DE20310467U1 - Bohrkopf für das Horizontalbohren - Google Patents

Description

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7. Juli 2003 45 316 K

TRACTO-TECHNIK GmbH Reiherstraße 2, 57368 Lennestadt

"Bohrkopf für das Horizontalbohren"

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf für das Horizontalbohren.

Beim Horizontalbohren wird ein Bohrkopf entweder um eine Rotationsachse, die meist mit der Bohrkopflängsmittelachse übereinstimmt, rotierend bewegt oder mittels Stößen durch das Erdreich getrieben. Um den Bohrkopf in der gewünschten, von einer Geraden abweichenden Bahn führen zu können, werden Bohrköpfe häufig mit Steuerflächen versehen. Eine Steuerfläche ist eine im Winkel zur Bohrkopflängsmittelachse angeordnete Oberfläche, die bei nicht rotierender, stoßender Bewegung des Bohrkopfes dazu führt, daß der Bohrkopf im Winkel zu seiner Bohrkopflängsmittelachse umgelenkt wird.

Ein derartiger Bohrkopf mit einer Steuerfläche ist beispielsweise aus DE 196 07 365 C2 bekannt. Hier ist der Bohrkopf als zylindrischer Vollkörper ausgebildet, an dessen Vorderseite ein keilförmiges Stück abgetragen wurde, um die Steuerfläche zu bilden. Es hat sich gezeigt, daß das Herstellen dieser Steuerfläche aufwendig ist, da sie häufig durch Herausfräsen aus dem Vollkörper hergestellt wird.

Ebenfalls aufwendig in der Herstellung ist der aus der US-Patentschrift 5 950 743 bekannte Bohrkopf. Hier wird eine zylindrische Bohrspitze, an deren einer Seite ebenfalls ein keilförmiges Stück abgetragen wurde, auf einem Grundkörper aufgebracht. Auch hier wird die Steuerfläche durch

Abtragen von Material aus dem Vollkörper hergestellt, was sich ebenfalls als kostenintensiv herausgestellt hat.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf für das Horizontalbohren vorzuschlagen, der besonders kostengünstig herzustellen ist.

Die Aufgabe wird durch den Vorrichtungsanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfinder haben erkannt, daß es zur Bereitstellung eines ausreichend stabilen und gut steuerbaren Bohrkopfes ausreicht, eine im Winkel zur Bohrkopflängsmittelachse angeordnete Platte an der Vorderseite eines Grundkörpers anzuordnen, deren Unterseite die Steuerfläche bildet und die über eine Stützstrebe zu einem Grundkörper hin abgestützt wird. Bei nicht rotierender Vortriebsbewegung eines derartigen Bohrkopfes gelangt die Steuerfläche derart mit dem umgebenden Erdreich in Kontakt, daß sie den Bohrkopf aus der in Bohrkopflängsmittelachse weisenden Vortriebsrichtung umzulenken vermag. Da Platten in großer Zahl mittels einfacher Herstellungsmethoden hergestellt werden, sind sie in der Anschaffung kostengünstig. Ebenfalls ist ihre Verbindung mit dem Grundkörper beispielsweise mittels Schweißen einfach herzustellen, so daß bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bohrkopfes nur geringe Kosten anfallen. Die Stützstrebe stabilisiert die Steuerplatte. Dadurch kann die Steuerplatte hohen Axialkräften in Bohrkopflängsmittelachsenrichtung aber auch hohen Torsionskräften ausgesetzt werden.

Als Bohrkopflängsmittelachse wird die mittig durch die Längserstreckung des Bohrkopfes führende Achse verstanden, die in Richtung des geraden Vortriebs weist. Häufig stimmt die Bohrkopflängsmittelachse mit der Rotationsachse eines rotierend angetriebenen Bohrkopfes überein.

Als Steuerplatte wird jeglicher Flachkörper verstanden, der zwei große, vorzugsweise parallel zueinander angeordnete Oberflächen (Oberseite, Unter-

seite) und die Oberseite und Unterseite verbindende Seitenflächen aufweist. Vorzugsweise sind alle Flächen der Steuerplatte rechteckig. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Ober- und Unterseite in der in Vortriebsrichtung weisenden Richtung bogenförmig oder stufenförmig auszubilden. Gerade bei einer solchen Form der Steuerplatte können an der gebogenen oder stufig, in Vortriebsrichtung weisenden Seitenfläche Schneidelemente oder Austrittsöffnungen für eine Bohrflüssigkeit vorgesehen werden, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Anordnung zu einem besonders guten Bohrergebnis führen bzw. im Falle der Bohrflüssigkeitsaustritte nur im geringen Maße verstopfen.

