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Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung in kontaminiertem Boden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Bohrrohr-Segment, insbesondere für eine Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung in kontaminiertem Boden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
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Eine gattungsbildende Vorrichtung geht etwa aus der
DE 10 2011 121 901 A1 hervor. Eine solche Vorrichtung wird bei einem sogenannten Austauschbohrverfahren eingesetzt, bei welchem zur Sanierung eines mit Schadstoffen kontaminierten Bodens Bodenmaterial entnommen und ersetzt wird. Hierdurch können selbst starke Schadstoffbelastungen zuverlässig beseitig oder zumindest reduziert werden. Der belastete und entnommene Boden kann deponiert oder wiederaufbereitet werden.
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Die Schadstoffbelastung kann durch feste, flüssige und/oder gasförmige Stoffe im Boden gegeben sein. Insbesondere letztere können bei einem Bodenaustauschverfahren freigesetzt werden, welche eine Umweltbelastung darstellen.
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Es ist bekannt, im Bereich der Bohrvorrichtung nahe an der Bohrung eine Absaugvorrichtung zum Absaugen belasteter Luft vorzusehen. Hierdurch kann allerdings das Bohrverfahren behindert werden. Zudem sind die Absaugeinrichtungen, etwa Absaugschläuche, von Bedienpersonal von Bohrloch zu Bohrloch nachzuführen. Dies ist arbeitsaufwändig und setzt zudem das Bedienpersonal einer erhöhten Umweltbelastung aus.
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Des Weiteren müssen die Absaugleistungen relativ hoch ausgelegt sein, um das ausgetretene Schadgas mit Umgebungsluft einzusaugen. Dies ist sehr energieaufwändig und führt zu einer merklichen Geräuschbelastung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung in kontaminiertem Boden bereitzustellen, welche bei effizienter Betriebsweise besonders umweltschonend ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bohrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass ein Bohrwerkzeug zum Erstellen einer Bohrung in kontaminiertem Boden vorgesehen ist, welche ein Bohrrohr umfasst, wobei in einem oberen Bereich des Bohrrohres eine Drehdurchführung vorgesehen ist, welche mindestens eine Absaugöffnung zum Absaugen von Schadgas aus dem Bohrrohr und mindestens eine Ableitöffnung aufweist, über welche das Schadgas aus der Drehdurchführung ableitbar ist.
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Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, Schadgase, welche durch Bohren in kontaminiertem Boden freigesetzt werden, unmittelbar durch die Bohrvorrichtung abzusaugen. Dabei wird direkt am drehenden Bohrrohr eine Absaugung vorgenommen. Die Schadgase können also unmittelbar bei Austritt aus dem Bohrloch aufgefangen werden, bevor sich die Schadgase in größerem Maße mit Umgebungsluft vermischen. Unter Schadgasen sind auch mit Flüssigkeits- und/oder Feststoffpartikeln vermengte Gasgemische, insbesondere Dämpfe oder Stäube, zu verstehen.
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Über die Drehdurchführung werden die Schadgase zu einem erheblichen Umfang sozusagen durch das Bohrrohr abgeführt, bevor die Schadgase aus der oberen Öffnung des Bohrrohrs austreten können. Es wird dabei eine relativ geringe Absaugleistung benötigt, was energiesparend und geräuschvermeidend ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass die Ableitöffnung mit einer Schadgasbehandlungseinheit verbunden ist. So können Schadgase vom Bohrrohr zur Schadgasbehandlungseinrichtung abgeleitet werden. Durch die Behandlung des abgeleiteten Schadgases innerhalb der Schadgasbehandlungseinrichtung kann das Schadgas teilweise oder vollständig seine umweltschädliche Wirkung verlieren. Eine solche Einrichtung kann vorzugsweise einen Staub- und/oder Wasserabscheider aufweisen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Schadgasbehandlungseinheit eine Filtereinrichtung, eine Sorptionseinrichtung, eine chemische, biologische und/oder physikalische Reaktoreinrichtung, insbesondere eine Kombination dieser Einrichtungen umfassen kann. Hierunter ist grundsätzlich jede dem Fachmann geläufige Behandlungseinrichtung zu verstehen, welche aus einem Gasgemisch einzelne oder mehrere Schadstoffe abscheidet, bindet und/oder gezielt einzelne oder mehrere Schadstoffe in ihren chemischen, biologischen und/oder physikalischen Eigenschaften verändern kann. Die Schadstoffe können dabei als Gas oder Flüssigkeits- oder Feststoffpartikel vorliegen.
