DE19649572C2 - Bohrvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung, wie sie zum Einbringen von Bohrungen ins Erdreich über lange Distanz und vorzugsweise zum Einbringen von sogenannten Horizontalbohrungen verwendet wird, welche insbesondere beim Einsatz in Horizontalbohrmaschinen sowohl ein störungsfreies und schnelles Einbringen der Bohrung als auch ein zuverlässiges Einziehen der Rohrleitung ohne Beschädigung der Rohrleitung sicherstellt. Eine derartige Bohrvorrichtung besteht aus einer mehrteiligen Bohrstange, einem Bohrkopf, einem Einzugskopf zum Einziehen einer Rohrleitung in das Bohrloch und einer Spannbacke zum Halten und Vorwärts- bzw. Rückwärtsschieben der Bohrstange und kennzeichnet sich dadurch, daß am Einzugskopf am einen Ende ein Drehteil zum Befestigen der einzuziehenden Rohrleitung drehbar, axial fest angeordnet ist und am anderen Ende des Einzugskopfes das Ende der Bohrstange axial verschiebbar, drehfest angeordnet ist.

Description

I. Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung, wie sie zum Einbringen von Bohrungen ins Erdreich über lange Distanz und vorzugsweise zum Einbringen von sogenannten Horizontalbohrungen verwendet wird.

II. Technischer Hintergrund

Dabei wird mit Hilfe einer Horizontalbohrmaschine die Bohrung flach, schräg oder gar konkret horizontal in das Erdreich eingebracht, um Versorgungsleitungen etc. in einer bestimmten Tiefe unter der Erdoberfläche von Punkt A nach Punkt B zu verlegen.

Das Besondere derartiger Horizontalbohrungen gegenüber Vertikalbohrungen besteht darin, daß bei einer Horizontalbohrung als Endpunkt ein offener Schacht oder eine andere zugängliche Stelle angefahren wird, so daß das Einziehen der Rohrleitung in das Bohrloch nicht in Vorwärts-, sondern in Rückwärtsrichtung des Bohrfortschritts erfolgt. Dabei wird nach Vollenden der Bohrung, also unter Belassen der Bohrstange im Bohrloch, am zugänglichen Zielpunkt der bisherige Bohrkopf am vorderen Ende der Bohrstange ausgewechselt gegen einen Einziehkopf, an welchem die Rohrleitung, meist ein etwas flexibles, endloses Kunststoffrohr, befestigt wird. Durch das Zurückziehen der Bohrstange durch das Bohrloch zum Bohrturm bzw. zur Bohrlafette hin wird die Rohrleitung in das Bohrloch eingezogen.

Der Aufweitkopf hat dabei die Aufgabe, während des Rückzuges und Einziehens der Rohrleitung einerseits das Bohrloch nochmals radial geringfügig aufzuweiten, und dabei vor allem die umgebenden Wände des Bohrloches soweit zu befestigen, daß durch hereinfallende Steine etc. das Einziehen des Rohres nicht behindert bzw. das an dem Stein vorbeigleitende Rohr nicht beschädigt wird.

Weiterhin soll die Rohrleitung während des Einziehens möglichst geringen zusätzlichen Belastungen ausgesetzt werden.

Weiterhin soll die Bohrvorrichtung beim Einbringen der Bohrung trotz einfachen und störungsarmen Betriebes leicht und präzise hinsichtlich der Bohrrichtung steuerbar sein, und einen schnellen und zuverlässigen Bohrfortschritt gewährleisten.

So zeigt die EP 0 209 217 A2 Bohrvorrichtung zum Horizontalbohren, die eine mehrteilige Bohrstange, einen Aufweit- und Einzugskopf sowie ein Drehteil zum Befestigen der einzuziehenden Rohrleitung aufweist. Auch ein Bohrkopf zum Einbringen der Pilotbohrung ist vorgesehen.

Darüber hinaus zeigt die US 5 176 211 eine Bohrvorrichtung, welche einen Drehverbinder zwischen einem Aufweitkopf und einem einzuziehenden Rohr offenbart.

III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe

Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Bohrvorrichtung zu schaffen, welche insbesondere beim Einsatz in Horizontalbohrmaschinen sowohl ein störungsfreies und schnelles Einbringen der Bohrung als auch ein zuverlässiges Einziehen der Rohrleitung ohne Beschädigung der Rohrleitung sicherstellt.

b) Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Bohrvorrichtung, welche in der Regel neben der mehrteiligen Bohrstange aus dem daran befestigbaren Bohrkopf, dem statt dessen einsetzbaren Aufweitkopf und einer Spannbacke zum Erfassen und Vorwärtsschieben bzw. Rückwärtsziehen der Bohrstange besteht, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dabei kommt es beim Einziehen der Rohrleitungen vor allem darauf an, die Rohrleitung außer der durch das Einziehen und die Reibung an den Bohrungswänden auftretenden Belastungen möglichst wenigen zusätzlichen Belastungen auszusetzen.

