DE2911419A1

DE2911419A1 - Verfahren und vorrichtung zur richtungsgesteuerten herstellung von bohrloechern

Info

Publication number: DE2911419A1
Application number: DE19792911419
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Staender
Original assignee: DRESDNER BANK AG FRANKFURT FILIALE KARLSRUHE; Dresdner Bank AG
Current assignee: STAENDER, WOLFGANG, DR.-ING., 7500 KARLSRUHE, DE
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1979-03-23
Publication date: 1980-11-13
Also published as: DE2911419C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur richtunqsqesteuerten Herstellung von Bohrlöchern.
Dio Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur richtungsgesteuerten Herstellung von Bohrlöchern in rockerqestein unter Verwendung eines an einem Bohrgestänge sitzenden, Meßgeräte zu seiner Ortung aufweisenden Bohrgerätes, welches einen mit einer Spitze versehenen Bohrkopf trägt.
Die Erfindung eignet sich zur Herstellung von horizontalen und vertikalen Bohrlöchern mit einer Länge bis zu 500 Metern in vorwiegend aus Sand und/oder Kies bestehendem Erdreich.
Sie findet insbesondere Anwendung beim Bau von Tunnels in Lockergestein sowie Grundwasser enthaltendem Lockergestein mit Hilfe der Gefriermethode, wo um eine Mittelbohrung herum ein dem Tunnelquerschnitt entsprechender Ring von Parallelbohrungen hergestellt wird, in die Gefrierrohre aus Stahl oder Kunststoff eingezogen t werden, um sodann mit Hilfe eingeleiteter Kühl flüssigkeit eine feste, gefrorene Rohrwand im Lockergestein herzustellen. Das lockere Innere dieses Rohres wird ausgeräumt und zuletzt die Wand ausgesteift und ausgekleidet.
Die Herstellung von längeren, genau an eine vorgegebene Richtung gebundene Horizontalbohrungen ist alleine schon deshalb ein Problem, weil aufgrund der Einwirkung der Schwerkraft auf das Bohrgerät das Bohrloch die Tendenz zu einer Krümmung nach unten hat. Das Anbringen von Richtungskorrekturen ist sehr schwierig und die genaue Ortung des Bohrkopfes, die notwendig ist, um Abweichungen rechtzeitig festzustellen, gelingt nur unbefriedigend.
Mit dPr deutschen Patentschrift 1 207 905 ist erstmals ein lenkbarer Bohrkopf für Spülbohrungen in Lockergestein bekennt geworden, bei welchem Richtungsänderungen dadurch erzielt werden können, daß an der Spitze nach Größe und/oder X,aqP verfindorbare Spü.lschlitze für das Druckwasser vorgesehen sind. Zur Lenkung des Bohrkopfes wird der größte Schlitzquerschnitt in Richtung der gewünschten seitlichen Bohrkopfbewegung gelegt, sodan dort die größte Materialabtragung stattfindet und die Spitze in diese Richtung des geringsten Widerstandes ausweicht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß infolge der hohen Leitungsverluste für das Spülwasser nur begrenzte Bohrlochlängen erreicht werden können und die exakte Lenkung des Bohrkopfes Schwierigkeiten bereitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine richtungsgesteuerte Herstellung von Bohrlöchern in Lokkergestein zu konzipieren, mit welchem große Bohrlochlängen erreichbar sind und bei dem sich Richtungskorrekturen auf einfache Weise genau vornehmen lassen.
