DE20203143U1

DE20203143U1 - Aufweitkopf für ein Bohrgerät

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Publication number: DE20203143U1
Application number: DE20203143U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2012-02-28

Description

Dipl.-Chem. E.L. FRITZ Dr. Dipl.-Phys. R. BASFELD Patentanwälte

M. HOFFMANN

B. HEIN Rechtsanwälte

Osten tor 9 59757 Arnsberg GM 01/122 06.02.2002/HU

Herrn

Andreas Tigges Alte Ennest 9

57392 Schmallenberg

"Aufweitkopf für ein Bohrgerät"

Die Erfindung betrifft einen Aufweitkopf (Backreamer), der mit einer * Zugstange (Anschlussgestänge) an ein Bohrgerät angeschlossen wird,

wobei die Zugstange mit einem Gehäuse verbunden ist, dass im Wesentlichen einen kreiszylindrischen Abschnitt aufweist, welcher am Anfang und am Ende in einem kegelstumpfartigen Abschnitt übergeht, wobei auf der Zugstangenseite mehrere Spüldüsen angebracht sind.

Ein derartiger Aufweitkopf wird beispielsweise von der Firma Railhead Underground Products, LLC unter dem Produktnamen EXTReam angeboten. Aufweitköpfe, wie der EXTReam oder andere Bohrköpfe der eingangs genannten Art werden dazu benutzt, um die mittels eines Bohrkopfes gebohrten Löcher aufzuweiten. Dabei wird folgendermaßen vorgegangen. Mittels des Bohrkopfes wird von einem Punkt B ein Loch zum Punkt A gebohrt. Die Bohrung kann dabei beispielsweise unter einer Straße oder einem Gewässer hindurch führen. Ist der Punkt A erreicht, wird der Bohrkopf von dem Bohrgestänge abgenommen und stattdessen der Aufweitkopf über seine Zugstange an dem Bohrgestänge angeschlossen. Gleichzeitig wird auf der dem Bohrgestänge abgewandten Seite an dem Zugwirbel die zu verlegende Leitung (Produktleitung), hierbei kann es sich um eine Rohrleitung oder ein Kabel handeln, angeschlossen. Der Zugwirbel verhindert, dass der Aufweitkopf, welcher in einer Drehbewegung durch das Bohrgestänge zurückgezogen wird, seine Rotation auf das Produktrohr überträgt. Durch das Zurückziehen des Bohrgestänges wird zum einen mittels des Aufweitkopfes das Bohrloch so vergrößert, dass das Bohrloch groß genug für das Produktrohr ist. Zum zweiten wird das Produktrohr selbst in das Bohrloch und somit vom Punkt A zum Punkt B gezogen.

Die an dem Aufweitkopf vorgesehenen Spüldüsen dienen dazu, die beim Aufweiten gelösten Bodenteile mit der aus den Spüldüsen austretenden Flüssigkeit in einen fließfähigen Brei zu verwandeln,

welcher dann an dem Aufweitkopf vorbei von der Seite des * Aufweitkopfes an welcher gebohrt wird - dies ist die Seite, an welcher

der Aufweitkopf an das Bohrgestänge angeschlossen ist - zu der Seite transportiert wird, an welcher das Produktrohr an dem Aufweitkopf angehängt ist. Bei ausreichend hohem Druck, welcher durch die durch die Spüldüsen nachfließende Flüssigkeit erzeugt wird, wird dann der fließfähige Brei an dem Produktrohr vorbei durch das aufgeweitete Bohrloch zum Punkt A befördert, wo der Brei aus dem Bohrloch austritt.

Die Spüldüsen bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufweitkopf weisen dabei von dem Aufweitkopf, radial nach außen. Dadurch wird insbesondere bei einem weichen Untergrund das an der Wandung des Bohrlochs befindlichen Material fortgespült, was die Gefahr eines Zusarnmenfallens des Bohrlochs nach sich zieht.

