DE3782853T2

DE3782853T2 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der richtung eines schlagbohrwerkzeugs im bohrloch.

Info

Publication number: DE3782853T2
Application number: DE8787304342T
Authority: DE
Inventors: William C Herben; William C Maurer; William J Mcdonald; Gerard T Pittard; Michael R Wasson
Original assignee: Gas Research Institute
Current assignee: GTI Energy
Priority date: 1986-05-16
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2007-05-16
Also published as: AU605061B2; AU7298587A; DE3782853D1; CA1244000A; ATE83041T1; EP0247767A3; EP0247767A2; US4694913A; US4858704A; US4858704B1; EP0247767B1

Description

Diese Erfindung betrifft neue und verwendbare Verbesserungen von Erdbohrwerkzeugen und insbesondere verbesserte Werkzeuge, um mehr oder weniger horizontal durch die- Erde zu bohren, um Versorgungsleitungen wie z. B. Gasleitungen, elektrische Leitungen oder Fernmeldeleitungen usw. zu legen.
Öffentliche Versorgungsunternehmen betrachten es oft als notwendig Rohrleitungen unter verschiedenen Oberflächentypen wie z. B. Straßen, Fahrstraßen, Eisenbahngleise usw. zu installieren oder auszuwechseln. Um Kosten und Belästigung der Öffentlichkeit zu reduzieren, indem unnötige Ausschachtung und Wiederaufbau eliminiert werden, verwenden Unternehmen der öffentlichen Versorgung manchmal unterirdische Bohrwerkzeuge, um neue Rohre oder Ersatzrohre zu installieren. Bestehende Bohrwerkzeuge sind geeignet, um kurze Strecken (bis 18,3 m) zu bohren, sind aber nicht genügend fortgeschritten, um Richtungskontrolle für längere Strecken zu bieten. Dieser Mangel an Kontrolle zusammen mit der Unfähigkeit dieser Werkzeuge Hindernisse zu entdecken und um sie umfahren, hat ihre Verwendung auf ungefähr 20% aller Ausschachtungen beschränkt, während die Mehrheit der verbleibenden Ausschachtungen durch Grabenverfahren durchgeführt werden.
Deshalb wäre die Entwicklung eines wirtschaftlichen, ferngesteuerten, horizontalen Bohrwerkzeuges für die öffentliche Versorgungsindustrie nützlich, da dies die Verwendung von Bohrwerkzeugen beträchtlich steigern würde, indem die Einschränkungen durch die unzulängliche Genauigkeit entfernt werden und indem das Auftreten von Beschädigungen der Einrichtungen am Verwendungsort vermindert wird. Verwendung eines solchen Werkzeugs anstelle von Grabenverfahren sollte, besonders in überbauten Gebieten, Ersparnisse von millionen Dollars jährlich bei den Kosten der Instandsetzung, der Landschaftswiederherstellung und der Erneuerung der Straßenecken ergeben.
US-A-1 894 446 offenbart eine Vorrichtung, um Rohrleitungen durch den Grund zu treiben, in welcher ein spitz zulaufender Bohrkopf am vorderen Ende des Rohrs befestigt wird und ein pneumatischer Hammer am hinteren Ende in einem Abschußschacht angebracht ist, um das Rohr vorwärts zu treiben. Herkömmliche pneumatische und hydraulische Schlagvortriebsbohrgeräte wurden entworfen, um komprimierbaren Erdboden zu durchstechen und zu verdichten, damit die unterirdischen Versorgungseinrichtungen installiert werden können, ohne die Notwendigkeit große Einführ- und Auffangschächte zu graben, Straßenpflaster aufzureißen oder großen Flächen Land zu beanspruchen. Eine innere Schlagfeder oder ein Hammer bewegt sich unter der Einwirkung von Druckluft oder hydraulischer Flüssigkeit hin und her, um große Energiestöße an die Innenseite des Körpers abzugeben. Diese Stöße treiben das Werkzeug durch den Erdboden, um irdene Umhüllung im Erdboden zu bilden, die offen bleibt, um das Verlegen der Kabel oder Rohrleitungen zu ermöglichen.
Seit anfangs 1970 bis 1972 betrieben die Bell Laboratories in Chester, New Jersey, Forschung mit dem Ziel, ein Verfahren zur Steuerung und Verfolgung der Vortriebsbohrgeräte zu entwickeln. Ein 10 cm "Schramm Pneumagopher" wurde mit zwei Steuerflossen und drei wechselseitig orthogonalen Spulen angebracht, welche zusammen mit einer Oberflächeantenne verwendet wurden, um die Position des Werkzeugs verfolgen. Eine dieser Flossen ist fest und zur Längsachse des Werkzeugs schräg montiert, während die andere Flosse rotiert.
Mit diesem System konnten zwei Bohrmoden erhalten werden, indem die Stellung der rotierbaren Flosse relativ zur festen Flosse verändert wurde. Diese waren (1) ein Rollmodus, in welchem das Vortriebsbohrgerät gezwungen wurde beim Vortrieb in den Erdboden, um seine Längsmittelachse zu rotieren und (2) ein Steuermodus in dem das Vortriebsbohrgerät angewiesen wurde, einen gekrümmten Weg zu bohren.
Der Rollmodus wurde verwendet um sowohl gerade zu bohren, als auch als ein Mittel, um die winklige Ausrichtung der Flossen für darauffolgende Änderungen des Bohrwegs selektiv zu positionieren. Rotation des Vortriebsbohrgeräts wurde bewirkt, indem die rotierbare Flosse in anti-parallele Ausrichtung mit der festen Flosse gebracht wurde. Dieses Positionieren bewirkt die Erzeugung eines Kräftepaars welches Rotation einleitet und erhält.
Der Steuermodus wurde durch das Lokalisieren der rotierbaren Flosse parallel zur festen Flosse in Gang gebracht. Während das Vortriebsbohrgerät den Erdboden durchdringt, werden die Außenflächen der herannahenden Flossen mit dem Erdboden in Kontakt gebracht und ein "Rutschkeil"-Mechanismus kreiert. Diese Bewegung bewirkte eine Rechtsdrehung des Vortriebsbohrgeräts in die gleiche Richtung, in die die Flossen zeigen, von der Rückseite des Werkzeuges aus gesehen.
Veröffentlichte Informationen über die tatsächliche Feldleistung des Prototyps scheinen auf einen Vortrag von J.T. Sibilia der Bell Laboratories vor dem Edison Electric Institute in Cleveland, Ohio am 13. Oktober 1972 beschränkt zu sein. Sibilia berichtete, daß das System fähig sei, die Richtung des Vortriebsbohrgeräts in einem Ausmaß von 1 bis 1,5º pro 30 cm zurückgelegte Strecke zu ändern. Der Prototyp wurde jedoch nie auf den Markt gebracht.
