DE19923555C1

DE19923555C1 - Directional borehole drilling device uses radially adjustable steering head incorporated in driven drill rod for determining drilling direction

Info

Publication number: DE19923555C1
Application number: DE19923555A
Authority: DE
Inventors: Alfons Hesse; Franz-Josef Puettmann
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG; Tracto Technik Paul Schmidt Spezialmaschinen KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-05-22

Abstract

The drilling device has a drill drive (3), for rotation of a drill rod (4) in both directions and a radially adjustable steering head (5) incorporated in the drill rod, for rotation through a defined angle, limited by a stop pin. An Independent claim for a directional borehole drilling method is also included.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Richtungsbohren im Erdreich mit Hilfe eines angetriebenen Bohrgestänges und eines am Gestänge angeordneten Lenkkopfes bzw. eines Bohrkopfes mit Lenkelementen.The invention relates to an apparatus and a method for Directional drilling in the ground using a powered drill pipe and a steering head or a drilling head arranged on the linkage with steering elements.

Derartige Bohrvorrichtungen bestehen aus einem drehend und/oder schla gend angetriebenen Bohrgestänge mit einem Bohrkopf sehr unterschiedli cher Gestaltung. Das Bohrgestänge ist üblicherweise auf einem schienen geführten, mit einem Linearantrieb verbundenen Schlitten gelagert und besitzt einen Dreh- oder einen Dreh- und Schlagantrieb, mit dem sich das Gestänge in Rotation versetzen und gegebenenfalls auch schlagend in das Erdreich eintreiben läßt.Such drilling devices consist of a rotating and / or schla very differently driven drill pipe with a drill head design. The drill string is usually on a rail guided slide connected with a linear drive and has a rotary or a rotary and impact drive, with which the Set the linkage in rotation and, if necessary, also hit it in the Drifting soil.

Um ein Richtungsbohren zu ermöglichen, besitzen solche Vorrichtungen eine Exzentrizität, die eine Kurvenfahrt bewirkt, sich beim Geradeausbohren aber überwinden läßt. Dies geschieht in der Weise, daß der die Exzentrizität aufweisende Bohrkopf während des Geradeausbohrens mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit rotiert, wobei die Wirkung der Exzentrizität verloren geht. Beim Übergang zum Kurvenbohren wird der die Exzentrizität aufwei sende Bohrkopf in einer bestimmten Winkelstellung für eine gewisse Zeit stillgesetzt und verbleibt in dieser Winkelstellung solange, bis die Kurven bahn vollendet ist oder solange, wie die vorgegebene Kurvenbahn einge halten wird. Verläßt der Bohrkopf die vorgesehene Bahnkurve, ist eine Kor rektur der Winkelstellung erforderlich, bis die Bahnkurve wieder erreicht ist und der Bohrkopf wieder auf die Bahnkurve eingestellt werden muß. Auf diese Weise muß der Bohrkopf im Verlauf einer (längeren) Kurvenbahn im allgemeinen mehrfach bezüglich seiner Winkelstellung positioniert werden. Es sind daher stets mehrere Verstellschritte des während einer Kurvenfahrt ansonsten nicht rotierenden Gestänges erforderlich. To allow directional drilling, such devices have an eccentricity that causes a cornering occurs when drilling straight ahead but can be overcome. This is done in such a way that the eccentricity showing drill head while drilling straight ahead with constant Angular speed rotates, losing the effect of eccentricity goes. At the transition to curve drilling, the eccentricity becomes apparent send drill head in a certain angular position for a certain time stopped and remains in this angular position until the curves path is completed or as long as the specified curve path is switched on will hold. If the drill head leaves the intended path curve, a cor Correction of the angular position required until the trajectory is reached again and the drill head must be adjusted to the trajectory again. On this way the drill head must follow a (longer) cam track generally be positioned several times with respect to its angular position. There are therefore always several adjustment steps during cornering otherwise no rotating boom required.

Die jeweilige Winkelstellung der Exzentrizität hängt von der Krümmungs richtung der zu erstellenden Erdbohrung ab, jedoch befindet sich die Exzen trizität stets auf der Innenseite der Kurvenbahn, wo sie gleichsam die Wir kung eines Drehpunktes entfaltet, während die ihr gegenüberliegende Seite beim Vortreiben des Gestänges bzw. des Bohrkopfs durch Schieben und/oder Schlagen - ohne Rotation - als sich im Erdreich wie an einer Leit planke entlanggleitende Schulter oder Gleitschuh wirkt. Das vor dem Bohr kopf befindliche Erdreich wird während des rotationsfreien Kurvenbohrens vom Bohrkopf seitlich verdrängt und/oder mit Hilfe eines scharfen Flüssig keitsstrahls mehr oder minder abgebaut.The respective angular position of the eccentricity depends on the curvature direction of the borehole to be drilled, but the eccentric is Tricity always on the inside of the curve, where it is the we Kung a pivot point unfolds while the opposite side when pushing the rod or the drill head and / or hitting - without rotation - as in the ground like a guide plank along the shoulder or glide shoe. That before the drill Soil located upside down during rotation-free curve drilling displaced laterally from the drill head and / or using a sharp liquid more or less reduced.

Die europäische Offenlegungsschrift EP 0 247 767 A1 beschreibt einen solchen mit einem Dreh/Schub-Gestänge verbundenen Bohrkopf mit einer Schrägfläche, der ein Geradeausbohren erlaubt, solange der Bohrkopf gleichmäßig rotiert, und ohne Rotation ein Kurvenbohren durch seitliches Verdrängen des vor dem Bohrkopf befindlichen Erdreichs. In dicht gepackten oder felsigen Böden ist jedoch ein Verdrängen kaum bzw. nicht möglich; dies gilt selbst dann, wenn auf das Gestänge bzw. dem Bohrkopf Rammschläge ausgeübt werden. In weichen Böden führt hingegen die Verwendung einer am Bohr kopf austretenden Spülflüssigkeit oder auch Erdreich abbauender Flüssig keitsstrahlen zu Schwierigkeiten wegen der damit verbundenen Auflockerung des Erdreichs im Bereich des Bohrkopfs, durch welche die vorerwähnte Leit plankenwirkung verlorengeht. Die Folge davon ist eine ungewollte Rich tungsabweichung des Bohrkopfs, die sich infolge der verhältnismäßig großen Steifheit des Gestänges noch verstärkt.European laid-open specification EP 0 247 767 A1 describes one of these a rotary / push rod connected drill head with an inclined surface, which allows straight drilling as long as the drill head rotates evenly, and without rotation a curve drilling by lateral displacement of the front earth located at the drilling head. In tightly packed or rocky Soil displacement is hardly or not possible; this applies itself when ramming strikes are exerted on the rod or drill head become. In soft soils, on the other hand, the use of a drill head-flushing rinsing liquid or soil-degrading liquid blasting to difficulties because of the loosening associated with it of the earth in the area of the drill head through which the aforementioned guide plank effect is lost. The result is an unwanted rich tion deviation of the drill head, which is due to the relatively large Rigidity of the boom is further increased.

Ein weiterer Nachteil der Bohrgeräte mit einem Schrägflächenkopf besteht darin, daß die Asymmetrie des Lenkkopfs insbesondere bei verhältnismäßig geringer Vorschub- und/oder Rotationsgeschwindigkeit beim Geradeausboh ren zu einem sogenannten Korkenziehereffekt führt, d. h. der Lenkkopf bewegt sich nicht geradeaus, sondern schraubenförmig voran. Another disadvantage of the drilling devices with an inclined surface head is in that the asymmetry of the steering head, especially in relation low feed and / or rotation speed when straight boring ren leads to a so-called corkscrew effect, d. H. the steering head does not move straight ahead, but helically.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich, weil sich derartige Lenkköpfe mit einer schräg zur Gestängeachse verlaufenden Lenkfläche nämlich im wesentli chen nur für leichte Böden eignen. In festen Böden, Felsböden und bei Bodenhindernissen ergeben sich Schwierigkeiten, weil der Schrägflächen kopf beim Geradeausbohren mit rotierendem Gestänge infolge der sich pas siv verhaltenden Lenk- bzw. Schrägfläche nur eine geringe Abbauarbeit leistet und die Vortriebsgeschwindigkeit daher verhältnismäßig gering ist. Die Vortriebsgeschwindigkeit verringert sich beim Kurvenbohren noch mehr, weil dies ohne Gestängerotation im reinen Vorschubbetrieb geschieht und der Lenkkopf dann nur Verdrängungsarbeit leistet.Another disadvantage arises because such steering heads with a Steering surface extending obliquely to the rod axis namely essentially Chen only suitable for light soils. In firm soils, rocky soils and at Obstacles arise because of the sloping surfaces head when drilling straight ahead with rotating rod as a result of the pas cautiously behaving steering or inclined surface requires only a small amount of dismantling achieves and the speed of advance is therefore relatively low. The Propulsion speed decreases even more when cornering because this happens without boom rotation in pure feed operation and the Steering head then only does displacement work.