Die gestellte Aufgabe wird unter Verwendung eines an einem Bohrgestänge sitzenden, Meßgeräte zu seiner Ortung aufweisenden Bohrgerätes, welches einen mit einer Spitze versehenen Bohrkopf trägt, dadurch gelöst, daß das Bohrgerät durch das Lockergestein gedrückt wird, daß die vorgesehene Richtung des Bohrkopfes im Innern des Bohrgerätes fortwährend mittels der Meageräte gemessen wird, und daß gemessene Richtungsabweichungen durch außermittiges Versetzen der Spitze des Bohrkopfes gegenüber der Längsachse des Bohrgerätes korrigiert werden. Es hat sich gezeigt, daß sich ein gedrücktes Bohrloch infolge der beim Drücken um das Bohrserät herum erfolgenden Materialverdichtung leichter Verrohren läßt als ein gespültes, unregelmäßige Wandungen aufweisendes Bohrloch. Die Reibungsverluste beim Drücken bleiben klein, sodaß Bohrlochlängen bis zu 500 Metern beim Horizontalbobren erreicht werden, was bisher nicht möglich erschien. Die Richtungssteuerung des Bohrgerätes durch Versetzen der Spitze des Bohrkopfes entspricht im Prinzip der Lenkung eines Kraftfahrzeuges, sie bedarf nur kleiner Lenkungskräfte, sie läßt sich mit geringem Aufwand bewerkstelligen und sie arbeitet sehr genau. Gegenüber dem Spülbohren ist das vorgeschlagene "Drückhohren" billiger, weil die aufwendigen Maßnahmen für die Ztl- und Abführung des Spülwassers entfallen.
Ls kann abhängig von der Art des Lockergesteines vorteilhaft sein, das vom Bohrkopf erzeugte Bohrloch aufzuweiten. Dieses Atlfweiten geschieht zweckmäßig mit Hilfe des Bohrgerätes selbst.
Einc Vorrichtung zur richtungsgesteuerten Herstellung von Bohrlöchern in Lockergestein, zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens weist ein an einem BohrgestAnge sitzendes, Meßgeräte zu seiner Ortung aufweisendes Bohrgerät auf, welches einen mit einer Spitze versehenen Bohrkopf trägt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Bohrkopfes auflermittig gegen die Längsachse des Bohrgerätes versetzbar angeordnet ist. Solange die Spitze in der Längsachse des in das Lockergestein gedrückten Bohrgerätes liegt, wird bei homogenem Lockergestein ein gerades Bohrloch erzeugt, sobald sie aber außermittig versetzt wird, beispielsweise durch mehr oder weniger großes Verschwenken, fährt das Bohrgerät eine Kurve stärkerer oder geringerer Krümmung.
Mit Hilfe des Versetzens der Spitze wird das Bohrgerät gelenkt, was Richtungskorrekturen beim Herstellen des Bohrloches ermöglicht.
Zur technischen Durchführung des außermittigen Versetzens der Spitze ist im Bohrgerät zentrisch eine Büchse drehbar engeordnet, in der exzentrisch ein drehbarec Zylinder sitzt, an welchem exzentrisch der die Spitze tragende Bohrkopf befestigt ist. Diese Anordnung,gestattet es, während des Vordrückens des Bohrgerätes die Spitze in jede gewünschte winkelstellung und in verschiedene Abstände von der Längsachse des Bohrgerätes zu versetzen, woraus Richtung und Größe der Lenkbewegungen resultieren.
ZweckmeGig ist es hierbei, wenn die Exzentrizität des Zylinders gegen die Büchse und die Exzentrizität des Bohrkopfes gegen den Zylinder gleichgroß ausgebildet sind, weil dann auch die Nullstellung - also diejenige Stellung, bei welcher die Spitze in der Längsachse liegt - erreichbar ist.
Aus Gründen einfacher Herstellung wird der Bohrkopf vorteilhaft ein Kreiskegel sein; er kann aber auch als Pyramide ausgebildet werden.
Zur Bewegung der Büchse und des Zylinders ist in der Büchse ein Planetengetriebe vorgesehen, dessen Außenring an der Büchse befestigt ist, dessen Innenrad sich auf einem zentrisch am Zylinder befestigten Wellenstumpf dreht und dessen Planet auf der Antriebsachse für den Zylinder sitzt.
Um das Drücken des Bohrgerätes zu erleichtern, läuft vorteilhaft das Bohrgerät in einen zum Bohrkopf hin sich verjüngenden Konus aus, dessen kleinster Durchmesser um das Doppelte kleiner ist wie die Summe der beiden Exzentrizitäten.
Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Bohrkopf am Bohrgerät drehbar angeordnet und sein vorderer Teil als Zylinderhuf ausgebildet.
Diese Aushildungsform ist konstruktiv einfach, jedoch mun zum Geradebohren der Bohrkopf fortwährend gedreht werden.
Der Bohrkopf wird nur dann nicht gedreht, wenn zum Zwecke einer Richtungskorrektur eine seitliche Ablenkung des Bohrgerätes erforderlich ist.