Bevorzugt sind die Ober- und Unterseite gleich ausgebildet. Um jedoch beim Bohren eine zur Rotationsachse bzw. Bohrkopflängsmittelachse senkrechte, vordere Angriffsfläche zu erhalten, kann die nach vorne weisende Seitenfläche senkrecht zur Bohrkopflängsmittelachse ausgerichtet sein, was dazu führt, daß die Oberseite größer ausgebildet ist, als die Unterseite.

Als Stützstrebe wird insbesondere ein solches Element verstanden, das einen frei stehenden Teil einer an einem Grundkörper gehaltenen Steuerplatte zu diesem Grundkörper hin abstützt. Dabei greift die Stützstrebe vorzugsweise zumindest teilweise an der Oberseite der Steuerplatte an. Die Stützstrebe ist vorzugsweise als Platte ausgebildet, wodurch sie kostengünstig hergestellt werden kann. Als Stützstrebe werden jedoch auch andere Körper, beispielsweise Rohrkörper, Rotationskörper oder auf die Weiterleitung eines besonderen Kraftflusses speziell angepaßte Körper verstanden.

Die Steuerplatte erstreckt sich vorzugsweise freistehend von einem Grundkörper in Bohrrichtung nach vorne und ist lediglich im Bereich der nach hinten weisenden Seitenfläche mit dem Grundkörper fest verbunden. Wird ein derartiger Bohrkopf rotierend fortgetrieben, so ist im wesentlichen die vordere Seitenfläche der Steuerplatte in Eingriff mit der abzutragenden Erdumgebung. Dadurch erhöht sich die Flächenpressung auf die abzutragende Bohrumgebung, wodurch auch bei geringem Drehmoment ein guter Bohrgutabtrag und ein schneller Vortrieb realisiert werden können.

Dieser Effekt wird besonders dann vorteilhaft genutzt, wenn an der nach vorne weisenden Seitenfläche der Steuerplatte wenige Schneidelemente, insbesondere Zähne, vorgesehen sind. Gerade dann ist die Flächenpressung an den Angriffsflächen der Schneidelemente, insbesondere den Spitzen der Zähne, besonders groß.

Erfindungsgemäß ist die Steuerplatte derart angeordnet, daß ihre Unterseite eine Steuerfläche bildet. Dabei wird als Unterseite die Seite verstanden, die beim Vortrieb des Bohrkopfes in unmittelbaren Eingriff mit der vor dem Bohrkopf befindlichen Bohrumgebung kommt. Die der Unterseite gegenüberliegende Oberseite ist bei der vorzugsweise im wesentlichen parallelen Anordnung der Oberseite und Unterseite derart angeordnet, daß sie nicht mit dieser Erdumgebung in Eingriff kommt. Vielmehr ist sie, bei freistehend angeordneter Steuerplatte, in einem keilförmigen Absatz angeordnet, der sich zwischen der Steuerplatte und dem vorzugsweise als Vollzylinder ausgebildeten Grundkörper bildet. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, daß an der Oberseite der Steuerplatte keine Reibung entsteht, da diese nicht mit der den Bohrkopf umgebenden Erdumgebung in Kontakt gerät.

Vorzugsweise ist die Steuerplatte derart angeordnet, daß sie die Bohrkopflängsmittelachse schneidet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Steuerplatte an einem zylindrisch geformten Grundkörper in der Nähe dessen Umfangs befestigt wird und derart in einem Winkel angeordnet ist, daß sie die Bohrkopflängsmittelachse schneidet und ihr vorderes Ende von vorne auf den Bohrkopf gesehen vor dem dem Befestigungspunkt gegenüberliegenden Teil des Umfangs des zylindrischen Grundkörpers steht. Alternativ kann die Steuerplatte jedoch auch mittig an der Vorderfläche des Grundkörpers, beispielsweise im Bereich der Bohrkopflängsmittelachse, an dem Grundkörper befestigt werden.

Der zwischen der Steuerfläche und der Bohrkopflängsmittelachse eingeschlossene Winkel ist vorzugsweise geringer als 45°. Es hat sich gezeigt, daß die Steuerbarkeit eines Bohrkopfes dadurch erhöht wird, daß die Steu-

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erfläche nur gering im Verhältnis zur Bohrkopflängsmittelachse angewinkelt ist. Bei einer solchen Anordnung führt der Vortrieb des Bohrkopfes nur zu geringen Umlenkungen des Bohrkopfes. Durch diese feinere Abstufung der Umlenkungen ist es möglich, die Richtungssteuerung des Bohrkopfes präziser vorzunehmen.

Vorzugsweise ist die Steuerfläche zumindest teilweise konkav ausgebildet. Dadurch wird das Erdreich nicht seitlich verdrängt, sondern bildet ein festes Polster unter der Steuerfläche. Dies führt in vorteilhafter Weise auch beim Bohren in kiesigen Böden dazu, daß der Kies nicht vor dem Bohrkopf hergeschoben, sondern wie gefordert, fest unter die Steuerfläche gelangt. Bei weichen Böden führt eine zumindest teilweise konkave Form der Steuerfläche zu einer Verdichtung des Bodens und dadurch einer guten Steuerbarkeit.