Versuche, Bohrgestänge mit einem seitlich verstellbaren Lenkkopf zu verse hen, sind in der Vergangenheit zumeist wegen des erheblichen konstruktiven Aufwandes und der schwierigen Handhabung gescheitert. Dies gilt bei spielsweise für ein aus der US-Patentschrift US 4 957 173 bekanntes Bohrgerät, dessen Gestängekopf mit Hilfe einer von einem mit Bohrflüssigkeit beauf schlagten Kolben betätigten Schubstangen eine Winkelstellung abgebogen wird, die beim Verstellen durch einen Gestängeschlitz teilweise nach außen tritt. Es ist offensichtlich, daß ein mit einem offenen Längsschlitz versehenes Bohrgestänge im Erdreich Schwierigkeiten führt. Des weiteren beschreibt die deutsche Patentschrift DE 29 11 419 C2 Bohrgeräte mit zwei konzentrischen Gestänge, bei denen das zweite Gestänge zum Verstellen des Bohrkopfs erforderlich ist. Solche Gestänge sind aufwendig und erfordern einen sepa raten Antrieb für das innere Gestänge.Try to verse drill rods with a laterally adjustable steering head hen, are mostly in the past because of the considerable constructive Effort and difficult handling failed. This applies to for example for a drilling device known from US Pat. No. 4,957,173, whose rod head with the help of one of one with drilling fluid struck piston actuated push rods bent an angular position is that when adjusting through a rod slot partially to the outside occurs. It is obvious that one with an open longitudinal slot Drill pipe in the soil causes difficulties. Furthermore describes the German patent DE 29 11 419 C2 drilling rigs with two concentric Linkage where the second linkage is used to adjust the drill head is required. Such poles are complex and require a sepa advise drive for the inner linkage.

Bei längeren Bohrungen besteht das Gestänge aus mehreren Abschnitten, die entsprechend dem Bohrfortschritt nach und nach miteinander verbunden werden. Diese Abschnitte besitzen eine begrenzte Länge und sind insbe sondere dann sehr kurz, wenn das Bohren von einer Baugrube oder einem engen Kanalschacht, beispielsweise mit einem Durchmesser von unter 1 m, aus geschieht. Aber auch beim Bohren von der Erdoberfläche aus ist die Länge der Gestängeabschnitte schon aus Gründen des Transports, der Lagerung und der Handhabung begrenzt. Der geringen Länge entsprechend viele Gestängeabschnitte müssen dann nach und nach miteinander verbun den werden. Dies geschieht üblicherweise durch Verschrauben. Damit sind eine Reihe von Nachteilen verbunden. Zum einen dauert das Verschrauben verhältnismäßig lang und erfordert saubere Gewinde, die bei Erdarbeiten bzw. auf einer Baustelle nur selten gegeben sind. Zum anderen erlauben Gestänge mit Gewindeverbindungen zwischen den Gestängeabschnitten eine Gestängerotation nur in einer Richtung, d. h. mit einer Rechtsdrehung, weil sich bei einer Gestängedrehung gegen den Uhrzeigersinn die Schraub verbindungen lösen würden, da das Erdreich zumindest den Bohrkopf dreh fest festhält.With longer bores, the rod consists of several sections, which are gradually connected to each other according to the drilling progress become. These sections have a limited length and are particularly especially very short when drilling from a construction pit or a narrow sewer shaft, for example with a diameter of less than 1 m, from happens. But also when drilling from the surface of the earth Length of the rod sections for transport reasons alone Storage and handling limited. Corresponding to the short length many boom sections must then gradually be connected to each other that will. This is usually done by screwing. With that associated with a number of disadvantages. On the one hand, screwing takes relatively long and requires clean threads when doing earthworks or only rarely exist on a construction site. On the other hand, allow Rod with threaded connections between the rod sections boom rotation in one direction only, d. H. with a right turn, because when turning the rod counterclockwise, the screw would loosen connections since the soil at least rotates the drill head holds tight.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Bohrvorrichtung mit einem drehbaren Gestänge zu schaffen, die ein Richtungsbohren ohne die Verwendung eines Werkzeugs mit einer Schräg- bzw. Lenkfläche erlaubt und ein einfaches Umschalten von Geradeausbohren auf Kurvenbohren er laubt.The invention is therefore based on the problem of having a drilling device to create a rotatable linkage that allows directional drilling without the Use of a tool with an inclined or steering surface allowed and a simple switch from straight drilling to curve drilling leaves.

Die Lösung der Aufgabe basiert auf dem Gedanken, dem Bohrgestänge eine doppelte Funktion zu verleihen, und zwar als herkömmliches, sich drehendes Bohrgestänge einerseits und als Schaltgestänge zum Einleiten eines Kurvenbohrens andererseits. Im einzelnen besteht die Erfindung in einer Bohrvorrichtung mit einem außerhalb des Erdreichs angeordneten Drehantrieb, einem um seine Längsachse in beiden Richtungen drehbaren Gestänge und einem gegenüber dem Gestänge um einen Umsteuerwinkel begrenzt drehbar gelagerten, radial verstellbaren Lenkkopf. Unter den Begriff Lenkkopf im Sinne des Patents fallen auch solche Bohrköpfe, die sich selbst nicht radial verlagern lassen, die jedoch mit radial bzw. seitlich ausfahrbaren Lenkelementen versehen sind. Diese Lenkelemente in dem begrenzt dreh baren Lenkkopf stehen dann jedoch in Wirkverbindung mit dem Gestänge. In jedem Falle arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung im Gegensatz zu bekannten Gestängesteuerungen mit einer Ein-Gestänge-Steuerung.The solution to the problem is based on the idea that the drill pipe is one to give double function, as a conventional, rotating Drill pipe on the one hand and as a switching pipe to initiate a On the other hand, drilling bends. In particular, the invention consists in one Drilling device with an arranged outside the ground Rotary drive, one rotatable in both directions about its longitudinal axis Linkage and one compared to the linkage by a reversal angle limited rotatable, radially adjustable steering head. Under the term Steering heads within the meaning of the patent also include drilling heads that are self-contained do not allow it to be moved radially, but with radially or laterally extendable Steering elements are provided. These steering elements in the limited rotation However, the steering head is then operatively connected to the linkage. In in any case, the device according to the invention works in contrast to known boom controls with a single boom control.

Die Drehbegrenzung des vorzugsweise Erdreich abbauenden Lenkkopfs kann aus einem mit dem Lenkkopf fest verbundenen Mitnehmerstift beste hen, der in einem kreisbogenförmigen Schlitz eines Gestängekopfs eingreift oder umgekehrt. Das Gestänge besteht vorzugsweise aus mehreren dreh fest miteinander verbundenen Abschnitten, die zum raschen Kuppeln vor zugsweise über eine Steckverbindung miteinander verbunden sind und mit Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen versehen sein können, an denen ein Schub- und/oder Zugantrieb angreift.The rotation limit of the steering head, which preferably excavates soil can best from a driver pin firmly connected to the steering head hen, which engages in an arcuate slot of a rod head or the other way around. The linkage preferably consists of several rotations firmly connected sections that are used for rapid coupling are preferably connected to each other via a plug connection and with Recesses and / or projections can be provided on which a Thrust and / or pull drive attacks.

Vorzugsweise handelt es sich um eine formschlüssige Steckverbindung, bei der ein Kupplungskopf am Ende eines Gestängeabschnitts mit zwei Nasen zwei Querriegel am Ende eines anderen Gestängeabschnitts untergreift und gleichzeitig einen der Querriegel U-förmig übergreift. Die Gestängeab schnitte können auch am einen Ende einen axialen Ansatz und einen seitli chen Vorsprung sowie am anderen Ende eine Einstecköffnung und eine Ausnehmung für den axialen Ansatz sowie eine Bohrung oder eine Ausneh mung für den seitlichen Vorsprung besitzen.It is preferably a form-fitting plug connection, at which is a coupling head at the end of a rod section with two lugs reaches under two crossbars at the end of another linkage section and simultaneously overlaps one of the crossbars in a U-shape. The poles cuts can also have an axial shoulder at one end and a lateral one Chen projection and at the other end an insertion opening and one Recess for the axial approach as well as a hole or a recess possess for the lateral projection.

