisen, entlang von zwei vorzugsweise vertikal beabstandeten, vorzugsweise Rundstangen als Motorrahmenführungen 17 entlang der Bohrachse 3 verfahrbar. Die Motorrahmenführungen 17 sind dabei wiederum auf einem Wechslerschlitten 14 befestigt, welcher mittels vorzugsweise analog ausgebildeter Rollen 39 in vertikaler Richtung entlang von stangenförmigen Schlittenführungen 15 verfahrbar ist, welche in Richtung der Bohrachse 3 beabstandet im Bohrturm 11, in der Nähe der von dem Bohrantrieb 9 gegenüberliegenden Stirnseite, angeordnet sind.
Zu diesem Zweck ist der Wechslermotor 13 auf einem Motorrahmen 16 befestigt. Der Motorrahmen 16 ist mittels Rollen 36, die an ihrem Außenumfang eine Ringnut aufweisen, entlang von zwei vorzugsweise vertikal beabstandeten, vorzugsweise Rundstangen als Motorrahmenführungen 17 entlang der Bohrachse 3 verfahrbar. Die Motorrahmenführungen 17 sind dabei wiederum auf einem Wechslerschlitten 14 befestigt, welcher mittels vorzugsweise analog ausgebildeter Rollen 39 in vertikaler Richtung entlang von stangenförmigen Schlittenführungen 15 verfahrbar ist, welche in Richtung der Bohrachse 3 beabstandet im Bohrturm 11, in der Nähe der von dem Bohrantrieb 9 gegenüberliegenden Stirnseite, angeordnet sind.
Der Wechslermotor 13 kann mit Hilfe des Wechslerschlittens 14 in vertikaler
Richtung so verfahren werden, daß er mit seiner Rotationsachse in der untersten
Position mit der Bohrachse 3 fluchtet, und in seiner obersten Position - wie am
besten in Fig. 2b zu erkennen - mit einem im oberen Bereich des Bohrturmes 11
angeordneten Greifer 23, der wiederum mittels eines - vorzugsweise doppelt
wirkenden - Hydraulikzylinders 23′ betätigt wird. Zwischen diesen beiden
Endpositionen, vorzugsweise noch unterhalb des Niveaus der Bodenoberfläche 5,
befindet sich auf dem Bewegungsweg des Wechslermotors 13 die
Entnahmeposition eines Magazins 19 für neue, am Bohrgestänge 6 anzusetzende
Bohrstangen 7a, 7b, 7c. Dieses Magazin 19 besteht im wesentlichen aus einer
hohlprofilartigen Umfassung 20, welche schräg ansteigend bis maximal vertikal
angeordnet ist, und in welche die Bohrstangen 7 von oben her eingefüllt werden.
An ihrem unteren Ende weist die Umfassung 20 einen Anschlag für die unterste
Bohrstange 7a auf und die Umfassung 20 ist auf der dem Wechslermotor 13
zugewandten Stirnseite der untersten Bohrstange 7a offen.
Das Magazin 19 ragt dabei vorzugsweise bis über das Niveau der Bodenoberfläche
5 auf und erstreckt sich dabei bzw. seitlich aus dem Bohrturm 11 heraus, um vom
Bedienpersonal leichter mit Bohrstangen 7 gefüllt werden zu können.
Wenn sich der Wechslermotor 13 fluchtend zu der in der Entnahmeposition im
Magazin 19 aufgenommenen Bohrstange 7a befindet, kann der Wechslermotor 13
durch Längsbewegung entlang seiner Rotationsachse und gleichzeitige Drehung
des Gewindestutzens 34 auf die Bohrstange 7a geschraubt werden. Diese wird
dabei am Mitdrehen gehindert durch das Gewicht der auf ihr lastenden, darüber
liegenden Bohrstangen sowie ggf. eines zusätzlich in dem Magazin 19 abgelegten
Gewichtes 42. Durch Zurückfahren des Wechslermotors 13 zusammen mit der
Bohrstange 7a entlang der Rotationsachse des Wechslermotors 13 wird die
Bohrstange 7a aus dem Magazin 19 entnommen und kann an das Bohrgestänge 6
angefügt werden.