Um die Bohrflüssigkeit an der Spitze des Bohrkopfes auszutragen, kann in der Steuerplatte eine durchgehende Bohrung vorgesehen sein, an deren einem Ende ein vorderer Auslaß vorgesehen ist und deren anderes Ende mit einer Bohrflüssigkeitsleitung des Grundkörpers verbunden ist. Die Herstellungskosten eines Bohrkopfes werden jedoch weiter reduziert, wenn die Bohrflüssigkeit in einer separat an der Oberseite der Steuerplatte angebrachten Leitung geführt wird. Diese Leitung kann mit einfachen Mitteln an der Oberseite der Steuerplatte angeordnet werden, da sie aufgrund der Ausrichtung der Oberseite nicht in Kontakt mit fester Erdumgebung gelangt, sondern sich in einem Absatz zwischen Steuerplatte und Grundkörper befindet.

Die Stabilität des erfindungsgemäßen Bohrkopfes kann weiter erhöht werden, wenn die Stützstrebe als Teil einer Kreuzplatte ausgebildet ist, die derart angeordnet ist, daß sie mit der Steuerplatte in einem zur Bohrlängsachse senkrechten Querschnitt ein Kreuz bildet. Dadurch wird bei rotierender Bewegung des Bohrkopfes die Drehbiegebelastung der Steuerplatte reduziert. Ist die Kreuzplatte ebenfalls fest mit dem Grundkörper verbunden, so wird zusätzlich die Drehmomentsbelastung der vorzugsweise als Schwei-

ßung ausgeführten Verbindung der Steuerplatte mit dem Grundkörper reduziert, da nun auch Teile der Kräfte über die feste Verbindung der Kreuzplatte in den Grundkörper eingeleitet werden.

Die Kreuzplatte ist vorzugsweise in einer Ebene der Bohrkopflängsmittelachse angeordnet. In einem zur Bohrlängsachse senkrechten Querschnitt steht die Oberfläche der Kreuzplatte dann im rechten Winkel zur Oberfläche der Steuerplatte. Dies führt, besonders wenn die Kreuzplatte mit der Steuerplatte fest verbunden werden soll, zu vier gut zugänglichen Kontaktlinien, an denen Schweißungen angebracht werden können. Sollen die Schweißungen nur an zwei Kontaktlinien angebracht werden, so kann die Kreuzplatte alternativ derart angeordnet sein, daß der Querschnitt ein Andreaskreuz bildet, also ein Kreuz mit zwei Winkel, die größer als 90° sind, und zwei Winkel, die geringer als 90° sind, bildet.

Die Kreuzplatte ist ebenfalls vorzugsweise als Platte mit zwei größeren Oberflächen ausgebildet, die über Seitenflächen miteinander verbunden sind. Dabei können insbesondere die in Bohrrichtung nach vorne weisende Seitenfläche besonders, insbesondere stufig oder kurvig, ausgebildet sein. Die in Vortriebsrichtung seitlich angeordneten Seitenflächen können parallel zur Bohrkopflängsmittelachse angeordnet sein. Die Steuerwirkung der Steuerfläche der Steuerplatte wird jedoch dann vorteilhaft unterstützt, wenn zumindest eine der Seitenflächen der Kreuzplatte zumindest teilweise im wesentlichen parallel zur Steuerfläche angeordnet ist.

Als Kreuzplatte wird vorzugsweise eine einstückige Platte verwendet. Die Vorteile der Erfindung werden jedoch auch dann erreicht, wenn oberhalb und unterhalb der Steuerplatte einzelne, voneinander getrennte Teilkreuzplatten angeordnet werden, die derart angeordnet sind, daß sie mit der Steuerplatte in einem zur Bohrlängsachse senkrechten Querschnitt ein Kreuz bilden.

Die Verbindung der Kreuzplatte mit der Steuerplatte wird dann vereinfacht, wenn die Kreuzplatte und/oder die Steuerplatte eine Stecknut aufweisen.

Diese ist derart angeordnet, daß die eine Platte die andere Platte umgreift, also die eine Platte in die Stecknut der anderen Platte eingeschoben wird. Insbesondere wenn beide Platten Stecknuten aufweisen, können die Platten derart ineinander geschoben werden, daß sie sich jeweils teilweise an den Stecknuten umgreifen.

