EP1769131B1

EP1769131B1 - Bohrkopf für ein erdbohrgerät

Info

Publication number: EP1769131B1
Application number: EP05772195A
Authority: EP
Inventors: Franz-Josef Püttmann
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2025-07-06
Also published as: WO2006002997A1; AU2005259407B2; AU2005259407A1; EP1769131A1; US20090211812A1; US7938205B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf für ein schlagend verdrängendes Erdbohrgerät mit mindestens drei Bohrkopfabschnitten (3, 4, 11), wovon der erste Abschnitt eine für die Lockerung und Führung der Vorrichtung optimierte Form aufweist, der zweite Abschnitt hinsichtlich des radialen Verdrängens des Erdreichs bei geringem Bewegungswiderstand optimiert ist und der dritte Abschnitt eine feste Verbindung zu dem Gehäuse des Erdbohrgeräts aufweist. Durch eine längsaxial zueinander bewegliche Ausführung von zumindest zwei der Bohrkopfabschnitte zueinander kann eine verbesserte Übertragung der Vortriebskräfte auf das Erdreich und daraus folgend ein verbesserter Vorschub des Erdbohrgeräts erzielt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf für ein Erdbohrgerät.
Zum Erzeugen von Bohrlöchern im Bereich des Horizontalbohrens ist es bekannt, sogenannte Erdraketen einzusetzen, die einen über ein Antriebsfluid gesteuerten hin- und hergehenden Schlagkolben aufweisen. Dieser Kolben überträgt seine kinetische Energie beim Auftreffen auf eine Kontaktfläche des Gehäuses bzw. des Bohrkopfs und treibt das Erdbohrgerät schrittweise durch das Erdreich.
Dabei erfüllt der Bohrkopf der Vorrichtung mehrere Aufgaben. Zum einen überträgt dieser die Schlagenergie des Schlagkolbens auf das davor liegende Erdreich und lockert dieses. Weiterhin soll das gelockerte Erdreich seitlich verdrängt werden, so daß ein Bohrloch mit dem gewünschten Durchmesser entsteht. Zusätzlich soll der Bohrkopf durch eine spezielle Formgebung für eine Führung und folglich für eine Richtungsstabilität der Vorrichtung sorgen.
Zur Erfüllung dieser Aufgaben wurden verschiedene Bohrkopfformen entwickelt.
Aus dem Stand der Technik sind zum einen Bohrköpfe mit einem konischen Grundkörper bekannt (zum Beispiel aus DE 21 57 259 C oder auch aus DE 40 14 775 C1 ). Diese zeichnen sich dadurch aus, daß der möglichst glatte, konische Mantel einen minimalen Widerstand entgegen der Bewegungsrichtung aufweist.
Teilweise weisen die konischen Bohrköpfe Vertiefungen in Richtung der Längsachse der Vorrichtung auf. Durch diese Vertiefungen wird das gelockerte Erdreich nach außen transportiert.
Als Nachteil zeigen diese Bohrköpfe eine geringe Richtungsstabilität, so daß durch Seitenkräfte, die durch das Auftreffen auf Hindernisse oder Inhomogenitäten innerhalb des Erdbodens entstehen, die Vorrichtung aus der gewünschten Bahn abgelenkt wird.
Neben den konischen Bohrköpfen sind die sogenannten Stufenköpfe bekannt (zum Beispiel aus DE 101 12 985 A1 ). Auch die Stufenköpfe weisen einen Durchmesser auf, der von der Spitze ausgehend ansteigt, jedoch erfolgt der Durchmesseranstieg stufenförmig, Im Längsschnitt zeigt ein Bohrkopf dieser Art somit zwei Treppen, die sich in der Spitze des Kopfes treffen. Durch die Aufteilung der Mantelfläche in eine Vielzahl von Abschnitten, die entweder (nahezu) parallel oder senkrecht zu der Längsachse der Vorrichtung verlaufen, treten nur geringe Seitenkräfte am Bohrkopf auf, so daß Stufenköpfe eine gute Richtungsstabilität aufweisen. Nachteilig ist, daß durch die senkrecht zur Längsachse gelegenen Stufenflächen ein hoher Bewegungevtiderstand in Vortriebsrichtung entsteht. Dies resultiert in einer entsprechend verringerten Vortriebsgewhwindigkeit
Ferner ist aus DE 101 12 985 A1 bekannt, den Bohrkopf oder mehrere Elemente des Bohrkopfe gegeneinander beweglich zu gestatten, um eine gezieltere Einleitung der zur Verfügung stehenden Schlagenergie zu erreichen.