Oberhalb des unteren Endes des Magazins 19 ist im vertikalen Bewegungsweg der
mittels des Bohrstangenwechslers 12 transportierten Bohrstangen unterhalb des
Greifers 23 eine Schrägrutsche 24 so angeordnet, daß deren hochliegendes Ende
noch unterhalb des Greifers 23 liegt. Ein mittels des Bohrstangenwechslers 12 nach
oben in den Greifer 23 hinein beförderte Bohrstange 7 drückt dabei die
Schrägrutsche 24, welche um eine Schwenkachse aus diesem Bewegungsweg
herausgeklappt werden kann, zur Seite. Anschließend kippt die Schrägrutsche 24
aufgrund der Schwerkraft in die in Fig. 2b dargestellte Funktionslage zurück. In
dieser Funktionslage fallen zunächst vom Greifer 23 gehaltene Bohrstangen 7k
nach dem Loslassen in die Schrägrutsche 24 hinein und rollen entlang dieser
Schrägrutsche seitlich aus dem Bohrturm 11 heraus, wo sie vom
Bedienungspersonal für die Reinigung und Weiterbearbeitung entgegengenommen
werden.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden anhand der
Figuren beschrieben.
Es wird von einer bereits begonnenen Bohrung ausgegangen, die weiter
vorangetrieben werden soll.
In diesem Fall fährt der Wechslerschlitten 14 des Bohrstangenwechslers 12 nach
oben zur Entnahme einer neuen Bohrstange 7a aus dem Magazin 19. Dabei
befindet sich der Motorrahmen 16 mit dem Wechslermotor 13 in der horizontal am
weitesten vom Bohrloch zurückgezogenen Position, also am rechten Rand des
Startschachtes 2 in Fig. 1a.
Der Wechslerschlitten 14 wird dabei entlang der Führungen 15 soweit nach oben
gefahren, bis der Gewindestutzen 34, welcher mit dem Wechslermotor 13
drehgekoppelt ist, mit dem Gewinde der untersten, in der Entnahmeposition des
Magazins 19 befindlichen, Bohrstange 7a fluchtet. Dann wird der Gewindestutzen
34 auf seiner Rotationsachse nach links, also nach vorne, gegen diese Bohrstange
7a gefahren und vom Wechslermotor 13 drehend angetrieben, so daß der
Gewindestutzen 34 mit der Bohrstange 7a verschraubt wird. Dieses Aufschrauben
wird durch einen Zeitschalter, welcher mit dem Wechslermotor 1 3 gekoppelt ist, auf
eine bestimmte Zeitdauer von einigen Sekunden begrenzt.
Um ein Greifen der Gewinde des Gewindestutzens 34 und der Bohrstange 7a zu
ermöglichen, muß ein Druck in axialer Richtung vorhanden sein. Zu diesem Zweck
wird der Gewindestutzen 34 mit dem Wechslermotor 13 horizontal axial verfahren,
indem der Motorrahmen 16 gegenüber dem Wechslerschlitten 14 in Richtung der
Bohrachse 3 entlang der Motorrahmenführungen 17a, 17b verfahren wird. Dies
geschieht mit Hilfe eines am Wechslerschlitten 14 befestigten Hydraulikkolbens 37,
welcher den Motorrahmen 16 horizontal verschiebt.
Da das Aus- und Einfahren dieses Hydraulikkolbens 37 nicht so genau steuerbar ist,
wie es dem Axialfortschritt beim Einschrauben eines Gewindes mit definierter
Drehzahl entspricht, ist zwischen dem Hydraulikkolben 37 und dem dadurch
bewegten Motorrahmen 16 wenigstens eine Feder 38, vorzugsweise für beide
Bewegungsrichtungen jeweils eine Feder 38a, 38b zwischengeschaltet, um hier den
notwendigen Längenausgleich in Richtung der Bohrachse 3 zu gewährleisten.
