EP2553202B1 - Method for operating a horizontal drilling device and horizontal drilling device - Google Patents

Method for operating a horizontal drilling device and horizontal drilling device Download PDF

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EP2553202B1
EP2553202B1 EP11714932.8A EP11714932A EP2553202B1 EP 2553202 B1 EP2553202 B1 EP 2553202B1 EP 11714932 A EP11714932 A EP 11714932A EP 2553202 B1 EP2553202 B1 EP 2553202B1
Authority
EP
European Patent Office
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rod assembly
drill rod
rotary drive
horizontal drilling
drilling device
Prior art date
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Active
Application number
EP11714932.8A
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German (de)
French (fr)
Other versions
EP2553202A2 (en
Inventor
Elmar Koch
Sebastian Fischer
Andreas Joachim Hanses
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tracto Technik GmbH and Co KG
Engie SA
Original Assignee
Tracto Technik GmbH and Co KG
GDF Suez SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Tracto Technik GmbH and Co KG, GDF Suez SA filed Critical Tracto Technik GmbH and Co KG
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04Directional drilling
    • E21B7/046Directional drilling horizontal drilling
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods
    • E21B19/086Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods with a fluid-actuated cylinder
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/20Combined feeding from rack and connecting, e.g. automatically
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/02Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells by mechanically taking samples of the soil
    • E21B49/06Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells by mechanically taking samples of the soil using side-wall drilling tools pressing or scrapers