Weiterhin ist aus DE 29 17 292 A1 ein gesteinzerstörendes Werkzeug für Schlagmaschinen bekannt, dessen Bohrkopf im vorderen Bereich aus einer Reihe sternformig angeordneter Schneiden besteht. Die Zwischenräume zwischen den Schneiden dienen als Abführkanale für das abgetragene Gestein. Hinter den Schneiden des Bohrkopfs schließt sich ein konischer Abschnitt des Bohrgeräts an, der das abgetragene Gestein in Richtung der Bohrlochwand ablenkt, wo es durch einen ringförmigen Spalt zwischen Bohrlochwand und Gerätegehäuse ausgeblasen wird.
Die US-PS 5 467 831 , die als nächstliegender Stand der Technik vorgesehen ist, offenbart eine Rammbohrvorrichtung mit einem koniaehieutaufenden Bohrkopt, an dessen hinteres Ende zwei Stabilisatoren mit einem dreieckigen Querschnitt derart an dem Gehäuse des Bohrkopfs angeordnet, sind, dass in Längsrichtung der Rammbohrvorrichtung ausgerichtete Kanäle für die Zufuhr und Abfuhr von Druckluft gebildet werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für den Einsatz in verdrängbaren Böden vorteilhaften Bohrkopf zu schaffen, der insbesondere Vorteile des konischen Bohrkopfs - zum Beispiel geringer Bewegungswiderstand - mit Vorteilen des Stufenkopfs - zum Beispiel hohe Richtungsstabilität - verbindet.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Die Erfindung sieht vor, den Bohrkopf aus mindestens drei Bohrkopfabschnitten auszuführen.
Der erste Bohrkopfabschnitt, der dem vorderen Ende der Vorrichtung am nächsten gelegen ist, weist Abführkanäle auf und kann zur Lockerung des Erdreichs bzw. zum Zertrümmern von Hindernissen dienen. Das gelockerte bzw. zertrümmerte Erdreich kann durch die Abführkanäle in dem ersten Bohrkopfabschnitt nach hinten in Richtung des zweiten Kopfabschnittes und je nach Ausführung auch nach außen geführt werden.
Unter "Bohrkopf' im Sinne der Erfindung ist dabei insbesondere das Werkzeug am Kopfende eines Erdbohrgeräts zu verstehen, welches zum Herstellen und Aufweiten von Bohrungen und bereits verlegten Leitungen dienen kann.
Unter "Abführkanälen" werden Vertiefungen beziehungsweise Vertiefungsabschnitte oder Bohrungen verstanden, die nicht quer zu der Längsrichtung des Erdbohrgeräts verlaufen. Dabei sind die Begriffe "Vertiefung" und "Bohrung" nicht herstellungstechnisch beschränkend, sondern geometrisch zu verstehen, so daß erfindungsgemäße Vertiefungen bzw. Bohrungen auch durch Anbau hergestellt werden können.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Abführkanäle, je nach Ausführung des Erdbohrgeräts, mit einem Winkel zwischen 0° und 45° zu der Längsrichtung des Erdbohrgeräts angeordnet sind.
Der zweite Bohrkopfabschnitt mit einem oder mehreren weitgehend konischen Abschnitten auf der Mantelfläche kann für die radiale Verdichtung des gelockerten Erdreichs sorgen. Die erfindungsgemäße Wirkung läßt sich aber auch mit beliebigen anderen Geometrien erreichen.
Unter weitgehend konischer Form wird dabei insbesondere eine Mantelfläche verstanden, die - zumindest teilweise -, ausgehend von einer kleinen radialen Erstreckung, kontinuierlich bis zu einer größeren radialen Erstreckung ansteigt und somit keine Abschnitte innerhalb des konischen Bereichs aufweist, in denen sich der Radius wieder verringert.