Um die Verbindung zwischen einem Grundkörper und der Kreuzplatte bzw. der Steuerplatte möglichst stabil zu gestalten, weist der Grundkörper mindestens eine Nut auf, in die die Kreuzplatte bzw. die Steuerplatte geschoben werden können. Vorzugsweise sind zwei kreuzförmig angeordnete Nuten vorgesehen, so daß sowohl die Kreuzplatte als auch die Steuerplatte in eine Nut geschoben werden können.

Steuerplatte, Stützstrebe und/oder Kreuzplatte können vorzugsweise durch Schweißen miteinander und/oder mit dem Grundkörper verbunden werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, einzelne oder alle Platten miteinander und mit dem Grundkörper zu verschrauben oder auf andere, geeignete Weise miteinander zu verbinden, beispielsweise einander umgreifend ineinander zu stecken.

Der Bohrvorgang wird in vorteilhafterweise unterstützt, wenn an der Steuerplatte und/oder der Kreuzplatte Schneidelemente vorgesehen sind. Diese Schneidelemente sind vorzugsweise an der in Vortriebsrichtung nach vorne weisenden Seitenfläche sowohl der Kreuzplatte als auch der Steuerplatte angeordnet. Als Schneidelemente werden insbesondere Zähne aus Hartmetall verstanden. Diese weisen vorzugsweise eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Form auf.

Die Schneidelemente sind vorzugsweise mit unterschiedlichen Abständen zur Bohrkopflängsmittelachse angeordnet sind. Dadurch wird zunächst ein großer Bereich der Ortsbrust durch die Zähne eines rotierenden Bohrkopfes bearbeitet. Besonders bevorzugt überlappen sich die von den einzelnen Schneidelementen während eines Umlaufs bearbeiteten Teilflächen der Ortsbrust nicht. Dadurch verbleiben ringförmige schmale Streifen, die dann

leicht abbrechen, ohne daß dabei große Zerkleinerungsarbeit geleistet werden muß. Die Größe der Cuttings wird somit durch den Abstand der Schneidelemente bestimmt. Vorzugsweise sind die Schneiden der Schneidelemente derart ausgerichtet, daß sie auf ihrer Umfangsbahn günstig zum Eingriff kommen.

Die durch die Ausrichtung der Steuerplatte bedingte exzentrische Anordnung der nach vorne weisende Seitenfläche der Steuerplatte kann dazu führen, daß der Bohrkopf, wie aus der US-Patentschrift 5 950 743 bekannt, nicht konstant ausgerichtet um die Bohrkopflängsmittelachse rotiert, sondern diese innerhalb eines Bohrlochs mit großem Querschnitt oszilliert. Dadurch wird ein unregelmäßiges, verhältnismäßig großes Bohrloch erzeugt. Es kann bei dieser Betriebsweise jedoch zu erheblichen Belastungen des Gestänges kommen, da es an einer Führung im Erdreich fehlt. Dieses Oszillieren des Bohrkopfes in dem Bohrloch und das Erzeugen eines großen Bohrlochs kann verhindert werden, wenn an der Kreuzplatte eine in Bohrrichtung weisende Zentrierspitze angeordnet ist. Diese ist vorzugsweise auf der Bohrkopflängsmittelachse bzw. der Rotationsachse des Bohrkopfes angeordnet. Die Zentrierspitze ragt im Verhältnis zu den anderen Elementen des Bohrkopfes in Bohrrichtung vor. Sie bildet aufgrund der hohen Flächenpressung, die sich an ihrem Angriffspunkt in dem Erdreich ergibt und aufgrund ihres Eintauchens in die vor dem Bohrkopf liegende Erdumgebung einen festen Auflagepunkt, um den der Bohrkopf rotiert. Dies führt auch bei der großen "Aggressivität" des Bohrverhaltens des Bohrkopfes, die durch eine geringe Anzahl von Schneidelementen mit der sich daraus ergebenden hohen, an jedem Schneidelement wirkenden Flächenpressung ergibt, zu einem ruhigen Lauf des Bohrkopfes. Damit wird ein Bohrloch erzeugt, dessen Durchmesser durch den am weitesten von der Bohrkopflängsmittelachse bzw. der Rotationsachse entferntesten Angriffspunkt der Steuerplatte vorgegeben ist. Dieser ist vorzugsweise übereinstimmend mit dem Radius des vorzugsweise zylinderförmig ausgebildeten Grundkörpers. Damit wird der Grundkörper seitlich in dem Bohrloch geführt, wodurch ein Oszillieren des Bohrkopfes um die Rotationsachse verhindert wird.

Der Grundkörper des Bohrkopfes ist bevorzugt an der der Steuerplatte abgewandten Seite mit einem Vortriebsmittel, beispielsweise einem Gestänge, oder einem Sendergehäuse verbunden.