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a horizontal bore and a horizontal boring device.
  • Horizontal drilling devices are used to bring in trenchless construction methods disposal lines in the ground or already existing old lines trenchless exchange.
  • Horizontal drilling devices are widely used, in which a drill head is initially driven obliquely into the soil by means of a drill pipe and, starting from a drilling carriage positioned on the earth's surface, until the drill head reaches the desired drilling depth. Then the drill head is reversed to the horizontal to perform the actual horizontal bore.
  • the target point of such a horizontal well may be, for example, in a specially excavated target mine or in a basement room or he may also, i. as the starting point, are located at the surface of the earth, so that the drill head is reversed after a certain Bohr progress in an obliquely upward direction to let the drill head to exit again on the earth's surface.
  • an expander such as a conical expander
  • It can be provided to attach to the expansion device a newly retracted line to collect these simultaneously with the expansion of the pilot hole in the soil.
  • Horizontal drilling rigs are also used to replace trenchless trenchings buried underground.
  • the drill string is pushed by the drill carriage along the old line (and in particular by an old pipe) and after reaching a destination point, which may for example lie in a maintenance shaft of the sewer, the front end of the drill string connected to a widening device the old line is cut or ruptured during the retraction of the drill pipe, the parts of the destroyed old pipe are displaced radially into the surrounding soil.
  • a new pipe can be pulled into the old pipe.
  • the new pipe can have an outer diameter which corresponds to or even exceeds the outer diameter of the old pipe.
  • Horizontal drilling devices regularly have a linear drive, with which the drill string is driven in the ground and withdrawn; Furthermore, a rotary drive is provided regularly, with which the drill pipe (and thus the associated drilling or expander) can be set in rotation. Through the rotation of the drill head or the expander the propulsion in the soil can be improved.
  • a rotation of the drill head is required in order to be able to control it in the desired drilling direction.
  • the drill heads of such horizontal drilling devices have an asymmetrically shaped (eg bevelled) drill head front which results in lateral deflection of the drill head during movement through the soil. If the drill head is driven in rotation simultaneously with the driving in the ground, the asymmetrical design of the drill head has no influence on the straight bore course, because the lateral deflection compensates in the middle of a turn.
  • Horizontal wellhead drilling rigs are often only suitable for use in out-of-town areas as they must be positioned at a considerable distance from the area because of the tapping path required to achieve the desired depth of drilling in which the bore or the new pipeline is to be introduced into the soil or in which an existing old pipeline is to be replaced. Frequently, space is not available in built-up urban areas.
  • Another disadvantage of such Horizontalbohrvoriquesen is that these - regularly trained as a self-propelled Bohrlafette - horizontal drilling produce considerable land damage that must be eliminated again with a corresponding financial outlay.
  • a horizontal boring machine which is designed for use in small excavation pits with a rectangular cross section of about 70 cm x 40 cm and a depth of about 1 m to 1.5 m.
  • This horizontal drilling device comprises a frame whose dimensions correspond approximately to the cross-sectional dimensions of the excavation and which is lowered into the excavation. A part of the frame protrudes beyond the upper edge of the excavation.
  • a combined linear / rotary drive provided over a screwed from individual rod sections together drill pipe is driven into the soil.
  • the linear / rotary drive comprises a rotary drive which can be displaced in the horizontal direction within the frame by means of the linear actuator consisting of two hydraulic cylinders.
  • the last rod assembly is fixed non-positively in the rotary drive, for which the rotary drive has jaws.
  • the rod sections which are gradually screwed to the rear end of the already drilled drill string, are fed to the linear / rotary drive upper a linkage, which this from a rod magazine, in the upper, over the edge of the pit extending portion of the frame is arranged, transported to the linear / rotary drive.
  • the linkage comprises a changer motor whose motor shaft is provided with a threaded pin.
  • the threaded pin is screwed into the rear end of a linkage, which is intended for transport to the linear / rotary drive.
  • a disadvantage of the DE 196 33 934 A1 known Horizontalbohrvoriques is that due to the coaxial alignment of the changer motor, the new rod assembly and the drill string only relatively short (compared to the length of the frame) short rod sections can be used. However, the shorter the individual rod sections, the more frequently new rod sections have to be attached to the drill pipe in order to introduce the hole of the desired length into the ground. The preparation or release of a rod section is associated with a considerable amount of time.
  • the device has a rotary drive, which is not a has shown hollow shaft which is adapted to receive a pipe section, the front end can be screwed to the last linkage portion of the already located in the ground part of a linkage. To make this possible, is located on a carriage a clamping device for holding the linkage section. The power transmission between the hollow shaft and the linkage section is done upper form or frictional engagement.
  • the invention was the object of an improved method for operating a horizontal drilling and a specify improved horizontal drilling device.
  • a method for operating a horizontal drilling device which allows the use of as long as possible rod sections and a horizontal drilling device, which is suitable inter alia for carrying out this method should be specified.
  • the invention is based on the idea to provide as long as possible rod sections for the drill string in order to limit the time required for a rod change (ie, the attachment or release of a rod section to / from the drill string) to a minimum.
  • a rod change ie, the attachment or release of a rod section to / from the drill string
  • the rod sections are held during the linkage change of the removable motor. Since this changeover motor is positioned in a coaxial position behind the linkage, the maximum possible length of the rod sections is shortened at least by the length of the changeover motor.
  • the present invention is therefore based on a changer motor, as in the drilling device of DE 196 33 934 A1 is present to dispense, the linkage change the rod sections by means of the rotary drive (over which during operation of the drilling device, the drill pipe is then driven to rotate) perform. Since according to the invention also resorted to a rotary drive, which does not attack at the front or rear end of the rod sections, but this encompasses (so that it engages the mantle of the respective rod section), a design-related loss of length for the rod sections is avoided. These can thus be formed as long as possible.
  • the linkage boom provided for the linkage change is fixed in a form-fitting manner within the passage opening of the rotary drive.
  • a positive fixation of the rod sections has opposite to the DE 196 33 934 A1 known non-positive fixation on the advantage that the risk of slippage of the drill string is avoided at high loads and also the design effort that is required by the use of hydraulic cylinders to form a clamping device can be avoided.
  • a corresponding horizontal drilling device which is particularly suitable for operation according to a method of the invention, has a linear drive, a movable by means of the linear drive rotary drive and a drill pipe, wherein the rotary drive forms a through hole into which the drill string is pluggable.
  • the rotary drive within the passage opening on force transmission means for the positive transmission of pressure and / or tensile forces and / or torque on the drill string on.
  • the force transmission means are formed so that the drill string in a first angular position (the power transmission means relative to the drill string) can be plugged into or removed from the rotary drive, while in a second angular position a locking of Linkage is given, can be transmitted in accordance with the invention pressure and / or tensile forces and / or torque.
  • a locking of the linkage within the rotary drive is thus achieved via a relative rotation of the rod assembly relative to the power transmission means of the rotary drive.
  • a locking of the drill string in the rotary drive by a relative rotation can preferably be achieved in that the force transmission means comprise a power transmission ring which forms an opening through which the drill string can be inserted through.
  • the drill pipe in at least one first section to a cross section of the opening as far as corresponding first cross section, that the linkage in only the first angular position through the opening of the power transmission ring is pluggable.
  • the drill pipe has in at least one second section, which is formed as a partial section of the first section, has a second cross section, which differs from the first cross section, and which is configured so that the linkage can only be rotated into the second angular position when the second section is within the second angular position Opening of the power transmission ring is located.
  • the power transmission ring is interchangeable arranged in the rotary drive.
  • the cost of maintenance of the horizontal boring device according to the invention is kept low, since the power transmission ring, which is subject to a relatively large wear by the locking contact with the drill string, can be replaced without having to replace the entire rotary drive.
  • the drill string has a circular base cross-section, wherein this circular base cross-section in the first section is flattened at least on one side (and preferably on two sides with opposite parallel flats). Further preferably, the drill string may then have in the second portion at least one (preferably two) arcuate groove (s) which terminates in the lateral flattening (s).
  • the drill string is designed as a drill string of a plurality of interconnected rod sections, wherein each rod section has at least two first sections and at least two second sections. This can ensure that the rotary drive or the power transmission means of the rotary drive can engage two (spaced apart in the longitudinal direction of the rod assembly) positions of each rod section.
  • each rod section for the rod change at a first position and for drilling the drill string at a second position is fixed. This makes it possible to design the rod assembly longer than the maximum stroke of the linear drive, which generally always has to be significantly shorter than the length of the excavation pit (in the direction of the drilling axis) for design reasons.
  • a first and a second section are in the region of the two ends of each rod section, between which at least a third section is arranged, which have a lower bending stiffness than the two first sections.
  • This third section can be adapted to the overall bending stiffness of the individual rod section and thus of the entire drill string.
  • the rotary drive of the horizontal drilling device preferably has a hollow gear with a bevel gear driven by a motor, wherein the bevel gear meshes with a toothed ring, which in turn is rotatably connected to the power transmission means.
  • This configuration makes it possible to arrange the motor of the rotary drive in the vertical direction (i.e., perpendicular to the drilling axis) within the excavation, whereby the rotary drive as a whole can be kept as short as possible (in the direction of the drilling axis).
  • the smallest possible stroke for the rotary drive moving linear drive can be realized in tight spaces.
  • the linear drive of the horizontal drilling device according to the invention is preferably in the form of one or more drive cylinders (preferably operated hydraulically or pneumatically).
  • the rotary drive can then be connected to the linear drive by being connected to the cylinder tube (s) of the drive cylinder (s).
  • the Fig. 1 shows in an isometric view of a horizontal drilling device 1 according to the invention when introducing a pilot hole in the ground.
  • the horizontal drilling device comprises a cylindrical housing 2, which is partially closed by a cylindrical jacket 3. Functionally, the horizontal boring device 1 or the housing 2 of the horizontal boring device 1 is subdivided into two sections, namely a lower section called a "pit section", which is located inside a excavation pit 4 specially excavated for receiving the horizontal boring device 1.
  • the housing 2 In the pit section of the horizontal drilling device 1, the housing 2 is substantially completely closed by the jacket 3. This prevents soil from falling off the wall of the excavation 4 from falling into the cavity formed by the housing 2, where there are further functional elements the horizontal drilling device 1 and in particular a combined linear / rotary drive 5 is located. Otherwise, soil falling into the cavity could contaminate these functional elements, which could impair the function of the horizontal drilling apparatus 1.
  • the housing 2 is partially open in order to give an operator access to a linkage pin 6 extending into this area.
  • the horizontal boring device 1 is positioned "suspended" within the excavation 4, i. this is not supported on the bottom of the excavation 4, but rather on a support device with a total of three support legs 7, which are attached to the longitudinal members 8 of the housing 2 in the region of the surface portion of the horizontal drilling device 1.
  • Each of the support legs 7 can be attached to the respective side member 8 at a total of five different positions.
  • a height adjustment of the suspended in the excavation 4 horizontal drilling 1 done. This height adjustment is important to e.g. to position the located within the pit section linear / rotary drive 5 on the right for the introduction of the pilot hole in the ground height.
  • Each of the support legs 7 further comprises a spindle support, which is connected via a rotary joint with the cross member 10 of the respective support leg 7.
  • the spindle support comprises a threaded rod 11 which has a support leg 12 at its foot end.
  • a handle 13 is provided, via which the threaded rod 11 can be rotated about its longitudinal axis, whereby a longitudinal displacement relative to the threaded rod surrounding the spindle housing 14 is achieved.
  • the spindle supports serve to align the horizontal drilling device 1 within the pit 4 exactly after a first height positioning has already been achieved by the attachment of the support legs 7 to the side rails 8 of the housing 2.
  • the excavation 4 - as well as the housing 2 of the horizontal drilling device 1 - has a cylindrical shape whose inner diameter also corresponds substantially to the outer diameter of the housing 2 of the horizontal drilling device.
  • the shell 3 of the horizontal drilling device 1 in the region of the pit section is thus more or less directly against the wall of the Excavation 4 on. Due to the extensive agreement of the inner diameter of the excavation 4 and the outer diameter of the housing 2, not only the size of the excavation pit 4 to be excavated can be kept to a minimum, but it can be achieved within the excavation 4 as large as possible and homogeneous support of the horizontal drilling 1. Due to the circular cross-section of the excavation 4 and the housing 2, the support is also independent of the respective rotational orientation (about the longitudinal axis of the horizontal drilling).
  • the excavation 4 was excavated by first with a crown drill (not shown), an annular groove with the required (outer) diameter in the surface seal (asphalt surface) was introduced, which removes dislodged disc-shaped asphalt cover and then the underlying soil by means of a Suction dredger (not shown) was sucked.
  • the suction dredger used for this purpose comprises a suction nozzle, which likewise has a circular cross section.
  • the excavation 4 is excavated slightly lower than necessary in order to allow a height adjustment of the suspended horizontal drilling device 1 within the excavation 4, without causing an accidental placement of the lower end of the horizontal drilling 1 on the pit floor.
  • the horizontal drilling 1 was lowered by means of a crane (not shown) in the pit 4 until the previously secured to the side rails 8 of the housing 2 support legs 7 have contact with the earth's surface. With the help of the crane, the horizontal drilling device 1 was then still rotationally aligned within the excavation by being rotated about its longitudinal axis until the arranged by the arranged within the pit portion of the horizontal drilling 1 linear / rotary drive drilling axis has in the desired starting direction for the pilot hole , On the spindle supports then a fine adjustment of the working height of the horizontal drilling device 1 and within limits of the inclination of the horizontal drilling device 1 with respect to the vertical could be achieved.
  • the horizontal boring device 1 Since the wall of the excavation 4 - in particular when it was excavated by means of a suction dredger - is not uniformly cylindrical, the horizontal boring device 1 according to the invention has in the region of the excavation section a total of four support elements 15 distributed uniformly over the circumference. These support elements 15 comprise support plates 16, which in a retracted position in each case form a section of the cylindrical jacket 3 of the horizontal drilling device. The support plates 16 can each be deflected by means of a hydraulic cylinder 17 in the radial direction to the outside to make a direct contact of the horizontal drilling device 1 with the wall of the excavation 4 in order to safely support these within the excavation 4.