Gleichzeitig unterstützt diese Art der Anbringung nicht das Aufweiten des Bohrlochs sondern dient allein dazu, genug Flüssigkeit zur Herstellung des fließfähigen Breis herzustellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aufweitkopf vorzuschlagen, bei welchem zum einen ein Zusammenfallen durch die Spülwirkung der Spüldüsen verhindert und das Aufweiten des Bohrlochs durch die aus den Spüldüsen austretenden Flüssigkeit unterstützt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spüldüsen so ausgerichtet sind, dass die Spülrichtung im Wesentlichen parallel zu der Zugstange und in Zugrichtung liegt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Spüldusen wird zum einen erreicht, dass die Wandungen des bereits aufgeweiteten Bohrlochs nicht durch die Spülwirkung des aus den Spüldüsen austretenden Flüssigkeitsstrahls beschädigt werden, und dass

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stattdessen das mittels des Aufweitkopfes aufzubohrende Material, " welches in Zugrichtung des Aufweitkopfes liegt, aufgeweicht und

gegebenenfalls bereits durch die Spülwirkung der aus den Spüldüsen austretenden Flüssigkeit entfernt wird, so dass gegebenenfalls der Aufweitkopf selbst nicht oder nur eingeschränkt das aufzubohrende Material entfernen muss. Die erfindungsgemäße Anordnung der Spüldüsen unterstützt somit zum einen das Aufweiten der Bohrung und verhindert zum anderen eine Beschädigung der Wandungen der aufgeweiteten Bohrung.

Gemäß der Erfindung kann in dem kreiszylindrischen Abschnitt des Gehäuses zumindest ein Kanal vorgesehen sein, der sich von einem kegelstumpfartigen Abschnitt zum anderen erstreckt. Ein derartiger Kanal, welcher insbesondere als Kehle in der Außenseite des Gehäuses vorgesehen sein kann, dient dem besseren Transport des fließfähigen Breis entgegen der Zugrichtung des Aufweitkopfes an dem Aufweitkopf vorbei von der einen Seite des Aufweitkopfes auf die andere Seite, um dann an dem Produktrohr vorbei aus dem Bohrloch gefördert zu werden. Dieser Kanal hat einen vorzugsweise wendelartigen Verlauf, wodurch der Transport entgegen der Zugrichtung des Aufweitkopfes auf Grund der Drehung des Aufweitkopfes automatisch unterstützt wird.

An dem zugstangenseitigen Ende des Kanals kann in dem Kanal eine Spüldüse vorgesehen sein, deren Spülrichtung im Wesentlichen in

Richtung zu dem anderen Ende des Kanals und somit entgegen der Zugrichtung des Aufweitkopfes durch die Bohrung verläuft. Durch die aus dieser Spüldüse austretenden Flüssigkeit wird der Transport des fließfähigen Breis durch den Kanal unterstützt. 30

Gemäß der Erfindung kann der zugstangenseitige kegelstumpfartige Abschnitt des Gehäuses Bohrmeißel aufweisen, welche das Aufweiten

des Bohrloches mittels der Aufweitkopfes erleichtern. Die Bohrmeißel können einen unterschiedlichen radialen Abstand von der Mittelachse des Aufweitkopfes haben. Ferner können die Bohrmeißel in Gruppen angeordnet sein, wobei die Bohrmeißel einer gleichen Gruppe einen gleichen radialen Abstand von der Mittelachse des Bohrkopfes und die Bohrmeißel verschiedener Gruppen unterschiedliche radiale Abstände von der Mittelachse des Aufweitkopfes haben. Die Bohrmeißel mit einem größeren radialen Abstand können das Gehäuse radial überragen und so einen Freischnitt ermöglichen.