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Die Schadstoffe werden so behandelt, aufgefangen und/oder gebunden, dass ihre schädigende Wirkung auf die Umwelt unterbunden oder weitgehend reduziert ist.
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Eine nicht-abschließende Liste von Behandlungseinrichtungen für Schadgase umfasst Aktivkohlefilter, insbesondere jodiert, Eisenrasenerz-Filter, Absorberharze oder aktivierte Tonerde etwa Aluminiumoxid. In einer Behandlungseinheit anwendbare Verfahren zur Schadgasbehandlung sind insbesondere die katalytische Oxidation, die Fermentation oder die thermische Umwandlung.
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Aktivkohle ist ein bevorzugtes Filtermaterial zur Abtrennung von hydrophoben, organischen Verbindungen, insbesondere von chlorierten Kohlenwasserstoffen.
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Eisenrasenerz-Filter werden vorzugsweise zur Immobilisierung von reduzierend-wirkenden und/oder organischen Substanzen eingesetzt. Reduzierend-wirkend werden insbesondere Substanzen bezeichnet, welche unter Abgabe von Elektronen eine chemische- und/oder physikalische Reaktion eingehen können.
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Absorberharze werden insbesondere bei der Entfernung von organischen Verbindungen angewendet.
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Aktivierte Tonerde wird vorzugsweise als Adsorptionsmittel zur Entfernung von polaren, hydrophilen, organischen Stoffen eingesetzt. Weitere Adsorptionsmittel sind insbesondere Kieselgel, Betonit, Hydroxide oder Zeolite.
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Die katalytische Oxidation umfasst insbesondere ein Verfahren, Stoffe in ihren chemischen, biologischen und/oder physikalischen Eigenschaften durch Entzug von Elektronen zu verändern. Die entzogenen Elektronen können hierbei abgeleitet oder einem Reaktionspartner, wie zum Beispiel Sauerstoff, zugeführt werden. Die katalytische Oxidation wird vorzugsweise in einer physikalischen oder chemischen Reaktoreinrichtung durchgeführt.
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Beispielsweise handelt es sich hierbei um katalysierte Reaktionen an Phasengrenzflächen zwischen Katalysator und dem zu oxidierenden Stoff.
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Als Fermentation wird vorzugsweise die Umwandlung von Stoffen durch Bakterien und Enzyme beschrieben. Die Stoffe, also auch Gase, werden hierbei in das Medium, welches die Bakterien oder Enzyme enthält, eingeleitet. Diese können nun die eingeleiteten Stoffe zersetzen. Die Fermentation wird vorzugsweise in einer biologischen Reaktoreinrichtung durchgeführt.
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Die thermische Umwandlung beschreibt insbesondere ein Verfahren, welches durch Einwirkung von Wärmeenergie, Stoffe in ihren chemischen, biologischen und/oder physikalischen Eigenschaften verändern kann. Besonders zweckmäßig ist die Stoffumwandlung durch Verbrennung. Die thermische Umwandlung wird vorzugsweise in einer physikalischen Reaktoreinrichtung durchgeführt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Drehdurchführung einen Ringkörper aufweist, welche mehrere Absaugöffnungen entlang seines Umfangs aufweist. Über die Absaugöffnungen sind die Schadgase aus dem Bohrrohr absaugbar. Somit kann über den gesamten Querschnitt des Bohrrohrs eine gleichmäßige Absaugung von Schadgas erwirkt werden.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Bohrwerkzeug einen Bohreimer und/oder eine Bohrschnecke umfasst. Austauschbohrungen in kontaminierten Böden betreffen besonders erd- und tonhaltige Böden. Für Bohrungen in diesen Böden sind Bohreimer und/oder Bohrschnecke besonders geeignet.
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Der Bohreimer wird nach dem Abbohren des Bohrmaterials befüllt, durch einen Verriegelungsmechanismus verschlossen und mit dem Bohrgut aus dem Bohrrohr gezogen. Sollte die Bodenbeschaffenheit im Bereich der vorgesehenen Austauschbohrungen es erfordern, wäre die Wahl eines zweckmäßigen Bohrers zu berücksichtigen.
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Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Drehdurchführung an einem Bohrrohr-Segment ausgebildet ist, welches in dem oberen Bereich des Bohrrohrs angeordnet ist.