Die den Aufweitkopf tragende Bohrstange, die aus einer Vielzahl von Teilen zusammengesetzt ist, wird während des Rückzuges der Bohrvorrichtung Stück für Stück am Ausgangspunkt der Bohrung wieder abgebaut. Da die einzelnen Teile der Bohrstange in der Regel über ein Gewinde in Längsrichtung miteinander verschraubt sind, bedeutet dies beim Lösen dieser Verschraubung einen Längsversatz der Bohrvorrichtung, um die Länge dieses Gewindes.

Damit beim Lösen der Verschraubungen zwischen den einzelnen Teilen der Bohrvorrichtung nicht jedesmal die eingezogene bzw. teilweise eingezogene Rohrleitung durch diese Längsverschiebung gestaucht wird, ist an der Verbindungsstelle zwischen der Bohrstange und dem Einzugskopf ein drehfester, jedoch axial beweglicher Längenausgleich hierfür vorgesehen. Dieser Längenausgleich ist insbesondere mittels einer Feder in die Normallage, also bei verschraubten Gewinde zwischen den einzelnen Teilen der Bohrstange, vorgespannt. Besonders vorteilhaft besteht dieser Längenausgleich in einer Schiebemutter, welcher das vorderste Teil der Bohrvorrichtung eingeschraubt ist. Diese Schiebemutter besitzt einen unrunden, z. B. viereckigen oder sechseckigen, Außenumfang, und ist in einem entsprechenden Innenumfang des Einzugkopfes verschieblich gelagert. Zusätzlich ist dieser Einzugskopf stirnseitig mit einem Deckel verschlossen, durch den das vordere Ende der Bohrvorrichtung in die Öffnung und damit zur Verschiebemutter hineinragt, wobei der Deckel am Umfang abdichtend am Außenumfang der Bohrvorrichtung anliegt, um das Vordringen von Schmutz zu der Verschiebemutter und deren beaufschlagende Feder zu vermeiden.

Am anderen Ende des Verschiebekopfes ist die einzuziehende Rohrleitung bzw. das die Rohrleitung klemmende Ansatzteil, bestehend aus zwei miteinander zusammenwirkenden konischen Ringflächen mit dem Einzugskopf verbunden.

Da es beim Zurückziehen der Bohrvorrichtung des öfteren vorkommt, daß die Bohrvorrichtung mit der zur Verfügung stehenden Kraft nicht weiter rückwärtsbewegt werden kann, aufgrund von Erdreich oder Steinen, die sich zwischen die Bohrvorrichtung und den Wandungen der Bohrung verklemmen, wird in diesen Fällen dann versucht, das weitere Zurückziehen der Bohrvorrichtung zu bewirken, indem die Bohrvorrichtung zusätzlich oder statt der Rückzugsbewegung gedreht wird. Würde eine derartige Drehung auf die an der Bohrvorrichtung befestigte Rohrleitung weitergegeben werden, würde dies - insbesondere bei einem erst kurzen eingezogenen Stück der Rohrleitung - zu einer unerwünschten Torsionsbelastung der Rohrleitung führen. Aus diesem Grund ist die Rohrleitung zwar axial fest, jedoch drehbar am Einzugskopf befestigt, indem das Ansatzteil der Rohrleitung an einem Drehteil befestigt ist, welches in dem Einzugskopf drehbar gelagert ist. Das Drehteil weist zu diesem Zweck einen radial vorspringenden Kopf auf, der in einer stirnseitigen Öffnung des Einzugskopfes frei drehbar gelagert ist, und in axialer Richtung gehalten wird, indem die Öffnung wiederum durch einen Stirndeckel verschlossen wird, dessen Durchgangsöffnung dem Durchmesser des Schaftes des Drehteiles entspricht und damit kleiner ist als der Außendurchmesser des radial vorstehenden Kopfes des Drehteiles.

Auch in diesem Fall ist dieser Stirndeckel gegenüber dem durchdringenden Schaft des Drehteiles mittels einer Dichtung abgedichtet, um das Vordringen von Verschmutzungen in das Innere des Einzugskopfes und das dort gelagerte Drehteil zu vermeiden.

Um die stirnseitigen Reibkräfte bei Erfolgen der Drehung zwischen dem Drehteil und dem Einzugskopf zu vermindern, sind beidseits von den Stirnflächen des radial vorspringenden Kopfes des Drehteiles Gleitscheiben bzw. Gleitringe aus einem reibungsarmen Material, etwa einem Kunststoff, insbesondere aus Teflon, zwischen dem Drehteil und den anliegenden Flächen des Einzugskopfes angeordnet. Ansonsten besitzt das Drehteil möglichst kein axiales Spiel gegenüber dem Einzugskopf, um nicht nach dem Entfernen jedes einzelnen Teiles der Bohrstange neu einsetzenden Zug eine nach Aufbrauchen des Axialspiels schlagartig einsetzenden Zugbelastung auf die Rohrleitung auftreten zu lassen, sondern diese Zugbelastung mit ansteigender Zugkraft vom Bohrturm aus langsam in der Rohrleitung ansteigen zu lassen.