Der seitliche Vorsprung kann mit seitlichen Führungsflächen versehen sein und sich in einer sich quer zur Längsmittelachse erstreckenden Nut am Ende eines benachbarten Gestängeabschnitts bis in eine Lagerbohrung einschie ben lassen. Der Ansatz kann jedoch auch als axialer Dorn ausgebildet sein und in die Bohrung eines Querbolzens am Ende eines benachbarten Ge stängeabschnitts eingreifen, der in Gelenkbohrungen quer zur Längsmit telachse der Ausnehmung des benachbarten Gestängeabschnitts drehbar gelagert ist.The lateral projection can be provided with lateral guide surfaces and in a groove extending transversely to the longitudinal central axis at the end of an adjacent rod section into a bearing hole leave. However, the approach can also be designed as an axial mandrel and in the bore of a cross bolt at the end of an adjacent Ge engage the rod section, the in joint bores transverse to the longitudinal mit telachse of the recess of the adjacent linkage section rotatable is stored.

Diese Art von Streckverbindungen erlaubt bei zwei winklig zueinander an geordneten Gestängeabschnitten, den Kupplungskopf oder den axialen An satz des einen Gestängeabschnitts in die Einstecköffnung am Ende des an deren Gestängeabschnitts einzuführen und die beiden Gestängeabschnitte nach einem Verschwenken in einer koaxialen bzw. gestreckten Lage mitein ander zu verriegeln.This type of stretch connection allows two at an angle to each other ordered linkage sections, the coupling head or the axial to set of a rod section in the insertion opening at the end of to introduce the linkage section and the two linkage sections after swiveling in a coaxial or stretched position to lock others.

Der Lenkkopf kann kegelförmig ausgebildet und in zwei Exzenterringen ge lagert sein, mit deren Hilfe sich der vom Erdreich festgehaltene Lenkkopf seitlich in bezug auf die Längsachse des Gestängekopfes verlagern läßt. Die Verstellexzenter bestehen vorzugsweise aus zwei koaxialen, mit Hilfe des Gestänges gegeneinander verdrehbaren Exzenterringen. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn der Lenkkopf als Abbauwerkzeug ausgebildet ist oder mit Abbauwerkzeugen versehen ist. Hierfür eignen sich an sich fast alle her kömmlichen mechanisch abbauenden Bohrköpfe.The steering head can be conical and ge in two eccentric rings be stored, with the help of the steering head held by the ground can be shifted laterally with respect to the longitudinal axis of the rod head. The Verstellccz preferably consist of two coaxial, with the help of Eccentric rings that can be rotated against each other. It is more advantageous however, if the steering head is designed as a removal tool or with Removal tools is provided. Almost everyone is suitable for this conventional mechanically degrading drill heads.

Eine andere Anordnung des Lenkkopfes besteht darin, daß dessen Längs achse und die Längsachse des mit dem Gestänge drehfest verbundenen Gestängekopfes beim Geradeausbohren zusammenfallen und beim Kurven bohren winklig zueinander verlaufen. Das ist möglich, wenn die Berüh rungsebene zwischen Lenkkopf und Gestängekopf schräg zur Gestänge kopflängsachse verläuft.Another arrangement of the steering head is that its longitudinal axis and the longitudinal axis of the rotatably connected to the linkage Linkage head collapse when drilling straight ahead and when cornering drill at an angle to each other. This is possible if the touch level between the steering head and the rod head at an angle to the rod longitudinal axis of the head runs.

Der Lenkkopf kann auch mit einem Zapfen exzentrisch im Gestängekopf gelagert sein und durch ein Verdrehen des Gestänges mit dem Gestänge kopf um einen bestimmten Winkel in die Lenkposition gebracht werden. Um die Relativbewegung zwischen dem Gestänge bzw. dem Gestängekopf und dem Lenkkopf zu begrenzen und damit den Umsteuerwinkel festzulegen, können der Lenkkopf und der Gestängekopf im Bereich ihrer Berührungsflä chen mit zwei Verdrehanschlägen versehen sein. Dabei kann ein Mitneh merzapfen des Lenkkopfes in einen kreisbogenförmigen Schlitz des Gestängekopfes eingreifen oder umgekehrt. In den beiden Endstellungen des Mitnehmerzapfens in dem kreisbogenförmigen Schlitz sind der Lenkkopf und der Gestängekopf vorzugsweise miteinander verrastet. The steering head can also be eccentrically mounted in the rod head be stored and by rotating the linkage with the linkage be brought into the steering position by a certain angle. Around the relative movement between the linkage or the rod head and to limit the steering head and thus to determine the changeover angle, can the steering head and the rod head in the area of their contact surface Chen be provided with two twist stops. A take away merzapfen the steering head in an arcuate slot of the Engage the rod head or vice versa. In the two end positions of the driver pin in the arcuate slot are the steering head and the rod head is preferably locked together.

Um den Lenkkopf beim Verdrehen des Gestängekopfes im Erdreich besser als nur mit Hilfe der Erdreichreibung zu fixieren, kann der Lenkkopf mit einer die Erdreichreibung erhöhenden Oberfläche, beispielsweise mit Rippen und/oder Rillen versehen sein. Solche Rippen und Rillen eignen sich auch vorteilhaft zum Abfördern des abgebauten Erdreichs.Better around the steering head when turning the rod head in the ground than to fix it only with the help of the earth friction, the steering head with a the surface friction increasing surface, for example with ribs and / or grooves. Such ribs and grooves are also suitable advantageous for removing the mined soil.

Die Vorrichtung kann auch mit einem aktiven Lenkelement aus einem Ge stängekopf und einem drehbaren Werkzeug mit winklig zum Gestängekopf verlaufender oder seitlich versetzter Drehachse und einem im Gestängekopf angeordneten Drehantrieb, beispielsweise einem Fluidmotor versehen sein, der über eine im Gestänge nach außen führende Fluidleitung mit Antriebs fluid, beispielsweise einer Bohrflüssigkeit versorgt und durch Hin- und Her drehen des Gestänges geschaltet wird. Da beim Geradeausbohren der Erdreichabbau mit Hilfe des Gestängeantriebs geschieht, braucht ein solcher Fluidmotor nur während des Kurvenbohrens eingeschaltet zu sein. Damit ist der Vorteil verbunden, daß einerseits beim Geradeausbohren kein teueres Antriebsfluid erforderlich ist und andererseits beim Kurvenbohren das Erd reich abgebaut und nicht nur wie bei den Bohrgeräten mit einem Schrägflä chenkopf ohne hydraulischen Abbau seitlich verdrängt wird. Die Bohrflüssig keit kann im Bereich des Lenkkopfes austreten und als Schmier-, Kühl- oder Fördermittel oder bei entsprechend scharfem Strahl auch zum Erdreichab bau dienen.The device can also with an active steering element from a Ge rod head and a rotatable tool at an angle to the rod head running or laterally offset axis of rotation and one in the rod head arranged rotary drive, for example a fluid motor, via a fluid line with drive leading to the outside in the linkage fluid, for example a drilling fluid and back and forth turning the boom is switched. Because when drilling straight ahead Soil excavation with the help of the boom drive happens, needs one Fluid motor only to be switched on during corner drilling. So that is the advantage connected that on the one hand when drilling straight ahead no expensive Driving fluid is required and on the other hand the earth when drilling bends richly mined and not only as with the drilling rigs with an inclined surface chenkopf is laterally displaced without hydraulic dismantling. The drilling fluid speed can escape in the area of the steering head and as lubrication, cooling or Funding or with a correspondingly sharp jet also to the ground serve construction.

Das drehbare Werkzeug läßt sich jedoch mit besonderem Vorteil in der Lenkposition auch mit Hilfe des Gestänges antreiben, wenn es entspre chende Verriegelungen zwischen Bohrgestänge, Bohrgestängekopf, Lenk kopf und Werkzeug sowie zwischen dem Bohrgestängekopf und Erdreich gibt.However, the rotatable tool can be particularly advantageous in the Also drive the steering position with the help of the linkage if it suits you appropriate interlocks between drill pipe, drill pipe head, steering head and tool as well as between the drill pipe head and soil gives.