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Als Bohrrohr-Segment kann die Drehdurchführung mit lösbaren Verbindungsmitteln schnell und flexibel an der Bohrvorrichtung angebracht und von ihr entfernt werden. Insbesondere bei einer Bohrung in größeren Tiefen, welche eine Bohrrohrverlängerung am vorhandenen Bohrrohr erfordert, kann das Bohrrohr-Segment besonders komfortabel von einem ersten, in das Erdreich eingebrachtem Bohrrohr gelöst, entfernt und erneut am oberen Ende einer Bohrrohrverlängerung befestigt werden. Das Vorsehen der Drehdurchführung an einer Bohrvorrichtung in Form eines Bohrrohr-Segments kann somit eine möglichst kurze Unterbrechung der Bohrarbeiten bewirken. Die Verbindungsmittel können insbesondere von Hand betätigbare Riegelbolzen sein, welche in an Bohrrohren vorgesehene Verriegelungslöcher eingreifen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass das Bohrrohr-Segment eine Abdeckeinrichtung aufweist, welche eine Öffnung des Bohrrohres an seiner Oberseite zumindest teilweise abdeckt. Die Abdeckeinrichtung kann eine energieeffiziente Absaugung von Schadgas begünstigen, da diese das Ansaugen von Umgebungsluft beschränkt und so das abzusaugende Gasvolumen verringert. Die Abdeckeinrichtung kann ein Deckel oder eine Manschette aus Metall oder Kunststoff sein, welcher eine Öffnung zum Durchgang eines Bohrgestänges erlaubt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Drehdurchführung einen ersten Ringbereich, welcher am Außenumfang des Bohrrohrs oder Bohrrohr-Segments befestigt ist, und einen zweiten Ringbereich aufweist, welcher relativ zum ersten Ringbereich drehbar gelagert ist. Demnach kann die Drehdurchführung einen mindestens zweiteiligen Aufbau aufweisen.
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Der mindestens zweiteilige Aufbau der Drehdurchführung, insbesondere die drehbare Lagerung des zweiten Ringbereichs, kann die konstante Ausrichtung einer Ableitöffnung, während einer Drehbewegung des Bohrrohrs, ermöglichen. Somit wäre vermieden, dass sich eine Absaugleitung, welche an der Drehdurchführung vorgesehen sein kann, durch die Drehbewegung des Bohrrohrs sich am Außenumfang aufrollt.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Ringbereich über eine Absaugleitung mit einer Absaugeinheit verbunden ist. Die Absaugeinheit saugt das Schadgas über die Absaugleitung aus dem Bohrrohr ab und führt es der Schadgasbehandlungseinheit zu. Die Absaugeinheit kann als beliebige Einrichtung zum Transport von Gasen, Dämpfen oder Stäuben durch Rohrleitungen ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst die Absaugeinrichtung ein Pumpsystem.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Drehdurchführung mindestens eine Dichtung aufweist, welche zwischen dem ersten Ringbereich und dem zweiten Ringbereich angeordnet ist. Die Dichtung kann verhindern, dass Schadgase innerhalb des Bereichs der Drehdurchführung in die Umwelt entweichen und kann in einer für Drehdurchführungen üblichen Art und Weise ausgestaltet sein. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Kontaktdichtung.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass eine Verbindungseinrichtung zumindest in einem unteren Bereich des Bohrrohr-Segments zum lösbaren Verbinden des Bohrrohr-Segments mit dem Bohrrohr vorgesehen ist.
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Durch die lösbare Verbindung ist es möglich, dass das Bohrrohr-Segment mit einfachen Mitteln schnell und flexibel einsetzbar am Bohrrohr angebracht werden kann. Hierbei kann die lösbare Verbindung zwischen Bohrrohr und Bohrrohr-Segment z. B. durch Verschraubung oder Verbolzung im Übergangsbereich der zu verbindenden Teile hergestellt werden. Somit kann das Bohrohr-Segment mit dem Bohrrohr form- und kraftschlüssig verbunden werden.
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Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein insbesondere für eine Bohrvorrichtung vorgesehenes Bohrrohr-Segment mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Das insbesondere für eine Bohrvorrichtung vorgesehene Bohrrohr-Segment umfasst einen Ringkörper, welcher zumindest in seinem unteren Bereich eine Verbindungseinrichtung zum lösbaren Verbinden des Bohrrohr-Segmentes mit einem Bohrrohr aufweist, wobei das Bohrrohr-Segment eine Drehdurchführung zum Absaugen von Schadgas aus dem Bohrrohr-Segment aufweist.