  • Each of the support plates 16 is connected via a first pivot 18 to a first end of a Auslenkhebels 19, which in turn is rotatably supported by a second pivot joint 21 on the housing 2 of the horizontal drilling device 1.
  • a second end of the Auslenkhebels 19 is connected to the head of a piston rod 20 of the hydraulic cylinder 17.
  • a extension and retraction of the hydraulic cylinder 17 thus causes a partial rotation of the Auslenkhebels 19 about the pivot 21, whereby the respective support plate 16 can be deflected radially or withdrawn.
  • End stops 22 prevent the support plate 16 when retracting the hydraulic cylinder 17 penetrates into the interior defined by the shell of the housing.
  • the Fig. 2 shows one of the Fig. 1 corresponding representation of the entire horizontal drilling device 1, but in which a part of the shell 3 is removed in the pit section to make visible the functional elements arranged therein.
  • Fig. 3 to 5 show various views of this portion of the horizontal drilling device 1 in enlarged views. It can be seen that the combined linear / rotary drive 5 is arranged at the lower end of the horizontal drilling device 1 within the housing 2. This serves to propel a composite of individual rod sections 23 drill pipe 24 rotating in the soil.
  • the Fig. 6 shows a partial section through the linear / rotary drive 5 in an isolated from the other elements of the horizontal drilling device 1 representation.
  • the linear drive is formed by two hydraulic cylinders 25.
  • the piston rods 26 of the two hydraulic cylinders 25 pass through the respective cylinder tube 27 completely and are connected at their two ends to the housing 2 of the horizontal drilling device 1.
  • the piston rods 26 each have a centrally disposed piston (not shown), which divides the respectively formed between the cylinder tube 27 and the piston rod 26 annular space into two working chambers, which can be supplied via a hydraulic line 66 with the hydraulic oil.
  • a movement of the respective cylinder tube 27 on the piston rod 26 in one or the other direction is achieved.
  • the movement of the two hydraulic cylinders 25 of the linear drive is synchronized.
  • a rotary drive is arranged between the two cylinder tubes 27 of the linear drive forming hydraulic cylinder 25 and secured thereto.
  • the rotary drive comprises a flange-mounted on a hollow gear 28 motor 29 (in particular a hydraulic or an electric motor).
  • a drive shaft 30 of the motor 29 is connected to a bevel gear 31, which in turn meshes with a toothed ring 32, which in turn is connected via screw 33 with a drive sleeve 34.
  • the drive sleeve 34 is rotatably supported by two roller bearings 35 within a housing 36 of the hollow gear 28. A rotation of the drive shaft 30 of the motor 29 thus causes a rotation of the drive sleeve 34 about its longitudinal axis.
  • This longitudinal axis substantially corresponds to the longitudinal axis of the drill pipe 24 held therein and consequently also to the drilling axis, ie the starting direction of a pilot bore to be introduced or the longitudinal axis of a bore or an old pipe extending in the wall of the excavation 4.
  • a drive ring 37 For transmitting the rotational movement of the drive sleeve 34 and the longitudinal movement generated by the hydraulic cylinders 25 of the linear drive on the drill pipe 34 held in the drill pipe 24 is a drive ring 37 which - fixed in an operating position of the drill string 24 within the driver ring 37 - the drill string 24 positively.
  • the driving ring 37 is mounted in a form-fitting manner within the drive sleeve 34 and can be exchanged in a simple manner by first removes a snap ring 63 from a corresponding groove in the inside of the drive sleeve 34 and then a spacer ring 64 is pulled out of the drive sleeve. The driver ring 37 can then be easily pulled out of the drive sleeve 34.
  • the Fig. 9a and 9b 10a and 10b show, in two views in each case, the two operating positions of the drill pipe 24 within the driver ring 37 relevant to the operation of the horizontal drilling apparatus 1. These two operating positions differ by a 90 ° relative rotation of the driver ring 37 about its longitudinal axis relative to the drill pipe 24.
  • the drill pipe 24 is locked in the drive ring. This locking is achieved by the special shell shape of the rod sections 23 of the drill string 24 and a shape adapted thereto of the central opening of the driver ring 37.
  • Each rod assembly 23 of the drill string 24 has a cylindrical basic shape with a relatively small diameter central portion 38 and two relatively large diameter end portions 39a, 39b.
  • two parallel flats 40 are provided, resulting in a cross section with two parallel straight sides and two opposite arcuate sides.
  • the driving ring 37 forms a passage opening corresponding to this cross section, so that it is possible, provided the driving ring 37 and the rod section 23 guided therein in the in the 10a and 10b Rotational alignment shown arranged to each other are to insert the rod assembly 23 in the through hole of the cam ring 37 and free to move (in the longitudinal direction).
  • cams 42 are formed whose distance is greater than the narrow width (corresponding to the distance between the two straight edges of the through hole of the driving ring) of the through hole of the cam ring 37. These cams 42 strike in the in the Fig. 9a and 9b illustrated locking position at the edges of the driving ring 37 and thus prevent further rotation (clockwise).
  • the middle section 38 of each rod section 23 has a reduced outer diameter in order to achieve a (defined) bending stiffness in relation to the end sections 39a, 39b. This should enable the use of a controllable inclined drilling head. By reversing the drill head 43 in the ground, a sectionally arcuate bore profile is achieved. The drill string 24 must adapt to this arcuate bore profile, which leads to a corresponding bending stress.
  • the reduced diameter and thus relative to the end portions 39a, 39b relatively flexible middle section 38 of each rod section 23 serves to keep the rod assembly 23 altogether pliable, while at the same time the end portions 39a, 39b, which are particularly vulnerable to breakage, stiff perform.
  • the individual rod sections 23 the linear / Rotary drive 5 are not manually fed. Rather, this is for this an automated rod feed provided, which consists of a rod holder 44, which is arranged at the height of the linear / rotary drive 5, and the linkage pin 6.
  • the rod receiver 44 is in the overall view of Fig. 4 and 5 as well as isolated in the representations of the Fig. 7a, 7b . 8a and 8b shown.
  • the central element of the boom support 44 is a receiving mandrel 45, which is mounted in a bridge 46 which is connected to the cylinder tubes 47 of two further hydraulic cylinders 48.
  • Also in the hydraulic cylinders 48 are those in which the piston rod 49 protrudes from both sides of the cylinder tube 47.
  • the two free ends of the two piston rods 49 are connected to the housing 2 of the horizontal drilling device 1, so that by a corresponding pressurization of the hydraulic cylinder 48 with hydraulic oil, the cylinder tubes 47 can be moved on the stationary piston rods 49 and consequently the boom support 44 in the horizontal direction.
  • the receiving mandrel 45 of the boom receptacle 44 is pivotally mounted within the bridge 46 about a horizontal axis, wherein a pivoting between the two in the Fig. 7a, 7b on the one hand and 8a, 8b on the other hand shown end positions is possible.
  • the pivoting is achieved via a further hydraulic cylinder 50, which is supplied via corresponding hydraulic connections 65 with a hydraulic oil.
  • a receiving carriage 52 which can receive a rod section 23, slidably guided, wherein the receiving carriage 52 is fixed to a run of a drive belt 53 which extends outside of the guide rail 51 and parallel thereto.
  • An upper drive roller of the drive belt 53 is connected to a motor (not shown) for driving the same.
  • a lower guide roller 54 is mounted on an axle 55, which is guided at its two ends on a respective threaded rod 56 and in a respective groove 57. By rotating the threaded rods 56, the vertical position of the lower guide roller 54 can be changed to tension the drive belt 53.
  • the receiving carriage 52 By means of the drive belt 53, the receiving carriage 52 can be moved up and down within the guide rail 51. In this way, a boom section 23, which is used by an operator in a loading station 58 in the surface portion of the horizontal drilling device 1, to the boom support 44 in the pit section - and vice versa - be transported.
  • the Fig. 11 shows in an isolated view of the boom receptacle 44 and the lower part of the linkage pin 6 including the receiving carriage 52, in which a rod section 23 is held.
  • the receiving carriage 52 forms a passage opening into which the rod section 23 can be inserted by the operator in the region of the loading station 58 from the side.
  • the inserted rod assembly 23 is suspended, ie two pairs of projections 59 each form a clearance which is only slightly wider than the diameter of the central portion 38 and narrower than the wider side of the end portions 39a, 39b of the rod section 23 ,
  • One of the projection pairs engages in the locking grooves 41 of the front end portion 39 a, while the second projection pair engages in the central portion 38 of the rod section 23.
  • rod assembly 23 is mounted on the vertically oriented receiving mandrel 45 (see. Fig. 5 [Receiving carriage not shown] and 8a, 8b).
  • the mandrel is then 90 ° in the in the Fig. 4 and 7a, 7b shown horizontal operating position pivoted, whereby the rod assembly 23 is pivoted out of the receiving carriage 52 in the lateral direction.
  • the receiving carriage 52 can then be moved back to the loading station 58, so that a further rod section 23 can be used.
  • the horizontal drilling device 1 is designed for the execution of flushing holes, ie the drill bit 43 arranged on the front side of the drill string 24 is supplied via the drill string 24 with a drilling fluid which emerges through front and side outlet openings.
  • the individual rod sections 23 of the drill string 24 are designed to be hollow throughout.
  • the drilling fluid is supplied to the drill pipe 24 via the mandrel 45, which is also designed to be almost continuous hollow. Only at the rear end, ie from an attached rod section 23rd outstanding end, this is closed by means of a screw 60.
  • the hollow space formed by the hollow mandrel 45, the drilling fluid is supplied via a likewise hollow shaft on which the receiving mandrel 45 is rotatably mounted.
  • the horizontal drilling device 1 is then lowered into the excavation 4, aligned and supported, as already described.
  • the drill head 43 is drilled as far as possible in the ground. Due to the length of the drill head 43, the drilling is carried out with two strokes of the linear drive; at the first stroke, the cam ring 37 is located at the front end of the two parallel flats, so that the Compressive forces are transmitted via the paragraph formed there and the torque on serving as the key surfaces parallel flats. After the first stroke of the linear drive is moved back so that the driving ring 37 engage in the locking grooves and lock the drill head 43. Then the linear drive is again moved forward by one working stroke, whereby the drill head 43 is completely bored. The rotary drive is then in the example in the Fig. 4 and 5 illustrated foremost position.
  • a provided in the region of the passage opening locking fork (not shown) is then shut down.
  • the fork width of the locking fork corresponds to the distance between the two parallel flats of the drill head 43 and the distance between the two locking grooves.
  • the drill bit 43 was aligned by means of the rotary drive so that the two flats of the end portion are aligned vertically, so that the locking fork can drive over the end portion (in a section in front of the locking grooves) of the drill head 43, whereby rotation of the drill head by means of a positive fixation 43 is temporarily prevented.
  • the operator has already used a first rod section 23 in the receiving carriage 52 and attached it to the receiving mandrel 45 by a method of the linkage pin 6. After a pivoting of the mandrel 45 and the attached thereon rod assembly 23 by 90 ° in its horizontal orientation, the rod assembly 23 is in a largely coaxial position to the already drilled bit 43.
  • the two hydraulic cylinders 48 of the rod holder 44 can then the front Threaded plug of the rod assembly 23 are moved up to the rear threaded bushing of the drill head 43.
  • the driving ring 37 is then released from the locking grooves of the drill head 43 and the linear / rotary drive 5 is moved back so far that this is located in a defined region of the front end portion 39 a of the first rod section 23.
  • the first rod assembly 23 is screwed to the drill head 43 fixed in the direction of rotation by the locking fork, the torque being transmitted via the parallel flats 40.
  • the driving ring 37 is not yet locked in the locking groove 41, the rod section can be displaced relative to the driving ring 37 during screwing in the longitudinal axial direction.
  • the longitudinal movement of the rod section 23 required for screwing the rod section 23 can be realized without a complex length compensation realized by the linear drive.
  • the position of the rotary drive during the screwing is chosen so that the locking grooves 41 of the front end portion 39 a after the complete screwing of the rod section 23 with the drill head 43 within the driving ring 43, so that it can directly engage in the locking grooves 41 by a 90 ° rotation directly, that is, without another method of the linear drive is required to fix the rod assembly 23 in the longitudinal direction.
  • the drill string is then drilled so far until the rotary drive has returned to its front end position.
  • the rotary drive is unlocked by a 90 ° rotation (in the opposite direction) of the driver ring and moved back by means of the hydraulic cylinder 25 of the linear drive until the driver ring 37 can engage in the locking grooves 41 of the rear end portion 39b of the first rod section 23; There, the driving ring 37 is locked again by a 90 ° rotation. Then the drill string, consisting of drill head 43 and first rod assembly 23 is driven by the use of the linear / rotary drive 5 by a further working stroke of the linear drive further into the soil.
  • the locking grooves 41 of the front end portion 39a of the first linkage 23 are below the locking fork, which can then be lowered to fix the drill string while the second linkage 23 is bolted to the existing drill string.
  • the second rod assembly 23 is moved up by means of the rod holder 44 to the rear end of the first rod assembly 23.
  • the rotational drive is released from the first linkage 23 and moved backwards so far that it can engage the parallel flats 40 in the front end section 39a of the second linkage section 23.
  • the second rod section 23 is then screwed to the first rod section 23, wherein after completing the screwing of the cam ring 37 is locked again in the locking grooves 41 of the front end portion 39 a of the second rod section and the drill string back to the Reaching the front end position (of the linear drive) is bored.
  • the linear / rotary drive 5 is then released by a 90 ° relative rotation of the driving ring 37 of the second rod section 23 and moved back to lock the second rod section 23 in the rear end portion 39b and the drill string to another working stroke in to drive the soil.
  • the locking fork always engages in the locking grooves 41 of the rod sections 23 in order to secure this or the drill string not only rotationally but also against longitudinal movement. As a result, it is possible to prevent the drill string from shifting unintentionally due to elastic re-deformations of the compressed soil and of the drill string compressed or stretched by the loads.
  • the preparation and Verbohren further rod sections 23 is then carried out in an identical manner.
  • pilot bore After the pilot bore has been completed, it may be provided to replace the drill head 43 by a widening device (not shown) to widen the bore during retraction of the drill string.
  • a neural tube (not shown) or other supply line (not shown) may be attached to the expander head, which is retracted into the bore simultaneously with the expander.
  • the driving ring 37 of the rotary drive is locked in the locking grooves 41 of the rear end portion 39 b of the last rod section 23.
  • the rotary drive is moved by a process of the hydraulic cylinder 25 of the linear drive to the rear.
  • the locking fork is then moved down and fixes the penultimate rod assembly 23 by this in the locking grooves 41 of the rear end portion 39 b of this rod section 23 engages.
  • the linear / rotary drive is then released by a 90 ° rotation of the driving ring of the rod section 23 and moved forward again until the driving ring 37 can engage in the locking grooves of the front end portion 39a of the last rod section 23.
  • the drill string 24 is pulled out of the ground so far that the locking fork can lock the penultimate rod section 23 in the front end portion 39a. Then the last rod section 23 can be unscrewed from the penultimate rod section 23 by a rotation of the drive sleeve 34 in the counterclockwise direction. Due to the particular shape of the rod section in the region of the end sections, a torque for releasing the threaded connection can be transmitted without the carrier ring 37 being fixed in the locking groove 41 also in the longitudinal axial direction. This allows the driving ring 37 slide when unscrewing the rod assembly 23 according to the thread pitch over the rod section, whereby a length compensation on the linear drive can be avoided.
  • the horizontal drilling device shown is particularly suitable for use in inner city areas and in particular for the creation of domestic connections in the supply area (in particular gas, water, electricity, glass fiber, etc.). Drill holes of up to 20 meters in length can be drilled and used to retract pipes or cables with an outside diameter of up to 63 mm.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Horizontalbohrung sowie eine Horizontalbohrvorrichtung.The invention relates to a method for operating a horizontal bore and a horizontal boring device.