Das Werkzeug läßt sich jedoch auch mit Hilfe eines im Innern des Bohrge stänges nach vorne geführten und dort mit einem separaten Antrieb verbun denen Innengestänge antreiben, das im Bereich des Gestängekopfes aus Abschnitten besteht, die über Kardangelenke miteinander verbunden sind und daher ein Auslenken des Gestängekopfes erlauben.However, the tool can also be used with the aid of an inside of the drill hole rod forward and connected there with a separate drive drive the inner linkage that in the area of the rod head There are sections that are connected via universal joints and therefore allow the rod head to be deflected.

Bei allen vorstehend beschriebenen Varianten der erfindungsgemäßen Vor richtung findet das Geradeausbohren mit koaxialem Lenkelement und rotie rendem Gestänge statt. Um ein Kurvenbohren zu ermöglichen, wird das Bohrgestänge stillgesetzt und um einen bestimmten Winkel entgegen der Drehrichtung beim Geradeausbohren verstellt, um den Lenkkopf in bezug auf das Gestänge bzw. den Gestängekopf zu verstellen und gegebenenfalls durch ein gemeinsames Weiterdrehen des Gestänges mit dem Lenkkopf in die für das Bohren längs einer gekrümmten Bahn erforderliche Raumlage im Erdreich zu bringen. Der Übergang vom Geradeaus- zum Kurvenbohren vollzieht sich somit in einem Schritt, wenn sich der Lenkkopf nach einem alleinigen Drehen des Gestänges in bezug auf den Lenkkopf um einen bestimmten Winkel, den Umsteuerwinkel bereits in der erforderlichen Aus gangslage für das Kurvenbohren befindet, oder in zwei Schritten, wenn die Ausgangslage eine andere ist. Dann muß das Gestänge zusammen mit dem Lenkkopf noch um einen weiteren Winkel, den Positionswinkel, in die vorge sehene Ausgangslage gedreht werden. In diesem Falle entspricht der Dreh winkel des Gestänges aus Umsteuerwinkel und Positionswinkel. Mit anderen Worten: Der Umsteuerwinkel, über den sich bei drehfest im Erdreich gehal tenen Lenkkopf nur das Gestänge dreht, und der Positionierwinkel, über den sich das Gestänge und der Lenkkopf gemeinsam drehen, ergeben den Drehwinkel, bei dem es sich um den Winkel zwischen der Raumlage des Lenkkopfs beim Geradeausbohren einerseits und die der Raumlage des Lenkkopfs zu Beginn des Kurvenbohrens andererseits handelt.In all the variants of the invention described above Direction is straight ahead with a coaxial steering element and rotie moving linkage instead. To enable corner drilling, this is Drill pipe stopped and at a certain angle against the Direction of rotation adjusted when drilling straight ahead in relation to the steering head to adjust the linkage or the linkage head and if necessary by turning the rod together with the steering head in the spatial position required for drilling along a curved path in the Bring soil. The transition from straight ahead to curve drilling thus takes place in one step if the steering head moves after one solely rotating the linkage with respect to the steering head by one certain angle, the reversal angle already in the required Aus starting position for curve drilling, or in two steps if the Starting position is different. Then the linkage together with the Steering head through a further angle, the position angle, in the pre see starting position can be rotated. In this case, the rotation corresponds Linkage angle from reversal angle and position angle. With others Words: The reversal angle over which rotates in the ground the steering head only rotates the linkage and the positioning angle over which the linkage and the steering head turn together, give the Angle of rotation, which is the angle between the spatial position of the Steering head when drilling straight ahead on the one hand and the spatial position of the Steering head at the start of corner drilling on the other hand.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, daß das Gestänge drehfest mit dem Lenkkopf verbunden und gleichzeitig begrenzt drehbar in dem Gestängekopf gelagert ist. Es handelt sich dabei praktisch um eine kinematische Umkeh rung, bei der der Gestängekopf die Funktion einer im Erdreich reibungs schlüssig festgehaltenen Lagerhülse übernimmt.Basically, it is also possible that the linkage rotatably with the Steering head connected and at the same time limited rotation in the rod head is stored. It is practically a kinematic reversal in which the rod head has the function of friction in the ground conclusively held bearing sleeve takes over.

In dieser Position wird das Gestänge dann im Vorschubbetrieb längs einer durch die Lenkposition des Lenkkopfes bestimmten Kurvenbahn vorwärts bewegt. Am Ende der vorgesehenen Kurvenbahn wird das Gestänge dann um den Umsteuerwinkel in die Geradeausposition, in der Lenkkopf und Gestängekopf bzw. vorderes Gestängeende fluchten, zurückgedreht und der Drehantrieb des Gestänges wieder eingeschaltet. Das Gestänge erfüllt dem gemäß eine Doppelfunktion: es dient zum einen wie ein übliches Gestänge zum Geradeausbohren und zum anderen als Schaltelement beim Wechsel vom Geradeausbohren zum Kurvenbohren im Vorschubbetrieb und umge kehrt.In this position, the linkage becomes one along the feed mode determined by the steering position of the steering head curved path forward emotional. At the end of the intended curved path, the linkage will then be around the reversing angle in the straight ahead position, in the steering head and Align the boom head or the front boom end, turn it back and the Rotary drive of the boom switched on again. The linkage fulfills that According to a double function: it serves on the one hand like a normal linkage for drilling straight ahead and secondly as a switching element when changing from straight drilling to curve drilling in feed mode and vice versa returns.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is illustrated below with reference to the drawing Exemplary embodiments explained in more detail. The drawing shows:

Fig. 1 eine Baugrube mit einem Bohrgerät, teilweise im Längsschnitt, Fig. 1 is a pit with a drill, in partial longitudinal section,

Fig. 2 zwei miteinander verbundene Gestängeabschnitte beim Kuppeln in einem axialen Längsschnitt, Fig. 2 shows two interconnected pipe sections during the coupling in an axial longitudinal section,

Fig. 3 die Gestängeabschnitte der Fig. 2 in einer Draufsicht in ihrer Arbeitslage, Fig. 3 shows the boom sections of FIG. 2, in a plan view in its operative position

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer anderen Gestänge verbindung,Connection Fig. 4 a of Fig. 2 corresponding view of another rod,

Fig. 5 zwei leiterartige Gestängeabschnitte während des Kuppelns, Fig. 5, two ladder-like rod sections during coupling,

Fig. 6 zwei massive Gestängeabschnitte im gekuppelten Zustand in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, Fig. 6, two massive rod sections in the coupled state in a side view, partly in section,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Gestängeabschnitte der Fig. 6, Fig. 7 is a plan view of the boom sections of FIG. 6,

Fig. 8 einen in einem Gestängekopf gelagerten stumpfen Lenkkopf in der Position Geradeausbohren, Fig. 8 is a rod mounted in a head blunt steering head at the position straight drilling,

Fig. 9 den Gestängekopf der Fig. 8 mit dem Lenkkopf in der Position Kur venbohren, Figure 9 venbohren. The linkage head of FIG. 8 to the steering head at the position cure,

Fig. 10 einen anderen Lenkkopf in der Position Geradeausbohren, Fig. 10 shows a different steering head at the position straight drilling,

Fig. 11 den Lenkkopf der Fig. 10 in der Position Kurvenbohren, Fig. 11 shows the headset of FIG. 10 in the position curve drilling,

Fig. 12 einen Bohrkopf mit einem exzentrisch im Gestängekopf gelagerten Lenkkopf, Fig. 12 shows a drill head with an eccentrically mounted in the drill head steering head,

Fig. 13 einen Gestängekopf mit schräg verlaufender Berührungsfläche zum Lenkkopf in der Position Geradeausbohren, Fig. 13 is a linkage head with obliquely extending contact surface to the steering head at the position straight drilling,

Fig. 14 den Lenkkopf der Fig. 13 in der Position Kurvenbohren, Fig. 14 the steering head of FIG. 13 in the position curve drilling,

Fig. 15 einen Lenkkopf mit einem angetriebenen Werkzeug, Fig. 15 a steering head with a power tool,

Fig. 16 einen Gestängekopf mit Lenkkopf und einem angetriebenen Werk zeug in der Geradeausposition, teilweise im Schnitt, Fig. 16 is a linkage head with steering head and a driven tools in the straight ahead position, partly in section,

Fig. 17 den Lenkkopf der Fig. 16 in der Lenkposition, Fig. 17 the steering head of FIG. 16 in the steering position,

Fig. 18 einen konischen Lenkkopf in der Geradeausposition und Fig. 18 shows a conical steering head in the straight ahead position

Fig. 19 den Lenkkopf der Fig. 18 in der Lenkposition. Fig. 19 shows the steering head of Fig. 18 in the steering position.