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Die Erfindung umfasst grundsätzlich auch ein Bohrverfahren, insbesondere unter Verwendung der angeführten Bohrvorrichtung, wobei mit einem Bohrwerkzeug mit Bohrrohr in einem kontaminierten Boden eine Bohrung erstellt wird, wobei in einem oberen Bereich des Bohrrohres eine Drehdurchführung mit mindestens einer Absaugöffnung vorgesehen ist, durch welche aus dem Boden innerhalb des Bohrrohres austretendes Schadgas aus dem Bohrrohr abgesaugt und abgeleitet wird.
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Bevorzugte Ausgestaltungen des insbesondere für eine Bohrvorrichtung vorgesehenen Bohrrohr-Segments und des Bohrverfahrens ergeben sich aus den voranstehenden angeführten Ausführungsformen der Bohrvorrichtung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches schematisch in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist.
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In der einzigen Zeichnung ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bohrrohr-Segments für eine erfindungsgemäße Bohrrohrvorrichtung gezeigt.
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Mit der in der Zeichnung nicht näher gezeigten Bohrrohrvorrichtung werden sogenannte Austauschbohrungen zur Emissionsminderung in kontaminiertem Boden erstellt. Hierzu werden zunächst in dem kontaminierten Bereich des Bodens unter Aushub von kontaminiertem Bodenmaterial Bohrlöcher erstellt, wobei ein Bohrrohr, welches auch als Verrohrung bezeichnet werden kann, in den Boden eingedreht wird.
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Die Verrohrung kann mehrere miteinander koppelbare Rohrteile umfassen. Innerhalb des Bohr- oder Stützrohres wird Bodenmaterial ausgehoben. Das Bohrrohr-Segment 10 ist so ausgestaltet, dass es in der nachfolgend beschriebenen Weise am oberen Ende eines Bohrrohrs angebracht werden kann und den gleichen Rohrdurchmesser aufweist.
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Wie aus der beigefügten Zeichnung ersichtlich, sind in einem oberen durchmesserverjüngten Bereich des Bohrrohr-Segments 10 vertikale Mitnehmerrippen 50 ausgebildet. Solche Mittnehmerrippen 50 sind auch in einem oberen Verbindungsbereich des Bohrrohres vorgesehen. Die Mitnehmerrippen 50 des Bohrrohrs werden beim Anbringen des Bohrrohr-Segments 10 in korrespondierend angeordnete Nuten 48 in einem unteren Verbindungsbereich des Bohrrohr-Segments 10 eingeführt und bilden gemeinsam mit den Mitnehmerrippen 50 des Bohrrohrs eine formschlüssige Einheit. Durch Nuten 48 und Mitnehmerrippen 50 wird somit erreicht, dass das Bohrrohr-Segment 10 und das Bohrrohr in definierbarer radialer Ausrichtung zueinander aufsetzbar sind.
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In einem unteren Bereich des Bohrrohr-Segments 10 sind gleichmäßig um den Umfang verteilt vier Verbindungseinrichtungen 40 vorgesehen. Das in der Zeichnung nicht näher beschriebene Bohrrohr weist eine Vielzahl korrespondierender Verriegelungsöffnungen 52 an einem oberen Ende auf. Wird das Bohrrohr-Segment 10 an einem oberen Ende des Bohrrohrs angebracht, ist durch Nut 48 und Mitnehmerrippe 50 gewährleistet, dass die Verriegelungsöffnungen 52 des Bohrrohr-Segments 10 koaxial oder zentrisch mit Verriegelungsöffnungen 52 des Bohrrohrs angeordnet sind.
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In einem aufgesetzten Zustand sind in einem unteren Bereich des Bohrrohr-Segments 10 auf Höhe der Verriegelungsöffnungen 52 die Verbindungseinrichtungen 40 vorgesehen.