Horizontalbohrvorrichtungen kommen zum Einsatz, um in grabenloser Bauweise Verund Entsorgungsleitungen in das Erdreich einzubringen bzw. bereits verlegte Altleitungen grabenlos auszutauschen.Horizontal drilling devices are used to bring in trenchless construction methods disposal lines in the ground or already existing old lines trenchless exchange.

Es existieren eine Vielzahl unterschiedlicher Horizontalbohrvorrichtungen. Weit verbreitet sind Horizontalbohrvorrichtungen, bei denen ein Bohrkopf mittels eines Bohrgestänges und ausgehend von einer an der Erdoberfläche positionierten Bohrlafette zunächst schräg in das Erdreich vorgetrieben wird bis der Bohrkopf die gewünschte Bohrtiefe erreicht. Daraufhin wird der Bohrkopf in die Horizontale umgesteuert, um die eigentliche Horizontalbohrung auszuführen. Der Zielpunkt einer solchen Horizontalbohrung kann beispielsweise in einer extra hierfür ausgehobenen Zielbaugrube oder in einem Kellerraum liegen oder er kann sich ebenfalls, d.h. wie der Startpunkt, an der Erdoberfläche befinden, so dass der Bohrkopf nach einem gewissen Bohrfortschritt in eine schräg nach oben weisende Richtung umgesteuert wird, um den Bohrkopf wieder an der Erdoberfläche auszutreten zu lassen.There are a variety of different Horizontalbohrvorrichtungen. Horizontal drilling devices are widely used, in which a drill head is initially driven obliquely into the soil by means of a drill pipe and, starting from a drilling carriage positioned on the earth's surface, until the drill head reaches the desired drilling depth. Then the drill head is reversed to the horizontal to perform the actual horizontal bore. The target point of such a horizontal well may be, for example, in a specially excavated target mine or in a basement room or he may also, i. as the starting point, are located at the surface of the earth, so that the drill head is reversed after a certain Bohr progress in an obliquely upward direction to let the drill head to exit again on the earth's surface.