Die vorbeschriebenen Funktionen des Längenausgleichs und der Drehbarkeit zwischen Bohrstange und einzuziehender Rohrleitung, vermittelt durch den Einzugskopf, können auch an den jeweils anderen stirnseitigen Enden des Einzugskopfes angeordnet sein, und insbesondere auch funktionsvereinigt sein.

Weiterhin weist der Einzugskopf - neben der aufweitenden und die Bohrungswandung verdichtenden Schräge, welche am Anfang des Einzugskopfes in Rückzugsrichtung angeordnet ist - wenigstens in einem Längsbereich einen unrunden, vorzugsweise mit gegenüberliegenden parallelen Flächen, beispielsweise viereckig oder sechseckig ausgebildeten, Außenumfang auf, welcher dem Ansetzen einer Backenbremse dient. Diese Backenbremse ist notwendig, um nach vollständigem Einziehen der Rohrleitung und damit einem im Bohrturm angekommenen Einzugskopf über Schrauben zwischen Einzugskopf und Bohrstange zu lösen. Diesen Zweck wird mittels der Backenbremse der Einzugskopf in einer bestimmten Drehlage festgehalten, und das im Einzugskopf fest verschraubte vorderste Teil der Bohrstange losgebrochen.

Um die Ankunft des Einzugskopfes am Bohrturm zu erkennen, weist dieses vorderste Teil der Bohrstange eine Endpositionsnut auf. Diese über den Umfang umlaufende, ringförmige Nut wird von einem am Bohrturm befestigten Sensor erkannt, indem im Bereich der Nut die Oberfläche der Bohrvorrichtung zum Sensor einen anderen Abstand einnimmt als in den nicht durch die Nut abgesenkten Umfangsbereichen.

Da die Endpositionsnut eine andere Tiefe und/oder andere axiale Erstreckung aufweist als die übrigen, jeweils in gleicher Position in jedem Teil der Bohrstange vorhandenen Positionsnuten, kann durch den gleichen Sensor die Ankunft des Einzugskopfes erkannt werden, welcher ansonsten beim Einbringen der Bohrung erkennt, daß das zuletzt montierte Teil der Bohrstange seine vorderste Position erreicht hat und durch ein nachfolgendes Teil der Bohrvorrichtung ergänzt werden muß.

Dabei hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Positionsnuten und unter anderem auch die Endpositionsnut mit einem Material, insbesondere einem Kunststoff oder Kunstharz, auszufüllen, auf welches der abtastende Sensor nicht reagiert, um eine glattflächige Außenkontur der Bohrvorrichtung zu erzielen, und das Absetzen von Verschmutzungen in den Positionsnuten zu vermeiden.

Da insbesondere bei kleinen Horizontalbohrmaschinen, bei welchen der Bohrbeginn von einem vertikalen Startschacht aus erfolgt, in welchen ein Bohrturm abgesenkt wird, so daß die Bohrungsrichtung tatsächlich auch bereits zu Beginn der Bohrung horizontal erfolgt, besteht die Bohrstange aus relativ kurzen Teilen von etwa 15-40 cm Länge. Diese Teile sind über ein kegeliges Endgewinde miteinander verschraubt.

Auch bei derartigen kleinen Horizontalbohrmaschinen, die von einem senkrechten Startschacht aus arbeiten, soll die Richtung der Bohrung gesteuert werden können, und zu diesem Zweck auch während der laufenden Bohrung verändert werden können.

Im Gegensatz zu großen Horizontalbohrmaschinen, die von einer schräg gegen die Bodenfläche gerichteten Lafette aus arbeiten, und die Bohrung mit Unterstützung durch Hochdruck-Wasser, welches das Bohrloch ständig ausspült, vorwärtsbringen, wird bei den sogenannten kleinen Horizontalbohrmaschinen die Bohrvorrichtung ausschließlich durch hydraulisches Vorwärtspressen in Bohrrichtung vorwärtsgebracht.

Dabei geschieht die Richtungssteuerung des Bohrkopfes dadurch, daß der Bohrkopf an seinem vorderen Ende eine asymmetrische, sich über die Längsmitte des Bohrkopfes hinweg erstreckende Schräge aufweist, so daß die Winkellage der Schräge, die durch eine Drehung der Bohrvorrichtung gesteuert werden kann, bei weiterem Vorwärtsschieben die seitliche Ablenkung des Bohrkopfes in die gewünschte Richtung bewirkt.