Der Zylinderhuf kann eine konkave Ausnehmung aufweisen, wodurch das Drehen des Bohrkopfes erleichtert und eine gewisse Schürfwirkung erzielt wird.
Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal weist der Zylinderhuf eine Seitenfläche auf, die stumpfwinkelig seitlich an der Fußfläche des Zylinderhufes angesetzt ist. Dadurch wird dem Bohrkopf beim Drücken eine Drehung mitgeteilt.
Der Bohrkopf kann auch als schiefer, am Bohrgerät drehbar gelagerter Kreiskegel ausgebildet sein.
71lm Zwecke des Aufweitens des Bohrloches sitzt über dem Bohrgerät eine aufschiebbare Hülse, deren Durchmesser denjenigen des Bohrgerätes überschreitet.
Vorteilhaft ist der Bohrkopf am Bohrgerät lösbar befestigt, diese Maßnahme dient zum leichten Auswechseln beschädigter Bohrköpfe.
Zu den zur Ortung des Bohrgerätes bei der Durchführung von Parallelbohrungen dienenden Mengeräten gehört eine lange1 zylindrische Sendespule, die im Mantel des Bohrgerätes angeordnet ist, und deren Spulenachse in der Längsachse des Bohrgerätes liegt. Mit Hilfe dieser Sendespule wird ein Magnetfeld um das Bohrgerät erzeugt, welches in einer in der Erstbohrung hin- und herbewegten Empfangsspule Spannungen induziert, mit deren Hilfe der Abstand des Bohrkopfes vnn der Parallelbohrung laufend gemessen werden kann.
Diese Sendespule wird vorteilhaft mit einer sinusförmigen Wochselspannung mit einer Frequenz zwischen 15 und 80 Hertz gespeist, dies erleichtert die Verstärkung der induzierten Empfangsspannung.
Zur Messung von Richtungsabweichungen von Erstbohrungen sind vorteilhaft im Bohrgerät eine Lichtkanone und im Abstand dieser gegenüber ein an einer selbsttätigen, motorisch betriebenen Nachlaufeinrichtung befestigter Flächendetektor als Meßgeräte zur Ortung des Bohrgerätes angeordnet. Hiermit wird eine Längsverbiegung des Bohrgerätes gemessen, die Folge eines aufgrund einer Richtungsabweichung erzeugten, gekrümmten Bohrloches ist.
Zweckmäßig dient als Lichtkanone ein Laser und als Flächendetektor findet ein Vier-Quadranten-Flächendetektor Verwendung; mit diesen Geräten wird eine hohe Mengenauigkeit erzielt.
Vorteilhaft dienen zur einwandfreien Lagerung von Lichtkanone und Flächendetektor vier um Zentriwinkel von neunzig Grad versetzt angeordnete, in einer zur Längsachse des Bohrgerätes senkrecht stehenden Ebene liegende Sackbohrungen, in welche zylindrische, am Bohrgerät befestigte Haltedorne verschiebbar eingreifen. Mit Hilfe dieser Befestigung wird eine von Wärmedehnungen und anderen Einflüssen unabhängige, genau zentrische Lagerung erreicht.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zu dessen Durchführung vorgeschlagenen Vorrichtungen näher erläutert. Es zeigen in jeweils vereinfachter Darstellung: Fiorir l das Prinzip des Verfahrens; Figur 2 ein Bohrgerät mit einer durch Exzenter außermittig versetzbaren Spitze, in einem Querschnitt; Figur 3 ein Bohrgerät mit einem als drehbaren Zylinderhuf ausgebildeten Bohrkopf, in einem Querschnitt; Figur 3a einen Zylinderhuf mit einer Ausnehmung, in Seitenansicht; Figur 3b einen Bohrkopf mit einem schiefen Kreiskegel, in perspektivischer Darstellung; Figur 4 ein Bohrgerät mit einer zu seiner Ortung dienenden Zylinderspule sowie der Empfangs-Spule; Figur 5 einen Teil eines Bohrgerätes mit einer Lichtkanone und einem Flächendetektor, in einem Querschnitt.