Nachdem der Bohrkopf den Zielpunkt erreicht hat, wird dieser häufig gegen eine Aufweitvorrichtung, beispielsweise einen konischen Aufweitkörper, ersetzt, um bei dem Zurückziehen des Bohrgestänges mittels der Bohrlafette die zuvor erstellte (Pilot-)Bohrung aufzuweiten. Dabei kann vorgesehen sein, an die Aufweitvorrichtung eine neu einzuziehende Leitung anzuhängen, um diese gleichzeitig mit dem Aufweiten der Pilotbohrung in das Erdreich einzuziehen.After the boring head has reached the target point, it is often replaced by an expander, such as a conical expander, to recover the drill string when the drill string is withdrawn by the borer carriage (Pilot) bore to widen. It can be provided to attach to the expansion device a newly retracted line to collect these simultaneously with the expansion of the pilot hole in the soil.

Horizontalbohrvorrichtungen werden auch dazu verwendet, im Erdreich verlegte Altleitungen grabenlos zu ersetzen. Hierzu wird in einem ersten Arbeitsschritt das Bohrgestänge von der Bohrlafette entlang der Altleitung (und insbesondere durch ein Altrohr) geschoben und nach dem Erreichen eines Zielpunkts, der beispielsweise in einem Wartungsschacht der Kanalisation liegen kann, das vordere Ende des Bohrgestänges mit einer Aufweitvorrichtung verbunden, durch die die Altleitung beim Zurückziehen des Bohrgestänges zerschnitten oder geborsten wird, wobei die Teilstücke der zerstörten Altleitung radial in das umgebende Erdreich verdrängt werden. Gleichzeitig kann ein Neurohr in das Altrohr eingezogen werden. Durch das Zerstören des Altrohrs und das Verdrängen der Teilstücke des Altrohrs kann das Neurohr einen Außendurchmesser aufweisen, der dem Außendurchmesser des Altrohrs entspricht oder diesen sogar übersteigt.Horizontal drilling rigs are also used to replace trenchless trenchings buried underground. For this purpose, in a first step, the drill string is pushed by the drill carriage along the old line (and in particular by an old pipe) and after reaching a destination point, which may for example lie in a maintenance shaft of the sewer, the front end of the drill string connected to a widening device the old line is cut or ruptured during the retraction of the drill pipe, the parts of the destroyed old pipe are displaced radially into the surrounding soil. At the same time a new pipe can be pulled into the old pipe. By destroying the old pipe and displacing the sections of the old pipe, the new pipe can have an outer diameter which corresponds to or even exceeds the outer diameter of the old pipe.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, anstelle einer Aufweitvorrichtung einen Adapter an das vordere Ende des Bohrgestänges anzuschließen, der an dem rückseitigen Ende der Altleitung angreift und diese beim Zurückziehen des Bohrgestänges aus dem Erdreich herauszieht. Dadurch kann verhindert werden, dass Bruchstücke oder eine zerstörte Altleitung im Erdreich verbleiben, die anderenfalls aufgrund der scharfkantigen Bruchkanten und des von dem umgebenden Erdreich ausgeübten Drucks das Neurohr beschädigen könnten.Alternatively, it is also possible, instead of a widening device to connect an adapter to the front end of the drill pipe, which acts on the rear end of the old pipe and this pulls when retracting the drill string from the ground. This can prevent fragments or a damaged old pipeline from remaining in the ground, which could otherwise damage the neuro-ear due to the sharp-edged break edges and the pressure exerted by the surrounding soil.

Horizontalbohrvorrichtungen weisen regelmäßig einen Linearantrieb auf, mit dem das Bohrgestänge im Erdreich vorgetrieben und zurückgezogen wird; Weiterhin ist regelmäßig ein Rotationsantrieb vorgesehen, mit dem das Bohrgestänge (und somit der damit verbundene Bohr- oder Aufweitkopf) in Rotation versetzt werden kann. Durch die Rotation des Bohrkopfs oder der Aufweitvorrichtung kann der Vortrieb im Erdreich verbessert werden.Horizontal drilling devices regularly have a linear drive, with which the drill string is driven in the ground and withdrawn; Furthermore, a rotary drive is provided regularly, with which the drill pipe (and thus the associated drilling or expander) can be set in rotation. Through the rotation of the drill head or the expander the propulsion in the soil can be improved.