Um dabei die auf die Vielzahl der zwischen den Teilen der Bohrvorrichtung vorhandenen Gewindeverschraubungen, die in der Summe nie ganz spielfrei sind, keinen zu hohen Querbelastungen auszusetzen, hat es sich insbesondere von Vorteil erwiesen, diese Schräge nur mit einem Winkel von 20-30° zur Senkrechten auszustatten und nur geringfügig über die Längsmitte des Bohrkopfes verlaufen zu lassen. Dadurch wird - betrachtet in Achsrichtung - die stirnseitige Front des Bohrkopfes nur zu etwa ¾ von dieser Steuerschräge des Bohrkopfes gebildet, während die restlichen 20-25% als quer zur Längsachse des Bohrkopfes stehende Stirnfläche verbleiben, und auch nicht als Gegenschräge etc. ausgebildet werden. Dies erhöht zwar den Widerstand beim Vorwärtsschieben des Bohrkopfes, verbessert aber die Steuerbarkeit der Bohrvorrichtung erheblich. Eine weitere Verbesserung ergibt sich dadurch, daß der vorderste Teil des Bohrkopfes eine zylindrische Außenkontur aufweist, in welchen sich auch die Steuerungsschräge, und insbesondere nur in diesem zylindrischen Teil, befindet. An diesen zylindrischen Teil schließt sich ein kegeliger Aufweitungsteil des Bohrkopfes an, in den sich die Steuerungsschräge nicht mehr hineinerstreckt, wodurch der Auslenkungswinkel der Richtungssteuerung besser konstant gehalten werden kann.

Zusätzlich muß für das Einbringen und Zurückziehen der Bohrvorrichtung sichergestellt werden, daß die die Bohrstange bewegende Spannbacke zuverlässig ohne Schlupf die Bohrvorrichtung ziehen oder schieben kann. Die Übertragung der Kräfte in Axialrichtung auf die Bohrvorrichtung ist zwar am zuverlässigsten durch Formschluß, also z. B. Ergreifen der Bohrvorrichtung in die jeweiligen Ringnuten etc., möglich, jedoch besteht dabei die Gefahr eines Verhakens der Bohrvorrichtung im Bohrloch, an Steinen etc. Aus diesem Grund greift die Spannbacke vorzugsweise lediglich mittels Reibschluß am Außenumfang der einzelnen Teile der Bohrstange an.

Da gerade beim Zurückziehen der Bohrvorrichtung der Außenumfang der Bohrstange verschmutzt ist, werden gemäß der Erfindung besondere Vorkehrungen an der Spannbacke, die sich über mehrere, z. B. drei Segmente, um den Außenumfang der Bohrstange herum erstreckt, getroffen:

Die drei Segmente sind lose miteinander verbunden, indem in den gegeneinander gerichteten Kontaktflächen Ausnehmungen untergebracht sind, in welche die beiden Hälften von den Spalt zwischen zwei benachbarten Segmenten überbrückenden Federn hineinragen.

Da vor allem das Eindringen von Schmutz in die Aussparungen der Federn vermieden werden muß, sind zusätzlich radial innerhalb dieser Aussparungen für die Federn in den Kontaktflächen jeweils wenigstens ein Schlitz angeordnet, so daß eine Platte mit ihren beiden entgegengesetzten Enden in diese Schlitze eingesetzt werden kann, die somit ebenfalls die Lücke wischen zwei benachbarten Segmenten überdeckt, wobei sich die Platte und damit die Schlitze vorzugsweise über die gesamte axiale Länge der Spannbacken erstrecken. Die Platte ist dabei möglichst spielarm bzw. spielfrei in den Schlitzen geführt.

Zusätzlich ist der Innenumfang der Spannbacke bzw. deren Segmente nicht kreisförmig wie der Außenumfang der Bohrstange ausgeführt, sondern weist nach innen gerichtete, in Umfangsrichtung betrachtet, nur schmale, Erhebungen, vorzugsweise nur eine Erhebung pro Segment, auf, mit welchen die Spannbacke am Außenumfang der Bohrstange anliegt.

Da diese Erhebungen weniger als 20% der Umfangslänge der Bohrstange betragen, wird bei konstant gehaltener, radial nach innen gerichteter Spannkraft die Flächenpressung zwischen Spannbacke und dem in der Regel massiven und damit sehr belastbaren Bohrstange auftretenden Flächenpressungen stark erhöht. Dadurch ist eine rutschfreie Anlage gewährleistet, die zusätzlich durch ringförmig, also quer zur Zug- bzw. Schubrichtung verlaufende V-Nuten in den Erhebungen weiter verbessert wird. Um auch in dem radial zwischen der abschiebenden (???) Platte und dem Innenumfang der Spannbacke verbleibenden Bereich der Lücke zwischen den Segmenten der Spannbacke das Ablagern von Schmutz zu verhindern, welches das Spannen der Spannbacke verhindert, ist möglichst nah an dem Schlitz für die Platte beginnend eine - betrachtet in Achsrichtung - den die Lücke zwischen den Segmenten radial nach innen aufweitende Schräge angeordnet. Durch diese Schräge wird beim Gegeneinanderpressen der einzelnen Segmente und damit beim Spannen der Spannbacke vorhandener Schmutz radial nach innen aus der Lücke herausgepreßt, und verhindert dabei auch nicht die Anlage der Spannbacke am Außenumfang der Bohrstange, da sich die am Innenumfang der Spannbacke ausgebildeten Erhebungen nicht unmittelbar neben der Schräge, sondern von diesen entfernt, vorzugsweise jeweils in der Mitte eines jeden Segmentes, befinden.

