DE202008015240U1 - Device and drill head for introducing a hole in the ground - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Einbringen einer Bohrung in das Erdreich mit einem Schrägbohrkopf (1), einem Drehantrieb (5) zum rotierenden Antreiben des Schrägbohrkopfs (1), einem Linearantrieb (4) zum statischen Vortreiben des Schrägbohrkopfs (1) im Erdreich sowie einem Schlagantrieb (6) mit dem Schlagimpulse auf den Schrägbohrkopf (1) ausgeübt werden, gekennzeichnet durch Steuermittel, durch die der Schrägbohrkopf (1) zur Erzeugung einer Richtungsänderung oszillierend um eine definierte Winkelstellung des Schrägbohrkopfs (1) bewegbar ist, wobei gleichzeitig der Schlagantrieb (6) aktiviert ist.Device for introducing a borehole into the soil with a sloping boring head (1), a rotary drive (5) for rotationally driving the inclined boring head (1), a linear drive (4) for static advancement of the inclined boring head (1) in the ground and a percussion drive (6) with the impact pulses to the inclined drilling head (1) are exercised, characterized by control means by which the inclined drilling head (1) for generating a change in direction is oscillatory about a defined angular position of the Schrägbohrkopfs (1) movable, wherein at the same time the percussion drive (6) is activated.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zum Einbringen einer Bohrung in das Erdreich und einen für hierfür besonders geeigneten Bohrkopf.The The invention relates to a device for introducing a bore into the soil and one for this particular suitable drill head.

Für das Einbringen von Horizontalbohrungen in das Erdreich wird mittels einer auf der Erdoberfläche oder in einem Schacht angeordneten Antriebseinheit ein Bohrkopf mittels eines Bohrgestänges statisch oder dynamisch in das Erdreich getrieben. Hierbei kommen häufig HDD-(Horizontal Directional Drilling)-Bohrvorrichtungen zum Einsatz, die eine Änderung des Bohrverlaufs während des Bohrbetriebs ermöglichen, so dass die Bohrung mit einem nichtlinearen Verlauf eingebracht oder in dem Erdreich vorhandenen Hindernissen, wie Hartgesteinsbrocken oder bereits verlegten Versorgungsleitungen, ausgewichen werden kann. Die Steuerbarkeit der meisten HDD-Bohrvorrichtungen beruht auf der Verwendung eines Schrägbohrkopfs, der aufgrund seiner asymmetrischen Geometrie während des Vortriebs im Erdreich eine seitliche Ablenkung erfährt, die, für den Fall, dass der Bohrkopf in einer definierten Winkellage ausschließlich statisch, d. h. auf Schub belastet vorgetrieben wird, zu einem bogenförmigen Verlauf der Bohrung führt. Ein geradliniges Bohren ist mit einem solchen Schrägbohrkopf möglich, indem dieser während des Vorschubs zusätzlich gleichmäßig rotierend angetrieben wird, so dass sich die durch die Asymmetrie bedingten seitlichen Ablenkungen im Mittel jeder vollständigen Umdrehung des Schrägohrkopfs ausgleichen.For the introduction from horizontal drilling in the soil is by means of a on the earth's surface or arranged in a shaft drive unit a drill head by means of a drill string driven statically or dynamically into the ground. Come here often HDD (Horizontal Directional Drilling) drilling devices are used, the one change during the course of the drill of the drilling operation, so that the bore is introduced with a nonlinear course or in the soil existing obstacles, such as hard rocks or already laid supply lines, can be avoided. The controllability of most HDD drilling devices is based on the Use of an inclined drill head, due to its asymmetric geometry during excavation in the ground undergoes a lateral distraction, the, for the case that the drill head in a defined angular position exclusively static, d. H. is pushed on thrust loaded, to an arcuate course of Bore leads. A straight-line drilling is with such a Schrägbohrkopf possible, while this one of the feed in addition evenly rotating is driven, so that caused by the asymmetry lateral deflections on the average of each complete revolution of the oblique ear head compensate.

Stand der Technik ist weiterhin, derartige Bohrvorrichtungen zusätzlich mit einem Schlagantrieb auszustatten, der kontinuierlich oder auch bedarfsweise zugeschaltet werden kann, um den Bohrvortrieb insbesondere in schweren Böden und im Hartgestein zu verbessern. Bei dem Schlagantrieb kann es sich um einen sogenannten Imloch-Bohrhammer handeln, der innerhalb des Bohrkopfs angeordnet ist und seine Schlagimpulse direkt auf diesen überträgt. Bekannt ist auch die Integration des Schlagantriebs in die den Linear- und den Drehantrieb umfassende Antriebsvorrichtung, wobei die Schlagimpulse über das Gestänge an den Bohrkopf übertragen werden. Diese Ausgestaltung weist jedoch gegenüber einem Imloch-Bohrhammer wesentliche Nachteile auf, die insbesondere auf die erhebliche Belastung des Bohrgestänges durch die Übertragung der Schlagimpulse sowie die hierbei erfolgende Dämpfung der Schlagimpulse zurückzuführen sind.was standing The technique is further, such drilling devices additionally with equip a percussion drive, the continuously or as needed can be switched to the Bohrvortrieb especially in heavy Floors and in the hard rock to improve. The impact drive may be to act as a so-called in-hole hammer drill, which within the Drill head is arranged and its impact pulses transmitted directly to this. Known is also the integration of the impact drive in the linear and the rotary drive comprehensive drive device, the impact pulses on the linkage transferred to the drill head become. However, this embodiment has opposite an in-hole hammer drill significant disadvantages, in particular to the significant burden of the drill string through the transmission the impact pulses and the case occurring damping of the impact pulses are due.