Um auch in felsiger Umgebung einen besonders guten Vortrieb zu ermöglichen, ist der Bohrkopf in einer bevorzugten Ausgestaltungsform mit einem Schlagwerk ausgerüstet. Dieses kann sowohl während einer rotierenden Bewegung des Bohrkopfes schlagend auf den vorderen, mit der abzutragenden Erdumgebung in Eingriff stehenden Teils des Bohrkopfes wirken. Die Schlagwirkung kann jedoch auch bei harten und steinigen Böden dazu verwendet werden, den nicht rotierenden Bohrkopf schlagend in die Erdumgebung einzutreiben. Dabei kann der Bohrkopf, der bei schlanker Ausführung der Steuerplatte und/oder der Kreuzplatte nur eine geringe vordere Angriffsfläche, nämlich die nach vorne weisenden Seitenflächen der Steuer- und/oder Kreuzplatte, aufweist, aufgrund der sich daraus ergebenden hohen Flächenpressung gut vorgetrieben werden. Nach teilweisem Einbringen der Steuerplatte bzw. der Kreuzplatte in den harten oder steinigen Boden kann dieser durch Rotation des Bohrkopfes abgebrochen werden. Alternativ kann der Bohrkopf teilweise zurückgezogen werden, leicht gedreht werden und erneut in die harte, steinige Formation eingebracht werden, bis diese in Teilstücken ausbricht. Die schlanke Form des Bohrkopfes bewirkt ferner ein sehr tiefes und einfaches Eindringen in den harten und steinigen Boden. Dieses tiefe Eindringen ermöglicht ferner eine gute Steuerwirkung, auch bei harten und steinigen Böden.

Um die Außenflächen, insbesondere eines beispielsweise zylinderförmigen Grundkörpers, aber auch der seitliche angeordneten Seitenflächen der Steuerplatte und/oder der Kreuzplatte vor erhöhtem Verschleiß zu schützen, ist es zweckmäßig, diese Flächen mit Verschleißstiften und/oder Aufschweißungen zu versehen. Diese Verschleißstifte bzw. Aufschweißungen können einfach ersetzt werden, wenn sie durch die Reibungswirkung abgetragen worden sind. Ergänzend bzw. alternativ können die Platten ohne große Mehrkosten auch selbst aus einem verschleißfesten Werkstoff gefertigt werden. Da bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bohrkopfes keine gro-

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ßen Materialverluste, wie sie beispielsweise beim Drehen aus einem Vollkörper entstehen, anfallen, können auch teuere, verschleißfeste Werkstoffe eingesetzt werden, ohne dabei einen kostenintensiven Ausschuß zu erzeugen.

Ein erfindungsgemäßer Bohrkopf wird dadurch hergestellt, daß eine Steuerplatte mit einer als Steuerfläche ausgebildeten Unterseite in einem Winkel zur Bohrkopflängsmittelachse mit einem Grundkörper verbunden wird. Dieses Herstellungsverfahren ist besonders einfach und kostengünstig, da die Steuerplatte beispielsweise mit der nach hinten weisenden Seitenfläche an dem Grundkörper angesetzt werden kann und entlang der dabei entstehenden Kontaktlinien mit dem Grundkörper verschweißt werden kann.

Ein besonders stabiler Bohrkopf kann dadurch hergestellt werden, daß eine Kreuzplatte derart mit der Steuerplatte oder dem Grundkörper verbunden wird, daß Kreuzplatte und Steuerplatte in einem zur Bohrlängsachse senkrechten Querschnitt ein Kreuz bilden. Vorzugsweise wird dabei die Kreuzplatte sowohl mit der Steuerplatte als auch mit dem Grundkörper beispielsweise durch Schweißen fest verbunden.

Die Verbindung der Steuerplatte und/oder Kreuzplatte mit dem Grundkörper wird dadurch erhöht, daß der Grundkörper eine Nut aufweist, in die die Steuerplatte und/oder die Kreuzplatte eingreifen. Dadurch können die Steuerplatte und/oder die Kreuzplatte mit höheren Kippmomenten belastet werden, ohne daß die Verbindung zwischen den Platten und dem Grundkörper übermäßig belastet wird. Die Nut ist vorzugsweise sehr tief ausgebildet. Dies ermöglicht es, daß bei abgenutzter Steuerplatte und/oder Kreuzplatte die Platten vom Grundkörper abgetrennt, beispielsweise durch Trennschweißen abgeteilt werden können, und trotzdem für das Einbringen einer neuen Steuerplatte bzw. einer neuen Kreuzplatte immer noch eine Restnut im Grundkörper verbleibt, in die die Platten eingesteckt werden können.

Die Steuerplatte und/oder Kreuzplatte werden vorzugsweise mittels Schweißen fest mit dem Grundkörper verbunden. Die Stabilität dieser oder anders-

artiger Verbindungen wird dadurch erhöht, daß die Steuerplatte und die Kreuzplatte aufeinander gesteckt werden.