Der dritte Bohrkopfabschnitt ist für eine Befestigung des gesamten Bohrkopfs mit dem Gehäuse eines Erdbohrgeräts ausgelegt. Diese Befestigung mit dem Gehäuse kann direkt oder indirekt, d.h. über Zwischenelemente ausgeführt sein.
Die Unterteilung des Bohrkopfs in die verschiedenen Abschnitte ist insbesondere funktionell zu sehen, so daß es nicht erforderlich ist, daß eine bauliche Trennung aller Abschnitte in jeder erfindungsgemäßen Ausführungsform gegeben sein muß.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Bohrkopfs liegt darin, daß die Lockerungsarbeit bzw. die Zertrümmerungsarbeit zunächst von einem vorauseilenden Bohrkopfabschnitt ausgeführt wird, dessen Formgebung für diese Aufgabe optimiert wurde. Die bevorzugte Kombination der Meißelspitze mit sternförmig angeordneten Schneiden sorgt für eine hohe Zertrümmerungsleistung des ersten Kopfabschnitts bei gleichzeitig niedrigem Bewegungswiderstand. Durch das Fehlen großer, schräg (nicht senkrecht) zur Bewegungsrichtung liegender Flächen fällt die Reaktion des ersten Bohrkopfabschnitts auf isolierte Seitenkräfte infolge einseitiger Hindernisse gering aus.
Der zweite Bohrkopfabschnitt verdichtet das gelockerte und zertrümmerte Erdreich, welches durch die Vertiefungen hinter den ersten Kopfabschnitt geführt wurde. Durch die weitgehend konische Formgebung (von Abschnitten) des zweiten Kopfabschnitts ist dieser besonders gut für die radiale Verdrängung des Erdreichs bei gleichzeitig geringem Bewegungswiderstand ausgelegt.
Ein solcher Bohrkopf wird nun erfindungsgemäß für Verdrängungsbohrungen in entsprechend verdrängbaren Böden eingesetzt. Insbesondere kann dies vorteilhaft beim Erstellen von Horizontalbohrungen erfolgen.
Unter ".Verdrängungsbohrung" wird erfindungsgemäß eine Bohrung verstanden, die im wesentlichen darauf beruht, ein Bohrloch durch radiale Verdrängung der Umgebung herzustellen, wobei sich der entsprechend "verdrängbare Boden" im wesentlichen plastisch verformt und das Bodengefüge durch Adhäsion oder andere physikalische Effekte im wesentlichen in der verformten Struktur verbleibt.
Der formimmanente Nachteil dieser Kopfform, die hohe Empfindlichkeit gegen einseitige Krafteinleitung, die beim Gesteinsbohren nicht zum tragen kommt, wird dadurch weitgehend kompensiert, daß der erste Kopfabschnitt auftretende Hindernisse bereits zerstört haben kann und weiterhin dadurch, daß der zweite Bohrkopfabschnitt ausschließlich der durch den ersten Abschnitt vorgegebenen Richtung folgt.
Um eine gezielte Übertragung der Schlagenergie des Erdbohrgeräts auf das Erdreich zu erreichen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß mindestens zwei der Bohrkopfabschnitte längsaxial (im Bezug zur Längsachse des Erdbohrgeräts) zueinander beweglich sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, den ersten und zweiten Bohrkopfabschnitt zueinander beweglich auszuführen. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, den zweiten Bohrkopfabschnitt fest - zumindest längsaxial - zu dem dritten Bohrkopfabschnitt auszuführen. Dadurch kann erreicht werden, daß zunächst der erste Kopfabschnitt in das Erdreich vorgetrieben wird. Dabei wird das Erdreich gelockert bzw. zertrümmert und nach hinten geleitet. Der daraufhin vorgetriebene zweite Kopfabschnitt verdichtet das gelockerte Erdreich und erstellt somit den gewünschten Durchmesser des Bohrlochs. Gleichzeitig wird durch die feste Verbindung mit dem dritten Bohrkopfabschnitt bzw. mit dem Gehäuse der Erdbohrvorrichtung dieses mitgeführt.
Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung ist, daß bei dem Vorwärtstreiben des ersten Bohrkopfabschnitts das Gehäuse und der zweite und dritte Kopfabschnitt zunächst nicht beschleunigt werden, so daß ein großer Teil der kinetischen Energie des Schlagkolbens zur Zertrümmerung und Lockerung des Erdreichs in dieses übertragen wird.