Verschiedene Steuersysteme der Schlagvortriebsbohrgeräte wurden im Stand der Technik aufgezeigt. Coyne et al, U.S. Patent 3,525,405 offenbart ein Steuersystem, welches einen kegeligen planaren Amboß verwendet, der kontinuierlich rotiert werden kann oder fest in eine gegebene Steuerungsorientierung durch eine Kupplungsvorrichtung verankert werden kann. Chepurnoi et al., U.S. Patent 3,952,813 offenbart ein Außerachsen- oder Exzenterhammer-Steuersystem, in welchem die Schlagstellung des Hammers durch eine Übertragungs- und Motorvorrichtung kontrolliert wird. Gagen et al., U.S. Patent 3,794,128 offenbart ein Steuersystem, welches eine feste und eine rotierbare Heckflosse verwendet.
Trotz dieser und anderen Stand der Technik Systeme blieb die Verwirklichung eines technisch wirksamen und kostenwirksamen Steuersystems in die Praxis schwer realisierbar, da diese Systeme komplexe Teile und umfassende Änderungen der bestehenden Bohrwerkzeuge erfordern, oder deren Steuerreaktion war bei weitem zu langsam, um Hindernisse zu umgehen oder die Richtung des Bohrwegs innerhalb der typisch verwendeten Bohrlochlängen bedeutsam zu ändern.:
In der U.S. Patentanmeldung Ser. Nr. 720,582, nun U.S. Patent 4 632 191 wird ein Steuersystem für Schlagbohrwerkzeuge offenbart, um in der Erde bei einem Winkel oder in einer allgemein horizontalen Richtung zu bohren. Der Steuermechanismus umfaßt ein Nasenglied mit einer Schrägfront, das am Amboß des Werkzeugs angebracht ist, um eine Drehkraft des Werkzeugs und der beweglichen Heckflossen zu bewirken, die am hinteren Ende des Werkzeugs eingearbeitet sind und welche selektiv relativ zum Werkzeugkörper positioniert werden können, um die Drehkraft zu negieren. Drehkraft kann dem Werkzeug auch durch einen exzentrischen Hammer übertragen werden, welcher einen Außerachsenimpuls auf den Werkzeugamboß überträgt.
Die Flossen werden so konstruiert, daß sie eine neutrale Position relativ zum Werkzeuggehäuse einnehmen, wenn man die Richtung des Werkzeugs ändern läßt und daß sie ein Drehmoment induzierende Position relativ zum Werkzeuggehäuse einzunehmen, damit eine Rotation desselben bewirkt wird, wenn sich das Werkzeug in einer geraden Richtung bewegen soll.
Für gerades Bohren werden die Heckflossen fixiert, um ein Drehmoment des Werkzeugs um seine Längsachse zu induzieren, um den Dreheffekt des abgeschrägten Nasenglieds oder des exzentrischen Hammers auszugleichen. Wenn die Flossen in der neutralen Stellung sind, wird das abgeschrägte Nasenglied oder der exzentrische Hammer das Werkzeug in eine gegebene Richtung ablenken. Die Flossen bewirken auch, daß sich das Nasenteil in eine beliebige gegebene Ebene für darauffolgende Steuerfunktionen ausrichtet.
Die Vorrichtung, die in U.S. Patent 4 632 191 offenbart ist, hat die Einschränkung, daß es möglich ist, daß das Werkzeug im Bohrloch unbrauchbar wird, so daß es ausgegraben werden muß, damit das Vortriebsbohrgerät zurückgewonnen werden kann. Deshalb bestand ein Bedürfnis nach einem Werkzeug, welches aus einem starren Stützmittel heraus betätigt werden kann, wobei das Stützmittel positive Bewegung des Werkzeugs sowohl in das als auch aus dem Bohrloch zuläßt, was erlauben wurde, daß man das Werkzeug durch die gleichen Mittel, die verwendet werden, um es mit Energie zu beliefern, z. B. ein externes Bohrgestell, heraus gezogen werden kann.
Das starre Stützmittel bietet andere Vorteile einschließlich (a) Zurverfügungstellung einer Rohrleitung, um Instrumentarium zu installieren und/oder zu entfernen, (b) Zurverfügungstellung eines starken Elements, um das Loch zu räumen oder zu vergrößern, (c) Zurverfügungstellung eines dehnbaren Elements, um Versorgungsrohe aus dem Loch herauszuziehen oder hineinzuschieben, usw.
In der Öl- und Gasindustrie wurden Systeme entwickelt, um nicht geradlinige Bohrlöcher zu bohren, bei denen Bohrwerkzeuge, die auf Rotierbohrketten errichtet waren, verwendet wurden. Ein solches System wird in EP-A-0 171 259 offenbart. Diese Patentanmeldung offenbart ein System, bei welchem ein im wesentlichen symmetrisches, nicht spitz zulaufendes Bohrstück unabhängig rotierbar auf einem gebogenen Unterteil einer Bohrkette montiert wird, wobei der gebogene Unterteil mit der Bohrkette rotiert. Wenn die Bohrkette rotiert und vorangetrieben wird, bewegt sich das gebogene Unteranteil in einer helikalen Bewegung, um im wesentlichen einen geraden Weg zu bohren und wenn ihr Rotieren verhindert wird, bohrt es einen nicht geradlinigen Weg.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es ein kostenwirksames gesteuertes, horizontales Bohrwerkzeug vorzusehen, welches verwendet werden kann, um Bohrlöcher mit kleinem Durchmesser zu erzeugen, in welchen Versorgungseinrichtungen z. B. elektrische Leitungen oder Telefonleitungen, Fernsehkabel, Gasverteilungsrohre oder dergleichen installiert werden können.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem vorzusehen, das eine wiederholbare und verwendbare Steuerreaktion in Bohrlöchern anbietet, welches mit bestehenden Bohrausrüstungen und -verfahren kompatibel ist und nur minimale Änderungen der bestehenden Bohrwerkzeuge erfordert.
Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Steuersystem vorzusehen, welches es einem horizontalen Bohrwerkzeug ermöglicht große Distanzen zurückzulegen und zuverlässig ein kleines Ziel zu treffen.
Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, Bohrwerkzeug vorzusehen, welches ein gesteuertes Bohrloch erzeugt, um Hindernisse zu umgehen und die Abweichungen vom geplanten Bohrweg zu korrigieren.
Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Bohrwerkzeug vorzusehen, das gegen schädliche Umwelteinflüsse immun ist und welches zuläßt, daß der Bohrbetrieb von typischen Außendienstmannschaften vorgenommen werden kann.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein gesteuertes, horizontales Bohrwerkzeug vorzusehen, welches eine minimale Aushubmenge benötigt, um es zu starten und es wiederzugewinnen und somit die Beschädigung von Bäumen, Büschen oder umweltempfindlichen Ökosystemen zu vermindern.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein ferngesteuertes, horizontales Bohrwerkzeug vorzusehen, das von einem starren, externen Betriebselement aus betrieben wird und von einer externen Energiequelle angetrieben wird.
Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein gesteuertes, horizontales Bohrwerkzeug vorzusehen, welches auf einem Bohrgestänge oder Bohrrohr aufsitzt und durch ein Bohrgestell entweder von einer Startgrube aus oder von der Oberfläche aus betrieben werden kann.
Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein gesteuertes, horizontales Bohrwerkzeug vorzusehen, das von einem starren, externen Betriebselement aus betrieben wird und durch eine externe Energiequelle angetrieben wird und dessen Bewegungsrichtung von außerhalb des Bohrlochs kontrolliert wird.
Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein gesteuertes, horizontales Bohrwerkzeug vorzusehen, das von einem starren, externen Bedienungselement aus betätigt wird und von einer externen Energiequelle angetrieben wird und ein Aufweiterbohrelement beinhaltet, das durch nicht-rotierende Bewegung in die Erde getrieben wird.
Andere Aufgaben der Erfindung werden von Zeit zu Zeit durch die hiernach aufgeführte Beschreibung und Ansprüche hindurch offenbart.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Apparat zum Bohren von Löchern in den Erdboden vorgesehen, bestehend aus einem asymmetrischen Erdbohrwerkzeug, das der Länge nach zu seinem Ende hin kegelförmig zuläuft, Mitteln zum Hineintreiben des Werkzeugs in den Boden, wobei das Werkzeug auf ein im wesentlichen starres Bohrgestänge oder ein Rohr montiert ist, Stützmitteln, die vom Werkzeug entfernt sind und zum Stützen des Bohrgestänges oder des Rohres dienen, wobei das, erwähnte Werkzeug eine Außenoberfläche besitzt, die so geformt ist, daß das Werkzeug zum Durchbiegen veranlaßt wird, und Mitteln zum selektiven Rotieren des Werkzeugs, so daß sich das Werkzeug, wenn es in Drehung versetzt wird, in einer im wesentlichen geraden Linie bewegt, und wenn das Werkzeug nicht in Drehung versetzt ist, die Außenoberfläche des Werkzeugs dieses veranlaßt, sich beim Eindringen in den Boden von der Längsachse des Werkzeugs wegzubiegen, so daß eine Richtungssteuerung des Werkzeugs vorgenommen werden kann; gekennzeichnet dadurch, daß das Werkzeug ein Vortriebsbohrgerät ist, das Mittel für den Schlagvortrieb und die Mittel für das selektive Rotieren des Bohrgestänges oder Rohres enthält, daß die genannten, vom Werkzeug entfernten Stützmittel dazu dienen, das Bohrgestänge oder Rohr rotieren zu lassen, und daß die genannten Stützmittel dazu dienen, die Hinzufügung oder Entfernung des Bohrgestänges oder Rohres während des Bohrens zuzulassen.
Ein gesteuertes horizontales Bohrwerkzeug, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert wird, wird öffentlichen Versorgungsunternehmen und Ratenzahlern zugute kommen, indem es Installations- und Wartungskosten von unterirdischen Versorgungseinrichtungen erheblich reduziert, indem es die Verwendung von teuren Grabenverfahren vermindert. Lange Versorgungslöcher für Gasleitungen, elektrische Leitungen oder Fernmeldeleitungen und dergleichen können horizontal durch die Erde gebohrt oder gestochen werden, insbesondere unter Hindernissen wie z. B. Gebäude, Flüsse, Seen, usw. hindurch.
Solche Löcher können durch ein unterirdisches Vortriebsbohrgerät (unterirdischer Schlagbohrer) gebohrt werden, wobei es auf einem hohlen Bohrgestänge abgestützt ist und mit Druckluft durch das Gestänge beliefert wird, um einen Lufthammer zu betreiben, welcher einen Amboß mit einer externen Bohrfläche schlägt, vorzugsweise so konstruiert, daß er eine asymmetrische Bohrkraft einsetzt, z. B. durch (a) ein gebogenes Verbindungsstück für einen Hammer, (b) eine Ablenkplatte auf einem Hammer, (c) einen asymmetrischen Hammer oder (d) ein Bohrglied mit einer abgeschrägten Ebene auf der Durchstech- oder Bohrfläche.
Dieses Bohrgestänge wird durch ein Bohrgestell auf der Oberfläche, oder zurückversetzt in eine spezielle Grube für horizontales Bohren betrieben und sieht die Zugabe von Rohrteilen oder hohlem Gestänge während des Fortschreitens des Bohrens vor. Die asymmetrische Bohrkraft bewirkt, daß der Bohrweg gekrümmt wird und, wenn geradliniges Bohren gefragt ist, daß das Bohrgestänge rotiert werden muß, um der asymmetrischen Bohrkraft entgegenzuwirken. Ein alternatives Bohrwerkzeug verwendet einen Aufweiter, der auf einem soliden oder hohlen Bohrgestänge abgestützt ist und eine Grundplatte besitzt, die auf dem Gestänge abgestützt ist und einen größeren Durchschnitt besitzt und der Länge nach von dort an zu einer Verlängerung hin, die sich eine kurze Strecke vorwärts erstreckt, kegelförmig zuläuft. Bei Bewegung des Bohrgestänges in Längsrichtung durchdringt das Werkzeug die Erde.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abbildung 1 ist eine Übersicht, teilweise als Schnitt, die horizontales Bohren von einer zurückversetzten Grube aus, die ein Bohrgestell enthält, zeigt.
Abbildung 2 ist eine Übersicht, teilweise als Schnitt, die horizontales Bohren von einem Bohrgestell auf der Oberfläche aus zeigt.
Abbildung 3 ist eine Übersicht, teilweise als Schnitt und zeigt horizontales Bohren von einer zurückversetzten Grube aus, die ein Bohrgestell enthält, wobei ein Vortriebsbohrgerät verwendet wird, das auf einem hohlen Bohrgestänge oder -rohr, angetrieben durch das Gestell, montiert ist.
Abbildung 5 ist eine detailliertere Übersicht von einem Bohrgestell und einem Vortriebsbohrgerät wie in Abbildung 3 gezeigt.
Abbildungen 7 und 8 sind detailliertere Übersichten vom Vortriebsbohrgerät wie in Abbildungen 3 und 5 gezeigt, wobei die gerade Linie und die gekrümmte Bewegung des Werkzeugs veranschaulicht werden.
Abbildung 13 ist ein Schnitt durch das Verbindungsstück, mit dem das Vortriebsbohrgerät auf das hohle Bohrgestänge montiert wird, damit die Luft aus dem Vortriebsbohrgerät ausgestoßen werden kann.
Abbildungen 14A und 14B sind Längsschnitte durch die Vorder- und Hinterteile des Vortriebsbohrgerät.
Abbildung 15 ist ein Längsschnitt durch das Vorderteil eines Vortriebsbohrgeräts mit einem exzentrischen Hammer.

BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Mit Bezug auf die Zeichnungen mittels Bezugsziffern und insbesondere auf Abbildungen 1 und 2 werden Überblicke zweier Darstellungsformen horizontaler Versorgungsrohrlöcher gemäß dieser Erfindung, als senkrechter Schnitt, gezeigt. Die experimentelle Arbeit, die in der Entwicklung dieser Erfindung durchgeführt wurden hat gezeigt, daß es durchführbar ist, lange, 61 bis 610 Meter, horizontale Versorgungsrohrlöcher billiger als durch Grabenziehen oder Erdbohrung zu bohren. Zwei Systeme, um lange horizontale Versorgungsrohrlöcher zu bohren, werden in Abbildungen 1 und 2 dargestellt.
Abbildung 1 zeigt eine Übersicht über langes, horizontales Bohren, das von einer Abschußgrube aus gestartet wird. In der Abbildung 1 wird eine Abschußgrube P gezeigt, worin ein Bohrgestell und ein Bohrapparat, allgemein mit 10 bezeichnet, positioniert sind, um ein horizontales Loch entlang der Bohrlinie 11 zu einer Ausgangsgrube P' zu bohren. Es wird gezeigt, wie sich das Bohrloch unter einer Mehrzahl von Gebäuden B erstreckt.
In Abbildung 2 wird eine alternative Darstellung des horizontalen Bohrens gezeigt, welche eine Schrägbohrtechnik verwendet. In Abbildung 2 ist das Bohrgestell in einem 30 Grad Winkel zur Erde aufgestellt, so daß die Bohrung die Erde in einem 30º Winkel betritt und entlang einem bogenförmigen Weg 12 weiterführt, wo es aus der Erde bei einem Austrittspunkt 13, jenseits des Hindernisses unter dem das Loch gebohrt wurde, austritt.
In Abbildung 2 wird das Bohrloch 12 unter einer Vielfalt von Hindernissen, allgemein mit O bezeichnet, durchgeführt, einschließlich zum Beispiel eine Windmühle, ein See oder Fluß und ein Gebäude. In beiden Darstellungen schließen die Versorgungsrohre oder Rohrleitungen, die in die gebohrten Löcher gelegt wurden, Verbindung mit Gräben, um die Versorgungsleitungen jenseits der Hindernisse weiterzuführen, wo Grabenziehen die billigere Variante ist, um Rohre oder Rohrleitungen zu legen.
Horizontale Löcher, einschließlich sowohl gerader horizontaler Löcher wie auch schräger oder bogenförmiger Löcher, haben den Vorteil, daß die Löcher weniger Richtungsänderungen erfordern und näher der Oberfläche sind, falls das Rohr oder der Motor ausgegraben werden müssen. Die geraden horizontalen Löcher haben jedoch den Nachteil, daß eine Grube gegraben werden muß, um die Bohrmaschine aufzunehmen und daß die Arbeitsfläche dementsprechend begrenzt sein kann. Die schrägen Löcher erstrecken sich in einer im allgemeinen horizontalen Richtung entlang einem bogenförmigen Weg, aber falls der Motor unbrauchbar wird, können sich Probleme ergeben.
Sowohl das Schrägbohren, wie auch das gerade, horizontale Bohren sind gute Verfahren für schnelles und kostengünstige Einsetzen von Versorgungsleitungen. Schräge Löcher sind am besten geeignet, um lange, z. B. 150 bis 610 m, Versorgungsrohrlöcher zu bohren, wo lange Bohrgestelle benötigt werden. Gerade horizontale Bohrung ist am besten für kleine Löcher, z. B. 61 bis 152 m, welche kleine Bohrgestelle benötigen und wo schräge Löcher schnelle Winkeländerungen erfordern würden, um einen flachen Korridor zu erhalten oder ein kleines Ziel zu treffen. Beide Bohrtechniken wurden in ausführlichen Feldversuchen des Apparats, der gemäß dieser Erfindung entwickelt wurde, dargestellt.
In Abbildungen 3, 5, 7, 8 und 13 wurden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, wobei ein Vortriebsbohrgerät, das auf einem hohlen Bohrgestänge oder -rohr abgestützt ist, für den horizontalen Bohrbetrieb verwendet wurde.
In Abbildung 3 wird eine vom Erdboden zurückversetzte Abschußgrube P auf der einen Seite eines Hindernisses, wie z. B. ein Straßenbett R', unter welchem das Versorgungsrohrloch gebohrt werden soll, gezeigt. Ein Bohrgestell R wird schematisch in der Abschußgrube P, gestützt auf Schienen 14, gezeigt. Das Gestell R ist ähnlich konstruiert wie senkrecht betriebene Bohrgestelle, verwendet aber Bewegung entlang der Schienen 14, um den Bohrschub vorzusehen.
Das Bohrgestell R wird betrieben, um Teile des Bohrgestänges 15 zu stützen und zu bewegen und erlaubt die Zugabe von zusätzlichen Teilen des Gestänges beim Fortschreiten des Bohrens durch die Erde. Das Bohrgestell R ist mit herkömmlichen Kontrollgeräten versehen, wie durch den Kontrollgriff 16 am Kontrollpult des Bohrers veranschaulicht. Das Bohrgestänge 15 stützt ein Vortriebsbohrgerät 17 an dessen Ende, um ein horizontales Loch 18 durch die Erde zu bohren. Das Vortriebsbohrgerät 17 ist ein pneumatisch betriebenes Vortriebsbohrgerät und kann die Struktur, die in U.S. Patent 4 632 191 beschrieben ist, besitzen.
Das Bohrgestänge 15 ist hohl und mit der Quelle 19 der Druckluft verbunden. Die Druckluft aus der Druckluftquelle 19 wird durch hohles Bohrgestänge dem pneumatischen Vortriebsbohrgerät 17 zugeführt, welches einen Hammer (nicht gezeigt) betreibt, der auf ein Amboßglied schlägt, welches wiederum mit einem externen Bohrelement 20 verbunden ist.
Das Vortriebsbohrgerät 17 besitzt ein Verbindungsstück 21, das das Vortriebsbohrgerät mit dem hohlen Bohrgestänge oder -rohr 15 verbindet. Das Verbindungsstück 21 wird in Abbildung 13 im Detail gezeigt und hat eine Mehrzahl von Löchern oder Öffnungen 22, um die Luft vom Vortriebsbohrgerät 17 zurück ins Bohrloch 18 hinter dem Vortriebsbohrgerät auszustoßen.
Wie nun hiernach beschrieben wird, wirkt das Vortriebsbohrgerät über das Bohrelement 20, um ein Loch durch die Erde zu stanzen oder zu stechen. Dieser Bohrmechanismus verhindert die Bildung von Abtragung oder Erdaushub, welche aus dem Bohrloch entfernt werden müssen. Das Vortriebsbohrgerät 17 arbeitet nur durch ein Schlagbohren oder -stechen und nicht durch irgendwelche Rotationsbohrbewegungen.
Die abgewinkelte Schnittfläche am Bohrelement 20 bewirkt, daß das Vortriebsbohrgerät vom geraden Weg abweicht und einem kontinuierlich gekrümmten Weg folgt. Dies erlaubt die Verwendung eines Werkzeugs, um schräge Löcher entlang einem bogenförmigen Weg, wie in Abbildung 2 gezeigt, zu bohren. Dies macht es auch möglich das Werkzeug zu verwenden, wo ein gerades Loch gebohrt werden soll und es dem Vortriebsbohrgerät stellenweise möglich ist, vom ausgewählten gekrümmten Weg abzuweichen, um aus dem Unterflur durch die Erdoberfläche herauszutreten.
Das Bohrgestell R besitzt einen Mechanismus um nicht nur das Stützrohr 15 und das Vortriebsbohrgerät 17 vorwärtszutreiben, sondern auch das Rohr und das Vortriebsbohrgerät zu rotieren. Wenn das Bohrgestell R das Rohr 15 und das Vortriebsbohrgerät 17 zum Rotieren bringt, wird die abgewinkelte Bohroberfläche 45 des Bohrelements 20 rotiert und das Werkzeug wird in einer geraden Linie bewegt. Tatsächlich bewegt sich das Werkzeug nicht in einer perfekt geraden Linie sondern eher in einer sehr engen Spirale, was eine im wesentlichen gerade Linie ergibt.
Die Anordnung, um eine asymmetrische Bohrkraft vorzusehen, wie in Abbildung 3 gezeigt, kann durch einen asymmetrischen Hammer im Bohrwerkzeug, wie im U.S. Patent 4 632 191 gezeigt, ersetzt werden. Die Konstruktionseinzelheiten des asymmetrischen Hammers sind nicht Teil dieser Erfindung sondern veranschaulichen nur ein anderes Mittel, um eine asymmetrische Bohrkraft auf den Apparat und das Verfahren dieser Erfindung anzuwenden, welches die Verwendung von Vortriebsbohrgeräten beinhaltet, die auf einem hohlen Rohr oder Bohrgestänge abgestützt sind, welches durch ein Bohrgestell bewegt wird, um entweder gerade horizontale Bohrlöcher oder bogenförmige Bohrlöcher zu bohren.