Insbesondere beim Bohren im Hartgestein sind die Bohrköpfe erheblichen Belastungen ausgesetzt. Es ist daher bekannt, diese an den zur Übertragung der Bohrkräfte vorgesehenen Flächen mit Hartmetallelementen zu versehen, die häufig einen hohen Anteil an Wolframcarbid umfassen. Aufgrund der hohen Verschleißfestigkeit der Hartmetallelemente kann die Standzeit der Bohrköpfe erheblich erhöht werden; zudem können die Hartmetallelemente bei einer entsprechenden Ausgestaltung die Schneidwirkung eines rotierenden Bohrkopfs verbessern.Especially when drilling in hard rock, the drill heads are significant loads exposed. It is therefore known to transfer these to the the drilling forces intended areas To provide with carbide elements, which is often a high proportion of Include tungsten carbide. Due to the high wear resistance The carbide elements can significantly increase the service life of the drill heads increase; besides, you can the hard metal elements in a corresponding embodiment the Improve cutting action of a rotating drill head.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie einen Bohrkopf anzugeben, durch die ein verbesserter Vortrieb bei der Herstellung von Bohrungen im Erdreich und insbesondere in schweren Böden oder im Hartgestein erzielt werden kann.outgoing From this prior art, the invention is based on the object To provide a device and a drill head, by an improved Propulsion in the production of boreholes in the ground and in particular in heavy soils or can be achieved in hard rock.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.These Task is governed by the objects of independent claims solved; advantageous embodiments are the subject of the respective dependent claims and will be apparent from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, beim Einbringen einer Bohrung in das Erdreich, bei dem ein Schrägbohrkopf statisch im Erdreich vorgetrieben wird, wobei zum geradlinigen Bohren der Schrägbohrkopf zusätzlich rotierend angetrieben und zum Erzeugen einer Richtungsänderung die (kontinuierliche) Rotation des Schrägbohrkopfs in einer definierten Winkelstellung gestoppt wird, den Schrägbohrkopf während des Rotationsstopps um die definierte Winkellage oszillierend zu bewegen und gleichzeitig, zur weiteren Unterstützung des Bohrvortriebs, zumindest zeitweise Schlagimpulse auf den Schrägbohrkopf auszuüben, die von diesem auf das Erdreich übertragen werden.According to the invention, it is provided when introducing a hole in the soil, in which a Schrägbohrkopf static propelled in the ground, wherein for straight-line drilling the oblique drill head additionally driven in rotation and for generating a change in direction the (continuous) rotation of the inclined drilling head in a defined Angle position is stopped, the inclined drill head during the rotation stop to move the defined angular position oscillating and at the same time, to further support the Bohrvortriebs, at least temporarily impact pulses on the Schrägbohrkopf exercise, which transferred from this to the ground become.

Unter „Schrägbohrkopf" werden erfindungsgemäß alle Bohrköpfe verstanden, die bei einem nicht-rotierenden Vortrieb im Erdreich aufgrund ihrer Ausgestaltung eine seitliche Ablenkung erfahren; insbesondere fallen darunter solche Schrägbohrköpfe, die mit einer asymmetrisch angeordneten Schrägfläche versehen sind.Under "oblique drill head" according to the invention all drill heads understood in a non-rotating propulsion in the soil due to their design experience a lateral distraction; especially fall under it such oblique drill heads, the are provided with an asymmetrically arranged inclined surface.

Unter einer oszillierenden Bewegung um eine definierte Winkellage des Schrägbohrkopfs wird erfindungsgemäß verstanden, dass der Bohrkopf bezüglich einer Winkellage, die sich auf eine definierte Lage bezüglich einer Rotation des Schrägbohrkopfs um seine in Bohrrichtung weisende Längsachse bezieht und im direkten Zusammenhang mit der sich hierdurch bei einem nicht-rotierenden Vortrieb einstellenden Richtungsänderung steht, abwechselnd in beide Drehrichtungen um einen definierten Winkel, der für die beiden Drehrichtungen nicht gleich sein muss, angetrieben wird.Under an oscillating movement about a defined angular position of the Angular drill head is understood according to the invention that the drill head with respect an angular position that refers to a defined position relative to a Rotation of the inclined drilling head its pointing in the direction of drilling longitudinal axis and directly related to this a non-rotating propulsion adjusting direction change stands, alternately in both directions by a defined Angle, for the two directions of rotation need not be equal, is driven.