In einer Baugrube 1 im Erdreich 2 befindet sich ein Antriebsaggregat 3 mit einem im einzelnen nicht dargestellten, auf einer Lafette in Längsrichtung verfahrbaren Drehantrieb sowie einem Druck- und Zugantrieb sowie einem Schlag- und einem Vibrationsgerät. Das Gestänge 4 dient dazu, mit Hilfe eines als Abbauwerkzeug wirkenden Lenkkopfs 5 bis zu einer Zielgrube 6 eine Erdbohrung 7 zu schaffen. Das Gestänge 4 besteht aus einzelnen Ge stängeabschnitten 8, die über Steckverbindungen 9 miteinander verbunden sind.In a building pit 1 in the ground 2 there is a drive unit 3 with a rotary drive, not shown in detail, which can be moved in the longitudinal direction on a carriage, as well as a push and pull drive as well as a percussion and a vibration device. The linkage 4 is used to create an earth hole 7 with the aid of a steering head 5 acting as a removal tool up to a target pit 6 . The linkage 4 consists of individual Ge rod sections 8 which are connected to one another via plug connections 9 .

Um ein rasches zug-, druck- und drehfestes Verbinden zweier Gestängeab schnitte 8 miteinander zu ermöglichen, besitzt das vordere Ende 10 des an zukuppelnden Gestängeabschnitts 8 einen axial vorkragenden laschenarti gen Ansatz 11. Dieser greift in das rückwärtige Ende 12 des vorausgehen den Gestängeabschnitts 8 gleitend ein, in dem sich stirnseitig eine längs schlitzartige Ausnehmung 13 befindet. Der Ansatz 11 weist auf seinen Sei tenflächen 11a, 11b einen quer zur Längsmittelachse 14 vorkragenden zapfenartigen Vorsprung 15 auf. Die beiden Vorsprünge 15 besitzen seitliche Führungsflächen 15a. Jeder Vorsprung 15 ist in eine ausreichend tiefe, dem Abstand der Führungsflächen 15a entsprechend breite Nut 16 des Gestän geabschnittsendes 12 bis in eine Lagerbohrung 17 eingeschoben, in der die Vorsprünge 15 drehbar gelagert sind.To a rapid tensile, compressive and nonrotatably coupling of two sections Gestängeab 8 to enable each other, the front end 10 has an axially projecting laschenarti of the gene at zukuppelnden linkage portion 8 approach. 11 This slidably engages in the rear end 12 of the preceding rod section 8 , in which there is a longitudinally slit-like recess 13 on the end face. The approach 11 has on its Be tenflächen 11 a, 11 b a projecting transversely to the longitudinal central axis 14 pin-like projection 15 . The two projections 15 have lateral guide surfaces 15 a. Each projection 15 is inserted into a sufficiently deep, the distance between the guide surfaces 15 a correspondingly wide groove 16 of the rod end section 12 into a bearing bore 17 in which the projections 15 are rotatably mounted.

Die Gestängeabschnitte besitzen im Bereich ihrer Längsmittelachse 14 eine axiale Bohrung 18 für Medien oder auch für elektrische Leitungen. Die axiale Bohrung 18 im Gestängeabschnittsende 12 enthält eine Dichtbüchse 19. Diese ist von einer Druckfeder 20 belastet, so daß sie mit ihrer der Druckfe der 20 abgekehrten trichterförmigen bzw. konkaven Stirnfläche dichtend an der abgerundeten Stirnfläche des gekuppelten laschenartigen Ansatzes 11 anliegt. Haltestifte 21 begrenzen die Längsbewegung der Dichtbüchse 19.The linkage sections have an axial bore 18 for media or also for electrical lines in the region of their longitudinal central axis 14 . The axial bore 18 in the rod section end 12 contains a sealing bush 19 . This is loaded by a compression spring 20 , so that it rests with its Druckfe the 20 funnel-shaped or concave end face sealingly against the rounded end face of the coupled tab-like extension 11 . Retaining pins 21 limit the longitudinal movement of the sealing bush 19 .

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie sich das Gestängeabschnittsende 10 beim Kuppeln in das Gestängeabschnittsende 12 einstecken und über einen Winkel α aus der winkligen Einstecklage in die Betriebs- bzw. Strecklage der Fig. 3 verschwenken läßt.From Fig. 2 it can be seen how the linkage section end 10 can be inserted into the linkage section end 12 during coupling and can be pivoted through an angle α from the angular insertion position into the operating or extended position of FIG. 3.

Bei der Kupplung 9 gemäß Fig. 4 besitzt das Ende 10 des einen Gestänge abschnitts 8 ebenfalls einen laschenartigen Ansatz 11 und das Ende 12 des anderen Gestängeabschnitts 8 eine längsschlitzartige Ausnehmung 13, in die mit einem axial vorkragenden Dorn 22 der laschenartige Ansatz 11 glei tend eingreift. Der Dorn 22 ist in einen mit einer Bohrung 23 versehenen drehbaren Querbolzen 24 eingeschoben, der in Gelenkbohrungen quer zur Längsmittelachse 14 im rückwärtigen Teil der längsschlitzartigen Ausneh mungen 13 des Gestängeabschnittsendes 12 gelagert ist. Des weiteren be sitzt der laschenartige Ansatz 11 einen in radialer Richtung vorkragenden Nocken 25. In der Strecklage (vgl. Fig. 3) greift dieser Nocken von oben her in eine Ausnehmung 26 in der Wandung des Endes 12 des anderen Ge stängeabschnitts 8 sowie eine axiale Nase 27 im Ende 10 des anzukuppeln den Gestängeabschnitts 8 hinter eine komplementäre axiale Nase 28 an dem anderen Gestängeabschnitt 8, wenn der anzukuppelnde Gestängeab schnitt 8 nach dem Verschwenken in die Strecklage mit seinem Dorn 22 in der Ausnehmung 13 des anderen Gestängeabschnitts 8 bzw. in der Bohrung 23 des Querbolzens 24 axial nach rechts in Fig. 4 verschoben und auf diese Weise eine druck-, zug- und drehfeste Verbindung hergestellt wird. Dabei greift die Nase 28 in eine Ausnehmung 29 an der Nase 27 des anzukup pelnden Gestängeabschnitts 8 ein.In the clutch 9 shown in Fig. 4 has the end 10 of a pipe section 8 also has a tab-like projection 11 and the end 12 of the other linkage portion 8 a longitudinal slit-like recess 13 engages moving tend to with an axially projecting mandrel 22 of the strap-like extension 11 . The mandrel 22 is inserted into a rotatable cross bolt 24 provided with a bore 23 which is mounted in joint bores transverse to the longitudinal central axis 14 in the rear part of the slot-like recesses 13 of the rod section end 12 . Furthermore, the tab-like projection 11 is a cam 25 projecting in the radial direction. In the extended position (see. FIG. 3) of these cam engages from above into a recess 26 in the wall of the end 12 of the other Ge stängeabschnitts 8 and an axial nose 27 in the end 10 of to couple the rod section 8 behind a complementary axial lug 28 at the other pipe section 8 when the anzukuppelnde Gestängeab section 8 after pivoting into the extended position with its mandrel 22 in the recess 13 of the other rod section 8 and in the bore 23 of the cross pin 24 axially to the right in Fig. displaced 4 and in this How a pressure, tensile and torsion-proof connection is made. The nose 28 engages in a recess 29 on the nose 27 of the rod section 8 to be coupled.