Die Bohrmeißel können erfindungsgemäß in auf dem kegelstumpfförmigen Abschnitt angeschweißten Hülsen eingesetzt sein. Das Einsetzen der Bohrmeißel in derartigen Hülsen ermöglicht zum einen ein Auswechseln der Bohrmeißel, sobald diese abgenutzt sind, zum anderen ist die Anbringung der Hülsen auf dem kegelstumpfförmigen Abschnitt einfacher als das Vorsehen von Löchern in dem kegelstumpfförmigen Abschnitt des Gehäuses in welche auswechselbare Bohrmeißel ebenfalls eingesetzt werden könnten.

Vorzugsweise kann auch die Zugstange mit Bohrmeißeln versehen sein. Ebenfalls kann der an dem der Zugstange abgewandten Ende des Gehäuses liegende kegelstumpfartige Abschnitt Bohrmeißel aufweisen.

Das Gehäuse kann gemäß der Erfindung hohl sein. Dann kann das Gehäuse vorteilhaft in dem der Zugstange abgewandten Abschnitt des Gehäuses eine mit einem Verschluss verschließbare Revisionsöffnung haben. Ferner kann in einem hohlen Gehäuse ein Wirbelgehäuse vorgesehen sein, wobei dann der Zugwirbel in diesem Wirbelgehäuse befestigt sein kann.

Ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Aufweitkopf ist anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 das Gehäuse eines erfindungsgemäßen Aufweitkopfes, zum Teil in ausgebrochener Darstellung,

Fig. 2 eine zugstangenseitige Ansicht des Gehäuses gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine zugwirbelseiüge Ansicht des Gehäuses gemäß Fig.

und Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Zugstange welche mit dem

Gehäuse gemäß der Figuren 1 bis 3 zu einem erfindungsgemäßen Aufweitkopf zusammengesetzt werden

kann und

Fig. 5 eine Ansicht der Zugstange gemäß V in Fig. 4.

Das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Gehäuse 2, 3, 4 wird im Wesentlichen durch einen zylinderförmigen Abschnitt 2 und durch daran angesetzte kegelstumpfförmige Abschnitte 3 und 4 gebildet. Das Gehäuse 2, 3, 4 ist als Hohlkörper ausgebildet, in welchen ein Wirbelgehäuse 1 eingesetzt ist.

An dem entgegen der Zugrichtung Z liegenden kegelstumpfartigen Abschnitt des Gehäuses ist ein Zugwirbel 8 befestigt. Der Zugwirbel besteht im Wesentlichen aus einem U-förmigen Teil 8, welcher eine Bohrung 9 zum Anschluss der Produktleitung aufweist, wobei der U-förmige Teil 8 auf einer Flansch 6 befestigt ist und die Flansch 6 mittels Schrauben 7 an dem Wirbelgehäuse 1 angeschraubt ist.

An dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 3 des Gehäuses 2, 3, 4 sind ' Bohrmeißel 10 befestigt. Diese Bohrmeißel dienen dazu, falls sich der

Aufweitkopf in der Bohrung festgesetzt hat, es zu ermöglichen, den Bohrkopf gegen die eigentliche Zugrichtung Z zu bewegen und, falls dies notwendig ist, entgegen der eigentlichen Zugrichtung Z aus dem Bohrloch zu schieben.

Der zylinderförmige Teil des Gehäuses 2, 3, 4 weist einen Kanal 15 auf. Der Kanal 15 wird durch eine Rinne gebildet, welche in einem den Ausmaßen der Rinne entsprechenden Ausnehmung in dem zylinderförmigen Abschnitt 2 des Gehäuses eingeschweißt wird. In dem Kanal 15 ist an dem in Zugrichtung liegenden Ende des Kanals eine Spüldüse 16 angebracht, welche entgegengesetzt der Zugrichtung Z weist.

Weitere Spüldüsen 14 sind auf dem in Zugrichtung liegenden kegelförmigen Abschnitt 4 des Gehäuses 2, 3, 4 angebracht. Diese Spüldüsen weisen im Wesentlichen in Zugrichtung des Aufweitkopfes. Ferner sind auf dem gleichen kegelförmigen Abschnitt vier Hülsen 13a, 13b, 13c aufgeschweißt, in welche Bohrmeißel eingesetzt sind.