Durch die erfindungsgemäße Kombination der oszillierenden Bewegung des Schrägbohrkopfs mit dem Ausüben der Schlagimpulse auf den Bohrkopf, die von diesem auf das Erdreich überfragen werden, kann ein gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Bohrvorrichtungen erheblich verbesserter Bohrvortrieb erzielt werden.Due to the inventive combination of the oscillating movement of the inclined drilling head with the exercise of the impact pulses on the drill head, which transfer from this to the soil can be compared to the well-known from the prior art drilling devices significantly improved Bohrvortrieb can be achieved.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, den Schrägbohrkopf um einen Winkel von ±45° um die definierte Winkellage oszillierend zu bewegen. Insbesondere in Abhängigkeit von der Geometrie des Schrägbohrkopfs sowie der Beschaffenheit des Erdreichs können jedoch auch beliebige andere Winkel zweckmäßig sein.In a preferred embodiment the present invention is provided, the inclined drilling head by an angle of ± 45 ° around the defined angular position to oscillate. In particular, depending on the geometry of the inclined drilling head However, as well as the nature of the soil can also arbitrary other angles be appropriate.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform kann zudem vorgesehen sein, sowohl den statischen Vortrieb als auch das Ausüben der Schlagimpulse während der oszillierenden Bewegung aufrecht zu halten, um auf diese Weise eine optimale Verbesserung des Bohrvortriebs erreichen zu können.In a further preferred embodiment can also be provided, both the static propulsion as well the exercise the beat pulses during to keep the oscillating motion up to this way to achieve an optimal improvement of Bohrvortriebs.

Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, das statische Vortreiben des Schrägbohrkopfs und/oder das Ausüben der Schlagimpulse auf diesen während der oszillierenden Bewegung in einer oder auch in beide Drehrichtungen zu unterbrechen. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn ein – beispielsweise verschraubtes – Bohrgestänge der Bohrvorrichtung zum Einsatz kommt, deren (Schraub-)Verbindungen (z. B. zwischen den einzelnen Gestängeschüssen oder im Übergang zu dem Bohrkopf) sich durch eine Relativdrehung in einer Löserichtung lösen. In diesem Fall kann vorgesehen sein, das statische Vortreiben und das Ausüben der Schlagimpulse in derjenigen Drehrichtung der oszillierenden Bewegung zu unterbrechen, die dieser Löserichtung entspricht. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass bei der der Löserichtung entsprechenden oszillierenden Drehbewegung die zwischen dem Schrägbohrkopf und dem Erdreich auftretende Reibung verringert wird und folglich lediglich ein geringes, regelmäßig unterhalb der Lösemomente der (Schraub-)Verbindungen liegendes Drehmoment für die Drehbewegung des Schrägbohrkopfs erforderlich ist.alternative For this purpose, it may also be provided that the static driving of the inclined drilling head and / or the exercise the beat pulses on this during the oscillating movement in one or both directions of rotation to interrupt. This can be advantageous in particular if a - for example screwed - drill pipe of the drilling device is used whose (screw) connections (eg between the individual rod sections or in transition to the drill head) by a relative rotation in a release direction to solve. In this case, it can be provided, the static propulsion and the exercise the impact pulses in that direction of rotation of the oscillating To interrupt movement that corresponds to this release direction. On This way can be achieved, that at the release direction corresponding oscillating rotational movement between the inclined drill head and the soil occurring friction is reduced and consequently only a small, regularly below the loosening moments the (screw) connections lying torque for the rotational movement of the inclined drilling head is required.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen einer Bohrung in das Erdreich weist neben einem Schrägbohrkopf, einem Drehantrieb zum rotierenden Antreiben des Schrägbohrkopfs, einem Linearantrieb zum statischen Vortreiben des Schrägbohrkopfs im Erdreich sowie einem Schlagantrieb, mit dem Schlagimpulse auf den Schrägbohrkopf ausgeübt werden, Steuermittel auf, durch die der Schrägbohrkopf zur Erzeugung einer Richtungsänderung oszillierend um eine definierte Winkelstellung des Schrägbohrkopfs bewegbar ist, wobei gleichzeitig der Schlagantrieb aktiviert ist.A inventive device for introducing a hole in the ground, in addition to a Schrägbohrkopf, a rotary drive for rotating the inclined drilling head, a linear drive for static propulsion of the Schrägbohrkopfs in the soil and a percussion drive, with the impact pulses on the inclined drilling head exercised be, control means through which the inclined drill head for generating a change of direction oscillating around a defined angular position of the inclined drilling head is movable, while the impact drive is activated.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Schrägbohrkopf über ein (drehsteifes) Bohrgestänge mit dem Drehantrieb verbunden ist, wobei die oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs durch eine entsprechende Ansteuerung des Drehantriebs mittels der Steuermittel bewirkt wird.In a preferred embodiment of the device according to the invention can be provided that the inclined drill head via a (torsionally stiff) drill pipe with connected to the rotary drive, wherein the oscillating movement of the inclined drilling head by a corresponding control of the rotary drive by means of Control means is effected.