Eine alternative Ausführungsform kann vorsehen, den ersten und zweiten Bohrkopfabschnitt (zumindest längsaxial) fest verbunden auszuführen und diese Einheit beweglich zu dem dritten Bohrkopfabschnitt vorzusehen. In diesem Fall werden die Funktionen des ersten Kopfabschnitts - insbesondere das Lockern, Zertrümmern und Ableiten des Erdreichs - und diejenigen des zweiten Kopfabschnitts - insbesondere das radiale Verdichten des gelockerten Erdreichs - in einem gemeinsamen Arbeitsschritt ausgeführt. Hierzu kann die gesamte, von dem Schlagkolben des Erdbohrgeräts übertragene Energie genutzt werden. Das Nachführen des Erdbohrgeräts an sich erfolgt dann erst in einem zweiten Schritt, wenn der dritte mit dem Gehäuse verbundene Bohrkopfabschnitt vorgetrieben wird.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, alle drei Bohrkopfabschnitte längsaxial beweglich zueinander auszuführen. Dadurch, daß die drei Kopfabschnitte nacheinander vorgetrieben werden, kann eine noch gezieltere Einleitung der Schlagkräfte des Erdbohrgeräts in das Erdreich erreicht werden.
Durch die gezielte Einleitung der Antriebsenergie in das Erdreich bei erfindungsgemäßen Bohrköpfen mit zueinander beweglichen Bohrkopfabschnitten eignen sich auch für den Einsatz in beliebigen Böden.
Vorteilhaft ist, wenn die Abführkanäle des ersten Bohrkopfabschnitts so dimensioniert sind, daß eine Vielzahl von in gleichmäßiger Teilung angeordneten Schneiden mit geringer Wandstärke entstehen. Die dünnen Schneiden sorgen für eine hohe Schnittwirkung, während eine großzügige Dimensionierung der Abführkanäle für einen widerstandsarmen Abtransport des Erdreichs sorgt.
Vorzugsweise sind die (in Vortriebsrichtung des Erdbohrgeräts) vorderen Kanten der Schneiden im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Bohrkopfs ausgerichtet. Dadurch können Seitenkräfte infolge des Auftreffens auf ein Hindernis, die ein Abweichen des Bohrgeräts von der Sollrichtung verursachen würden, vermieden werden.
Im Sinne der Erfindung ist es nicht notwendig, daß die Abführkanäle konstant von der Vorderseite des ersten Bohrkopfabschnitts bis zu dessen Rückseite verlaufen. Vielmehr können die Abführkanäle innerhalb des ersten Bohrkopfabschnitts auslaufen oder der erste Bohrkopfabschnitt kann aus zwei Hälften bestehen, die beide mit Abführkanälen bzw. Schneiden versehen sind, jedoch rotatorisch zueinander versetzt sind. Somit kann hinter jedem Abführkanal der vorderen Hälfte des ersten Bohrkopfabschnitts eine Schneide der hinteren Hälfte angeordnet sein.
Auf diese Weise treffen Festkörper, die von der vorderen Hälfte nicht zertrümmert wurden, auf die Schneiden der hinteren Hälfte.
Ferner kann vorteilhaft sein, wenn der Durchmesser des ersten Bohrkopfabschnitts im wesentlichen dem Durchmesser eines nachfolgenden Gehäuses des Bohrgeräts entspricht. Damit kann erreicht werden, daß das Erdreich von den Schneiden des ersten Bohrkopfabschnitts in einem Querschnitt aufgelockert wird, der im wesentlichen dem des Gehäuses des Bohrgeräts entspricht. In der Regel entspricht der Gehäusedurchmesser und somit der aufgelockerte Durchmesser dem Nenndurchmesser der zu erstellenden Bohrung.