Erst durch die Kombination der vorbeschriebenen Weiterbildungen an den einzelnen Teilen der Bohrvorrichtung, also am Bohrkopf, Einzugskopf und Bohrstange sowie Spannbacke läßt sich ein zuverlässig funktionierender Bohrfortschritt bzw. Einzug der Rohrleitung gewährleisten. Dabei werden die Weiterbildungen am Einzugskopf durch die spezifischen Eigenschaften der mittels Kleinbohrgeräten in der Regel eingezogenen Kunststoffrohrleitungen bedingt, und andererseits durch die bei diesen Kleinbohrgeräten verwendete spezielle Ausgestaltung der Bohrstange, nämlich bestehend aus kurzen, massiven Teilen, die mittels Gewinden, speziell in Kegelform, miteinander verschraubt werden. Ebenso besteht zwischen dieser Art der Bohrstange und der Ausbildung des Bohrkopfes die vorher im Einzelnen dargelegte Wechselwirkung.

c) Ausführungsbeispiele

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: die Bohrvorrichtung mit Einzugskopf,

Fig. 2: den Bohrkopf, und

Fig. 3: die Spannbacke.

Fig. 1 zeigt den Einzugskopf im Längsschnitt. In das rechte Ende des Einzugskopfes 1 ist das vordere Ende der Bohrstange 20 eingeschraubt, und am linken Ende des Einzugskopfes 1 ist über ein passendes Befestigungsteil 46 das Ende der Rohrleitung 22 befestigt. Das Befestigungsteil besteht üblicherweise aus einem Paar koaxialer, konischer Buchsen, deren Kegelschrägen gegeneinander gerichtet sind, und die die Rohrwandung zwischen sich aufnehmen. Dieses Befestigungsteil 46 ist an einem Drehteil 5 drehfest und axial fest befestigt, z. B. mittels einer quer durch das Drehteil sich erstreckenden Befestigungsöse 6. Das Drehteil 5 erlaubt eine Relativdrehung zwischen dem Einzugskopf 1 und der Rohrleitung 22, indem Drehteil 5 auf dem von der Rohrleitung 22 abgewandten Ende einen ringförmig radial vorspringenden Kopf aufweist, der in einer entsprechenden stirnseitigen Öffnung des Korpus 47 des Einzugskopfes 1 drehbar ist, und durch einen stirnseitig auf den Korpus 47 aufgeschraubten Deckel 9 am Herausziehen gehindert ist. Der Deckel 9 ist über eine Dichtung 8 gegenüber dem Schaft 26 des Einzugskopfes 1 abgedichtet. Zwischen den Stirnflächen des radial vorstehenden Kopfes 25 und den entgegenstehenden Stirnflächen von Einzugskopf 1 bzw. Deckel 9 sind Gleitringe 7 aus einem Kunststoff, z. B. Teflon, angeordnet, um die Gleitreibung beim Drehen zwischen dem Drehteil 5 und dem Korpus 47 möglichst gering zu halten.

An die Aufnahme für das Drehteil 5 schließt sich in axialer Richtung, also von links nach rechts in der Fig. 1 verlaufend, ein Bereich verringerten Außenumfanges des Korpus 47 an, in dem dieser als Sechskant 3 ausgebildet ist, zum Ansetzen einer nicht dargestellten Backenbremse.

An diesen Sechskant 3 schließt sich axial ein Absatz mit wiederum verringerten, rundem Durchmesser an, auf welchem eine runde Platte 10 aufgesetzt und mit dem Korpus 47 verschweißt ist.

Auf die von der Rohrleitung 22 abgewandte Stirnseite dieser Platte 10 ist eine Buchse 11 aufgeschraubt, in deren Inneren - abgestützt gegenüber dem Korpus 47 mittels einer Druckfeder 14 - eine Schiebemutter 2 mit einem unrunden, insbesondere sechseckigen oder viereckigen, Außenumfang verschiebbar, jedoch gegenüber der Buchse 11 und damit dem Einzugskopf 1 drehfest gelagert ist.

Die in der rechten Stirnseite vorhandene Öffnung in der Buchse 11 ist kleiner als der Außenumfang dieser Schiebemutter 2, jedoch gerade groß genug, um das vordere Ende des vordersten Teiles 20a der Bohrstange 20 hindurchzuführen, und das im Endbereich dort aufgebrachte Endgewinde 19 mit dem dazu passenden Innengewinde der Schiebemutter 2 zu verschrauben. Auch hier dichtet eine in der Stirnöffnung 12 der Buchse 11 ringförmig angeordnete Dichtung 13 gegenüber dem Umfang des Teiles 20a des vordersten Teiles der Bohrstange 20 ab.