Das Gestänge kann auch leiterartig ausgebildet sein und aus Längsholmen 30 bestehen, die über Sprossen 31, 32, 33 miteinander verbunden sind (Fig. 5). Die Sprossen 32, 33 besitzen einen L-förmigen Querschnitt und dienen in Verbindung mit einem Kupplungskopf 34 am vorderen Ende des anzukup pelnden Gestängeabschnitts 8 zum Herstellen einer schub-, zug- und dreh festen Verbindung 9 (vgl. Fig. 6). Im gekuppelten Zustand bzw. in der Strecklage (Fig. 6, 7) greifen zwei Nasen 35, 36 des einen Gestängeab schnitts unter die beiden Kupplungssprossen 32, 33 des anderen Gestänge abschnitts und befindet sich die Kupplungssprosse 33 in einer Ausnehmung 37 des Kupplungskopfes 34.The linkage can also be designed like a ladder and consist of longitudinal spars 30 which are connected to one another via rungs 31 , 32 , 33 ( FIG. 5). The rungs 32 , 33 have an L-shaped cross section and are used in conjunction with a coupling head 34 at the front end of the rod section 8 to be coupled to produce a shear, tensile and rotationally fixed connection 9 (see FIG. 6). In the coupled state or in the extended position (FIGS . 6, 7), two lugs 35 , 36 of one section of the linkage engage under the two coupling rungs 32 , 33 of the other linkage section, and the coupling rung 33 is located in a recess 37 of the coupling head 34 .

Statt leiterartig können die Gestängeabschnitte 8 auch massiv ausgebildet sein; sie besitzen dann seitliche Vorsprünge 38 oder umlaufende Rippen und dazwischen befindliche Ausnehmungen 39 oder umlaufende Nuten (Fig. 6, 7).Instead of ladder-like, the rod sections 8 can also be solid; they then have lateral projections 38 or circumferential ribs and recesses 39 or circumferential grooves located between them ( FIGS. 6, 7).

Das Gestänge 4 besitzt an seinem vorderen Ende einen Gestängekopf 40, in dem der Lenkkopf 5 durch Drehen am Gestänge über den Umsteuerwinkel radial verstellbar gelagert ist. Wie sich aus der Darstellung in Fig. 8 ergibt, ist der Lenkkopf 5 als Werkzeug ausgebildet, mit einem rückwärtigen Zapfen 41 versehen und mit dem Gestängekopf 40 verbunden. Dieser Zapfen lagert in zwei axial voneinander entfernten Verstellexzentern aus je zwei radial inein ander gebauten Exzenterringen 42, 43. Dabei umschließt jeweils der äußere Exzenterring 43 den inneren mit dem Zapfen 41 fest verbundenen Exzenter ring 42. Die als Lagerung des Zapfens 41 und zum radialen Verstellen des Zapfens 41 mit dem Lenkkopf 5 aus ihrer Mittellage dienenden Verstellex zenter 43 sind Bestandteil eines Mantelrohrs 44, das den Zapfen 41 beim Geradeausbohren konzentrisch umgibt (Fig. 8). Die Exzenterringe 42 und 43 sind durch Rohrabschnitte 45 bzw. 46 miteinander verbunden und bilden somit paarweise je eine stabile Einheit.The linkage 4 has at its front end a linkage head 40 , in which the steering head 5 is mounted in a radially adjustable manner by turning the linkage via the reversing angle. As can be seen from the illustration in FIG. 8, the steering head 5 is designed as a tool, is provided with a rear pin 41 and is connected to the rod head 40 . This pin is supported in two axially spaced adjusting eccentrics, each consisting of two radially constructed eccentric rings 42 , 43 . The outer eccentric ring 43 encloses the inner eccentric ring 42 which is fixedly connected to the pin 41 . The serving as a bearing of the pin 41 and for the radial adjustment of the pin 41 with the steering head 5 from its central position Verstellex center 43 are part of a casing tube 44 which concentrically surrounds the pin 41 when drilling straight ahead ( Fig. 8). The eccentric rings 42 and 43 are connected to one another by pipe sections 45 and 46 and thus each form a stable unit in pairs.

Der Zapfen 41 ist mit dem Bohrgestänge 4 drehfest verbunden, während der Gestängekopf 40 und der Lenkkopf drehbar miteinander verbunden sind. Die Drehbarkeit zwischen dem Lenkkopf 5 und dem Gestängekopf ist jedoch, wie beispielsweise in Fig. 12 dargestellt auf den Umsteuerwinkel begrenzt, sobald dieser durchfahren ist, drehen sich der Lenkkopf und das Gestänge gemeinsam. Der Gestängekopf 40 wird beim Verstellen des Lenkkopfs bzw. während des Durchfahrens des Umsteuerwinkels durch die Erdreichreibung festgehalten; er kann jedoch zur Erhöhung der Reibung auch mit achsparal lelen Rippen versehen sein. The pin 41 is rotatably connected to the drill pipe 4 , while the drill head 40 and the steering head are rotatably connected to each other. However, the rotatability between the steering head 5 and the rod head is limited, as shown for example in FIG. 12, to the reversing angle, as soon as this is passed through, the steering head and the rod joint rotate together. The rod head 40 is held when the steering head is adjusted or while driving through the reversing angle due to the earth friction; However, to increase the friction, it can also be provided with axially parallel ribs.

Bei einem Verdrehen des Gestänges gegenüber dem vom Erdreich drehfest gehaltenen Gestängekopf 40 kommt es zu einer radialen Verlagerung um die Exzentrizität 48 von der in Fig. 8 dargestellten Geradeausposition in die in Fig. 9 dargestellte Lenkposition für eine Kurvenfahrt.When the boom is rotated relative to the boom head 40 , which is held in a rotationally fixed manner by the ground, there is a radial shift by the eccentricity 48 from the straight-ahead position shown in FIG. 8 to the steering position shown in FIG. 9 for cornering.

Eine andere Möglichkeit zum exzentrischen Verstellen des Lenkkopfs besteht darin, den Gestängekopf 40 als Exzenter auszubilden, d. h. mit einer über den Umfang unterschiedlichen Wanddicke zu versehenAnother possibility for eccentric adjustment of the steering head is to design the rod head 40 as an eccentric, ie to provide it with a different wall thickness over the circumference

Bei dem Lenkkopf gemäß Fig. 10 ist die Berührungsfläche des Lenkkopfs 5 mit einer sphärischen Berührungsfläche 49 versehen; sie liegt an einer ent sprechend geformten Ringfläche eines Mantelrohrs 50 mit einem Lagerring 51 an, in dem drehbar ein Exzenterring 52 gelagert ist. Der Exzenterring 52 ist starr mit dem Gestänge 4 verbunden. Der Lagerzapfen 53 besitzt zwei konvexe Wülste 54, 55, die in den komplementär konturierten Lagerring 51 und den ebenfalls komplementären Exzenterring 52 gelagert sind. . In the steering head according to Figure 10 is provided, the contact surface of the steering head 5 having a spherical contact surface 49; it lies against a correspondingly shaped annular surface of a jacket tube 50 with a bearing ring 51 , in which an eccentric ring 52 is rotatably mounted. The eccentric ring 52 is rigidly connected to the linkage 4 . The bearing journal 53 has two convex beads 54 , 55 which are mounted in the complementarily contoured bearing ring 51 and the likewise complementary eccentric ring 52 .

Beim Drehen des Exzenterrings 52 aus der in Fig. 10 dargestellten Lage in die in Fig. 11 dargestellte Lage dreht sich der Lagerzapfen 53 um eine Achse 56 in dem vorderen Lagerring 51 und nimmt die Längsachse 57 des Lenkkopfes 5 den Winkel 58 in bezug auf die Längsachse 59 des Gestänge kopfes bzw. Mantelrohrs 50, das vom Erdreich festgehalten wird.Upon rotation of the eccentric ring 52 in FIG. 10 position shown in the position shown in Fig. 11, the bearing pin 53 rotates about an axis 56 in the front bearing ring 51 and accepts the longitudinal axis 57 of the steering head 5 the angle 58 with respect to the Longitudinal axis 59 of the rod head or casing tube 50 , which is held by the ground.

Bei dem Lenkkopf 5 gemäß Fig. 12 greift ein exzentrischer Lagerzapfen 60 in eine entsprechend exzentrische Lagerbohrung 61 eines Gestängekopfs 5 und ein in den Lenkkopf eingeschraubter Mitnehmerzapfen 62 in einen kreisbogenförmigen Schlitz 63 des Gestängekopfs 64 ein. Der Lagerzapfen 60 ist mit Hilfe von Spannstiften 65 in Ausnehmungen 66 gegen eine axiale Bewegung in der Gestängekopfbohrung 61 gesichert. In the steering head 5 according to FIG. 12, an eccentric bearing pin 60 engages in a correspondingly eccentric bearing bore 61 of a rod head 5 and a driver pin 62 screwed into the steering head engages in an arcuate slot 63 of the rod head 64 . The bearing pin 60 is secured by means of dowel pins 65 in recesses 66 against axial movement in the rod head bore 61 .