Das Herstellungsverfahren ist besonders dann kostengünstig, wenn die Steuerplatte und/oder die Kreuzplatte mittels geeigneter Trennverfahren von einem Plattenkörper, beispielsweise einem standardmäßig hergestellten Plattenkörper, abgetrennt werden. Diese Plattenkörper werden in ausreichend großer Zahl hergestellt, so daß sie kostengünstig erworben werden können. Aus ihnen werden die Steuerplatte und die Kreuzplatte beispielsweise mittels Trennschweißen abgetrennt.

Die Herstellungskosten für einen Bohrkopf werden weiter reduziert, wenn die für das Transportieren von Bohrflüssigkeit vorgesehenen Bohrungen in der Steuerplatte und/oder der Kreuzplatte vor dem Zusammenfügen des Bohrkopfes in die Steuerplatte und/oder die Kreuzplatte eingebracht werden. Dadurch erübrigt sich ein Nachbearbeiten des Bohrkopfes. Ferner können die Bohrungen präziser in der Steuerplatte und der Kreuzplatte eingebracht werden. Schließlich kann beim Zusammenfügen der Steuerplatte und/oder der Kreuzplatte mit dem Grundkörper gut überprüft werden, ob das Ende der jeweiligen Bohrung mit einer Zuführbohrung im Grundkörper fluchtet. Ergänzend oder alternativ kann nach dem Zusammenfügen des Bohrkopfes an der Oberseite der Steuerplatte eine separate Leitung für Bohrflüssigkeit angebracht werden.

Um die Vorzüge einer konkav geformten Steuerfläche zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Steuerplatte vor dem Zusammenfügen des Bohrkopfes vorgeformt wird. Die dann bereits mit konkaver Steuerfläche versehene Steuerplatte wird dann mit dem Grundkörper verbunden, wodurch sich ein Nachbearbeiten der bereits mit dem Grundkörper verbundenen Steuerplatte erübrigt.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

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Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Bohrkopfes gemäß Fig. 1 von schräg oben,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Bohrkopfes gemäß Fig. 1 von schräg unten,

Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Bohrkopfes,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Bohrkopfes gemäß Fig. 4 in einer Ansicht von schräg oben,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Bohrkopfes gemäß Fig. 4 von schräg unten,

Fig. 7 eine geschnittene Seitenansicht eines dritten erfindungsgemäßen Bohrkopfes,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung des Bohrkopfes gemäß Fig. 7 von schräg oben,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung des Bohrkopfes gemäß Fig. 7 von schräg unten,

Fig. 10 einen weiteren erfindungsgemäßen Bohrkopf in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten.

Die in den Fig. 1 bis 10 dargestellten Bohrköpfe 1 weisen jeweils eine Steuerplatte 2 und einen Grundkörper 4 auf. Bei den Bohrköpfen 1 gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 bis 9 ist eine plattenförmige Stützstrebe 30, 31, 32 vorgesehen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ist die Stützstrebe

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als Kreuzplatte 3 ausgebildet. An der der Steuerplatte 2 abgewandten Seite des Grundkörpers 4 sind jeweils Befestigungsmittel 5 zum Befestigen des Grundkörpers mit einer Vortriebseinrichtung oder einem Sendergehäuse vorgesehen. Die Steuerplatten 2 sind an der Vorderseite des Grundkörpers 4 angeordnet und weisen in die vorgesehene Vortriebsrichtung.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 führt ein Flüssigkeitskanal durch den Grundkörper 4 zu einem Kanal 40 in der Stützstrebe 30. Der Kanal 40 steht in Verbindung mit einem Kanal 41 in der Steuerplatte 2. Der Kanal 41 führt zu Düsen 42, die im Grund einer Ausnehmung 43 angeordnet ist. Die Ausnehmung 43 befindet sich in der in Vortriebsrichtung gerichteten Seitenfläche der Steuerplatte 2 (Fig. 2, 3).

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 4 bis 6 führt ein Kanal 50 im Grundkörper 4 zu einem Kanal 51 in der Stützstrebe. Der Kanal 51 endet in einer Düse 52, die in Vortriebsrichtung ausgerichtet ist. Die Stützstrebe 31 der Ausführungsform gemäß der Fig. 4 bis 6 und die entsprechende Steuerplatte 2 sind derart ausgebildet, daß die Steuerplatte 2 eine Stecknut aufweist, in die die Stützstrebe 31 eingesteckt ist. Wie in Fig. 6 ersichtlich, ist die Stützstrebe 31 derart ausgebildet, daß sie eben mit der Unterseite der Steuerplatte 2 abschließt. Die Stützstrebe 31 füllt die Stecknut in der Steuerplatte 2 nicht vollständig aus, so daß eine Ausnehmung 53 entsteht. In diese Ausnehmung 53 mündet die Düse 52.