Am Übergang zwischen der Stirnfläche, in welcher die Stirnöffnung 12 eingebracht ist, und dem Außenumfang der Buchse 11 ist eine Aufweitschräge 4 rotationssymmetrisch und damit umlaufend angebracht, die beim Zurückbewegen des Einzugskopfes 1 durch das Bohrloch, in Fig. 1 also von links nach rechts, das Bohrloch nochmals aufweiten und vor allem die Wände des Bohrlochs verfestigen soll.

Der Außenumfang des Korpus 47 ist dabei vorzugsweise nicht größer als der Außenumfang der Buchse 11 des Einzugskopfes 1.

Das vorderste teil 20a der Bohrstange 20 weist an seinem rechten Ende ein Kegelgewinde 17 auf, wie alle weiteren Teile 20b, 20c, ... der Bohrstange 20, mittels welchem die einzelnen Teile miteinander verschraubt werden. In definiertem Axialabstand zu dem Kegelgewinde 17 weist das Teil 20a ferner eine Positionsnut 16 auf, die in gleicher Form auch bei allen anderen Teilen 20b, 20c der Bohrstange 20 vorhanden ist, und der Erkennung einer bestimmten Axialposition durch einen ortsfesten, beispielsweise am Bohrturm, angeordneten Sensor dient. Um Verschmutzungen und Ablagerungen in der Positionsnut 16 zu vermeiden, ist diese mit einem auf den Sensor nicht reagierenden Kunststoff, beispielsweise Kunstharz, ausgegossen, so daß sich eine glatte, zylindrische Außenfläche der Teile 20b, 20c der Bohrstange 20 ergibt.

An dem vordersten, mit dem Einzugskopf 1, verbundenen Teil 20a der Bohrstange 20 ist zusätzlich eine Endnut 15 angeordnet, die sich hinsichtlich ihrer axialen Erstreckung und/oder Tiefe oder sonstiger unterscheidbarer Merkmale unterscheidet und dazu dient, mit dem gleichen Sensor beim Zurückziehen der Bohrvorrichtung das Eintreffen des Einzugskopfes 1 am Sensor anzuzeigen. Auch diese Nut kann aus den gleichen Gründen mit Kunstharz 18 gefüllt sein.

Die Fig. 2 zeigen einen Bohrkopf, jeweils betrachtet quer zur Längsrichtung 50, jedoch aus um 90° gedrehten Blickrichtungen.

Dabei ist zu erkennen, daß der Bohrkopf im wesentlichen rotationssymmetrisch ist, mit einem zur vorderen, nicht dargestellten Bohrstange 20 abgewandten Ende, angeordneten zylindrischen Teil 30, und einem anschließenden Kegelstumpf 31, in dessen Verlauf der Durchmesser in Richtung auf die Bohrvorrichtung zu mit einem im Winkel 32 von etwa 45-60° zunimmt. An diesen Kegelstumpf 32 schließt sich ein zumindest wiederum kurzer zylindrischer Bereich zum Verfestigen der Wandung des Bohrloches an.

Zur vorbeschriebenen Richtungssteuerung der Bohrung ist der vorderste zylindrische Teil 30 schräg abgefräst, so daß eine Führungsschräge 28 entsteht, die gegenüber der Längsrichtung 50 einen Winkel von 20-30° einnimmt, und sich geringfügig über diese Mittelachse des zylindrischen Teils 30 hinweg erstreckt. Der verbleibende Stirnflächenteil 48, welcher quer zur Längsrichtung 50 verläuft, beträgt ca. 20-40% des gesamten Querschnitts des zylindrischen Teils 30, welcher einen Durchmesser von beispielsweise 3-4 cm haben kann.

Die Führungsschräge 28 erstreckt sich dabei vorzugsweise über die gesamte Länge des zylindrischen Teils 30, reicht jedoch nicht mehr in den Kegelstumpf 31 hinein.

Da dieser Bohrkopf länger ist als die Teile 20b, 20c, ... der Bohrstange 20, wird beim Durchführen der Bohrung so vorgegangen, daß in den vertikalen Startschacht der Bohrturm erst abgesenkt wird, nachdem vorher der Bohrkopf innerhalb des Turmes als Beginn der Bohrvorrichtung angeordnet worden ist.

Ebenso muß nach dem Zurückziehen der Bohrvorrichtung und Einziehen der Rohrleitung 22 der Einzugskopf 1 vom letzten Teil der Bohrstange 20 gelöst werden, bevor der Bohrturm aus dem Startschacht herausgehoben werden kann.