Um weiterhin Fluchtungsfehler zwischen der Rotationsachse des Gewindestutzens
34 und der im Magazin befindlichen Bohrstange 7a auszugleichen, ist der
Gewindestutzen 34 vorzugsweise fest auf der Abtriebswelle des - hydraulischen
oder elektrischen - Wechslermotors 13 angeordnet, dieser Wechslermotor 13
jedoch nicht fest gegenüber dem Motorrahmen 16 angeordnet, sondern mit Hilfe
von Gummilagern beweglich, wodurch die Rotationsachse des Wechslermotors 1 3
gegenüber dem Motorrahmen 16 sowohl einen leichten Querversatz als auch eine
Winkeländerung vollziehen kann.
Die beschriebenen Ausgleichsfunktionen sind nicht nur für das Entnehmen einer
Bohrstange aus dem Magazin 19, sondern vor allem auch für das Ansetzen bzw.
Entnehmen einer Bohrstange auf der Bohrachse an bzw. vom Bohrgestänge 6
notwendig.
Anschließend wird der Motorrahmen 16 gegenüber dem Wechslerschlitten 14
wiederum in Richtung der Bohrachse 3 zurückverfahren, wodurch die Bohrstange
7a, die nun auf dem Gewindestutzen 34 sitzt, aus dem Magazin 19 entnommen
wird. Durch vertikales Herabfahren des Wechslerschlittens 14 entlang der
Führungen 15 wird diese Bohrstange 7a - die in Fig. 1a in dieser Transportstellung
als Bohrstange 7d eingezeichnet ist - nach unten verfahren bis auf die Bohrachse 3.
Durch Vorwärtsfahren des Motorrahmens 16 gegenüber dem Wechslerschlitten 14
in Fig. 1a nach links wird das vordere stirnseitige Ende 27 dieser Bohrstange mit
dem hinteren Ende der letzten Bohrstange eines bereits im Bohrloch befindlichen
Bohrgestänges 6 - wie in Fig. 3 eingezeichnet - in Kontakt gebracht. Durch die
gleichzeitige Drehung des Wechslermotors 13 wird diese neue Bohrstange auf das
Bohrgestänge hinten aufgeschraubt und das Bohrgestänge 6 dadurch verlängert.
Das Aufschrauben wird solange vollzogen, bis ein mit dem Wechslermotor 13
gekoppelter Drehmomentsensor ein ausreichend starkes Drehmoment beim
Verschrauben meldet. Während des Verschraubens ist die bisherige letzte
Bohrstange des Bohrgestänges 6 mittels der Drehbacke 33 des Bohrantriebes 9,
welcher sich dabei in einer relativ weit nach links vorgeschobenen Position befindet,
drehfest geklemmt.
Nach dem Ende der Drehung des Wechslermotors 13 wird diese Drehbacke 33
gelöst und der Bohrantrieb 9 - siehe Fig. 1a und Fig. 3 - nach rechts entlang seiner
zwei Führungen 29 soweit zurückverfahren, daß die Drehbacke 33 im Bereich der
letzten neu angesetzten Bohrstange 7 liegt, und von der Drehbacke 33 geklemmt
werden kann, um den Gewindestutzen 34 des Bohrstangenwechslers 1 2 durch
Rückwärtsdrehung des Wechslermotors 13 von der neu angesetzten Bohrstange 7
zu lösen.
Während dieses Lösens der Klemmbacke 33 und Zurückverfahrens des
Bohrantriebes 9 wird das Bohrgestänge 6 in der bisherigen Lage, sowohl axial als
auch hinsichtlich der Drehlage - bezüglich des Bohrloches 1 gehalten, indem die
nahe am Bohrloch am Bohrturm 11 befestigte Klemmbacke 21 das Bohrgestänge 6
klemmt. Beim Abschrauben des Gewindestutzens 34 wird der Motorrahmen 16
gegenüber dem Wechslerschlitten 14 wiederum horizontal mittels des
Hydraulikkolbens 37 nach hinten verfahren.