Die Ausführungsform der Fig. 7 bis 9 weisen den Kanälen 50 und 51 der Ausführungsform gemäß den Fig. 4 bis 6 ähnliche Kanäle 60 und 61 auf. Ebenso ist die Steuerplatte 2 mit einer Stecknut versehen, in die die Stützstrebe 32 eingreift. Im Unterschied zu der Ausführungsform der Fig. 4 bis 6 weist die Ausführungsform der Fig. 7 bis 9 jedoch eine Stützstrebe 32, die die Stecknut vollständig ausfüllt. Ebenso ist am Ende des Kanals 61 eine winklig angeordnete Düse 62 vorgesehen. Diese weist in eine zur Ausrichtung der Unterseite der Steuerplatte 2 parallele Richtung.

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Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 9 sind an der ungefähr in Vortriebsrichtung weisenden Seitenfläche der Steuerplatte 2 Schneidelemente in Form von Zähnen 70 angeordnet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 weist die Steuerplatte 2 eine als Steuerfläche 6 ausgebildete Unterseite auf. Hierzu parallel ist die in der perspektivischen Darstellung der Fig. 10 nicht ersichtliche Oberseite angeordnet, die mit einer Frontfläche 7 des Grundkörpers 4 eine Ausnehmung bildet. Die Steuerplatte 2 weist ferner Seitenflächen auf, von denen in der perspektivischen Darstellung der einzigen Fig. die in Vortriebsrichtung linke Seitenfläche 8 und die in Vortriebsrichtung im wesentlichen nach vorne weisende Seitenfläche 9 zu erkennen sind. Die Seitenfläche 9 setzt sich aus einer Vielzahl von Teilflächen zusammen, die teilweise eben, teilweise bogenförmig sind. An den ebenen Teilflächen, die zueinander teilweise stufenförmig versetzt angeordnet sind, sind Schneidelemente in Form von Zähnen 10 angeordnet. Die bogenförmig ausgebildeten Teilabschnitte der Seitenfläche 9 weisen Auslaßöffnungen 11 für eine Bohrflüssigkeit auf. Die Steuerplatte 2 ist mit der in Vortriebsrichtung nach hinten weisenden Seitenfläche in eine Nut in der Frontfläche 7 des Grundkörpers 4 eingeführt. Die Steuerplatte 2 weist eine Stecknut 12 auf, in die die Kreuzplatte 3 derart eingeschoben werden kann, daß die Steuerplatte 2 die Kreuzplatte 3 in einem dem Grundkörper 4 benachbarten Bereich umgreift.

Ebenso weist die Kreuzplatte 3 eine Stecknut 14 auf, in die die Steuerplatte 2 derart eingeschoben werden kann, daß die Kreuzplatte 3 die Steuerplatte 2 im in Vortriebsrichtung vorderen Bereich umgreift. Die Kreuzplatte 3 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 demnach als einstückige Platte ausgebildet. Alternativ könnte sie, unter Verzicht auf die Stecknuten, aus an der Oberseite und der Unterseite der Steuerplatte 2 angeordneten Einzelplatten zusammengesetzt sein.

Die Kreuzplatte 3 weist Seitenflächen auf, von denen in der perspektivischen Darstellung der Fig. 10 in die Bohrrichtung im wesentlichen nach vorne weisende Seitenfläche 15 und die in Bohrrichtung untere Seitenfläche

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16 dargestellt sind. An der Seitenfläche 15 ist eine Zentrierspitze 17 vorgesehen, die die Zähne 10 der Steuerplatte 2 in Bohrrichtung überragt. Ferner ist auf einem Teilabschnitt der in Bohrrichtung nach vorne weisenden Seitenfläche 15 ein Zahn 18 vorgesehen. Die nach unten weisende Seitenfläche 16 ist in mehrere Teilflächen aufgeteilt, von denen eine 16a im wesentlichen parallel zur Steuerfläche 6 der Steuerplatte 2 angeordnet ist. An der im Verhältnis zur Bohrlängsmittelachse parallel angeordneten Teilseitenfläche 16b sind als Verschleißschutz Verschleißstifte 19 vorgesehen.

Zur Ausbildung einer größeren Steuerfläche ist der vordere Bereich des Grundkörpers 4 mit einem Ausschnitt 20 versehen, der eine zusätzliche Steuerfläche zur Verlängerung der Steuerfläche 6 der Steuerplatte 2 bildet.

Steuerplatte 2 und Kreuzplatte 3 sind derart zueinander angeordnet, daß sie in einem zur Bohrlängsachse senkrechten Querschnitt ein Kreuz bilden.

Die Steuerplatte 2 ist mittig an der Vorderseite 7 des Grundkörpers 4 mit dem Grundkörper verbunden.