Ein zylindrisches Bohrgerät 1 sitzt - vergleiche Figur 1 -am Kopf eines aus miteinander verbundenen Rohren 2 bestehenden Bohrgestänges 3.Das Bohrgerät l weist Mengeräte 4 zu seiner Ortung auf und trägt einen Bohrkopf 5, der mit einer Spitze 6 versehen ist. Die Spitze 6 ist außermittig gegenüber der Längsachse 7 des Bohrgerätes l nach allen Seiten versetzbar angeordnet, wie dies mit Strichlinien und mit Hilfe des Pfeiles 8 angedeutet ist.
Das Bohrgerät 1 wird mittels einer hydraulischen Presse 9 durch ein is Sand oder Kies bestehendes Lockergestein 10 gedrückt, wobei zllnachst die Spitze 6, welche schwenkbar und/oder drehbar am Bohrgerät 1 befestigt ist, in der Langsachse 7 seht, sodan ein gerades Bohrloch 11 hergestellt wird.
Dabei wird mit Hilfe der Meßgeräte 4 die vorgesehene Richtung dns Bohrkopfes 5 und damit des Bohrloches 11 gemessen und überwacht.
Sobald mittels der Meßgeräte 4 eine unbeabsichtigte Richtungsabweichung festgestellt ist, wird die Spitze 6 des Bohrkopfes 5 außermittig versetzt, beispielsweise in die mit ^,trichlinien angedeutete Stellung. Da die Normalkomponente 12 der auf die Spitze 6 vom rockergestein 10 ausgeübten Kräfte auf der einen Seite der Spitze 6 größer ist als die auf der gegenüberliegenden Seite angreifende Normalkomponente 13, wird das Bohrgerät 1 nach der Seite der kleineren Normalkomponente 13 abgelenkt. Auf diese Weise können nicht nur die gemessenen Richtungsabweichungen korrigiert, sondern auch Findlinge 14 oder andere Hindernisse umfahren werden.
Mit Hilfe einer Hülse 15 wird das vom Bohrgerät l erzeugte Bohrloch 11 aufgeweitet, wobei die Wand des Bohrloches 11 verdichtet wird. in zylindrisches Bohrgerät l, bei welchem die Spitze 6 des Bohrkopfes 5 mittels drehbarer Exzenter aunermittig geqn die Längsachse 7 versetzbar ist, zeigt die Figur 2. Im Innern dieses Bohrgerätes 1 ist zentrisch eine Büchse 16 in beiden Richtungen drehbar angeordnet. In dieser Büchse 16 sitzt ein ebenfalls drehbar angeordneter Zylinder 17, an dessen vorderem, konisch sich verjüngenden Ende der Bohrkopf 5 lösbar befestigt ist. Der Bohrkopf 5 ist mittels eines Keilstiftes 18 am Zylinder 17 befestigt, er besltzt die Form einrs Kreiskegels und trägt die Spitze 6.
Die Exzentrizität a des Zylinders 17 saugen die Büchse 16 nnd die Exzentrizität b des Bohrkopfes 5 gegen den Zylinder 17 sind hei. dem in Figur 2 dargestellten Bohrgerät 1 gleich groß ausgebildet, sodaß es bei entsprechender Stellung von Büchse 16 und Zylinder 17 gelingt, die Spitze 6 des Bohrkopfes 5 in die Längsachse 7 des Bohrgerätes 1 zu setzen.
Zur Verdrehung sowohl der Büchse 16 wie des Zylinders 17 dient ein im Bohrgerät 1 untergebrachter, umsteuerbarer Elektromotor mit einem Kuppliingsteil (beide nicht dargestellt), welcher mit der rohrförmigen Drehwelle 19, der Büchse 16 und mit der Drehstange 20 des Zylinders 17 in Verbindung steht.
Die Drehung des Zylinders 17 erfolgt über ein im Innern der Achse 16 vorgesehenes Planetengetriebe 21. Der Außenring 22 dieses Planetengetriebes 21 ist an der Büchse 16 befestigt, w,ihrend sich das Innenrad 23 auf einem zentrisch am Zyliner 17 befestigten Wellenstumpf 24 dreht. Der Planet 25 sitzt iilf der Antriebsachse für den Zylinder 17, nämlich auf der Drehstange 20.