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Die Verbindungseinrichtungen 40 umfassen jeweils einen Bolzen 42, eine Hülse 44 sowie einen Hebel 46, wobei der Bolzen 42 innerhalb der Hülse 44 drehbar gelagert ist und mittels des Hebels 46 betätigt und radial verstellt werden kann. Eine Drehung des Bolzes 42 mittels des Hebels 46 führt zu Verschiebung des Bolzens 42 innerhalb der Hülse 44 in radialer Richtung zum Bohrrohr-Segment 10. Hierbei wird der Bolzen 42 von einer ersten äußeren Position, welche in der Figur gezeigt ist, in eine zweite innere Position bewegt, in welcher der Bolzen 42 gegenüber seiner ersten Position in den Innenraum des Bohrrohr-Segments 10 radial hineinragt. Durch die Verbindungseinrichtungen 40 ist das Bohrrohr-Segment 10 mittels der Verriegelungsöffnungen 52 gegenüber dem Bohrrohr in seiner axialen Position fixierbar, insbesondere sind diese miteinander form- und/oder kraftschlüssig verbunden.
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Die koaxial ausgerichteten Verschraubungsöffnungen 52 des Bohrrohres sowie des am oberen Ende des Bohrrohres angebrachten Bohrrohr-Segments 10 werden durch die Verbindungseinrichtungen 40, insbesondere durch die Bolzen 42 in ihrer zweiten Position durchdrungen und somit miteinander formschlüssig verbunden. Somit ist eine Veränderung der axialen Ausrichtung des Bohrrohr-Segments 10 gegenüber dem Bohrrohr verhindert.
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In einem mittleren Bereich des Bohrrohr-Segments 10 ist am Außenumfang die Drehdurchführung 20 angeordnet. Entlang des Ringkörpers 21 am Innenumfang der Drehdurchführung 20 sind mehrere Absaugöffnungen 22 vorgesehen, welche den Innenraum des Bohrrohr-Segments 10 mit der Ableitöffnung 26 innerhalb der Drehdurchführung 20 verbinden.
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Die Drehdurchführung 20 ist zweiteilig aufgebaut. Sie umfasst einen ersten Ringbereich 24 und einen zweiten Ringbereich 28. Der erste Ringbereich 24 ist fest am Außenumfang des Bohrrohr-Segments 10 angebracht. Der zweite Ringbereich 28 ist drehbar auf dem ersten Ringbereich 24 gelagert, und ist sowohl gegenüber dem ersten Ringbereich 24 als auch mit dem Außenumfang des Bohrrohr-Segments 10 dicht abgeschlossen.
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Hierzu sind zwischen dem ersten Ringbereich 24 und dem zweiten Ringbereich 28 beziehungsweise zwischen dem Bohrrohr-Segment 10 und dem zweiten Ringbereich 28 jeweils eine Dichtung 36 aSngeordnet. Die Dichtung 36, welche ein Dichtring sein- kann, ist hierbei so ausgestaltet, dass sie der freien Drehbarkeit des zweiten Ringbereichs 28 gegenüber dem ersten Ringbereich 24 nicht entgegensteht und dennoch den Austritt von Schadgasen verhindern kann.
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An der Drehdurchführung 20 ist ein Ableitrohr 30 angeschlossen, welches die Ableitöffnung 26 mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Absaugleitung verbindet. Am äußeren Ende des Ableitrohrs 30 ist ein Anschluss 32 vorgesehen, über welchen die Absaugleitung mit dem Ableitrohr 30 lösbar verbunden werden kann.
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Das Ableitrohr 30 ist zusammen mit dem zweiten Ringbereich 28 relativ zu dem drehenden Bohrrohr-Segment 10 feststehend. Dies ermöglicht zum einen eine Drehbewegung des Bohrrohr-Segments 10, wobei vermieden wird, dass sich eine vorgesehene Absaugleitung am Außenumfang des Bohrrohrs aufrollt. Zum anderen lässt sich die räumliche Ausrichtung des Ableitrohrs 30 frei wählen.
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Weiterhin ist an dem zweiten Ringbereich 28 eine Haltevorrichtung 34 vorgesehen. Über die Haltevorrichtung 34 sind die Drehdurchführung 20 und dessen zweiter Ringbereich 28 während der Aushubarbeiten gegenüber der Bohrvorrichtung abgestützt.
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Somit kann eine Absaugeinheit mittels einer Absaugleitung, welche am Ableitrohr 30 vorgesehen ist, über die Ableitöffnung 26 aus der Absaugöffnung 22 Schadgase absaugen, die aus dem Bohrloch aufsteigen. Die Absaugeinheit führt die Schadgase hierbei einer Schadgasbehandlungseinheit zu. Hierdurch wird eine erhebliche Entlastung der Umwelt vor austretenden Schadgasen erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011121901 A1 [0002]