Andere bekannte Verfahren, um einen Bohrkopf oder andere Erdbohrelemente umzulenken, können verwendet werden, wie z. B. Umlenkauflagen auf einen Hammer im Loch, oder ein gebogenes Verbindungsstück, das einen Hammer im Loch stützt. Ebenfalls können in Fällen, wo gerades Lochbohren nicht erforderlich ist, d. h. wo nur Bohren entlang eines gekrümmten Weges gewünscht ist, die Mittel, um den Hammer oder das Bohr- oder Durchstechelement zu rotieren, ausgelassen werden.
In Abbildung 5 werden einige zusätzliche Konstruktionseinzelheiten dieses Erdbohrverfahrens und -apparat gezeigt. Aus dieser Ansicht kann entnommen werden, daß das Bohrgestell R auf eine Schiene 14 montiert ist und mit einem Motor 23 versehen ist, um das Kontrollpult 24 des Gestells entlang der Schiene vorwärtszutreiben und auch um die Mittel, um das hohle Bohrgestänge oder -rohr 15 zu rotieren, vorzusehen. Das Kontrollpult 24 hat einen Kontrollgriff 16, welcher das Fortschreiten des Bedienungspults entlang der Schiene 14 bestimmt und auch selektiv das Bohrgestänge 15 rotieren kann oder zuläßt, daß das Bohrgestänge in einer nicht-rotierenden Stellung verbleibt.
Das Bohrgestell R verwendet herkömmliche Merkmale eines Bohrgestelldesigns für Oberflächengestelle, welches die Zugabe von aufeinanderfolgenden Teilen von Bohrgestänge oder -rohr 15 zuläßt, während sich das Vortriebsbohrgerät 17 durch die Erde bewegt. In Abbildung 5 wird die Verbindung 25 am Ende des Bohrrohrs 15 gezeigt, mit Rohrleitung oder Rohrwerk 26, die sich zur Quelle 19 der Druckluft erstrecken.
In Abbildung 13 werden Konstruktionseinzelheiten des Verbindungsstück 21, das das Gehäuse des Vortriebsbohrgeräts 17 mit dem hohlen Bohrgestänge oder -rohr 15 verbindet, gezeigt. Das Verbindungsstück 21 umfaßt einen röhrenartigen Hauptkörperteil 27 mit kleineren röhrenartigen Verlängerungen 28 und 29 an entgegengesetzten Enden. Die Verlängerungen 28 und 29 passen je in das offene hintere Ende des Gehäuses des Vortriebsbohrgeräts 17 und das vordere Ende des Bohrrohrs 15.
Der Hauptkörperteil 17 hat eine vergrößerte Bohrung 30 welche ein zylindrisches Stützglied 31 mit einer zentralen Bohrung und einer Mehrzahl von Luftdurchgängen 33 empfängt. Das Stützglied 31 stützt ein röhrenförmiges Glied 34 in der zentralen Bohrung 32. Das röhrenförmige Glied 34 endet in einem mit Flansch versehenem Endteil 35, welcher ein kreisförmiges Prüfventil 36 stützt, welches normalerweise gegen eine Ventiloberfläche 37 geschlossen ist. Ein anderes röhrenförmiges Glied 38 wird auf der röhrenförmigen Verlängerung 29 abgestützt und gegen Auslecken von Luftdruck durch einen O-Ring 39 abgedichtet.
Das röhrenförmige Glied 38 empfängt das Endteil mit vermindertem Durchmesser 40 des röhrenförmigen Glieds 41, welches sich in das Gehäuse des Vortriebsbohrgeräts 17 erstreckt, um die Luft in das Vortriebsbohrgerät zu führen, um den Hammer zu betreiben. Dieses Verbindungsstück führt die Druckluft vom Bohrgestänge oder -rohr 15 durch den Einlaß 42 zum röhrenförmigen Glied 41 in den Bohrmotor, um den Hammer zu betreiben, welcher eine Schlagkraft auf das Bohrelement 20 vorsieht. Die Luft, die durch das Betreiben des Hammers verbraucht wird, strömt vom Gehäuse des Vortriebsbohrgeräts 17 durch den Durchgang 44 und die Durchgänge 33 und das Stützglied 31, am Prüfventil 36 vorbei und durch die Ausstoßöffnungen oder -durchgänge 21 hinaus.
Die in Abbildungen 7 und 8 gezeigten Konstruktionsmerkmale zeigen das Ende des Bohrrohrs oder -gestänge 15, Vortriebsbohrgerät 17 und Bohrelement 20 in der nicht-rotierenden Stellung, wo das Betreiben der schrägen oder geneigten Fläche 45 des Bohrelements 20 gegen die Erde bewirken wird, daß das Werkzeug in einem gekrümmten Weg abweicht, wie durch die richtungsweisenden Pfeile 46 angedeutet. In Abbildung 8 wird der Apparat gezeigt, wie er rotiert wird, wie durch Pfeil 47 gezeigt, und durch lineare oder Längsbewegung des Rohrs 15 bewegt wird. Dies veranlaßt das Werkzeug in einer geraden Linie zu bohren, wie durch Richtungspfeil 48 angedeutet.
Abbildungen 14A und 14B sind Längsschnitte durch das Vortriebsbohrgerät 17, wie in Abbildungen 3, 5, 7 und 8 gezeigt. Wie gezeigt, umfaßt das Vortriebsbohrgerät 17 ein verlängertes, hohles zylindrisches äußeres Gehäuse oder Körper 128. Das Außenvorderende des Körpers 128 läuft nach innen spitz zu, wobei ein kegeliger Teil 129 gebildet wird. Der Innendurchmesser des Körpers 128 läuft nach innen nahe dem Vorderende spitz zu, wobei eine kegelige Oberfläche 130 gebildet wird, welche in einem verminderten Durchmesser 131 endet, der sich in Längsrichtung nach innen vom Vorderende erstreckt. Das Hinterende des Körpers 128 hat innere Schraubengewinde, um das Verbindungsstück 21 zu empfangen.
Ein Amboß 133 mit einem kegeligen Hinterteil 134 und einem verlängerten, zylindrischen Vorderteil 135 wird am Vorderende des Körpers 128 angebracht. Das kegelige Hinterteil 134 des Ambosses 133 bildet eine Überlagerung, die auf die kegelige Oberfläche 130 des Körpers 128 paßt und der verlängerte zylindrische Teil 135 erstreckt sich eine vorbestimmte Strecke über das Vorderende des Körpers hinaus nach außen. Eine flache Querfläche 136 am Ende des Ambosses 133 empfängt den Stoß des sich hin- und herbewegenden Hammers 137.
Der sich hin- und herbewegende Hammer 137 ist ein verlängertes, zylindrisches Glied, das gleitbar innerhalb einer zylindrischen Aussparung 138 des Körpers 128 empfangen wird. Ein beträchtlicher Teil des Außendurchmessers des Hammers 128 besitzt einen kleineren Durchmesser als die Aussparung 138 des Körpers 128, wobei ein ringförmiger Hohlraum 139 dazwischen gebildet wird. Ein relativ kleiner Teil 140 am hinteren Ende des Hammers 137 besitzt einen größeren Durchmesser, um eine gleitbare Passung gegen die innere Wand der Aussparung 138 des Körpers 128 vorzusehen.
Ein zentraler Hohlraum 141 erstreckt sich in Längsrichtung vom hinteren Ende des Hammers 137 aus nach innen. Eine zylindrische Laufbuchse 142 wird gleitbar im Hammerhohlraum 141 angebracht. Die Vorderoberfläche 143 des Vorderendes des Hammers 137 wird so geformt, daß sie eine Aufprallfläche mitten auf der flachen Oberfläche 136 des Ambosses 133 vorsieht. Wie hiernach beschrieben, kann die Hammerkonfiguration auch so ausgebildet werden, daß sie eine exzentrische Schlagkraft auf den Amboß abgibt.
Luftdurchgänge 144 in der Seitenwand des Hammers 137, innen neben dem kürzeren Hinterteil 140, verbinden den zentralen Hohlraum 141 mit dem ringförmigen Hohlraum 139. Ein Luftverteilerrohr 41 erstreckt sich zentral durch die Laufbuchse 142 und sein hinteres Ende ist durch das Verbindungsstück 21 mit dem Stützrohr 15 verbunden. Um den Hammer 137 hin und her zu bewegen, ist das Luftverteilerrohr 41 dauernd mit einer Druckluftquelle durch Durchgänge 144 in Verbindung und die Laufbuchse 142 ist so, daß während einem Hin- und Herbewegen des Hammers 137 das Luftverteilungsrohr 41 alternierend den ringförmigen Hohlraum 139 mit dem zentralen Hohlraum 141 oder der Atmosphäre verbindet.