Das Bohrgerät 1 läuft in einen in Richtung zum Bohrkopf 5 sich verjüngenden Konus 26 aus. Der kleinste Durchmesser 27 dieses Konus 26 ist um das Doppelte kleiner als die Summe der beiden Exzentrizitäten a und b, was zur Folge hat, daß bei größter außermittiger Auslenkung der Spitze 6 bzw. des Bohrkopfes 5 eine Mantellinie 29 des Bohrkopfes 5 stufenlos - wie in der Figur 2 wiedergegeben - in den Konus 26 übergeht.
Mit Hilfe des (nicht dargestellten) Elektromotores können unter Verwendung des (nicht dargestellten) Kupplungsteiles di Büchse 16 und der Zylinder 17 unabhängig voneinander verdreht werden. Dadurch gelingt es, die Spitze 6 in jede gewünschte Richtung bis zu einem der Summe der beiden Exzentrizitäten a und b entsprech,enden Abstand von der Längs-.-lchse 7 des Bohrgerätes 1 zu versetzen.
Tm Mantel des Bohrgerätes 1 befindet sich unter einer Abdeckung 30 eine lange, zylindrische Sendespule 31, deren Sptllenachse in der Längsachse 7 des Bohrgerätes 1 liegt.
Diese an einer Gleichspannung oder einer sinusförmigen Hechselsparnung einer Frequenz zwischen 15 und 80 Hertz lieende Sendespule 31 ist Teil der zur Ortung des Bohrgerätes 1 dienenden Meßgeräte 4.
Bei dem in Figur 3 wiedergegebenen Bohrgerät 1 ist der vordere Teil des Bohrkopfes 5 ein Zylinderhuf 32, dessen Vorderkante die Spitze 6 bildet. Der Bohrkopf 5 ist am Bohrgerät 1 unter Verwendung eines Zylinder-Rollenlagers 33 sowie eines Suge1-Längslagers 34 drehbar gelagert. Die Drehung des Bohrkopfes 5 erfolgt durch einen (nicht dargestellten) im Bohrkopf 5 sitzenden Elektromotor, welcher mit Hilfe einer Antriebswelle 35 mit dem Bohrkopf 5 in Verbindung steht.
Der Zylinderhuf 32 weist eine ebene Seitenfläche 36 auf, die stumpfwinkelig und seitlich an seine ebene Fußfläche 37 angesetzt ist. Die Fußfläche 37 und diese Seitenfläche 36 bilden zusammen ein Dach und die auf die Seitenfläche 36 vom Lockergestein 10 ausgeübte Normaikomponente 38 bewirkt, daß sich der Bohrkopf 5 dieses Bohrgerätes 1 selbsttätig dreht, sobald das Bohrgerät 1 in Richtung seiner Längsachse 7 in das Lockergestein 10 gedrückt wird.
Der Bohrkopf 5, nämlich sein vorderer Teil, der Zylinderhuf 36, ist mit Hilfe einer durch einen Keilstift 39 gesicherten Steckverbindung 40 am Rohrgerät 1 lösbar befestigt.
Auf dem Bohrkopf 5 sitzt, direkt hinter dem Zylinderhuf 32, c]te aufschlebbare Hülse 15, deren Durchmesser d denjenigen des Bohrgerätes 1 bzw. des Bohrkopfes 5 überschreitet. Diese Hülse 15 weitet das Bohrloch 11 auf und verdichtet dessen Wendungen.
Anstelle der Seitenfläche 36 kann der Zylinderhuf 32 an seiner Fußfläche 37 eine konkave, wannenförmige Ausnehmung 41 aufwisen, wie in Figur 3a dargestellt ist.
Der vordere Teil des Bohrkopfes 5 kann auch als schiefer Kreiskegel 42 ausgebildet sein - vergleiche Figur 3b. Diese beiden Ausführungsformen des Bohrkopfes drehen sich nicht selbsttätig.
Im Mantel des Bohrgerätes 1 befindet sich unter der Abdeckung 30 eine lange, zylindrische, mit ihrer Achse in der Längsachse 7 des Bohrgerätes 1 liegende Sendespule 31, die zu den zur Ortung des Bohrgerätes 1 dienenden Meßgeräten 4 ghört.