Die Hülsen und somit auch die Bohrmeißel sind dabei, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in Gruppen angeordnet. Die Hülsen 13a einer ersten Gruppe sind so auf dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 4 angeschweißt, dass sie auf einem Radius in Bezug auf die Hauptachse des Aufweitkopfes liegen. Die Hülsen 13b einer zweiten Gruppe sind auf einem geringeren Radius angeschweißt, während die Hülsen 13c einer dritten Gruppe auf einem Kreis innerhalb der Hülsen 13b der zweiten Gruppe liegen. Alle Hülsen 13 und somit auch die in Hülsen 13 eingesetzten Bohrmeißel sind so ausgerichtet, dass sie in die Drehrichtung des Aufweitkopfes weisen.

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In der Stirnfläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts 4 ist eine kreisförmige Ausnehmung vorgesehen, deren Rand mit einem Ring verstärkt ist. In diese Ausnehmung wird die Zugstange 50 eingesetzt, welche in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist.

Die Zugstange 50 besteht im Wesentlichen aus einem Rohr 54, welches mit Mitteln 55, 57, 58 und 59 zu Verbindung der Zugstange mit einem Bohrgestänge, insbesondere zu Verbindung mit einem Bohrgestänge unter Zwischenschaltung eines Sondengehäuses vorgesehen sind. Die Mittel umfassen ein Rohr 55, welches in das Rohr 54 so eingesetzt ist, dass ein Teil des Rohrs 55 aus dem Rohr 54 herausragt. Der herausragende Teil des Rohres 55 ist so abgedreht, dass sich Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern, nämlich einem kleineren Durchmesser 59 und einem größeren Durchmesser 57 ergeben. In dem Abschnitt 57 mit dem größeren Durchmesser ist ein Gewinde zum Verschrauben mit dem Bohrgestänge oder einem Sondengehäuse eingeschnitten. In dem Abschnitt 59 ist eine (nicht dargestellte) Ring-Nut vorgesehen, in welcher ein Dichtungsring 58 eingelegt ist. Die Dichtung verhindert einerseits das Austreten der durch das Bohrgestänge dem Aufweitkopf zugeführten Spülflüssigkeit und zum anderen den Eintritt von Schmutzpartikeln in das Sondengehäuse.

An dem aufweitkopfseitigen Ende der Zugstange 50 ist das Rohr ebenfalls auf einen geringeren Durchmesser 56 abgedreht. Dieser Abschnitt 56 dient der Verbindung mit dem Gehäuse 2, 3, 4 des Aufweitkopfes und wird in den Ring 12 in dem zugstangenseitigen kegelstumpfförmigen Abschnitt 4 des Gehäuses eingesetzt und dort mit dem Gehäuse 2, 3, 4 verschweißt. Im Bereich des gehäuseseitigen Endes der Zugstange 50 sind Bohrmeißel 51 auf die Zugstange aufgeschweißt, welche dem Aufweiten des Bohrloches dienen. Ferner sind flossenartige Stege 53 auf der Außenseite des

IM.,

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Rohres 54 an dem gehäuseseitigen Ende der Zugstange 50 aufgeschweißt.