Insbesondere können die Bohrkopfabschnitte so dimensioniert sein, daß der größte Durchmesser des ersten Bohrkopfabschnitts größer als der kleinste Durchmesser des zweiten Bohrkopfabschnitts ist. Durch diesen Durchmessersprung, ebenso wie durch die optionale Relativbewegung der zwei Kopfabschnitte zueinander, entsteht zwischen diesen ein Entspannungsraum, in dem sich das gelockerte Erdreich zunächst in Grenzen wieder entspannen kann.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, den größten Durchmesser des ersten Bohrkopfabschnitts größer zu machen als denjenigen des Gehäuses. Dadurch wird sichergestellt, daß ein ausreichendes Volumen innerhalb des Erdreichs gelockert wird und folglich der Bewegungswiderstand, der auf das Gehäuse wirkt, verringert wird.
Der erste Kopfabschnitt kann einen Schlagbolzen aufweisen oder mit einem solchen verbunden sein. Der Schlagbolzen wiederum kann eine in das Erdreich ragende Meißelspitze aufweisen, durch die eine gezielte Einleitung der Stoßenergie in das vor dem Bohrkopf befindliche Erdreich erfolgen kann. Insbesondere können durch die so erfolgende punktförmige Krafteinleitung Hindernisse, beispielsweise Steine im Erdreich, auf einfache Weise zertrümmert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform durchdringt der Schlagbolzen den zweiten und/oder dritten Kopfabschnitt und kann somit als Führung für eine Relativbewegung dieser Kopfabschnitte dienen, sofern diese zu dem ersten Kopfabschnitt längsaxial beweglich ausgeführt sind.
Bilden der erste und zweite Kopfabschnitt eine (längsaxial) feste Einheit, so kann der Schlagbolzen selbstverständlich auch mit dem zweiten Kopfabschnitt verbunden sein.
Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall, wenn ein Schlagkolben des Erdbohrgeräts, welcher durch ein Druckfluid zu reziproken Bewegungen angetrieben wird, zunächst auf eine Kontaktfläche des Schlagbolzens auftrifft und somit die Schlagenergie auf die Meißelspitze und den ersten bzw. den ersten und zweiten Bohrkopfabschnitt überträgt.
Erst in einem zweiten Schritt wird die Schlagenergie auf den dritten Kopfabschnitt bzw. das damit verbundene Gehäuse der Vorrichtung übertragen. Dazu kann der Schlagkolben nach einer bestimmten Vorwärtsbewegung des Schlagbolzens auf eine Kontaktfläche des Gehäuses oder des zweiten Kopfabschnitts auftreffen.
Alternativ kann der Schlagbolzen eine Kontaktfläche aufweisen, die nach einer bestimmten Vorwärtsbewegung des Schlagbolzens auf eine korrespondierende Kontaktfläche des Gehäuses / des dritten Kopfabschnitts auftrifft.
Bei einem dreistufigen Vortrieb des Bohrgeräts werden die drei Kopfabschnitte dementsprechend nacheinander von dem Schlagkolben des Bohrgeräts - direkt oder indirekt - beaufschlagt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Verbindung zwischen dem dritten Kopfabschnitt und dem Gehäuse formschlüssig ausgeführt. Dies ist insbesondere hinsichtlich der Wartungsfreundlichkeit von Vorteil. Der Bohrkopf kann schnell und einfach ausgewechselt werden. Hierzu eignen sich vorteilhaft Gewindeverbindungen und/oder Bajonette-Verschlüsse. Beliebige andere formschlüssige, aber auch kraftschlüssige Verbindungsarten sind möglich.
Alternativ kann die Verbindung auch durch Schweißen hergestellt werden, wofür sich insbesondere das Reibschweißverfahren eignet. Die Verbindung durch Schweißen eignet sich insbesondere dann, wenn eine möglichst kurze Baulänge der Vorrichtung gefordert wird.
Jedoch sind neben den hier genannten jegliche Arten von Bauteilverbindungen einsetzbar und auch hinsichtlich der Schweißverfahren ist die Verbindung nicht eingeschränkt..
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das gelockerte Erdreich hinter dem ersten Bohrkopfabschnitt mit Öl, Bentonit oder einem anderen Fluid vermischt. Ein Eintrag des Fluids kann jedoch auch vor dem ersten Kopfabschnitt erfolgen.
Zu diesem Zweck können Bohrungen in dem Gehäuse oder in einem der Kopfabschnitte vorgesehen sein, die das verwendete Fluid vorzugsweise radial in das gelockerte Erdreich einleiten.