Das seitliche Auslenken des Lenkkopfs 5 geschieht nach einem Stillsetzen des Gestänges 4 mit dem Gestängekopf 64 - wie im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 bis 12 beschrieben - durch Drehen des Gestänges entgegen dem Uhrzeigersinn, um einen Winkel, d. h. den Umsteuerwinkel, welcher der Länge des kreisbogenförmigen Schlitzes 63 entspricht, bis der Mitnehmerzapfen 62 am anderen Schlitzende angekom men ist. Dabei verlagert sich der Lenkkopf 5 um die Exzentrizität 67 zur Seite. Wenn sich der Lenkkopf dann noch nicht in der richtigen Raumlage für das Kurvenbohren (Lenkposition) befindet, werden das Gestänge 4 und der Lenkkopf gemeinsam noch um einen weiteren Winkel, den Positionierwinkel in die Lenkposition gedreht, die dem Beginn der vorgesehenen Kurvenbahn entspricht.The lateral deflection of the steering head 5 takes place after the linkage 4 has been stopped with the linkage head 64 - as described in connection with the exemplary embodiments in FIGS. 7 to 12 - by turning the linkage counterclockwise by an angle, ie the reversal angle, which is the Length of the arcuate slot 63 corresponds until the driver pin 62 has arrived at the other end of the slot men. The steering head 5 shifts to the side by the eccentricity 67 . If the steering head is not yet in the correct position for corner drilling (steering position), the linkage 4 and the steering head are rotated together by a further angle, the positioning angle, into the steering position, which corresponds to the beginning of the intended curved path.

Wie in den Fig. 13 und 14 dargestellt, können die Berührungsflächen 68 zwi schen dem Lenkkopf 5 und dem Bohrgestängekopf 69 auch schräg zu der Gestängekopf bzw. Gestängelängsachse 70 verlaufen. Bei einem Drehen am Gestänge entgegen dem Uhrzeigersinn bei vom Erdreich festgehaltenem Lenkkopf 5 bewegt sich der vom Erdreich festgehaltene Lenkkopf 5 aus der in Fig. 13 dargestellten koaxialen bzw. symmetrischen Lage in die in Fig. 14 dargestellte Lage für ein Kurvenbohren. Die Längsachsen 71 des Lenkkopfs und die Gestängekopflängsachse 70 schließen dann einen stumpfen Winkel 73 ein. Der Drehwinkel des Gestänges ergibt sich auch hier wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 aus dem Zusammenwirken eines Mit nehmerzapfens und eines kreisbogenförmigen Schlitzes. In diesem Falle ist jedoch der Lagerzapfen des Lenkkopfes 5 anders als in dem Ausführungs beispiel der Fig. 12 konzentrisch in dem Gestängekopf 69 gelagert.As shown in FIGS. 13 and 14, the contact surfaces 68 between the steering head 5 and the drill rod head 69 can also extend obliquely to the rod head or rod longitudinal axis 70 . In one turning the rod counter-clockwise while holding the by soil steering head 5, the firmly held by the ground steering head 5 is moved from the shown in Fig. Coaxial and symmetrical position 13 to the position shown in Fig. 14 location for a curve drilling. The longitudinal axes 71 of the steering head and the rod head longitudinal axis 70 then form an obtuse angle 73 . The angle of rotation of the linkage also results here, as in the exemplary embodiment according to FIG. 12, from the interaction of a slave pin and an arcuate slot. In this case, however, the bearing pin of the steering head 5 is mounted concentrically in the rod head 69 , as in the embodiment example of FIG. 12.

Der Lenkkopf des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 15 unterscheidet sich von dem Lenkkopf gemäß Fig. 14 im wesentlichen nur dadurch, daß er mit einem um eine Achse 74 drehbaren Werkzeug 75 versehen ist, das von einem Fluidmotor 76 unabhängig von dem Bohrgestänge mit dem Gestän gekopf 69 angetrieben wird. Der Fluidmotor wird über eine durch das Bohr gestänge und den Gestängekopf 69 geführte Leitung 77 von der Startgrube 1 aus mit Antriebsfluid, beispielsweise einem Wasser/Bentonit-Gemisch ver sorgt, das über Düsen 78 im Lenkkopf 5 austritt und als Schmiermittel dient.14 of the steering head of the embodiment of Fig. 15 differs from the steering head according to FIG. Essentially only in that it is provided with a rotatable about an axis 74. Tool 75, which by a fluid motor 76 independently of the drill string with the Gestän gekopf 69 is driven. The fluid motor is provided through a drill rod through the drill and the rod head 69 line 77 from the starting pit 1 with drive fluid, for example a water / bentonite mixture, which exits via nozzles 78 in the steering head 5 and serves as a lubricant.

Der besondere Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß es sich hier um einen aktiven Lenkkopf 5 handelt, bei dem das Werkzeug 75 während der Kurvenfahrt im Gegensatz zu den anderen dargestellten, passi ven, d. h. nur Verdrängungsarbeit leistenden Lenkköpfen Abbauarbeit leistet. Diese Abbauarbeit kann auf die Kurvenfahrt beschränkt sein, so daß der Fluidmotor (Mud-Motor) während des Geradeausbohrens nicht in Betrieb ist und demgemäß der Verbrauch an teurem Antriebsfluid entsprechend gering ist. Damit ist ein erheblicher Kostenvorteil verbunden, weil Bentonit/Wasser- Gemische infolge ihres Feststoffanteils stark verschleißend wirken und das mit abgebautem Erdreich verunreinigte Gemisch beim Verlassen der Erd bohrung in der Startgrube aufgefangen und anschließend aufbereitet oder auch entsorgt werden muß.The particular advantage of this embodiment is that it is an active steering head 5 , in which the tool 75 during the cornering, in contrast to the other shown, passi ven, that is, only perform displacement steering heads removal work. This mining work can be limited to cornering, so that the fluid motor (mud motor) is not in operation while drilling straight ahead, and accordingly the consumption of expensive drive fluid is correspondingly low. This is associated with a considerable cost advantage because bentonite / water mixtures have a strong wear due to their solids content and the mixture contaminated with mined soil has to be collected in the starting pit when leaving the earth hole and then processed or disposed of.

Während des Geradeausbohrens kann den Düsen 78 über die Innenleitung 77 unter Umgehung des Fluidmotors ein Spülmittel beispielsweise Wasser zugeführt werden, das bei entsprechend hohem Druck auch Abbauarbeit leisten kann. Mit dem Verdrehen bzw. Verstellen des Lenkkopfes nehmen die Düsen eine Winkellage in bezug auf die Längsachse 70 des Gestänge kopfes ein; der sie verlassende Fluidstrahl leistet dann neben dem Werkzeug 75 zusätzliche Abbauarbeit längs der vorgesehenen Kurvenbahn.While drilling straight ahead, a flushing agent, for example water, can be supplied to the nozzles 78 via the inner line 77 , bypassing the fluid motor, which water can also perform dismantling work at correspondingly high pressure. With the rotation or adjustment of the steering head, the nozzles take an angular position with respect to the longitudinal axis 70 of the linkage head; the fluid jet leaving it then performs, in addition to the tool 75, additional mining work along the intended curved path.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 16 und 17 besitzen das Bohrgestänge 4 und der Lenkkopf 5 mit einem Werkzeug 79 denselben, außerhalb des Erdreichs 2 bzw. in der Startgrube 1 angeordneten Drehantrieb, in Gestalt des Gestängeantriebs 3.In the embodiment of FIGS. 16 and 17, the drill pipe 4 and the steering head 5 have the same rotary drive with a tool 79 , which is arranged outside the ground 2 or in the starting pit 1 , in the form of the rod drive 3 .

Im einzelnen ist das vordere Ende des Gestänges 4 drehbar in einem Gestängekopf 80 gelagert und über ein Kardangelenk 81 mit dem Lenkkopf 5 verbunden, der mit einer schräg zur Gestängekopfachse 80 verlaufenden Berührungsfläche 68 am Gestängekopf anliegt.Specifically, the front end of the linkage 4 is rotatably mounted in a linkage head 80 and connected via a universal joint 81 to the steering head 5 , which rests on the linkage head with a contact surface 68 that extends obliquely to the linkage head axis 80 .