Fig. 3 zeigt die Spannbacke 35, die zum Ergreifen des Außenumfanges der Bohrstange 20 und deren Vorwärts- bzw. Zurückschieben dient, in Fig. 3a in einer Querschnittsdarstellung und in Fig. 3b im Teil im Längsschnitt. Wie in der Querschnittsdarstellung der Fig. 3a ersichtlich, besteht die Spannbacke 35 aus drei Segmenten 36a, 36b, 36c, die sich über jeweils ca. 120° um den Umfang der nicht dargestellten Rohrleitung 22 herum erstrecken, und zwischen sich jeweils einen Abstand 37 einhalten. über jeden der Abstände erstreckt sich jeweils mindestens eine Feder 39 hinweg, welche in die gegeneinander gerichteten Radialflächen 45a, 45b zweier benachbarter Segmente 36a, 36b bzw. 36b, 36c lotrecht eingebracht ist. Dadurch, daß die Federn 39 relativ exakt in diese Aussparungen 38a, 38b hineinpassen, erfolgt eine lose Verbindung und tangentiale Führung der einzelnen Segmente zueinander.

Um jedoch ein Eindringen von Schmutz in den Abstand 37 zu verhindern, welcher das radiale Gegeneinanderbewegen der Segmente und damit das Spannen der Spannbacke 35 verhindert, ist zusätzlich radial weiter innen liegend, nahe des Innenumfanges der Spannbacke 35, jeweils eine platte 41, die sich vorzugsweise über die gesamte Länge der Spannbacke 35 erstreckt, wiederum den Abstand 37 überlappend, in entsprechende Schlitze 40a, 40b, welche sich in den Radialflächen 45a, 45b fluchtend befinden, eingesetzt. Dadurch ist ein radiales Vordringen von Schmutz, welches an der Rohrleitung 22 haftet, nach außen in den Abstand 37 hinein unterbunden. Um auch in dem radial innerhalb der Platte 41 befindlichen Bereich des Abstandes 37 Verschmutzung zu verhindern, beginnt möglichst unmittelbar radial innerhalb der Platte 41 an den Radialflächen 45a, 45b eine sich nach radial innen hin erweiternde Schräge 43a, 43b, durch welche ein dort befindlicher Schmutz radial nach innen weggepreßt wird, wenn die Spannbacke 35 gespannt wird.

Um ein Anliegen der Spannbacke 35 an der Rohrleitung 22 mit hoher Flächenpressung zu ermöglichen, liegt die Spannbacke, also jedes der Segmente 36a, 36b, 36c nicht mit ihrem gesamten Innenumfang an der Rohrleitung 22 an, sondern nur mit einem Teil des Innenumfanges, weshalb jeweils in der Mitte jedes Segmentes in Axialrichtung verlaufend eine Erhebung 42 ausgebildet ist, die nur ca. 16° des Segmentwinkels von 120°, also nicht einmal 10% der Umfangsfläche, beträgt. Lediglich mit diesen Erhebungen 42 liegen die Segmente an dem Außenumfang der Rohrleitung 22 an und deren griff an der Rohrleitung wird zusätzlich dadurch verbessert, daß sich in diesen Erhebungen 42 ringförmig umlaufende, V-förmige Umfangsnuten 44 befinden, die in Fig. 3b dargestellt sind.

Bezugszeichenliste

1

Einzugskopf

2

Schiebemutter

3

Sechskant

4

Aufweitschräge

5

Drehteil

6

Befestigungsöse

7

Gleitringe

8

Dichtung

9

Deckel

10

Platte

11

Buchse

12

Stirnöffnung

13

Dichtung

14

Feder

15

Endnut

16

Positionsnut

17

Kegelgewinde

18

Kunstharz

19

Endgewinde

20

Bohrstange

21

Bohrkopf

22

Rohrleitung

23

Bohrloch

24

Hohlraum

25

Kopf

26

Schaft

27

Hohlraum

28

Führungsschräge

29

Beginn

30

zylindrischer Teil

31

Kegelstumpf

32

Kegelwinkel

33

Achsrichtung

34

Winkel

35

Spannbacke

36

a,

36

b,

36

cSegmente

37

Abstand

38

a,

38

bAussparung

39

Feder

40

a,

40

bSchlitz

41

Platte

42

Erhebung

43

a,

43

bSchräge

44

Umfangsnut

45

a,

45

bRadialfläche

46

Befestigungsteil

47

Korpus

48

Stirnflächenteil

50

Längsrichtung

Claims (20)

1. Bohrvorrichtung, insbesondere für Horizontalbohrmaschinen, mit

• 1. einer mehrteiligen Bohrstange (20),
• 2. einem Bohrkopf (21) und
• 3. einem Einzugskopf (1) zum Einziehen einer Rohrleitung (22) in das Bohrloch (23),
• 4. einer Spannbacke (35) zum Halten und Vorwärts- bzw. Rückwärtsschieben der Bohrstange (20),

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. am Einzugskopf (1) am einen Ende ein Drehteil (5) zum Befestigen der einzuziehenden Rohrleitung (22) drehbar, axial fest angeordnet ist und
• 2. am anderen Ende des Einzugskopfes (1) das Ende der Bohrstange (20) axial verschiebbar, drehfest angeordnet ist.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzugskopf (1) an seinem Außenumfang eine unrunde, insbesondere als Sechskant (3) ausgebildete, Angriffsfläche für eine backenförmige Bremse aufweist, welche gegenüber dem Außenumfang des Einzugskopfes (1) insbesondere in Form einer Nut abgesenkt ist.

3. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil (5) mit seinem radial vorspringenden Kopf in einem stirnseitigen koaxialen Hohlraum (24) des Einzugskopfes (1) mittels beidseits axial anliegender Gleitringe (7) angeordnet ist.

4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (24) stirnseitig mittels eines Deckels (9) abdichtend gegenüber dem Schaft (26) des Drehteiles (5) verschlossen ist.

5. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare, drehfeste Anordnung des vorderen Endes der Bohrstange (20) im Einzugskopf (1) mittels einer unrunden, insbesondere am Außenumfang viereckigen, Schiebemutter (2) geschieht, in welche die Bohrstange (20) mit dem vorderen Ende mittels eines Endgewindes (19) einschraubbar ist.

6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebemutter in einem Hohlraum (27) des Einzugskopfes (1) verschiebbar und durch die Kraft einer Feder (14) in Richtung auf die Bohrstange (20) vorgespannt ist.

7. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt der Bohrstange (20) in den Hohlraum (27) mittels einer radialen Dichtung abgedichtet ist.

8. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der miteinander verbundenen Segmente (20a, 20b, 20c, ...) der Bohrstange (20) eine umlaufende Positionsnut (16) im Außenumfang zur Abtastung mittels eines Sensors aufweist, welche mit einem nicht auf den Sensor ansprechenden Material, insbesondere Kunstharz, ausgefüllt ist.

9. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im vordersten Segment (20a) der Bohrstange (20) eine Endnut (15) zum Erkennen des Endes der Bohrstange (20) angeordnet ist, welche sich für einen Sensor erkennbar von den Positionsnuten (16) unterscheidet.

10. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (21) quer verlaufend an seinem vorderen Ende eine zur Achsrichtung betrachtet einseitige Schräge (28) aufweist, welche über die Mittelachse des Bohrkopfes (21) hinwegreicht.

11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der stirnseitige Bereich der Bohrkopfspitze zwischen dem Beginn (29) der Schräge und dem Außenumfang der Bohrkopfspitze etwa 20% der Stirnfläche der Bohrkopfspitze beträgt und quer zur Längsachse des Bohrkopfes (21) verläuft.

12. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräge (28) sich über die gesamte Länge des zylindrischen Teiles (30), die das vordere Ende des Bohrkopfes (21) darstellt, erstreckt und sich an das zylindrische Teil ein kegelstumpfförmiges Teil (31) anschließt.

13. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel (32) des Kegelstumpfes (31) gegenüber der Achsrichtung (33) 40-60°, insbesondere 45-55° beträgt.

14. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Schräge (28) und der Achsrichtung (33) 20-30°, insbesondere 25-28° beträgt.

15. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus mehreren den vollständigen Umfang ergebenden Segmenten (36a, 36b, 36c) bestehende Spannbacke (35) in den bei zwei benachbarten Segmenten gegeneinander gerichteten Radialflächen (45a, 45b) in der Nähe des Innenumfanges angeordnete, senkrecht in die Radialflächen (45a, 45b) eintauchende Schlitze (40a, 40b) aufweisen, in welche jeweils Platten (41) gesteckt sind, die sich über den Abstand (37) zwischen zwei benachbarten Segmenten überdecken und sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge der Spannbacke (35) erstrecken.

16. Bohrvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß radial außerhalb der Platten (41) ebenfalls den Abstand (37) überbrückende Federn (39) in lotrecht in die Radialflächen (45a, 45b) eintauchenden Aussparungen (38a, 38b) angeordnet sind zum losen Zusammenhalten der benachbarten Segmente (36a, 36b) bzw. (36b, 36c).

17. Bohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfang der Segmente (36a, 36b, 36c) der Spannbacke (35) wenigstens eine in Axialrichtung verlaufende Erhebung (42) zur Anlage an der kreisförmigen Außenkontur der Bohrstange (20) aufweist, deren Anteil am Innenumfang der Spannbacke (35) kleiner als 35%, insbesondere kleiner als 20%, ist.

18. Bohrvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in den Erhebungen (42) Umfangsnuten (44) mit einem V-förmigem Querschnitt und einem V-Winkel von 50-70°, insbesondere von ca. 60°, besitzen.

19. Bohrvorrichtung nach Anspruch 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialflächen (45a, 45b) an ihrem radial innen liegenden Ende in eine Schräge (43a, 43b) zum Innenumfang des jeweiligen Segmentes (36a, 36b, 36c) übergehen.

20. Bohrvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägen (43a, 43b) gegenüber der radialen Richtung einen Winkel von 40-50° aufweisen und sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge der Spannbacke (35) erstrecken.