Bei der Herstellung von Bohrlöchern 10 mittels des in den Figuren 3, 3 und 3b dargestellten Bohrgerktes 1 wird dessen Bohrkopf 5 mittels des eingebauten Elektromotors fortwährend gedreht, das Bohrgerät 1 wird demzufolge auf einer korkzieherehnlichen Bahn durch das Lockergestein 10 gedrückt; über eine größere Länge gesehen ist das Bohrloch 10 jedoch gerade.
Sobald eine unbeabsichtigte Richtungsabweichung festgestellt ist, wird die Drehung des Bohrkopfes 5 unterbrochen und dieser so eingestellt, daß seine Spitze 6 außermittig entgegen der gemessenen Richtungsabweichung steht Aufgrund der auf die Fußfläche 37 einwirkenden Normalkomponente der vom Lockergestein 10 auf den Bohrkopf 5 ausgeübten Kräfte wird nun der vorgedrückte Bohrkopf 5 seitlich abgelenkt, bis die korrigierte Richtung erreicht ist. Trifft das Bohrgerät 1 Iif ein Hindernis, so kann dieses nach Zurückziehen des Bohrkopfes 5 und entsprechender Einstellung der Spitze 6 leicht umfahren werden.
Die vergesehene Richtung des durch das Lockergestein 10 gedrückten Bohrgerätes 1 wird - vergleiche Figur 4 - mit Hilfe der Sendespule 31 fortwährend gemessen. Hierzu wird die Sendespule 31 mit einer Gleichspannung U5 gespeist. Die Sendespule 31 bildet im das Bohrgerät 1 umgebenden Lockergestein 10 rin magnetisches Feld aus, dessen Feldlinien 43 teilweise von einer Empfangsspule 44 umfaßt werden. Diese Empfangsspule 44 befindet sich in einem zum herzustellenden Bohrlech 1 parallelen, bereits fertig gestellten Bohrloch 45, wo sie mittels eines um zwei Umlenkrollen 46 geschlungenen @eiles 47 mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Synchronmotors mit konstanter Geschwindigkeit hin- und herbewegt wird.
Infolge dieser Bewegung wird in der Empfangsspule 44 eine in Grr>ße und Richtung sich ändernde Spannung UE induziert, woche zwei Nulldurchgänge N1 und N2 aufweist. Diese Nulldurchgänge N1 und N2 liegen dort, wo die Feldlinie 43' die längsachs@ 48 der Empfangsspule 44 jeweils unter einem rechten Winkel 49 schneidet und wegen des Induktionsgesetzes keine Spannung induziert werden kann. Die beiden Nulldurchgänge Nl und N2 sind leicht zu erkennen, weil die Empfangsspannung UE dort jeweils ihre Richtung ändert, wie der auf titer seitlich In der Figur 4 dargestellte Verlauf der induzierten Spannung UE über dem Weg W der Empfangsspule 44 zeigt. Der Abstand A der beiden Nulldurchgänge N1 und N2 ist ein Man für die Entfernung E zwischen der Sendespule 31 und der Empfangsspule 44.
Mit Hilfe der Sendespule 31 wird die Führung des Bohrgerätes 1 bei der Herstellung des Bohrloches 11 parallel zu einem bereits vorhandenen Bohrloch 45 gemessen, um Richtung abweichungen des Bohrgerätes 1 korrigieren zu können. Derartige HaralleLbohrungen werden beim Tunnelbau in Lockergestein bzw. in Grundwasser enthaltendem Lockergestein benöligt, wo ein Ring von den Tunnelmund umgebenden Bohrungen zur Aufnahme der Gefrierrohre herzustellen ist.
Ist die in der Empfangsspule 44 induzierte Spannung UE zu gering, so kann die Sendespule 31 mit einer sinusförmigen wechselspannung mit einer Frequenz, welche zwischen 15 und 80 Hertz liegt, gespeist werden. Um Störungen zu vermeiden, kommen die Netzfrequenz von 50 Hz und die Oberwellen der Bahnfrequenz von 16 2/3 Hz nicht in Betracht. Die in der Empfangsspule 44 induzierte Wechsel spannung kann dann leicht auf eine gut auswertbare Gröne verstärkt werden. zur Richtungssteuerung einer Erstbohrung sind im Bohrgerät 1, wie in Figur S dargestellt, eine Lichtkanone 50, vorzugsweise ein Laser, lind im Abstand dieser gegenüber ein Flächendetektor 51 angoordnet, die zusammen ein weiteres Mengerät 4 bilden, welches eine Verbiegung des Bohrgerätes 1 zu messen gestattet. Weicht nämlich das Bohrgerät 1 von der vorgesehenen, geraden Richtung des Bohrloches 11 ab, so wird es geringfügig verbogen, weil es eng an der Wand des Bohrloches 11 anliegt.