Eine alternative Ausgestaltung kann vorsehen, dass die oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs über ein Getriebe erzeugt wird. Bei dem Getriebe kann es sich beispielsweise um ein Kurvengetriebe oder auch einen Kurbeltrieb handeln. Das Getriebe kann so ausgebildet und angeordnet sein, dass eine gleichförmige Rotationsbewegung des Drehantriebs zu einer oszillierenden Bewegung des Schrägbohrkopfs führt; hierbei kann das Getriebe im Bereich des Drehantriebs angeordnet sein, so dass ein Bohrgestänge, mittels dessen der Bohrkopf mit dem Drehantrieb verbunden ist, ebenso wie der Bohrkopf eine oszillierende Bewegung ausführt. Ebenso kann das Getriebe im Bereich des Bohrkopfs angeordnet sein, so dass die rotierende Bewegung des Drehantriebs von dem Getriebe erst vor dem Schrägbohrkopf in eine oszillierende Bewegung gewandelt wird.A alternative embodiment may provide that the oscillating Movement of the inclined drilling head over Gear is generated. The transmission may be, for example to act a cam mechanism or a crank mechanism. The gear can be designed and arranged such that a uniform rotational movement the rotary drive to an oscillating movement of the inclined drilling head leads; In this case, the transmission can be arranged in the region of the rotary drive be, so a drill pipe, by means of which the drill head is connected to the rotary drive, as well how the drill head performs an oscillating motion. As well the gear can be arranged in the region of the drill head, so that the rotary motion of the rotary drive of the transmission only before the inclined drilling head is transformed into an oscillating movement.

Um die Wandlung der rotierenden Bewegung des Drehantriebs in eine oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs lediglich bedarfsweise, d. h. während einer gewünschten Änderung des Bohrverlaufs zu erhalten, kann weiterhin vorgesehen sein, das Getriebe mittels einer beliebig gestalteten Kupplung de-/aktivierbar auszubilden. Bei deaktiviertem Getriebe wird eine rotierende Bewegung des Drehantriebs ohne Zwischenschaltung des Getriebes auf den Schrägbohrkopf übertragen, während bei aktiviertem Getriebe eine Wandlung in eine oszillierende Bewegung erfolgt.Around the conversion of the rotary motion of the rotary drive into an oscillating one Movement of the inclined drilling head only as needed, d. H. while a desired change the Bohrverlaufs can continue to be provided, the Gear de- / activated by means of an arbitrarily designed clutch train. When the gearbox is deactivated, a rotating movement takes place the rotary drive is transferred to the inclined drilling head without interposing the gearbox, while with activated gear a conversion into an oscillating motion he follows.

Eine weiterhin alternative Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, die oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs mittels eines Schwenkantriebs durchzuführen. Hierbei kann es sich bevorzugt um einen hydraulischen, einen Hydraulikzylinder umfassenden Schwenkantrieb handeln, so dass für dessen Antrieb auf die regelmäßig vorhandenen hydraulischen Energiequellen zurückgegriffen werden kann. Alternativ sind jedoch auch pneumatische, elektrische und mechanische Schwenkantriebe möglich.A further alternative embodiment of the The invention may provide for the oscillating movement of the inclined drilling head perform by means of a rotary actuator. This can happen preferably a hydraulic, a hydraulic cylinder comprehensive Swivel drive act, allowing for its drive on the regularly existing resorted to hydraulic energy sources can be. Alternatively, however, pneumatic, electrical and mechanical part-turn actuators possible.

Ein insbesondere für die Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geeigneter Schrägbohrkopf weist eine Stirnfläche auf, auf der ein die Bohrwirkung verbesserndes Hartmetallelement angeordnet ist, wobei das Hartmetallelement zur Erhöhung der Flächenpressung zwischen diesem und dem Erdreich eine möglichst kleine Kontaktfläche aufweist.One especially for the use with a device according to the invention suitable Schrägbohrkopf has an end face on, arranged on the Bohrwirkung improving carbide element is, wherein the hard metal element to increase the surface pressure between this and the soil one possible has small contact surface.