Weiterhin ist bei den meisten der steuerbaren Horizontalbohrvorrichtungen eine Rotation des Bohrkopfs erforderlich, um diesen in die gewünschte Bohrrichtung steuern zu können. Die Bohrköpfe solcher Horizontalbohrvorrichtungen weisen eine asymmetrisch ausgebildete (z.B. abgeschrägte) Bohrkopffront auf, die zu einer seitlichen Ablenkung des Bohrkopfs während der Bewegung durch das Erdreich führt. Wenn der Bohrkopf gleichzeitig mit dem Vortreiben im Erdreich rotierend angetrieben wird, hat die asymmetrische Ausbildung des Bohrkopfs keinen Einfluss auf den geradlinigen Bohrverlauf, denn die seitliche Ablenkung gleicht sich im Mittel einer Umdrehung aus. Wird dagegen die Rotation des Bohrkopfs gestoppt und dieser ausschließlich schiebend - gegebenenfalls unterstützt durch von einer in den Bohrkopf oder in die Bohrlafette integrierte Schlagvorrichtung ausgeübte Schläge - vorgetrieben, führt die asymmetrische Ausgestaltung des Bohrkopfs zu einer (konstanten) seitlichen Ablenkung. Dadurch wird ein bogenförmiger Bohrverlauf und im Ergebnis eine Änderung der Bohrrichtung erreicht.Furthermore, in most of the controllable horizontal drilling devices, a rotation of the drill head is required in order to be able to control it in the desired drilling direction. The drill heads of such horizontal drilling devices have an asymmetrically shaped (eg bevelled) drill head front which results in lateral deflection of the drill head during movement through the soil. If the drill head is driven in rotation simultaneously with the driving in the ground, the asymmetrical design of the drill head has no influence on the straight bore course, because the lateral deflection compensates in the middle of a turn. If, however, the rotation of the drill head stopped and this only sliding possibly supported by blows exerted by an impact device integrated in the drill head or in the drill carriage, is driven in advance, the asymmetrical configuration of the drill head leads to a (constant) lateral deflection. As a result, an arcuate bore course and as a result a change in the drilling direction is achieved.

Horizontalbohrvorrichtungen, die ausschließlich zum Ersetzen von bereits im Erdreich verlegten Altrohren vorgesehen sind, weisen häufig keinen zusätzlichen Rotationsantrieb auf.Horizontal drilling devices, which are provided exclusively for replacing old pipes already laid in the ground, frequently have no additional rotary drive.

Horizontalbohrvorrichtungen, bei denen die Bohrlafette für eine Positionierung an der Erdoberfläche vorgesehen ist, eignen sich häufig nur für einen Einsatz in außerstädtischen Gebieten, da diese wegen des für das Erreichen der gewünschten Bohrtiefe erforderlichen Anbohrwegs in einer teilweise erheblichen Entfernung von dem Bereich entfernt positioniert werden müssen, in dem die Bohrung bzw. die Neuleitung in das Erdreich eingebracht werden soll bzw. in dem eine bereits bestehende Altleitung ausgewechselt werden soll. Häufig sind entsprechende Platzverhältnisse in bebauten städtischen Gebieten nicht gegeben. Ein weiterer Nachteil derartiger Horizontalbohrvorrichtungen liegt darin, dass diese - regelmäßig als selbst fahrende Bohrlafette ausgebildeten - Horizontalbohrvorrichtungen erhebliche Flurschäden erzeugen, die mit einem entsprechenden finanziellen Aufwand wieder beseitigt werden müssen.Horizontal wellhead drilling rigs are often only suitable for use in out-of-town areas as they must be positioned at a considerable distance from the area because of the tapping path required to achieve the desired depth of drilling in which the bore or the new pipeline is to be introduced into the soil or in which an existing old pipeline is to be replaced. Frequently, space is not available in built-up urban areas. Another disadvantage of such Horizontalbohrvorrichtungen is that these - regularly trained as a self-propelled Bohrlafette - horizontal drilling produce considerable land damage that must be eliminated again with a corresponding financial outlay.

Aufgrund dieser Nachteile beschränkt sich der grabenlose Leitungsbau in bebauten Gebieten noch weitgehend auf das grabenlose Ersetzen von Altrohren, da sich die Altrohre stets zwischen bereits vorhandenen unterirdischen Hohlräumen (insbesondere Versorgungsschächte und Kellerräume) erstrecken, die für die Positionierung der Horizontalbohrvorrichtung genutzt werden können. Aushubarbeiten und folglich Flurschäden können dadurch weitgehend verhindert werden. Es wurden Horizontalbohrvorrichtungen entwickelt, die so ausgelegt sind, dass sie in einem Versorgungsschacht der Kanalisation positioniert werden können. Da neue Versorgungsleitungen häufig nicht entlang bestehender Versorgungstrassen verlegt werden sollen, kann für die Neuverlegung von Versorgungsleitungen jedoch häufig nicht auf diese Horizontalbohrvorrichtungen zurückgegriffen werden.Because of these disadvantages, the trenchless line construction in built-up areas is still largely limited to the trenchless replacement of old pipes, since the old pipes always extend between existing underground cavities (in particular supply shafts and cellars), which can be used for the positioning of the horizontal drilling. Excavation and consequently land damage can be largely prevented. Horizontal drilling devices have been developed that are designed to be positioned in a sewer service well. However, as new utility lines are often not to be routed along existing utility lines, it is often not possible to resort to these horizontal wells for utility relocation.

Aus der DE 196 33 934 A1 ist eine Horizontalbohrvorrichtung bekannt, die für einen Einsatz in kleinen Baugruben mit einem rechteckigen Querschnitt von ca. 70 cm x 40 cm und einer Tiefe von ca. 1 m bis 1,5 m ausgelegt ist. Diese Horizontalbohrvorrichtung umfasst einen Rahmen, dessen Abmessungen in etwa den Querschnittsabmessungen der Baugrube entsprechen und der in die Baugrube hinabgelassen wird. Ein Teil des Rahmens ragt dabei über die obere Kante der Baugrube hinaus. In dem innerhalb der Baugrube befindlichen Abschnitt des Rahmens ist ein kombinierter Linear/Rotationsantrieb vorgesehen, über den ein aus einzelnen Gestängeschüssen miteinander verschraubtes Bohrgestänge in das Erdreich vorgetrieben wird. Der Linear-/Rotationsantrieb umfasst einen Drehantrieb, der mittels des aus zwei Hydraulikzylindern bestehenden Linearantriebs in horizontaler Richtung innerhalb des Rahmens verschoben werden kann. Zum Vortreiben des Bohrgestänges wird der letzte Gestängeschuss in dem Drehantrieb kraftschlüssig fixiert, wofür der Drehantrieb Klemmbacken aufweist. Die Gestängeschüsse, die nach und nach an das hintere Ende des bereits verbohrten Bohrgestänges angeschraubt werden, werden dem Linear-/Rotationsantrieb Ober einen Gestängelift zugeführt, der diese von einem Gestängemagazin, das in dem oberen, sich über die Kante der Baugrube erstreckenden Abschnitt des Rahmens angeordnet ist, zu dem Linear-/Rotationsantrieb transportiert. Der Gestängelift umfasst einen Wechslermotor, dessen Motorwelle mit einem Gewindezapfen versehen ist. Der Gewindezapfen wird in das hintere Ende eines Gestängeschusses, der für den Transport zu dem Linear-/Rotationsantrieb vorgesehen ist, eingeschraubt. Durch ein Verfahren des Wechslermotors entlang des Gestängelifts kann der Gestängeschuss dann in eine zu der Bohrachse koaxiale Position transportiert werden.From the DE 196 33 934 A1 a horizontal boring machine is known, which is designed for use in small excavation pits with a rectangular cross section of about 70 cm x 40 cm and a depth of about 1 m to 1.5 m. This horizontal drilling device comprises a frame whose dimensions correspond approximately to the cross-sectional dimensions of the excavation and which is lowered into the excavation. A part of the frame protrudes beyond the upper edge of the excavation. In the section of the frame located within the excavation is a combined linear / rotary drive provided over a screwed from individual rod sections together drill pipe is driven into the soil. The linear / rotary drive comprises a rotary drive which can be displaced in the horizontal direction within the frame by means of the linear actuator consisting of two hydraulic cylinders. To propel the drill string, the last rod assembly is fixed non-positively in the rotary drive, for which the rotary drive has jaws. The rod sections, which are gradually screwed to the rear end of the already drilled drill string, are fed to the linear / rotary drive upper a linkage, which this from a rod magazine, in the upper, over the edge of the pit extending portion of the frame is arranged, transported to the linear / rotary drive. The linkage comprises a changer motor whose motor shaft is provided with a threaded pin. The threaded pin is screwed into the rear end of a linkage, which is intended for transport to the linear / rotary drive. By a method of the changeover motor along the linkage pin the linkage can then be transported in a position coaxial with the drilling axis.