Nun kann - nach Lösen der Klemmbacke 21 - durch Vorwärtsfahren des gesamten
Bohrantriebes 9 das Bohrgestänge 6 um die Länge der neuen Bohrstange 7
vorwärtsgepreßt werden, indem der gesamte Bohrantrieb 9 mit Hilfe seiner
vorzugsweise beidseits angeordneten Hydraulikkolben 30 gegenüber dem
Bohrturm 11 entlang seiner Führungen 29 vorwärtsgeschoben wird, was mit einer
Kraft von etwa 2 t geschieht. Für die Richtungssteuerung wird das Bohrgestänge vor
dem Vorwärtspressen oder gleichzeitig unter Umständen mittels der Drehbacke 33
des Bohrantriebes 9 etwas um die Bohrachse 3 gedreht. Vor, während oder nach
dem Vorwärtsschieben des Bohrantriebes 9 wird der gesamte Bohrstangenwechsler
12 wiederum nach oben verfahren, um die nächste Bohrstange 7 aus dem Magazin
19 zu holen. Durch die vielfache Wiederholung dieses Vorganges wird das
Bohrgestänge 6 auf die gewünschte Länge ausgebaut und damit das Bohrloch 1 bis
zum Zielpunkt gesteuert vorwärtsgetrieben.
Insbesondere wenn das Bohrgestänge 6 vom Bohrantrieb 9 lediglich mittels
Kraftschluß sowohl für die Axialbewegung, als auch für die Drehbewegung
gehalten wird, kann es vorkommen, daß unerwünschterweise das Bohrgestänge 6
gegenüber der Klemmbacke 33 des Bohrantriebes 9, oder auch gegenüber dem
am Bohrturm 11 befestigten Klemmbacke 21 durchrutscht.
Um dies zu bemerken, und anschließend auch die Soll-Lage zwischen Bohrantrieb
9 und dem Bohrgestänge 6 wieder einnehmen zu können, sind am Bohrantrieb 9,
vorzugsweise an dessen Gehäuse 35, wenigstens ein Sensor 28, vorzugsweise
jedoch drei Sensoren 28a, 28b, 28c angeordnet. Diese vorzugsweise als
Indukivsensoren ausgebildete Sensoren 28 stellen die axiale Relativlage zu der im
Bereich des Bohrantriebes 9 befindlichen Bohrstange 7 fest, indem der eine Sensor
28a reagiert, wenn ihm die Ringnut 18 dieser Bohrstange 7 genau gegenüber liegt.
Falls das Bohrgestänge 6 in Richtung der Bohrachse 3 gegenüber dem Bohrantrieb
9 durchrutscht, verläßt die Ringnut 18 den Bereich dieses Sensors 28a, und dieser
gibt ein Fehlersignal ab.
Da auf beiden Seiten in Richtung der Bohrachse 3 benachbart die beiden anderen
Sensoren 28b, 28c angeordnet sind, muß die Ringnut 18 einen der beiden
Sensoren 28b, 28c überlaufen haben, welcher ein entsprechendes Signal
produziert hat. Dadurch ist die Verschieberichtung des Bohrgestänges 6 gegenüber
dem Bohrantrieb 9 bekannt und - vorzugsweise nach Fixierung des Bohrgestänges
6 im Bohrloch 1 mittels der fest am Bohrturm angeordneten Klemmbacke 21 - wird
der Bohrantrieb 9 wieder so in Richtung der Bohrachse 3 verfahren, daß der Sensor
28a der Ringnut 18 gegenüberliegt, also die Soll-Lage wieder eingenommen wird.