Vorzugsweise ist das Hartmetallelement spitz zulaufend, so dass mit einer punktförmigen Kontaktfläche und einer breiten Basis sowohl die geforderte hohe Flächenpressung als auch die notwendige Stabilität des Hartmetallelements sichergestellt werden kann. Das Hartmetallelement kann insbesondere konisch ausgebildet sein, mit einer Mittelachse, die vorzugsweise in Bohrrichtung ausgerichtet ist.Preferably, the hard metal element tapered so that both the required high surface pressure and the necessary stability of the hard metal element can be ensured with a point-shaped contact surface and a broad base. The hard metal element may in particular be conical, with a central axis, which is preferably aligned in the drilling direction.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Bohrkopfs kann vorteilhaft bei jeder Art von Bohrkopf angewendet werden; sie eignet sich jedoch insbesondere für die Verbesserung eines Schrägbohrkopfs.The inventive design a drill head can be advantageously applied to any type of drill bit become; However, it is particularly suitable for the improvement of a Schrägbohrkopfs.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to the drawings embodiments explained in more detail.

In den Zeichnungen zeigen dieIn the drawings show the

1 und 2 die Verwendung einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung in schematischen Seitenansichten; 1 and 2 the use of a drilling device according to the invention in schematic side views;

3 die Vorrichtung gemäß 2 in einer Frontansicht; 3 the device according to 2 in a front view;

4 eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform; 4 a drilling device according to the invention in a second embodiment;

5 eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung in einer dritten Ausführungsform; und 5 a drilling device according to the invention in a third embodiment; and

6 einen erfindungsgemäßen Schrägbohrkopf in einer isometrischen Ansicht. 6 an oblique drill head according to the invention in an isometric view.

In den 1 bis 3 ist schematisch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen einer Bohrung in das Erdreich (Bohrvorrichtung) in verschiedenen Phasen dargestellt.In the 1 to 3 is schematically illustrated the use of a device according to the invention for introducing a hole in the soil (drilling apparatus) in different phases.

Die Bohrvorrichtung umfasst einen Schrägbohrkopf 1 sowie ein aus einer Vielzahl von miteinander verschraubten Gestängeschüssen bestehendes Bohrgestänge 2. Von dem Bohrgestänge 2 ist lediglich das vordere, mit dem Schrägbohrkopf 1 verbundene Ende sowie das hintere, mit einer Antriebsvorrichtung 3 verbundene Ende dargestellt.The drilling device comprises an inclined drilling head 1 and one of a variety of bolted together rod sections existing drill pipe 2 , From the drill pipe 2 is just the front, with the Schrägbohrkopf 1 connected end as well as the rear, with a drive device 3 connected end shown.

Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst einen Linearantrieb 4 in Form eines Hydraulikzylinders, durch den das Bohrgestänge 2 einschließlich des daran befestigten Schrägbohrkopfs 1 vorgetrieben oder zurückgezogen werden kann. Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst weiterhin einen elektromotorisch angetriebenen Drehantrieb 5 für einen rotierenden Antrieb des Schrägbohrkopfs 1 über das Bohrgestänge 2.The drive device 3 includes a linear drive 4 in the form of a hydraulic cylinder, through which the drill pipe 2 including the attached oblique drill head 1 can be driven or withdrawn. The drive device 3 further comprises an electric motor driven rotary drive 5 for a rotating drive of the inclined drilling head 1 over the drill pipe 2 ,

Innerhalb des Schrägbohrkopfs 1 ist weiterhin ein Schlagantrieb 6 vorgesehen, der einen hydraulisch beaufschlagten Schlagkolben 7 umfasst, der innerhalb einer Schlagkolben-Kammer 8 hin und her bewegt wird, wobei dieser nach dem Vorwärtshub auf eine vordere Schlagfläche der Schlagkolben-Kammer 8 auftrifft, wodurch die kinetische Energie des Schlagkolben 7 in einen Schlagimpuls umgewandelt wird, der von dem Schrägbohrkopf 1 wiederum auf das vor diesem liegende Erdreich (nicht dargestellt) übertragen wird.Inside the inclined drilling head 1 is still a blow drive 6 provided, a hydraulically applied percussion piston 7 that includes within a percussion chamber 8th is moved back and forth, this after the forward stroke on a front striking surface of the percussion chamber 8th impinges, reducing the kinetic energy of the percussion piston 7 is converted into a beat pulse coming from the helical drill head 1 is in turn transferred to the soil in front of this (not shown).

In der 1 ist der Betrieb der Bohrvorrichtung beim Einbringen einer geradlinigen Bohrung dargestellt. Hierzu wird der Schrägbohrkopf 1 von dem Linearantrieb 4 in das Erdreich vorgetrieben und gleichzeitig durch den Drehantrieb 5 kontinuierlich um seine Längsachse rotiert. Durch die kontinuierliche Rotation des Schrägbohrkopfs 1 gleicht sich die durch dessen Asymmetrie bedingte seitliche Ablenkung innerhalb einer vollständigen Umdrehung des Schrägbohrkopfs 1 aus, so dass sich ein im Wesentlichen geradliniger Verlauf der Bohrung ergibt.In the 1 the operation of the drilling device is shown when introducing a rectilinear bore. For this purpose, the inclined drill head 1 from the linear drive 4 pushed into the soil and at the same time by the rotary drive 5 continuously rotated about its longitudinal axis. Due to the continuous rotation of the inclined drilling head 1 the lateral deflection, caused by its asymmetry, is equal to within one complete revolution of the inclined drilling head 1 out, so that there is a substantially straight course of the bore.