Die aus der DE 196 33 934 A1 bekannte Horizontalbohrvorrichtung ermöglicht das Einbringen von Bohrungen in das Erdreich von beliebigen Startpositionen aus. Da für die Positionierung der Horizontalbohrvorrichtung lediglich eine relativ kleine Baugrube erforderlich ist und die Horizontalbohrvorrichtung aufgrund der kompakten Bauweise zudem recht einfach transportierbar ist, ist deren Verwendung mit relativ geringen Flurschäden verbunden.The from the DE 196 33 934 A1 known horizontal drilling device allows the introduction of holes in the soil from any starting positions. Since only a relatively small excavation is required for the positioning of the horizontal drilling device and the horizontal drilling is also very easy to transport due to the compact design, their use is associated with relatively low floor damage.

Ein Nachteil der aus der DE 196 33 934 A1 bekannten Horizontalbohrvorrichtung ist, dass aufgrund der koaxialen Ausrichtung des Wechslermotors, des neuen Gestängeschusses und des Bohrgestänges nur verhältnismäßig (im Vergleich zu der Länge des Rahmens) kurze Gestängeschüsse eingesetzt werden können. Je kürzer die einzelnen Gestängeschüsse sind, desto häufiger müssen jedoch neue Gestängeschüsse an das Bohrgestänge angesetzt werden, um die Bohrung mit der gewünschten Länge in das Erdreich einzubringen. Das Ansetzen bzw. Lösen eines Gestängeschusses ist mit einem nicht unerheblichen zeitlichen Aufwand verbunden.A disadvantage of the DE 196 33 934 A1 known Horizontalbohrvorrichtung is that due to the coaxial alignment of the changer motor, the new rod assembly and the drill string only relatively short (compared to the length of the frame) short rod sections can be used. However, the shorter the individual rod sections, the more frequently new rod sections have to be attached to the drill pipe in order to introduce the hole of the desired length into the ground. The preparation or release of a rod section is associated with a considerable amount of time.

Aus DE 101 59 712 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen zum Aufweiten von Erdbohrungen oder zum zerstörenden Ersetzen von im Erdreich verlegten Leitungen bekannt. Die Vorrichtung weist ein Drehantrieb auf, der eine nicht dargestellte Hohlwelle besitzt, die so beschaffen ist, dass sie einen Rohrabschnitt aufnehmen kann, dessen vorderes Ende sich mit dem letzten Gestängeabschnitt des bereits im Erdreich befindlichen Teils eines Gestänges verschrauben läßt. Um dieses zu ermöglichen, befindet sich auf einer Lafette eine Klemmvorrichtung zum Festhalten des Gestängeabschnitts. Die Kraftübertragung zwischen der Hohlwelle und dem Gestängeabschnitt geschieht Ober Form- oder Reibschluss.Out DE 101 59 712 A1 For example, there is known a method and apparatus for making wells or for destructively replacing buried conduits. The device has a rotary drive, which is not a has shown hollow shaft which is adapted to receive a pipe section, the front end can be screwed to the last linkage portion of the already located in the ground part of a linkage. To make this possible, is located on a carriage a clamping device for holding the linkage section. The power transmission between the hollow shaft and the linkage section is done upper form or frictional engagement.

Aufgrund der kraftschlüssigen Fixierung des Bohrgestänges in dem Drehantrieb ist die Höhe der auf das Bohrgestänge übertragbaren Kräfte begrenzt. Zudem bedingt die kraftschlüssige Fixierung des Bohrgestänges die Verwendung leistungsstarker und teurer Hydraulikzylinder, wodurch sich die Kosten für die Bohrvorrichtung erhöhen.Due to the non-positive fixation of the drill string in the rotary drive, the height of the transferable to the drill string forces is limited. In addition, the non-positive fixation of the drill string requires the use of powerful and expensive hydraulic cylinder, thereby increasing the cost of the drilling device.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Horizontalbohrvorrichtung und eine verbesserte Horizontalbohrvorrichtung anzugeben. Insbesondere sollten ein Verfahren zum Betrieb einer Horizontalbohrvorrichtung, das die Verwendung möglichst langer Gestängeschüsse ermöglicht und eine Horizontalbohrvorrichtung, die u.a. für die Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist, angegeben werden.Based on this prior art, the invention was the object of an improved method for operating a horizontal drilling and a specify improved horizontal drilling device. In particular, a method for operating a horizontal drilling device, which allows the use of as long as possible rod sections and a horizontal drilling device, which is suitable inter alia for carrying out this method should be specified.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Horizontalbohrvorrichtung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is solved by the subject matters of independent claims 1 and 4. Advantageous developments of the method according to the invention or the horizontal drilling device according to the invention are the subject of the respective dependent claims and will become apparent from the following description of the invention.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, möglichst lange Gestängeschüsse für das Bohrgestänge vorzusehen, um den zeitlichen Aufwand, der für einen Gestängewechsel (d.h. das Ansetzen bzw. Lösen eines Gestängeschusses an/von dem Bohrgestänge) benötigt wird, auf ein Minimum zu begrenzen. Bei Bohrvorrichtungen, die - wie es aus der DE 196 33 934 A1 bekannt ist - in einer Baugrube mit kleinen Abmessungen angeordnet sind, ist die maximale Länge, die die Gestängeschüsse aufweisen können, durch die Abmessungen der Baugrube in Richtung der Bohrachse begrenzt. Bei solchen Bohrvorrichtungen stellt sich zusätzlich das Problem der Handhabung der Gestängeschüsse während des Gestängewechsels. Bei der Bohrvorrichtung der DE 196 33 934 A1 werden die Gestängeschüsse während des Gestängewechsels von dem Wechselmotor gehalten. Da dieser Wechselmotor in koaxialer Lage hinter dem Gestängeschuss positioniert ist, verkürzt sich die mögliche Maximallänge der Gestängeschüsse zumindest um die Länge des Wechslermotors.The invention is based on the idea to provide as long as possible rod sections for the drill string in order to limit the time required for a rod change (ie, the attachment or release of a rod section to / from the drill string) to a minimum. For drilling devices, which - as is known from the DE 196 33 934 A1 is known - are arranged in a pit with small dimensions, the maximum length that may have the rod sections, limited by the dimensions of the pit in the direction of the drilling axis. In such drilling devices, there is also the problem of handling the rod sections during the linkage change. In the drilling device of DE 196 33 934 A1 the rod sections are held during the linkage change of the removable motor. Since this changeover motor is positioned in a coaxial position behind the linkage, the maximum possible length of the rod sections is shortened at least by the length of the changeover motor.