Eine zylindrische Stopvorrichtung 149 wird innerhalb Aussparung 138 im Körper 128 nahe dem hinteren Ende festgemacht und hat eine Anzahl sich in Längsrichtung erstreckender, über den Umfang mit Abstand voneinander angebrachter Durchgänge 150, um das innere des Körpers 28 durch das Verbindungsstück 21 und einen zentralen Durchgang durch welchen das Luftverteilungsrohr 41 sich erstreckt, in die Atmosphäre auszustoßen.
Ein schräg-endiges Nasenglied 20 besitzt eine zylindrische Aussparung 152 mit einer zentralen zylindrischen Bohrung 153 darin, welche vom zylindrischen Teil 135 des Ambosses 133 (Abb. 14A) empfangen wird. Ein Schlitz 154 durch die Seitenwand des zylindrischen Teils 118 erstreckt sich in Längsrichtung im wesentlichen über die ganze Länge der zentralen Bohrung 153 und ein Querschlitz erstreckt sich radial von der Bohrung 153 bis zum äußeren Umfang des zylindrischen Teils, um so dem zylindrischen Teil Flexibilität zu verleihen, um das Nasenglied am Amboß festzuklemmen. Eine Platte 156 wird auf einer Seite des zylindrischen Teils 118 angebracht und in Längsrichtung mit Abstand voneinander werden Löcher 157 dadurch gebohrt in Ausrichtung mit den gebohrten Löchern 158 auf der anderen Seite Schrauben 159 werden in den Löchern 157 und Löcher 158 empfangen und angezogen, um das Nasenglied 20 am Amboß 133 festzumachen.
Die Seitenwand des Nasenglieds 20 erstreckt sich vom zylindrischen Teil 152 aus vorwärts und eine Seite wird abgefräst, um eine flache geneigte Oberfläche zu bilden, welche sich gegen einen Punkt am verlängerten Ende kegelig zuspitzt. Die Länge und das Ausmaß der Neigung können abhängig von der besonderen Verwendungsart variieren.
Abgeschrägte Nasenglieder 20 mit einem Durchmesser von 6,4 cm und 8,9 cm und Winkeln von 10º bis 40º (wie durch Winkel "A" angezeigt) wurden geprüft und zeigten, daß das Nasenglied hochwirksam ist, um die Drehung des Werkzeugs innerhalb eines Mindestdrehradius von 8,5 Metern durch ein 8,9 cm 15º Nasenglied zu erreichen.
Die Untersuchungen zeigten auch eine hohe Wiederholgenauigkeit der Drehwirkung des Nasenglieds mit Abweichungen zwischen den Untersuchungen eines jeglichen Nasenglieds, die selten mehr als ein paar Zoll in einer 10,7 Meter Bohrung variierten. Zudem zeigten die abgeschrägten Nasenglieder keine ungünstige Wirkung auf die Durchschlagskraft und haben sie in manchen Fällen sogar erhöht.
Man fand auch, daß der Drehradius linear mit dem Neigungswinkel variierte. Für einen gegebenen Nasenwinkel nimmt der Drehradius in direktem Verhältnis zu einer Flächenzunahme zu.
Abb. 15 ist ein Längsquerschnitt eines Teils eines Bohrwerkzeugs, einschließlich einer exzentrischen Hammeranordnung. Wenn das Zentrum der Hammermasse auf den inneren Amboß schlägt, bei einem Punkt der radial von der Längsachse des Werkzeugs versetzt ist, ergibt sich eine richtungsändernde Seitenkraft. Diese Kraft bewirkt, daß das Werkzeug in die Richtung, die dem Ausrichtung des bestehenden Hammers entgegengesetzt ist, ausweicht.
Abb. 15 zeigt die Konstruktionseinzelheiten des Vorderteils eines Bohrwerkzeugs 17 mit einem exzentrischen Hammer 237. Das Hinterteil des Hammers 237 wird nicht gezeigt, da es mit dem in Abb. 14B gezeigten konzentrischen Hammer identisch ist.
Bezugnehmend auf Abb. 15 umfaßt das Bohrwerkzeug ein verlängertes hohles zylindrisches Außengehäuse oder Körper 225. Das äußere Vorderende des Körpers 225 läuft nach innen spitz zu, wobei es einen kegeligen Teil 229 bildet. Der Innendurchmesser des Körpers 17 läuft nach innen nahe dem Vorderende spitz zu, wobei eine Kegeloberfläche 230 gebildet wird, die in einem verminderten Durchmesser 231 endet, der sich in Längsrichtung nach innen vom Vorderende erstreckt. Das hintere Ende des Körpers ist mit internen Gewinden versehen, um eine Heckflossenvorrichtung wie zuvor beschrieben zu empfangen.
Ein Amboß 233 mit einem kegeligen Hinterteil 234 und einem verlängerten zylindrischen Vorderteil 235 wird vom Vorderende des Körpers 17 umschlossen. Der kegelige Teil 234 des Ambosses 233 bildet eine Überlagerung, die auf die Kegeloberfläche 230 des Körpers 17 paßt, und der verlängerte zylindrische Teil 235 erstreckt sich eine Strecke über das Vorderende hinaus nach außen. Eine flache Oberfläche 236 auf dem Hinterteil des Ambosses 233 empfängt dem Stoß des sich hin- und herbewegenden exzentrischen Hammers 237.
Der exzentrische Hammer 237 ist ein verlängertes zylindrisches Glied, das gleitbar innerhalb des Innendurchmessers 238 des Körpers 17 empfangen wird. Ein wesentlicher Teil des Außendurchmessers des Hammers 237 besitzt einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des Körpers, so daß ein ringförmiger Hohlraum 39 dazwischen gebildet wird. Der Vorderteil 243 des Hammers ist so konstruiert, um das Zentrum des Schwerpunkts des Hammers in Bezug auf seine Längsachse zu versetzen.
Die Seitenwand des Hammers hat einen Längsschlitz 270, welcher das Zentrum der Masse exzentrisch zur Längsachse aufsetzt und die Vorderoberfläche 243 des Vorderendes des Hammers 237 ist so geformt, um zentral auf die flache Oberfläche 236 des Ambosses 233 zu schlagen. Um die richtige Orientierung des Hammers zu gewährleisten, wird ein Schlüssel oder ein Bolzen 226 durch die Seitenwand des Körpers 17 so befestigt, daß er sich radial nach innen erstreckt und in einem Schlitz 270 empfangen wird und die größere Masse des Hammers auf einer Seite der Längsachse des Werkzeugs erhalten bleibt.
Unter Wirkung von Druckluft im zentralen Hohlraum bewegt sich der Hammer auf das Vorderende des Körpers 17 zu. An seiner vordersten Position überträt der Hammer einen Stoß auf die flache Oberfläche des Ambosses. In dieser Position wird die Druckluft zugelassen. Da die wirksame Fläche des Hammers, einschließlich des Hinterteils mit dem größeren Durchmesser, größer ist, als die Wirkfläche des zentralen Hohlraums, beginnt der Hammer sich in die entgegegesetzte Richtung zu bewegen. Während dieser Bewegung schließt die Laufbuchse die Durchgänge und unterbricht somit die Zulassung von Druckluft in den ringförmigen Hohlraum.
Der Hammer setzt seine Bewegung infolge der Ausdehnung der Luft fort, bis die Luftdurchgänge über die Enden der Laufbuchse versetzt sind und der ringförmige Hohlraum gegen die Atmosphäre offen ist. In dieser Stellung wird die Luft vom ringförmigen Hohlraum durch die Luftdurchgänge, die nun über dem hinteren Ende der Laufbuchse liegen, und durch die Löcher in der Stopvorrichtung ausgestoßen. Dann wird der Zyklus wiederholt.
Der exzentrische Hammer kann für gerades Bohren verwendet werden, indem die Ablenkungsseitenkraft über 360º durch Rotation des äußeren Körpers mittels Stützrohr 15 ausgemittelt wird. Wenn das Stützrohr 15 so gehalten wird, daß das Werkzeuggehäuse vom Rotieren abgehalten wird, wird sich das Werkzeug unter dem Einfluß der asymmetrischen Bohrkräfte drehen. Entweder ein exzentrischer Hammer oder Amboß werden das gewünschte Ergebnis herbeiführen, da die einzige Bedingung darin besteht, daß die Stoßachse nicht durch das frontale Zentrum des Drucks läuft.