Das Entnehmen des Bohrgestänges 6 aus dem Bohrloch 1 durch Zurückziehen -
wobei in der Regel gleichzeitig die gewünschte Leitung durch Befestigung am
vorderen Ende des Bohrgestänges 6 in das Bohrloch 1 eingezogen wird - geht wie
folgt vor sich:
Zunächst ist am Bohrantrieb 9 ein nicht dargestellter Abstreifer, meist bestehend aus einer oder mehreren Gummilippen oder einer Gummitülle, vorgesehen, um das aus dem Bohrloch 1 zurückgezogene Bohrgestänge 6 grob zu reinigen.
Zunächst ist am Bohrantrieb 9 ein nicht dargestellter Abstreifer, meist bestehend aus einer oder mehreren Gummilippen oder einer Gummitülle, vorgesehen, um das aus dem Bohrloch 1 zurückgezogene Bohrgestänge 6 grob zu reinigen.
Bei Beginn des Rückzugsvorganges hält die Klemmbacke 33 des Bohrantriebes 9
die hinterste Bohrstange des Bohrgestänges 6, wobei sich der Bohrantrieb 9 in der
gegen das Bohrloch 1 vorgeschobenen Position am linken Rand des Startschachtes
1 in Fig. 1a, befindet.
Von dieser Position aus wird der Bohrantrieb 9 nach rechts um die Länge einer
Bohrstange 7 zurückgezogen, dann das Bohrgestänge 6 im Bohrloch 1 fixiert,
indem die am Bohrturm 11 angeordnete Klemmbacke 21 die nun vorletzte oder
eine weiter vorne liegende Bohrstange des Bohrgestänges 6 fixiert.
Dann wird die vorletzte Bohrstange des Bohrgestänges 6 von der Losbrechbacke 32
geklemmt. Anschließend wird der Gewindestutzen 34 - bei dieser Bauweise
zusammen mit dem Wechslermotor 13 - in fluchtende Lage mit der Bohrachse 3
gebracht und dann mittels der vorbeschriebenen Mittel auf das hintere Ende des
Bohrgestänges 6 aufgeschraubt, indem der Gewindestutzen 34 vorwärts, also in
der Regel im Uhrzeigersinn, gedreht und gleichzeitig durch die vorbeschriebenen
Mittel nach vorne gegen das hintere Ende verfahren wird, bis eine ausreichend
feste Verschraubung zwischen dem Gewindestutzen 34 des Bohrstangenwechslers
12 und der letzten Bohrstange 6 gegeben ist, was insbesondere durch
Drehmomentüberwachung bei diesem Aufschrauben kontrolliert wird. Nun wird die
Drehbacke 33 um die Bohrachse 3 um etwa 1/2 Umdrehung nach links, also in
Öffnungsrichtung des Gewindes, gedreht, wodurch die Gewindeverschraubung
zwischen der letzten und der vorletzten Bohrstange des Bohrgestänges 6
aufgebrochen wird.
Nun entläßt die Drehbacke 33 des Bohrantriebes 9 diese letzte Bohrstange 7 und
fährt gegen das Bohrloch 1 nach vorne, um die nunmehr letzte Bohrstange des
Bohrgestänges 6 zu ergreifen und wiederum soweit aus dem Bohrloch heraus
zurückzuziehen, daß sie wie vorbeschrieben vom Bohrgestänge 6 entfernt werden
kann. Gleichzeitig oder anschließend wird die aufgebrochene Verschraubung durch
den Gewindestutzen 34 und Wechslermotor 13 zusammen mit der darauf
befindlichen ursprünglich letzten Gewindestange durch Drehen des Gewindes in
Rückwärtsrichtung (Linksdrehen) und gleichzeitig im Verfahren des
Bohrstangenwechslers nach hinten, vom Bohrgestänge weg, vollständig gelöst.