Die Lichtkanone 50 schickt einen eng gebündelten Strahl 52 auf den Flächendetektror 51; vorzugsweise findet hier ein Vier-Quadranten-Flächendetektor Verwendung. Der Flächendetektror 51 ist an einer selbsttätig arbeitenden, motorisch betriebenen Nachlaufeinrichtung 53 befestigt. Sobald der Strahl 52 infolge einer eingetretenen Verbiegung des Bohrgerätes 1 nicht mehr das Zentrum des Flächendetektors 51 trifft, setzt dieser die Nachlaufeinrichtung solange in Tätigkeit, bis jene die Mitte des Flächendetektros 51 wie der in den Strahl 52 gesetzt hat. Die Nachführbewegungen les Flächendetektrns 51 in den beiden Koordinatenachsen sind ein Man für die Größe und die Richtung der Krümmung des Bohrgerätes und damit vier dessen Richtungsabweichung. nie Lichtkanone 50 und der Flächendetektror 51 müssen unabhängig von temperaturbedingten Durchmesseränderungen des Bohrgerätes l immer genau. in dessen Längsachse 7 sitzen. m dies zu gewährleisten,weisen Lichtkanone 50 und Flächendetektor 51 vier Sackbohrungen 54 auf, die um einen Zentriwinkel von jeweils neunzig Grad versetzt in einer zur Längsachse 7 senkrechten Ebene 55 angeordnet sind. Zur Halterung von Lichtkanone 50 und Flachendetektor 51 sind an der Innenwand 56 des Bohrgerätes 1 zylindrische Haltedorne 57 befestigt, deren freie Enden genauestens passend verschiebbar in die Sackbohrungen 54 eingreifen.
Zusammenstellun der verwendeten Bezugsziffern 1 Bohrgerät 2 Rohr 3 Bohrgestänge 4 Mengeräte 5 Bohrkopf 6 Spitze 7 Längsachse 8 Pfeil 9 Presse 10 Lockergestein 11 Bohrloch 12 Normalkomponente (groß) 13 Normalkomponente (klein) 14 Findling 15 Hülse 16 Rüchse 17 Zylinder 18 Keilstift a Exzentrizität b Exzentrizität 19 Drehwelle 20 Drehstange Planetengetriebe 22 Außenring 23 Innenrad 21 Wellenstumpf Planet 26 Konus 27 Durchmesser (von 26) 28 Durchmesser (von 5) 29 Mantellinie 30 Abdeckung 31 Sendespule 32 Zylinderhuf 33 Zylinder-Rollenlager 34 Kugel-Längslager 35 Antriebswelle 36 Seitenfläche 37 Fußfläche 38 Normalkomponente 39 Keilstift 40 Steckverbindung d Durchmesser (von 15) 41 Ausnehmung (von 32) 42 schiefer Kreiskegel US Gleichspannung 43 Feldlinien 44 Empfangsspule 45 Bohrloch 46 Umlenkrollen 47 Scil UE Spannung N1 Nulldurchgang (von UE) N2 Nulldurchgang (von UE) 43' Feldlinie 48 Längsachse 49 rechter Winkel WCQ Abstand (von N1 und N2) Entfernung (zwischen 31 und 44) 50 Lichtkanone 51 Flächendetektor Strahl 53 Nachlaufeinrichtung 54 Sackbohrung 55 Ebene 6 Innenwand 57 Haltedorn

Claims

Patentansprüche 1. Vorfahren zur richtungsgesteuerten Herstellung von Bohrlöchern in Lockergestein unter Verwendung eines an einem Bohrgestänge sitzenden, Meßgeräte zu seiner Ortung aufweisenden Bohrgerätes, welches einen mit einer Spitze versehenen Bohrkopf trägt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Bohrgerät (1) durch das Lockergestein (10) gedrückt wird, dsß die vorgesehene Richtung des Bohrkopfes (5) im Innern dos Bohrgerätes (1) fortwährend mittels der Me3-geräte (4) gemessen wird, und daß gemessene Richtungsabweichungen durch aßermittiges Versetzen der Spitze (6) des Bohrkopfes (5) gegenüber der Längsachs'e (7) des Bohrgerätes (1) korrigiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das vom Bohrkopf (5) erzeugte Bohrloch (11) aufgeweitet wird.