Die Vermischung des Erdreichs mit einem Fluid kann dazu dienen, die Mantelreibung des nachgezogenen Gehäuses zu reduzieren. Zudem kann es die auftretende Kohäsion des verdrängten Erdreichs erhöhen, so daß die Standfestigkeit des Bohrlochs verbessert wird und Einbrüche des Bohrlochs in verringerter Zahl auftreten.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei ähnliche Bauteile der verschiedenen Ausführungsformen mit identischen Bezugsziffern versehen sind.
In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1: in einer geschnittenen Seitenansicht einen Ausschnitt eines Erdbohrgeräts mit einem erfindungsgemäßen Bohrkopf in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2: ein Bauteil des ersten Bohrkopfabschnitts der Ausführungsform aus Fig. 1 in einer Frontansicht;
Fig. 3: eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfs in einer perspektivischen Seitenansicht;
Fig. 4: den Bohrkopf gemäß Fig. 3, wobei der bewegliche Teil des Bohrkopfs in vorauseilender Position dargestellt ist;
Fig. 5: eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfs in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 6: eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfs in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 7: eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfs in einer perspektivischen Ansicht.

Fig. 1 zeigt den vorderen Teil eines Rammbohrgeräts, bestehend aus einem Gehäuse 1 und einem damit verbundenen erfindungsgemäßen Bohrkopf in einer ersten Ausführungsform.
Der Bohrkopf besteht im wesentlichen aus den Bauteilen, Schlagbolzen 2, Schneidring 3 und Verdränger 4. Schlagbolzen 2 und Schneidring 3 bilden zusammen in dieser Ausführungsform einen ersten Bohrkopfabschnitt, der zu dem zweiten Kopfabschnitt, hier in Form des Verdrängers 4 und dem dritten Kopfabschnitt 11 axial beweglich ist. Dazu wird der Verdränger 4 und der dritte Kopfabschnitt 11 auf dem Schlagbolzen 2 geführt.
Das hintere Ende des Schlagbolzens 2 ragt in einen Arbeitsraum 5 des Gehäuses 1, in welchem sich ein Schlagkolben (nicht dargestellt), angetrieben durch ein Druckfluid, hin und her bewegt. Für den Fall der Vorwärtsbewegung des Rammbohrgeräts trifft der Schlagkolben zunächst auf das in den Arbeitsraum 5 ragende Ende des Schlagbolzens 2 und beschleunigt diesen in Richtung nach vorne. Infolge dessen wird der Schlagbolzen mitsamt der Meißelspitze 6 und dem Schneidring 3 in das Erdreich getrieben, um dieses zu lockern bzw. um auftretende Hindernisse zu zertrümmern.
Sowohl der Verdränger 4 als auch das Gehäuse 1 werden zunächst nicht mit bewegt.
Je nach Auslegung der Vorrichtung trifft der Schlagkolben nach einer gewissen Relativbewegung des Schlagbolzens 2 zu dem Gehäuse 1 bzw. zu dem Verdränger 4 auf die Kontaktfläche 7 des Gehäuses 1, oder der Schlagbolzen 2 mit einem Absatz 12 trifft auf die Kontaktfläche 8 des Verdrängerbauteils 4. Dadurch wird das Gehäuse 1 mitsamt Verdränger 4 beschleunigt und folgt der Bewegung des Schneidrings 3. Dabei verdichtet der Verdränger 4 das gelockerte Erdreich und erzeugt ein Bohrloch mit dem Durchmesser des Gehäuses 1.
In Fig. 2 läßt sich die radiale Anordnung der Schneiden 9 erkennen, die durch eine entsprechende Dimensionierung der Abführkanäle 10 entstehen.
Nach Beendigung eines Bewegungshubs unterstützt eine Feder 14, hier in Form einer Spiralfeder, das vollständige Zurückführen der zwei relativ zueinander beweglichen Teile des Bohrkopfs in die Ausgangslage.
Der erfindungsgemäße Bohrkopf ist so gestaltet, daß er als Einheit von vorne in das Gehäuse 1 eingesetzt und dort fixiert werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft für anfallende Wartungstätigkeiten, da der Bohrkopf die am stärksten beanspruchten Bauteile aufweist und folglich dem höchsten Verschleiß während des Betriebs unterliegt. Ein einfaches Auswechseln des Bohrkopfes ist somit möglich.