Vorher oder gleichzeitig wird die auf dem Gewindestutzen 34 befindliche
Bohrstange durch Hochfahren des Wechslerschlittens 14 und eventuell
gleichzeitiges Nachlinksverfahren des Motorrahmens 16 gegenüber dem
Wechslerschlitten 14 - in den Greifbereich des Greifers 23 im oberen Bereich des
Bohrturmes 11 gebracht. Zu diesem Zweck muß das Magazin 19 aus dem
vertikalen Bewegungsweg der Bohrstange herausgenommen werden durch
Hochziehen oder Wegklappen des Magazins 19 gegenüber dem Bohrturm 11.
Weiterhin drückt die so transportierte Bohrstange vor Erreichen des Greifers 23 die
schwenkbar gelagerte Schrägrutsche 24 aus ihrem Bewegungsweg zur Seite.
Nach dem Schließen des Greifers 23 mit Hilfe dessen Kolben 23′ wird die
Bohrstange 7k wie in Fig. 2b ersichtlich vom Greifer 23 gehalten, und der
Gewindestutzen 34 kann durch Rückwärtsdrehen des Wechslermotors 13 und
gleichzeitige Rückwärtsverfahrung des Motorrahmens 16 gegenüber dem Schlitten
14 gelöst werden.
Durch Öffnen des Greifers 23 fällt diese Bohrstange 7k in die inzwischen aufgrund
der Schwerkraft in die in Fig. 2b zurückgefallene Schrägrutsche 24 und rollt entlang
dieser Schrägrutsche seitlich aus dem Bohrturm 11 heraus für die weitere
Behandlung durch das Bedienungspersonal.
Gleichzeitig oder anschließend wird der Bohrstangenwechsler 12 nach unten
verfahren zum Entnehmen der nächsten Bohrstange vom Bohrgestänge 6.
Claims (27)
1. Verfahren zum Erstellen von langen, im wesentlichen horizontalen
Bohrlöchern (1) im Boden, von einem in der Tiefe liegenden, vorgegebenen
Startpunkt aus, mit einem Bohrantrieb (9), sowie einem aus einer Vielzahl von
Bohrstangen (7) bestehenden Bohrgestänge (6),
dadurch gekennzeichnet, daß
- - von einem im wesentlichen vertikalen Startschacht (2) aus das Bohrloch (1) direkt in der gewünschten Tiefe und Richtung (Bohrachse 3) begonnen wird,
- - beim Einbringen des Startschachtes (2) dessen Querschnitt (4) gegenüber der Größe des Querschnittes an der Bodenoberfläche (5) nicht erweitert wird, und
- - die dem Bohrgestänge (6) hinzuzufügende bzw. von diesem zu entfernenden Bohrstangen (7) in der der Bohrachse (3) entsprechenden horizontalen Lage in den Startschacht (2) abgesenkt bzw. aus diesem herausgehoben werden, wobei das Ansetzen bzw. Entfernen an bzw. von dem Bohrgestänge (6) im Startschacht (2) auf der Bohrachse (3) geschieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Bohrloch (1) durch Vorwärtspressen eines Bohrgestänges (6) erzeugt wird,
wobei das Bohrgestänge das Bodenmaterial lediglich zur Seite drückt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bohrloch (1) zum Einziehen von
Leitungen dient, welche an einen Hauptstrang (8) angeschlossen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Startschacht (2) so eingebracht wird, daß sich der anzuschließende Hauptstrang
(8) quer zur Bohrachse (3) durch den unteren Bereich des Startschachtes (2)
hindurch erstreckt, und die Bohrachse (3) des Bohrloches (1) im Bereich,
vorzugsweise unmittelbar über oder unter, dem Hauptstrang (8) verläuft.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Startschacht (2) so eingebracht wird, daß sich der Hauptstrang (8) auf der dem
Bohrloch (1) gegenüberliegenden Seite des Startschachtes (2) durch diesen
hindurch erstreckt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einhaltung der Soll-Lage in axialer Richtung der mit dem Bohrantrieb (9)
momentan verbundenen Bohrstange (7) permanent überwacht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bohrantrieb für das Vorwärtspressen bzw. Zurückziehen des Bohrgestänges (6)
im Startschacht (2) auf der Bohrachse (3) zwischen dem Beginn des Bohrloches (1)
und der auf der gegenüberliegenden Seite, insbesondere oberhalb des
Hauptstranges (8) verlaufenden, Transportschneise (10) für die anzuliefernden bzw.