Eine Änderung der Bohrrichtung beziehungsweise ein bogenförmiger Bohrverlauf kann dadurch erzielt werden, dass die Rotation des Schrägbohrkopfs 1 in einer definierten Winkellage gestoppt wird, so dass sich die Orientierung des schräg verlaufenden Abschnitts des Schrägbohrkopfs 1 (Schrägfläche 9) bezüglich der Längsachse des Schrägbohrkopfs 1 nicht mehr ändert. Die durch die Schrägfläche 9 bewirkte seitliche Ablenkung führt zu einer Richtungsänderung des Schrägbohrkopfs 1, während dieser von dem Linearantrieb 4 weiter vorgetrieben wird. Die tatsächliche Winkelstellung des Schrägbohrkopfs kann hierbei über Sensoren (nicht dargestellt) erfolgen, die am Schrägbohrkopf 1 oder auch an der Antriebsvorrichtung 3 angeordnet sein können.A change in the drilling direction or an arcuate bore profile can be achieved in that the rotation of the oblique drilling head 1 is stopped in a defined angular position, so that the orientation of the inclined portion of the Schrägbohrkopfs 1 (Oblique surface 9 ) with respect to the longitudinal axis of the Schrägbohrkopfs 1 does not change anymore. The through the inclined surface 9 caused lateral deflection leads to a change in direction of the Schrägbohrkopfs 1 while that of the linear actuator 4 is pushed on. The actual angular position of the oblique drill head can be done via sensors (not shown), which at the oblique drilling head 1 or on the drive device 3 can be arranged.

Durch das im Stand der Technik vorgesehene, rein statische Vortreiben eines Schrägbohrkopfs während einer Richtungsänderung wird die Leistungsfähigkeit einer Bohrvorrichtung erheblich eingeschränkt, so dass ein Bohrvortrieb in schweren Böden und in Hartgestein kaum oder gar nicht möglich ist.By the provided in the prior art, purely static propulsion an inclined drilling head during a change of direction becomes the efficiency a drilling device considerably restricted, so that a Bohrvortrieb in heavy soils Hardly or not at all in hard rock.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, den Schrägbohrkopf 1 während einer beabsichtigten Richtungsänderung beziehungsweise während eines bogenförmigen Bohrverlaufs um die definierte Winkelstellung oszillierend zu bewegen, wie dies in den 2 und 3 dargestellt ist. Die definierte Winkelstellung des Schrägbohrkopfs 1 beträgt im vorliegenden Fall 0°, d. h. mit einer exakt oberhalb der Längsachse des Schrägbohrkopfs 1 angeordneten Schrägfläche 9. Eine solche Winkelstellung bewirkt bei einem statischen Vortreiben im Erdreich eine Ablenkung des Schrägbohrkopfs 1 nach unten, d. h. in die um 180° versetzte Richtung zu der definierten Winkelstellung. Der Schrägbohrkopf 1 wird mit einem Winkel von ca. ±35° um die definierte Winkelstellung oszillierend bewegt (vgl. 2). Gleichzeitig mit der oszillierenden Bewegung des Schrägbohrkopfs 1 wird der Schlagantrieb 6 aktiviert. Durch die kombinierte Wirkung des Linearantriebs 4, der oszillierenden Bewegung des Schrägbohrkopfs 1, durch die das Erdreich vor dem Bohrkopf abgebaut wird, und des Schlagantriebs 6 kann auch bei einer Richtungsänderung beziehungsweise bei einem bogenförmigen Bohrverlauf sowie in schweren Böden oder in Hartgestein ein guter Bohrvortrieb erzielt werden.According to the invention is therefore provided, the inclined drilling head 1 during an intended change of direction or during an arcuate bore course to oscillate about the defined angular position, as in the 2 and 3 is shown. The defined angular position of the inclined drill head 1 is in the present case 0 °, ie with an exactly above the longitudinal axis of the inclined drilling head 1 arranged inclined surface 9 , Such angular position causes a distraction of the oblique drill head in a static propulsion in the ground 1 down, ie in the 180 ° offset direction to the defined angular position. The inclined drill head 1 is oscillated at an angle of approximately ± 35 ° about the defined angular position (cf. 2 ). Simultaneously with the oscillating movement of the inclined drilling head 1 becomes the percussion drive 6 activated. Due to the combined effect of the linear drive 4 , the oscillating movement of the inclined drilling head 1 , which breaks down the soil in front of the drill head, and the impact drive 6 can be achieved even with a change of direction or in a curved bore course and in heavy soil or in hard rock a good Bohrvortrieb.