Zudem können Bohrköpfe mit verschiedenen Formen, wie sie beispielsweise in den Fig. 3 bis 7 dargestellt sind, je nach Anforderung schnell und einfach mit dem Gehäuse verbunden werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrkopfs. Hierbei sind der erste (Schneidring 3) und zweite (Verdränger 4) Bohrkopfabschnitt als fest miteinander verbundene Einheit ausgeführt. Diese Einheit ist weiterhin mit dem Schlagbolzen 2 verbunden, der wiederum als Führung für den axial zu den zwei anderen Kopfabschnitten beweglichen dritten Kopfabschnitt 11 dient. Der dritte Kopfabschnitt 11 wird über das Gewinde 13 mit dem Gehäuse eines Bohrgeräts verbunden.
Der Verdränger 4 unterscheidet sich insbesondere dahingehend von dem der ersten Ausführungsform, daß dieser nur einzelne konische Abschnitte aufweist. Diese werden von weiteren Schneiden unterbrochen, die fluchtend zu jeweils einem Abführkanal 10 des Schneidrings 3 angeordnet sind.
Die Fig. 3 und 4 zeigen dieselbe Ausführungsform in unterschiedlichen Positionen. In Fig. 3 ist der bewegliche Teil des Bohrkopfs in seiner zurückgezogenen Stellung dargestellt. Deutlich erkennbar ist das vorgesehene Spiel zwischen dem Absatz 12 des Schlagkolbens 2 und der Schlagfläche 8 des dritten Bohrkopfabschnitts 11. Gleichzeitig ist das Spiel zwischen dem zweiten und dritten Bohrkopfabschnitt minimal. In Fig. 4 ist der bewegliche Teil des Bohrkopfs in vorauseilender Position dargestellt. Dementsprechend ist das Spiel zwischen Absatz 12 und Schlagfläche 8 minimal und zwischen dem zweiten und dritten Bohrkopfabschnitt maximal.
Die weiteren Ausführungsformen gemäß Fig. 5 bis 7 zeigen insbesondere unterschiedliche Formen für den Schneidring 3. Diese unterschiedlichen Formen sind prinzipiell für alle erfindungsgemäßen und insbesondere die zwei Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 3 und 4 gleichermaßen geeignet.
Die in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform insbesondere durch die Form der Schneiden. Diese sind im wesentlichen trapezförmig ausgebildet. Die Vertiefungen erhalten somit eine U-Form im Gegensatz zu den V-förmigen Vertiefungen in der ersten Ausführungsform.
In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform besteht der Schneidring aus zwei Hälften, deren Schneiden rotatorisch zueinander versetzt sind. Auf diese Weise treffen Festkörper, die von der vorderen Schneidringhälfte nicht zertrümmert wurden, auf die Schneiden der hinteren Schneidringhälfte.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 verlaufen die Längskanten der Schneiden in einem Winkel von ca. 45° zu der Längsrichtung des Bohrkopfs bzw. des Bohrgeräts.

Claims

Verwendung eines Bohrkopfs mit mindestens drei 8ohrkopfabschnitten (3, 4, 11), wobei ein erster, in Bohrrichtung vorderer Bohrkopfabschnitt (3) Abführkanäle (10), ein darauf folgender zweiter Bohrkopfabschnitt (4) weitgehend konische, entgegen der Bohrrichtung ansteigende Abschnitte auf der Außenfläche und ein dritter Bohrkopfabschnitt (11) eine Basis zur Befestigung des Bohrkopfs an einem Gehäuse (1) des Erdbohrgeräts aufweist, und wobei die Abführkanäle (10) des ersten Bohrkopfabschnitts (3) so dimensioniert sind, daß eine Vielzahl von radial angeordneten Schneiden (9) entstehen, für Verdrängungsbohrungen, durch schlagend verdrängendes Erdbohren.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Kanten der Schneiden (9) im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Bohrkopfs ausgerichtet sind.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bohrkopfabschnitt (11) formschlüssig mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bohrkopfabschnitt (11) mit dem Gehäuse (1) verschweißt ist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf einen oder mehrere Fluidauslässe vor und/oder im Bereich des zrnreiten Bohrkopfabschnitts (4) aufweist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführkanäle (10) in einem Winkel zwischen 0° und 45° zu der Längsrichtung des Erdbohrgeräts angeordnet sind.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf V-förmige Abführkanäle (10) aufweist.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf trapezförmige Schneiden (9) aufweist
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bohrkopfabschnitt (3) zwei Schneidringe aufweist, die jewcU8 Abführken410 (10) aufgeben, so daß jeweils eine Vielzahl von radial angeordneten Schneiden (9) entstehen, wobei die zwei Schneidringe rotatorisch zueinander versetzt sind, so daß die Abführkanäle (10) des ersten Schneidrings mit den Schneiden (9) des zweiten Schneidrings fluchten.