abzutransportierenden Bohrstangen (7) hin- und herbewegt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Bohrgestänge (8) mit dem Bohrantrieb (9) lediglich mittels Kraftschluß
verbunden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Bohrgestänge (6) mit dem Bohrantrieb (9) wenigstens in Längsrichtung des
Bohrloches (1) formschlüssig am Außenumfang des Bohrgestänges (6) gehalten
wird.
9. Vorrichtung zum Erstellen eines langen, im wesentlichen horizontalen
Bohrloches von einem in der Tiefe liegenden, vorgegebenen Startpunkt aus, mit
einem Bohrantrieb (9), sowie einem aus einer Vielzahl von Bohrstangen (7)
bestehenden Bohrgestänge (6),
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Vorrichtung einen in einen vertikalen Startschacht (2) im Boden wenigstens teilweise absenkbaren Bohrturm (11) umfaßt,
- - das Bohrgestänge (6) ein in Querrichtung wenig auslenkbares, sehr stabiles Bohrgestänge ist,
- - die einzelnen Bohrstangen (7a, 7b, 7c) des Bohrgestänges (6) kürzer sind als die größere Längserstreckung des freien horizontalen Querschnittes (4′) im Inneren des Bohrturmes (11).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung einen im wesentlichen sich vertikal erstreckenden
Bohrstangenwechsler (12) umfaßt, welcher die Bohrstangen (7a, 7b, 7c in der
im wesentlichen horizontalen, durch die Bohrachse (3) vorgegebenen Orientierung
in den Startschacht (2) bis auf die Bohrachse (3) einbringt.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bohrantrieb (9) entlang der Bohrachse (3) im Bohrturm (11) zwischen einer
vorgeschobenen Lage nahe am Beginn des Bohrloches (1) und einer
zurückgezogenen Lage nahe an dem Bohrstangenwechsler (12) hin- und
herbewegbar ist und der Bohrstangenwechsler (12) auf der dem Bohrloch (1)
gegenüberliegenden Seite des Bohrturmes (11) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bohrstangen (7a, 7b, 7c) in jeweils gleicher axialer Position vom Außenumfang
her radial nach innen ragende Vertiefungen, insbesondere eine umlaufende
Ringnut (18), aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bohrantrieb (9) eventuell einen Sensor (28) zur Kontrolle der Soll-Lage der vom
Bohrantrieb gehaltenen Bohrstange (7) und damit des Bohrgestänges (6) in axialer
Richtung gegenüber dem Bohrantrieb (9) umfaßt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Sensoren (28) auf die Ausnehmungen bzw. Ringnut (18) der Bohrstange (7)
ansprechen.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bohrantrieb (9) formschlüssig in die Ausnehmungen bzw. Ringnut (18)
eingreifende Vorsprünge zum formschlüssigen Halten der Bohrstange (7) bzw. des
Bohrgestänges (6) aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bohrstangenwechsler (12) einen vorzugsweise hydraulisch angetriebenen
Wechslermotor (13) umfaßt, welcher fest auf einem Motorrahmen (16) angeordnet
ist, wobei der Motorrahmen (16) entlang von Motorrahmenführungen (17) entlang
der im wesentlichen horizontalen Bohrachse (3) gegenüber einem Wechslerschlitten
(14) verfahrbar ist, und
- - der Wechslerschlitten (14) entlang im wesentlichen vertikaler Schlittenführungen (15) gegenüber dem Bohrturm (11) verfahrbar ist, um den Wechslermotor (13) zwischen der Bohrachse (3) und einem Magazin (19) für Bohrstangen (7) hin- und herbewegen zu können.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Magazin (19) für die Bohrstangen (7) oberhalb der Bohrachse (3) angeordnet
ist und im wesentlichen aus einer hohlprofilartigen Umfassung (20) für die darin