Die oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs 1 wird bei der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform über eine entsprechende Ansteuerung des Drehantriebs 5 mittels einer Steuereinheit 10 erreicht. Die Steuereinheit 10 ermöglicht ein vollautomatisches gesteuertes Bohren, bei dem von dem Bediener lediglich die Bohrrichtung beziehungsweise eine Änderung hierzu vorgegeben werden muss und das Stoppen der Rotation, die Ansteuerung des Drehantriebs 5 zur Erzeugung der oszillierenden Bewegung sowie das Zu- und Abschalten des Schlagantriebs 6 automatisch von der Steuereinheit durchgeführt wird.The oscillating movement of the inclined drilling head 1 is at the in the 1 to 3 illustrated embodiment via a corresponding control of the rotary drive 5 by means of a control unit 10 reached. The control unit 10 allows fully automatic controlled drilling, in which only the drilling direction or a change must be specified by the operator and the stopping of the rotation, the control of the rotary drive 5 for generating the oscillating movement as well as the switching on and off of the percussion drive 6 automatically performed by the control unit.

Zwei alternative Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Bohrvorrichtungen sind in den 4 und 5 dargestellt.Two alternative embodiments of drilling devices according to the invention are in the 4 and 5 shown.

Bei der Ausführungsform gemäß 4 wird die Rotationsbewegung des Drehantriebs über ein mit dem Bohrgestänge 2 verbundenes Getriebe 16 in eine oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs 1 gewandelt. Das Getriebe 16 kann durch eine Kupplung 17, die zwei Kupplungselemente 17a, 17b umfasst, deaktiviert werden, so dass die Rotationsbewegung über das Kupplungselement 17b direkt auf das Bohrgestänge 2 übertragen wird.In the embodiment according to 4 is the rotational movement of the rotary drive over a with the drill pipe 2 connected gearbox 16 in an oscillating movement of the Schrägbohrkopfs 1 changed. The gear 16 can through a clutch 17 , the two coupling elements 17a . 17b includes, be deactivated, so that the rotational movement over the coupling element 17b directly on the drill pipe 2 is transmitted.

Die Bohrvorrichtung gemäß der 5 umfasst einen hydraulischen Schwenkantrieb 18, durch den die oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs 1 bewirkt werden kann. Der hydraulische Schwenkantrieb 18 ist hierbei zwischen dem Schrägbohrkopf 1 und dem Bohrgestänge 2 angeordnet. Der Drehantrieb 5 wird bei dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung für die oszillierende Bewegung nicht benötigt.The drilling device according to the 5 includes a hydraulic rotary actuator 18 , through which the oscillating movement of the Schrägbohrkopfs 1 can be effected. The hydraulic quarter turn actuator 18 is here between the inclined drill head 1 and the drill pipe 2 arranged. The rotary drive 5 is not needed in this embodiment of a drilling device according to the invention for the oscillating movement.

Die 6 zeigt einen Schrägbohrkopf 1', der sich insbesondere für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und für den Einsatz mit einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung eignet.The 6 shows an inclined drill head 1' which is particularly suitable for carrying out a method according to the invention and for use with a drilling device according to the invention.

Der Schrägbohrkopf 1', der über eine Steckverbindung 11 mit einem Bohrgestänge einer Bohrvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden werden kann, weist eine asymmetrische Geometrie auf. Der auf einem zylindrischen Grundkörper 12 basierende Schrägbohrkopf 1' weist eine schräg bezüglich Längsachse des zylindrischen Grundkörpers 12 ausgerichtete Fläche (Schrägfläche 9') auf. Die Schrägfläche 9' dient der Erzeugung einer Seitenkraft durch die der Schrägbohrkopf 1' bei einem Vortrieb durch das Erdreich seitlich abgelenkt wird. Bei einem nicht-rotierenden Vortrieb des Schrägbohrkopfs 1' ergibt sich somit eine permanente Richtungsänderung während des Vortriebs und folglich ein bogenförmiger Bohrverlauf. Der Schrägbohrkopf 1' weist weiterhin eine leicht gekrümmte Stirnfläche 13 auf. Auf dieser Stirnfläche 13 ist ein spitz zulaufendes, konisch geformtes Hartmetallelement 14 angeordnet. Das Hartmetallelement 14 kommt als erstes Bauteil des Schrägbohrkopfs 1' mit dem vor dem Schrägbohrkopf 1' liegenden Erdreich (Bohrgrund) in Kontakt, wobei durch die punktförmige und folglich möglichst kleine Kontaktfläche des Hartmetallelements 14 die gesamte Schubkraft der Bohrvorrichtung punktförmig in den Bohrgrund eingeleitet wird. Hierdurch wird eine besonders hohe Flächepressung erzielt, durch die auch Hartgestein zerstört und folglich auch in einem solchen Boden ein guter Bohrvortrieb erzielt werden kann. Der Schrägbohrkopf 1' der 3 ist weiterhin mit einer Mehrzahl von weiteren Hartmetallstiften 15 versehen, die dem Verschleißschutz des Grundkörpers 12 des Schrägbohrkopfes 1' dienen.The inclined drill head 1' that has a plug connection 11 can be connected to a drill pipe of a drilling apparatus (not shown) has an asymmetric geometry. The on a cylindrical body 12 based inclined drill head 1' has an oblique with respect to the longitudinal axis of the cylindrical body 12 aligned surface (oblique surface 9 ' ) on. The inclined surface 9 ' serves to generate a lateral force by the inclined drilling head 1' is deflected laterally during a propulsion through the soil. For non-rotating propulsion of the inclined drilling head 1' thus results in a permanent change in direction during propulsion and consequently a curved bore course. The inclined drill head 1' furthermore has a slightly curved end face 13 on. On this face 13 is a tapered, conically shaped cemented carbide element 14 arranged. The cemented carbide element 14 comes as the first component of the inclined drilling head 1' with the front of the inclined drill head 1' lying soil (Bohrgrund) in contact, with the punctiform and consequently the smallest possible contact surface of the cemented carbide element 14 the entire thrust of the drilling device is punctiform introduced into the bottom of the hole. As a result, a particularly high surface pressure is achieved, destroyed by the hard stone and therefore a good Bohrvortrieb can be achieved in such a soil. The inclined drill head 1' of the 3 is still with a plurality of other carbide pins 15 provided that the wear protection of the body 12 of the inclined drilling head 1' serve.