BETRIEB

Während der Betrieb dieses Werkzeugs und damit in Verbindung stehender Apparate aus der vorhergehenden Beschreibung der Konstruktion und des Zusammenbaus ersichtlich sein sollten, wird nun eine weitere Beschreibung der Inbetriebnahme gegeben, um ein tieferes Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
Unter der Wirkung von Druckluft aus der Quelle, die schematisch als 19 gezeigt wird, bewegt sich der Hammer im Vortriebsbohrgerät gegen das Vorderende des Körpers des Vortriebbohrgeräts und schlägt auf die innere Oberfläche des Bohrambosses. Konstruktionseinzelheiten dieser Struktur können in US 4 632 191 gefunden werden.
In dieser Stellung wird Druckluft durch das Verbindungsstück 21 in das Innere des Vortriebsbohrgerät zugelassen, zunächst um den Hammer zu bewegen, damit er auf den Amboß schlägt und dann um den Hammer vom Amboß wegzubewegen. Die wiederholte Wirkung des Hammers auf den Amboß bewirkt, daß ein schlagender Stoß auf das Bohrelement 20 übertragen wird, welches die Erde ohne Abtragung oder Erdaushub durchsticht. Die geneigte Fläche 45 des Bohrelements 20 kann so betrieben werden, daß sie eine Abweichung des Werkzeugs vom geraden Weg bewirkt.
Dieser Apparat hat den Vorteil gegenüber Vortriebsbohrgeräten, die mit Druckluft durch flexible Luftschläuche versorgt werden, daß wenn das Vortriebsbohrgerät im Unterflur unbrauchbar wird, es möglich ist, das Vortriebsbohrgerät auf dem Stützgestänge herauszuziehen, womit die Notwendigkeit des Ausgrabens, um das unbrauchbar gewordene Vortriebsbohrgerät aufzufinden, umgangen wird.
Es sollte bemerkt werden, daß die Erfindung von einer Abschußgrube aus betrieben gezeigt wurde. Das Ausführungsbeispiel funktioniert in der gleichen Weise auf der
Oberfläche, um ein geneigtes Loch, wie in Abbildung 2 gezeigt, zu bohren, nur indem das Bohrgestell auf einer Stützgrundlage in einem geeigneten Einfallswinkel des Bohrkopfs in die Erde errichtet wird.
Während die Erfindung oben mit spezieller Betonung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben wurde, sollte verstanden werden, daß die Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche auch anders als oben spezifisch beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims

1. Apparat zum Bohren von Löchern in den Erdboden, bestehend aus einem asymmetrischen Erdbohrwerkzeug (17), das der Länge nach zu seinem Ende hin kegelförmig zulauft, Mitteln (17, 20, 45 oder 17, 235, 237) zum Hineintreiben des Werkzeugs in den Boden, wobei das Werkzeug (17) auf ein im wesentlichen starres Bohrgestänge oder ein Rohr (15) montiert ist, Stützmitteln (14, 24), die vom Werkzeug entfernt sind und zum Stützen des Bohrgestänges oder des Rohres dienen, wobei das erwähnte Werkzeug eine Außenoberfläche (45) besitzt, die so geformt ist, daß das Werkzeug zum Durchbiegen veranlaßt wird, und Mitteln zum selektiven Rotieren des Werkzeugs, so daß sich das Werkzeug, wenn es in Drehung versetzt wird, in einer im wesentlichen geraden Linie bewegt, und wenn das Werkzeug nicht in Drehung versetzt ist, die Außenoberflache des Werkzeugs dieses veranlaßt, sich beim Eindringen in den Boden von der Längsachse des Werkzeugs wegzubiegen, so daß eine Richtungssteuerung des Werkzeugs vorgenommen werden kann; gekennzeichnet dadurch, daß das Werkzeug ein Vortriebsbohrgerät ist, das Mittel für den Schlagvortrieb und die Mittel für das selektive Rotieren des Bohrgestänges oder des Rohres enthält, daß die genannten, vom Werkzeug entfernten Stützmittel dazu dienen, das Bohrgestänge oder Rohr rotieren zu lassen, und daß die genannten Stützmittel dazu dienen, die Hinzufügung oder Entfernung des Bohrgestänges oder Rohres während des Bohrens zuzulassen.