Der Lenkkopf 5 ist drehbar in einem Zwischenstück 82 gelagert, das mit Hilfe von Spannstiften 83 im Gestängekopf 80 fixiert ist. Das Zwischenstück 82 dient gleichzeitig als Lager für eine von dem Kardangelenk 81 zu dem Lenk kopf mit dem Werkzeug 79 führende Welle 84. Des weiteren besitzt der Gestängekopf 80 eine Rotationssicherung 85, die den Gestängekopf im Erd reich festlegt, wenn das Gestänge bei sich drehendem Lenkkopf im Vor schubbetrieb in das Erdreich gepreßt und/oder geschlagen wird.The steering head 5 is rotatably mounted in an intermediate piece 82 which is fixed in the rod head 80 with the aid of dowel pins 83 . The intermediate piece 82 also serves as a bearing for a shaft 84 leading from the universal joint 81 to the steering head with the tool 79 . Furthermore, the rod head 80 has a rotation lock 85 , which defines the rod head in the earth when the rod is pressed and / or hit in the ground with the steering head rotating in the overrun mode.

Beim Geradeausbohren (Fig. 16) bilden das Gestänge 4, der Gestängekopf 80 und der Lenkkopf 5 mit dem Werkzeug 79 eine im Uhrzeigersinn rotie rende koaxiale Baueinheit (Fig. 16). Gestänge 4, Gestängekopf 80 und Lenkkopf 5 sind dann drehfest miteinander verriegelt. Beim Übergang vom Geradeausbohren (Fig. 16) zum Kurvenbohren (Fig. 17) wird zunächst das Gestänge 4 stillgesetzt und die Rotationssicherung betätigt, d. h. der Gestängekopf im Erdreich verriegelt. Alsdann wird der Lenkkopf 5 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Positionierwinkel in die Lenkposition der Fig. 17 gedreht. Sobald die Lenkposition erreicht ist, treibt das Gestänge 4 im Vor schubbetrieb nur noch das Werkzeug 75 an, während der Gestängekopf 80 und der Lenkkopf 5 vom Erdreich drehfest gehalten werden.When drilling straight ahead ( Fig. 16), the linkage 4 , the linkage head 80 and the steering head 5 with the tool 79 form a clockwise rotating coaxial assembly ( Fig. 16). Linkage 4 , linkage head 80 and steering head 5 are then locked together in a rotationally fixed manner. When transitioning from straight drilling ( Fig. 16) to curve drilling ( Fig. 17), the boom 4 is first stopped and the rotation lock is activated, ie the boom head is locked in the ground. The steering head 5 is then rotated counterclockwise by the positioning angle into the steering position of FIG. 17. As soon as the steering position is reached, the linkage 4 only drives the tool 75 in the overrun mode, while the linkage head 80 and the steering head 5 are held in rotation by the soil.

Ein separater Antrieb für das Werkzeug bzw. den Lenkkopf empfiehlt sich immer dann, wenn der Lenkkopf 5 mehr oder weniger stumpf ausgebildet ist. Konische bzw. spitze Lenkköpfe, wie sie in den Fig. 18, 19 dargestellt sind, benötigen einen solchen Antrieb; sie lassen sich beim Kurvenbohren auch im reinen Vorschubbetrieb in das Erdreich pressen.A separate drive for the tool or the steering head is always recommended when the steering head 5 is more or less blunt. Conical or pointed steering heads, as shown in FIGS . 18, 19, require such a drive; They can also be pressed into the ground when boring in pure feed mode.

Der in den Fig. 18 und 19 dargestellte Lenkkopf 5 entspricht im wesentlichen dem in den Fig. 13 und 14 dargestellten Lenkkopf und ist daher in gleicher Weise beziffert; er ist demgegenüber lediglich spitz-konisch ausgebildet und mit die Erdreichreibung erhöhenden Vorsprüngen 86 versehen.The steering head 5 shown in FIGS. 18 and 19 essentially corresponds to the steering head shown in FIGS. 13 and 14 and is therefore numbered in the same way; on the other hand, it is merely of a conical shape and is provided with projections 86 which increase the earth friction.

Claims

1. Device for directional drilling in the ground with

- A rod drive ( 3 ) arranged outside of the ground,
- A drill rod ( 4 ) and non-rotatable in both directions of rotation
- A radially adjustable steering head ( 5 ) which is rotatably supported in the linkage by a reversing angle.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the Posi tionierwinkel of the steering head ( 5 ) with the help of a in a circular arc-shaped slot ( 63 ) of the rod head ( 40 , 64 , 69 ) engaging with the pin ( 62 ) is limited.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the linkage ( 4 ) consists of several non-rotatably connected sections ( 8 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the rod sections ( 8 ) via a plug connection ( 9 ) are connected to each other ver.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the linkage ( 4 ) with recesses ( 30 ; 39 ) and / or projections gene ( 38 ) provided linkage sections ( 8 ).

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized by a positive plug connection ( 9 ).

7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the rod sections ( 8 ) at one end an axial projection ( 11 ) with a lateral projection ( 15 ) and at the other end a slot-like recess ( 13 ) for an axial Approach as well as a groove ( 16 ) and a bore ( 17 ) for the lateral projection.

8. The device according to claim 7, characterized in that the lateral projection ( 15 ) with lateral guide surfaces ( 11 a, 11 b) is provided and in a transverse to the longitudinal central axis ( 14 ) of the rod section ( 8 ) extending groove ( 16 ) of a rod section can be pushed into a bearing bore ( 17 ).

9. The device according to claim 6, characterized in that the rod sections ( 8 ) at one end ( 10 ) with an axial mandrel ( 22 ) and at the other end ( 12 ) with a cross bolt ( 24 ) with a through bore ( 23 ) for the receptacle is provided with a mandrel and the cross bolt is rotatably mounted in the articulated bores ( 24 ) transversely to the longitudinal central axis ( 14 ).

10. The device according to claim 9, characterized in that the articulated connection has in the coupled state in a recess ( 26 ) engaging radial cam ( 25 ) and two complementary axial lugs ( 27 , 28 ).

11. The device according to one of claims 3 to 6, characterized in that in the plug connection two lugs ( 35 , 36 ) of a coupling head ( 34 ) each engage under a cross bar ( 32 , 33 ) and the coupling head one of the cross bars ( 33 ) Overlaps in a U-shape.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the steering head ( 5 ) with a pin ( 41 ) in at least one eccentric ring ( 43 ) and the eccentric ring is connected to the linkage ( 4 ).

13. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the steering head ( 5 ) about a transverse to the rod axis ( 59 ) extending axis ver pivotally in a bearing ring ( 51 ) of the rod end ( 50 ) and a Ge in the rod head rotatably mounted , with the linkage ( 4 ) rotatably connected Ex center ring ( 52 ) is mounted.

14. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the steering head ( 5 ) with an eccentric pin ( 60 ) in a rod head ( 64 ) is rotatably supported to a limited extent.

15. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the steering head ( 5 ) with an eccentric pin ( 60 ) is mounted eccentrically in a rod head ( 64 ).

16. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the contact surface between a with the linkage ( 4 ) rotatably connected linkage head ( 69 ) and the steering head ( 5 ) extends obliquely with respect to the linkage axis ( 70 ).

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the steering head with a rotatable, by a fluid motor ( 76 ) driven NEN tool ( 75 ) is provided.

18. The apparatus according to claim 16, characterized in that the linkage ( 4 ) rotatably mounted in a linkage head ( 80 ) and connected via a universal joint ( 81 ) to the tool ( 79 ), the steering head ( 5 ) and the tool in a coaxial arrangement are rotatably connected to the rod head and the rod in one direction of rotation, and that the tool ( 79 ) in the opposite direction is only rotationally connected to the rod ( 4 ).

19. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the steering head ( 5 ) is provided with earth-digging projections.

20. Device according to one of claims 1 to 19, characterized records that the steering head at least a larger base diameter It has more than the linkage.

21. A directional drilling method in which one is at its tip with a rotating drill pipe provided with a steering head moved straight into the earth, when changing from straight ahead the boom rotation is interrupted for drilling bends, the boom rotated through an angle of rotation in the opposite direction, the steering head brought into an eccentric position and in this position the linkage in the soil is pressed and / or struck.

22. The method according to claim 21, characterized in that according to the Rotate the boom via a reversing angle, the boom and the tool can be turned further into the steering position.

23. The method according to claim 21 or 22, characterized in that driven a rotatable tool on the steering head using the linkage will.

24. The method according to claim 21 or 22, characterized in that a rotatable tool arranged on the steering head with the help of a Fluid motor is driven.

25. The method according to any one of claims 21 to 23, characterized in net that the nozzle located on the steering head is supplied with a fluid the.