Die Kreuzplatte 3 ist mit ihrer in Bohrvortriebsrichtung hinteren Seitenfläche in eine Nut 21, die in der Frontfläche 7 des Grundkörpers 4 angeordnet ist, eingeschoben.

Zum Herstellen des in der Fig. 10 dargestellten Bohrkopfes werden die Steuerplatte 2 und die Kreuzplatte 3 aus einem Plattenkörper mittels Trennschweißen abgetrennt. Ebenfalls mittels Trennschweißen werden dann die Stecknuten 12 in der Steuerplatte 2 und die Stecknut 14 in dem Grundkörper 3 erzeugt. Ebenfalls werden die Form der Seitenflächen durch Trennschweißen erzeugt. Schließlich werden in der Steuerplatte 2 Bohrungen für Bohrflüssigkeit eingebracht, die in der Seitenfläche 9 den Auslaß 11 aufweisen. Nachdem die Steuerplatte 2 und die Kreuzplatte 3 derart vorbereitet worden sind, werden sie in Nuten, für die Kreuzplatte 3 die Nut 21, die in der Frontfläche 7 des Grundkörpers 4 vorgesehen sind, eingeschoben. Anschließend werden die Steuerplatte 2 und die Kreuzplatte 3

miteinander sowie beide Platten mit dem Grundkörper 4 mittels Verschweißung verbunden.

Bei abgenutzter Kreuzplatte oder Steuerplatte werden die Steuerplatte 2 und die Kreuzplatte 3 von dem Grundkörper 4 abgetrennt. Dies kann beispielsweise mittels Trennschweißen erfolgen. Die Nuten in dem Grundkörper 4 können derart tief ausgelegt werden, daß selbst bei Abtrennen der ersten Steuerplatte 2 und der ersten Kreuzplatte 3 nach dem Abtrennen eine genügend tiefe Nut verbleibt, in die die neue Kreuzplatte 3 und die neue Steuerplatte 2 eingebracht werden können.

Bei dem Verfahren erübrigt es sich, mittels spanenden Abhebens aus einem Vollkörper eine Steuerfläche herauszuarbeiten bzw. den Bohrkopf vollständig zu gießen und nachzubearbeiten. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Bohrkopf mittels eines einfachen Herstellungsverfahrens aus Standardelementen, insbesondere Platten körpern, hergestellt werden. Dadurch ergibt sich ein besonders kostengünstig herzustellender Bohrkopf.

Claims (16)

1. Bohrkopf für das Horizontalbohren, der eine im Winkel zur Bohrkopflängsmittelachse angeordnete Steuerplatte (2) mit einer als Steuerfläche (6) ausgebildeten Unterseite und eine die Steuerplatte zu einem Grundkörper des Bohrkopfes hin abstützende Stützstrebe (30, 31, 32) aufweist.

2. Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerplatte (2) als Modul auf einem Grundkörper ausgebildet ist.

3. Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerplatte (2) lösbar mit einem Grundkörper verbunden ist.

4. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerplatte (2) in einen Grundkörper eingesteckt ist.

5. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche (6) in einem Winkel von weniger als 45° zur Bohrkopflängsmittelachse angeordnet ist.

6. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche (6) zumindest teilweise konkav ausgebildet ist.

7. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite der Steuerplatte (2) eine Leitung für Bohrflüssigkeit angeordnet ist.

8. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstrebe Teil einer Kreuzplatte (3) ist, die derart angeordnet ist, daß sie mit der Steuerplatte (2) in einem zur Bohrlängsachse senkrechten Querschnitt ein Kreuz bildet.

9. Bohrkopf nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstrebe (30, 31, 32), die Kreuzplatte (3) und/oder die Steuerplatte (2) eine Stecknut (12; 14) aufweisen, die derart angeordnet ist, daß die eine Platte (2; 3) die andere Platte (3; 2) umgreift.

10. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (4) mit mindestens einer Nut (21) zur Aufnahme der Stützstrebe (30, 31, 32), der Kreuzplatte (3) und/oder der Steuerplatte (2).

11. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Steuerplatte (2) der Stützstrebe (30, 31, 32) und/oder der Kreuzplatte (3) Schneidelemente (10) angeordnet sind.

12. Bohrkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidelemente (10) mit unterschiedlichen Abständen zur Bohrkopflängsmittelachse angeordnet sind.

13. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stützstreben (30, 31, 32) oder an der Kreuzplatte (3) eine in Bohrrichtung weisende Zentrierspitze (15) angeordnet ist.

14. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper (4) an der der Steuerplatte (2) abgewandten Seite mit Vortriebsmitteln oder einem Sendergehäuse verbunden ist.

15. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein Schlagwerk.

16. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch an mindestens einer Außenfläche angeordnete Verschleißstifte (19) und/oder Aufschweißungen.