Claims (8)

Vorrichtung zum Einbringen einer Bohrung in das Erdreich mit einem Schrägbohrkopf (1), einem Drehantrieb (5) zum rotierenden Antreiben des Schrägbohrkopfs (1), einem Linearantrieb (4) zum statischen Vortreiben des Schrägbohrkopfs (1) im Erdreich sowie einem Schlagantrieb (6) mit dem Schlagimpulse auf den Schrägbohrkopf (1) ausgeübt werden, gekennzeichnet durch Steuermittel, durch die der Schrägbohrkopf (1) zur Erzeugung einer Richtungsänderung oszillierend um eine definierte Winkelstellung des Schrägbohrkopfs (1) bewegbar ist, wobei gleichzeitig der Schlagantrieb (6) aktiviert ist.Device for introducing a drill hole into the ground using an inclined drill head ( 1 ), a rotary drive ( 5 ) for rotationally driving the inclined drilling head ( 1 ), a linear drive ( 4 ) for static driving of the inclined drilling head ( 1 ) in the soil and a percussion drive ( 6 ) with the impact pulses on the inclined drilling head ( 1 ), characterized by control means, through which the oblique drill head ( 1 ) for generating a change in direction oscillating about a defined angular position of the Schrägbohrkopfs ( 1 ) is movable, while the impact drive ( 6 ) is activated. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrägbohrkopf (1) über ein Bohrgestänge (2) mit dem Drehantrieb (5) verbunden ist, wobei die oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs (1) durch eine entsprechende Ansteuerung des Drehantriebs (5) mittels der Steuermittel bewirkt wird.Device according to claim 1, characterized in that the oblique drill head ( 1 ) via a drill string ( 2 ) with the rotary drive ( 5 ), wherein the oscillating movement of the oblique drill head ( 1 ) by a corresponding control of the rotary drive ( 5 ) is effected by means of the control means. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs (1) über ein Getriebe erzeugt wird.Device according to claim 1, characterized in that the oscillating movement of the oblique drill head ( 1 ) is generated via a transmission. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe über eine Kupplung de-/aktivierbar ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the transmission via a coupling is de- / activated. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Bewegung des Schrägbohrkopfs (1) über einen hydraulischen Schwenkantrieb erzeugt wird.Device according to claim 1, characterized in that the oscillating movement of the oblique drill head ( 1 ) is generated via a hydraulic rotary actuator. Bohrkopf zum Einbringen einer Bohrung in das Erdreich, insbesondere zur Verwendung mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Stirnfläche (13), auf der ein Hartmetallelement (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartmetallelement (14) zur Erhöhung der Flächenpressung zwischen dem Hartmetallelement (14) und dem Erdreich eine möglichst kleine Kontaktfläche aufweist.Drilling head for introducing a bore into the ground, in particular for use with a device according to one of claims 1 to 5, having an end face ( 13 ), on which a hard metal element ( 14 ), characterized in that the hard metal element ( 14 ) for increasing the surface pressure between the hard metal element ( 14 ) and the soil has the smallest possible contact surface. Bohrkopf gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartmetallelement (14) spitz zulaufend ausgebildet ist.Boring head according to claim 6, characterized in that the hard metal element ( 14 ) is formed tapering. Bohrkopf gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Schrägbohrkopf (1') ausgebildet ist.Drilling head according to claim 6 or 7, characterized in that this as an inclined drill head ( 1' ) is trained.
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