3. Vorrichtung zur richtungsgesteuerten Herstellung von Bohrlchern in Lockergebirge, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem an einem Bohrgestänge sitzenden, Meßgeräte zur seiner Ortung aufweisenden Bohrgerät, welches einen mit einer Spitze versehenen Bohrkopf trägt, d a d,u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spitze (6) des Bohrkopfes (5) au13ermittig gegen die Löngsachse (7) des Bohrgerätes (1) versetzbar angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , dan im Bohrgerät (1) zentrisch eine Büchse (16) drehbar angeordnet ist, in der exzentrisch ein drehbarer Zylinder (17) sitzt, an welchem exzentrisch der die Spitze (6) tragende Bohrkopf (5) befestigt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Exzentrizität (a) des Zylinders (17) gegen die Büchse (16) und die Exzentrizität (b) des Bohrkopfes (5) gegen den Zylinder (17) gleichgroß ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bohrkopf (5) ein Kreiskegel ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Büchse (1;) ein Planetengetriebe (21) vorgesehen ist, dessen Aunenring (22) an der Büchse (16) befestigt ist, dessen Innenrad (23) sich auf einen zentrisch am Zylinder (17) befestigten wellenstumpf (24) dreht und dessen Planet (25) auf der Antriebsachse für den Zylinder (17) sitzt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Bohrgerät (1) in einen zum Bohrkopf (5) hin sich verjüngenden Konus (26) a'siäuft, dessen kleinster Durchmesser um das Doppelte kleiner ist wie die Summe der beiden Exzentrizitäten (a und b).
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n 7 e i c h n e t , daß der Bohrkopf (5) am Bohrger.it (1) drehbar angeordnet ist und sein vorderer Teil als Zy)inderhiif (32) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Zylinderhuf (32) eine konkave Ausnehmung (41) trägt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Zylinderhuf (32) eine Seitenfläche (36) aufweist, die stumpfwinkelig seitlich an der Fußfläche (37) des Zylinderhufes (32) angesetzt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Bohrkopf (5) als schiefer Kreiskegel (42) ausgebildet und am Bohrgerät (l) drehbar gelagert ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß über dem Bohrgerät (1) eine aufschiebbare Hülse (15) sitzt, deren Durchmesser denjenigen des Bohrgerätes (1) überschreitet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bohrkopf (5) am Bohrgerät (1) lösbar befestigt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Mantel des Bohrgerätes (1) eine lange, zylindrische Sendespule (31) angeordnet ist, deren Spulenachse in der Längsachse (7) des Bohrgerätes (1) liegt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e -k e n n z e j c h n e t , daß die Sendespule (31) mit einer sintlsförmigen Wechselspannung mit einer Frequenz zwischen 15 und 80 Hertz gespeist wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Bohrgerät (1) eine Lichtkanone (50) und im Abstand dieser gegenüber ein an einer selbsttätigen, motorisch betriebenen Nachlaufeinrichtung (53) befestigter Flächendetektor (51) als Meßgeräte (4) zur Ortung des Bohrgerätes (1) angeordnet sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Lichtkanone (50) ein Laser dient, und als Flächendetektor (51) ein Vier-Qudranten-Flächendetektor Verwendung findet.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i C h n e t , daß Lichtkanone (50) und Flächendetektor (51) vier um Zentriwinkel von neunzig Grad versetzt angeordnete, in einer zur Längsachse (7) des Bohrgerätes (1) senkrecht stehenden Ebene (55) liegende Sackbohrungen (54! aufweisen, in welche zylindrische, am Bohrgerät (1) befestigte Haltedorne (57) verschiebbar eingreifen.