übereinander in horizontaler Orientierung gestapelten Bohrstangen (7a, 7b, 7b)
besteht.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Umfassung (20) des Magazins (19) vertikal oder schräg ansteigend angeordnet
ist und bei einem für den Bohrbetrieb abgesenkten Bohrturm (11) mit seinem
unteren Ende innerhalb des Bohrturmes (11) und mit seinem oberen Ende oberhalb
der Bodenoberfläche (5) und vorzugsweise außerhalb des Bohrturmes (11)
angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Motorrahmen (16) zusammen mit dem Wechslermotor (13) gegenüber dem
Wechslerschlitten (14) mit Hilfe wenigstens eines Hydraulikkolbens (37) verfahrbar
ist, wobei der Hydraulikkolben (37) an dem Motorrahmen (16) mittels wenigstens
einer dazwischen angeordneten Feder (38) als Längenausgleich angreift.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Motorrahmenführungen (17) zum Verfahren des Motorrahmens (16) gegenüber
dem Wechslerschlitten (14) in Querrichtung einseitig gegenüber der Bohrachse (3)
stark beabstandet angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Wechslermotor (13) für das Ansetzen bzw. Lösen einer zusätzlichen Bohrstange
(7) am bzw. vom Bohrgestänge (6) über ein Zeitschaltglied verfügt.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bohrstangenwechsler (12) einen angetriebenen Gewindestutzen (34) aufweist,
welcher in das in der rückwärtigen Stirnseite (26) jeder Bohrstange (7) vorhandene
Gewinde zum Verbinden der Bohrstangen (7) miteinander eingeschraubt werden
kann.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Entnahmeposition aus dem Magazin (19) für Bohrstangen (7) die Position der
untersten im Magazin (19) liegenden Bohrstange ist und beim Einschrauben des
Gewindestutzens (34) des Wechslermotors (1 3) in die auf der Entnahmeposition
liegende unterste Bohrstange (7) im Magazin (19) diese gegen ein Mitdrehen mit
dem Gewindestutzen (34) ausschließlich durch Reibung am Umfang dieser
Bohrstange (7a), insbesondere durch das Gewicht der darauf lastenden anderen
Bohrstangen (7b, 7c, . . .) sowie eines daraufgelegten zusätzlichen Gewichts (42)
behindert wird.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
am Bohrturm (11) unmittelbar am Bohrloch (1) ein fest angeordneter Klemmbacken
(21) zur Fixierung des Bohrgestänges (6) in axialer Richtung angeordnet ist.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bohrturm (11), vorzugsweise unterhalb der Bohrachse (3), wenigstens einen in
Richtung der Bohrachse (3) verlaufenden Klemmzylinder (22) aufweist, mit welchen
der Bohrturm (11) im Startschacht (2) verklemmt werden kann.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Bereich des Bohrstangenwechslers am oberen Ende des Verfahrweges dessen
Wechslerschlitten (14) eine Halteeinheit, insbesondere in Form eines nach unten
offenen Greifers (23), angeordnet ist zum Halten der Bohrstange (7) während des
Herausdrehens des Gewindestutzens (34) des Wechslermotors (13) zum Ablegen
der Bohrstange (7) nach deren Entfernung.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Greifer (23) oberhalb einer klappbaren Schrägrutsche (24) angeordnet ist,
welche um eine Achse so klappbar ist, daß sie durch eine von unterhalb mittels des
Bohrstangenwechslers (12) herantransportierte Bohrstange (7) aus dem
Bewegungsweg dieser Bohrstange (7) zwischen der Bohrachse (3) und dem darüber
angeordneten Greifer (23) herausklappbar ist.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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