Bei einem funktionsfähigen Aufweitkopf sind die Zugstange 50 und das Gehäuse 2, 3, 4 zu einem Teil zusammengefügt. Dazu wird der Abschnitt 56 der Zugstange 50 an dem zugstangenseitigen Ende des Gehäuses 2, 3, 4 in dem Ring 12 eingesetzt und dort vorzugsweise verschweißt. Der so zusammengefügte Aufweitkopf wird vorteilhaft unter Zwischenschaltung eines Sondengehäuses an das Bohrgestänge angeschlossen, wobei das Bohrgestänge wegen der bereits erfolgten ersten Bohrung sich in dem Bohrloch befindet. Der Aufweitkopf wird unter Rotation mittels des Bohrgestänges durch das Bohrloch gezogen, wobei der Bohrkopf die Bohrung aufweitet. Dazu dienen insbesondere die auf der Zugstange 50 befestigten Bohrmeißel 51, wie auch die auf dem zugstangenseitigen Abschnitt 4 des Gehäuses befestigten Bohrmeißel. Ferner wird das Aufweiten der Bohrung auch durch die aus den Spüldüsen 14 an dem kegelstumpfförmigen Zugstangenseitigen Abschnitt des Gehäuses 2, 3, 4 bewirkt.

Claims

1. Aufweitkopf für ein Bohrgerät zur grabenlosen Rohrverlegung mit einer Zugstange (50) über welche der Aufweitkopf an einem Bohrgestänge anschließbar ist,
mit einem mit der Zugstange (50) verbundenen Gehäuse (2, 3, 4) und
mit einem an oder in dem Gehäuse (2, 3, 4) angebrachten Zugwirbel (8)
wobei das Gehäuse (2, 3, 4) einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Abschnitt (2) aufweist, welcher am Anfang und am Ende in einen kegelstumpfartigen Abschnitt (3, 4) übergeht, und
wobei das Gehäuse (2, 3, 4) des Aufweitkopfes in dem der Zugstange (50) zugewandten Abschnitt (4) eine oder mehrere Spüldüsen aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spüldüsen so ausgerichtet sind, dass die Spülrichtung im Wesentlichen parallel zu der Zugstange (50) und in Zugrichtung (Z) liegt.

2. Aufweitkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem kreiszylindrischen Abschnitt (2) des Gehäuses (2, 3, 4) zumindest ein Kanal (15) vorgesehen ist, der sich von einem kegelstumpfartigen Abschnitt (3) zum anderen (4) erstreckt.

3. Aufweitkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal wendelartig verläuft.

4. Aufweitkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zugstangenseitigen Ende des Gehäuses (15) in dem Kanal (15) eine Spüldüse (16) vorgesehen ist, deren Spülrichtung im Wesentlichen in Richtung zum anderen Ende des Kanals (15) verläuft.

5. Aufweitkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zugstangenseitige kegelstumpfartige Abschnitt (4) des Gehäuses (2, 3, 4) Bohrmeißel (13) aufweist.

6. Aufweitkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrmeißel einen unterschiedlichen radialen Abstand von der Mittelachse des Aufweitkopfes haben.

7. Aufweitkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrmeißel in Gruppen angeordnet sind, wobei die Bohrmeißel einer gleichen Gruppe (13a, 13b, 13c) einen gleichen radialen Abstand von der Mittelachse des Bohrkopfes haben und wobei die Bohrmeißel verschiedener Gruppen unterschiedliche radiale Abstände von der Mittelachse des Aufweitkopfes haben.

8. Aufweitkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrmeißel (13) in auf dem kegelstumpfförmigen Abschnitt angeschweißte Hülsen eingesetzt sind.

9. Aufweitkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (50) mit Bohrmeißeln (51) versehen ist.

10. Aufweitkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem der Zugstange abgewandten Ende des Gehäuses liegende kegelstumpfartige Abschnitt (3) Bohrmeißel (10) aufweist.

11. Aufweitkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2, 3, 4) hohl ist.

12. Aufweitkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem der Zugstange (50) abgewandten Abschnitt (3) des Gehäuses (2, 3, 4) eine mit einem Verschluss verschließbare Revisionsöffnung (11) vorgesehen ist.

13. Aufweitkopf nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2, 3, 4) ein Wirbelgehäuse (1) vorgesehen ist.

14. Aufweitkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugwirbel in dem Wirbelgehäuse (1) befestigt ist.