2. Apparat gemäß Anspruch 1, bei dem das Werkzeug ein glattes zylindrisches Glied (17) aufweist mit einer geneigten Ebene (45) als sich nach vorn erstreckender Oberfläche, die bei einer Vorwärtsbewegung in den Boden eindringt und zur Steuerung des Bewegungsweges durch Reaktion gegen den Boden, durch den das Werkzeug bewegt wird, dient.

3. Apparat gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Schlagvortriebsmittel einen pneumatischen Hammer (137 oder 237), dem durch das Bohrrohr Druckluft zugeführt wird, aufweist.

4. Apparat gemäß einem vorherigen Anspruch, bei dem das Stützmittel ein oberflächengestätztes Bohrgestell (14, 23, 24) ist, das so gestaltet ist, daß es von einer Grube oder einem Erdloch aus betrieben werden kann, um das genannte Bohrgestänge oder Rohr (15 oder 50) in Längsrichtung von dort aus voranzutreiben.

5. Apparat gemäß Anspruch 4, bei dem das genannte Stützmittel Motormittel (23) aufweist, die so gestaltet sind, daß sie auf einer in Längsrichtung verlaufenden Schiene (14) aufliegen und entlang dieser Schiene bewegt werden können.

6. Apparat gemäß Anspruch 3, bei dem das Vortriebsbohrgerät ein zylindrisches Gehäuse (225) aufweist, das auf dem genannten Bohrrohr aufsitzt und vorn offen ist, wobei das genannte Gehäuse am Vorderende mit einem Mittel zum Einwirken einer Bohrkraft auf den Erdboden versehen ist, das aus einem Amboß (233) mit einer Schlagfläche (234) im Innern des Gehäuses und einer Bohrfläche außerhalb des Gehäuses besteht, ein zweites Mittel, bestehend aus einem in Vor- und Rückrichtung beweglichen Hammer (237) im Innern des genannten Gehäuses, der eine Schlagkraft auf die Schlagfläche des genannten Ambosses einwirken läßt, wobei diese Schlagkraft auf das genannte bohrkrafterzeugende Mittel übertragen wird, wobei der genannte Amboß und der Hammer so gestaltet sind, daß sie eine asymmetrische Bohrkraft dahingehend wirken lassen, daß das genannte Werkzeug beim Bewegen durch den Boden einen gekrümmten Weg nimmt, wenn sich das Gehäuse in nichtrotierendem Zustand befindet, und ein weiteres Mittel, das die Zuführung von Druckluft durch das genannte hohle Rohr in das genannte Gehäuse zur Betätigung des genannten Hammers und die Ableitung der verbrauchten Luft aus dem genannten Gehäuse in das zu bohrende Loch gestattet, wobei das genannte Werkzeug so betätigt wird, daß es den Erdboden mit einer Längsbewegung des genannten Bohrrohres mittels des genannten Stützmittels durchdringt und das genannte Vortriebsbohrgerät durch Hin- und Herbewegung des genannten Hammers arbeitet.

7. Apparat gemäß Anspruch 3, bei dem das Vortriebsbohrgerät ein zylindrisches Gehäuse (128) mit einem kegelförmigen Vorderende (129) aufweist, das einen Amboß (133) mit einer Schlagfläche (134) innerhalb des genannten Gehäuses und einer Bohrfläche außerhalb des genannten Gehäuses trägt, die ein zylindrisches Nasenteil (20) mit einer Seitenfläche (145) aufweist, die sich längs in einem spitzen Winkel von der Spitze erstreckt, wobei der genannte Amboß (133) und das Nasenteil (20) in fester, nicht drehbarer Position im genannten Gehäuse gesichert sind und die Bewegung des genannten Werkzeugs durch den Boden durch die Einwirkung der genannten abgewinkelten Seitenfläche auf den Boden von einem geraden Verlauf abweicht, und der genannte Hammer (137) eine Schlagkraft auf die Schlagfläche des genannten Ambosses ausübt und damit dazu beiträgt, eine Schlagkraft zur Erzeugung der genannten asymmetrischen Bohrkraft zu übertragen.

8. Apparat gemäß Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem das genannte Mittel zur Einbringung von Luft in das genannte Gehäuse ein Verbindungsstück (21) auf dem genannten Gehäuse zur Verbindung desselben mit dem genannten hohlen Bohrrohr (50) aufweist und mit Öffnungen (42, 21, 22) zur Einbringung von Druckluft aus dem genannten Bohrrohr in das genannte Gehäuse sowie zum Ausstoßen der beim Betrieb des genannten Hammers verwendeten Luft aus dem genannten Gehäuse durch das genannte Verbindungsstück in das zu bohrende Loch versehen ist.

9. Apparat gemäß Anspruch 8, bei dem das genannte Verbindungsstück (21) ein erstes hohles röhrenförmiges Glied mit einem größeren Körper (27) und mit Gewinde versehenen, einen geringeren Durchmesser aufweisenden Verlängerungen (28, 29) aufweist zur Verbindung desselben mit dem genannten Gehäuse bzw.

dem genannten hohlen Bohrrohr, wobei der genannte röhrenförmige Gliedkörper (27) mindestens eine Ausstoßöffnung (21, 22) neben der Verbindungsstelle zum genannten hohlen Bohrrohr besitzt, aus einem zweiten röhrenförmigen Glied (41), das sich im Innern der genannten röhrenförmigen Verlängerung, die mit dem genannten hohlen Bohrrohr verbunden ist, befindet und in die andere röhrenförmige Verlängerung zur Leitung der Druckluft zur Betätigung des genannten Kammers hineinragt, sowie aus einem Mittel (31), das das genannte zweite röhrenförmige Glied im genannten ersten röhrenförmigen Glied so stützt, daß ein kreisringförmiger Durchlaß entsteht, durch den die verbrauchte Luft zur genannten Ausstoßöffnung strömen kann.

10. Apparat gemäß Anspruch 9, bei dem das genannte Verbindungsstück (21) ein kreisringförmiges Prüfventil (36) enthält, das auf dem zweiten röhrenförmigen Glied (31) aufliegt, um den Strom verbrauchter Luft aus dem genannten Werkzeuggehäuse zuzulassen und einen Luftstrom aus dem Bohrloch in das genannte Werkzeuggehäuse zu verhindern.