Bohrkopf für ein schlagend verdrängendes Erdbohrgerät mit mindestens drei Bohrkopfabschnitten (3, 4, 11), wobei ein erster, in Bohrrichtung vorderer Bohrkopfabschnitt (3) Abführkanäle (10), ein darauf folgender zweiter Bohrkopfabschnitt (4) weitgehend konische, entgegen der Bohrrichtung ansteigende Abschnitte auf der Außenfläche und ein dritter Bohrkopfabschnitt (11) eine Basis zur Befestigung des Bohrkopfs an einem Gehäuse (1) des Erdbohrgeräts aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Bohrkopfabschnitte (3, 4, 11) axial im Bezug zu der Bohrkapflängsachse zueinander beweglich sind und wobei die Abführkanäle (10) des ersten Bohrkopfabschnitts (3) so dimensioniert sind, daß eine Vielzahl von radial angeordneten Schneiden (9) entstehen.
Bohrkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (3) und zweite (4) Bohrkopfabschnitt längsaxial miteinander fest verbunden sind und der dritte Bohrkopfabschnitt (11) zu diesen beweglich ist.
Bohrkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der zweite (4) und dritte (11) Bohrkopfabschnitt längsaxial miteinander fest verbunden sind und der erste Bohrkopfabschnttt (3) zu diesen beweglich ist.
Bohrkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Kanten der Schneiden (9) im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Bohrkopfs ausgerichtet sind.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des ersten Bohrkopfabsehnitts (3) im wesentlichen dem Durchmesser des nachfolgenden Gehäuses (1) entspricht.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser des ersten Bohrkopfabschnitts (3) größer als der kleinste Durchmesser des zweiten Bohrkopfabachnitts (4) ist.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bohrkopfabschnitt (3) einen in dem zweiten (4) und/oder dritten (11) Bohrkopfabschnitt geführten Schlagbolzen (2) Aufweist.
Bohrkopf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet daß der Schlagbolzen (2) eine in das Erdreich ragende Meißelspitze (8) aufweist.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlagkolben zunächst auf eine Kontaktfläche des Schlagbolzens (2) triftt und nach einer weiteren Vorwärtsbewegung auf eine Kontaktfläche (8: 7) des zweiten (4) oder dritten Bohrkopfabschnitts (11) oder des Gehäuses (1) trifft.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontaktfläche des Schlagbolzens nach einer bestimmten Vorwärtsbewegung auf eine Kontaktfläche des zweiten (4) oder dritten (11) Bohrkopfabschnitts oder des Gehäuses (1) trifft.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bohrkopfabschnitt (11) formschlüssig mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Behrkoptabschnitt (11) mit dem Gehäuse (1) verschweißt ist.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 21, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Fluidauslässe vor und/oder im Bereich des zweiten Bohrkopfabschnitts (4).
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführkanäle (10) in einem Winkel zwischen 0° und 45° zu der Längsrichtung des Erdbohrgeräts angeordnet sind.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch V-förmige Abführkanäle (10).
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 24, gekennzeichnet durch trapezförmige Schneiden (9).
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bohrkopfabschnitt (3) zwei Schneidringe aufweist, die jeweils Abführkanäle (10) aufweisen, so daß Jeweils eine Vielzahl von radial angeordneten Schneiden (9) entstehen, wobei die zwei Schneidring rotatorisch zueinander versetzt sind, so daß die Abführkanäle (10) des ersten Schneidrings mit den Schneiden (9) des zweiten Schneidrings fluchten.