Die vorliegende Erfindung beruht daher darauf, auf einen Wechslermotor, wie er bei der Bohrvorrichtung der DE 196 33 934 A1 vorhanden ist, zu verzichten, den Gestängewechsel der Gestängeschüsse mittels des Rotationsantriebs (über den beim Betrieb der Bohrvorrichtung das Bohrgestänge dann rotierend angetrieben wird) durchzuführen. Da erfindungsgemäß zudem auf einen Rotationsantrieb zurückgegriffen wird, der nicht an dem vorderen oder hinteren Ende der Gestängeschüsse angreift, sondern diese umgreift (so dass er an dem Mantel des jeweiligen Gestängeschusses angreift), wird ein konstruktiv bedingter Längenverlust für die Gestängeschüsse vermieden. Diese können somit möglichst lang ausgebildet werden.The present invention is therefore based on a changer motor, as in the drilling device of DE 196 33 934 A1 is present to dispense, the linkage change the rod sections by means of the rotary drive (over which during operation of the drilling device, the drill pipe is then driven to rotate) perform. Since according to the invention also resorted to a rotary drive, which does not attack at the front or rear end of the rod sections, but this encompasses (so that it engages the mantle of the respective rod section), a design-related loss of length for the rod sections is avoided. These can thus be formed as long as possible.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer Bohrvorrichtung, die einen Linearantrieb, einen mittels des Linearantriebs verfahrbaren Rotationsantrieb und ein Bohrgestänge, das als Gestängestrang aus einer Mehrzahl miteinander verbundener Gestängeschüsse ausgebildet ist, aufweist, wobei der Rotationsantrieb eine Durchgangsöffnung ausbildet, in die das Bohrgestänge steckbar ist und wobei in der Durchgangsöffnung Kraftübertragungsmittel zur Übertragung von Druck- und/oder Zugkräften und/oder eines Drehmoments auf das Bohrgestänge vorgesehen sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass ein Gestängeschuss innerhalb der Durchgangsöffnung des Bohrgestänges fixiert wird und durch eine Linear- und/oder Rotationsbewegung des Rotationsantriebs mit dem hinteren Ende des Bohrgestänges verbunden oder von diesem gelöst wird.An inventive method for operating a drilling apparatus having a linear drive, a movable by means of the linear drive rotary drive and a drill string, which is designed as a drill string of a plurality of interconnected rod sections, wherein the rotary drive forms a through hole into which the drill string is pluggable and wherein in the passage opening force transmission means for transmitting pressure and / or tensile forces and / or a torque are provided on the drill pipe, according to the invention is characterized in that a rod assembly is fixed within the passage opening of the drill string and connected by a linear and / or rotational movement of the rotary drive with the rear end of the drill string or is released from this.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der für den Gestängewechsel vorgesehene Gestängeschuss formschlüssig innerhalb der Durchgangsöffnung des Rotationsantriebs fixiert wird. Eine formschlüssige Fixierung der Gestängeschüsse weist gegenüber der aus der DE 196 33 934 A1 bekannten kraftschlüssigen Fixierung den Vorteil auf, dass die Gefahr eines Durchrutschens des Bohrgestänges bei hohen Belastungen vermieden wird und zudem der konstruktive Aufwand, der durch die Verwendung von Hydraulikzylindern zur Ausbildung einer Klemmvorrichtung erforderlich ist, vermieden werden kann.In a preferred embodiment of the method according to the invention it can be provided that the linkage boom provided for the linkage change is fixed in a form-fitting manner within the passage opening of the rotary drive. A positive fixation of the rod sections has opposite to the DE 196 33 934 A1 known non-positive fixation on the advantage that the risk of slippage of the drill string is avoided at high loads and also the design effort that is required by the use of hydraulic cylinders to form a clamping device can be avoided.

Eine entsprechende Horizontalbohrvorrichtung, die insbesondere für den Betrieb gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, weist einen Linearantrieb, einen mittels des Linearantriebs verfahrbaren Rotationsantrieb und ein Bohrgestänge auf, wobei der Rotationsantrieb eine Durchgangsöffnung ausbildet, in die das Bohrgestänge steckbar ist. Erfindungsgemäß weist der Rotationsantrieb innerhalb der Durchgangsöffnung Kraftübertragungsmittel zur formschlüssigen Übertragung von Druck- und/oder Zugkräften und/oder eines Drehmoments auf das Bohrgestänge auf.A corresponding horizontal drilling device, which is particularly suitable for operation according to a method of the invention, has a linear drive, a movable by means of the linear drive rotary drive and a drill pipe, wherein the rotary drive forms a through hole into which the drill string is pluggable. According to the invention, the rotary drive within the passage opening on force transmission means for the positive transmission of pressure and / or tensile forces and / or torque on the drill string on.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Horizontalbohrvorrichtung ist vorgesehen, dass die Kraftübertragungsmittel so ausgebildet sind, dass das Bohrgestänge in einer ersten Winkelstellung (der Kraftübertragungsmittel relativ zu dem Bohrgestänge) in den Rotationsantrieb steckbar oder aus diesem entfernbar ist, während in einer zweiten Winkelstellung eine Verriegelung des Gestänges gegeben ist, in der erfindungsgemäß Druck- und/oder Zugkräfte und/oder ein Drehmoment übertragen werden können. Eine Verriegelung des Gestänges innerhalb des Rotationsantriebs wird somit über eine Relativdrehung des Gestängeschusses relativ zu den Kraftübertragungsmitteln des Rotationsantriebs erreicht.In a preferred embodiment of the horizontal drilling device according to the invention it is provided that the force transmission means are formed so that the drill string in a first angular position (the power transmission means relative to the drill string) can be plugged into or removed from the rotary drive, while in a second angular position a locking of Linkage is given, can be transmitted in accordance with the invention pressure and / or tensile forces and / or torque. A locking of the linkage within the rotary drive is thus achieved via a relative rotation of the rod assembly relative to the power transmission means of the rotary drive.

Eine Verriegelung des Bohrgestänges in dem Rotationsantrieb durch eine Relativdrehung kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass die Kraftübertragungsmittel einen Kraftübertragungsring aufweisen, der eine Öffnung ausbildet, durch die das Bohrgestänge hindurch gesteckt werden kann. Zusätzlich weist das Bohrgestänge in zumindest einem ersten Abschnitt einen dem Querschnitt der Öffnung soweit entsprechenden ersten Querschnitt auf, dass das Gestänge in nur der ersten Winkelstellung durch die Öffnung des Kraftübertragungsrings steckbar ist. Weiterhin weist das Bohrgestänge in zumindest einem zweiten Abschnitt, der als Teilabschnitt des ersten Abschnitts ausgebildet ist, einen sich von dem ersten Querschnitt unterscheidenden zweiten Querschnitt auf, der so ausgebildet ist, dass das Gestänge nur dann in die zweite Winkelstellung verdrehbar ist, wenn sich der zweite Abschnitt innerhalb der Öffnung des Kraftübertragungsrings befindet.A locking of the drill string in the rotary drive by a relative rotation can preferably be achieved in that the force transmission means comprise a power transmission ring which forms an opening through which the drill string can be inserted through. In addition, the drill pipe in at least one first section to a cross section of the opening as far as corresponding first cross section, that the linkage in only the first angular position through the opening of the power transmission ring is pluggable. Furthermore, the drill pipe has in at least one second section, which is formed as a partial section of the first section, has a second cross section, which differs from the first cross section, and which is configured so that the linkage can only be rotated into the second angular position when the second section is within the second angular position Opening of the power transmission ring is located.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Kraftübertragungsring auswechselbar in dem Rotationsantrieb angeordnet ist. Dadurch wird der Aufwand für die Wartung der erfindungsgemäßen Horizontalbohrvorrichtung gering gehalten, da der Kraftübertragungsring, der durch den verriegelnden Kontakt mit dem Bohrgestänge einem relativ großen Verschleiß unterliegt, ersetzt werden kann, ohne den gesamten Rotationsantrieb austauschen zu müssen.Preferably, it can be provided that the power transmission ring is interchangeable arranged in the rotary drive. As a result, the cost of maintenance of the horizontal boring device according to the invention is kept low, since the power transmission ring, which is subject to a relatively large wear by the locking contact with the drill string, can be replaced without having to replace the entire rotary drive.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Bohrgestänge einen kreisförmigen Grundquerschnitt aufweist, wobei dieser kreisförmige Grundquerschnitt in dem ersten Abschnitt zumindest einseitig (und vorzugsweise zweiseitig mit sich gegenüberliegenden parallelen Abflachungen) abgeflacht ist. Weiterhin bevorzugt kann das Bohrgestänge dann in dem zweiten Abschnitt zumindest eine (vorzugsweise zwei) bogenförmige Nut(en) aufweisen, die in die seitliche(n) Abflachung(en) ausläuft.In a further preferred embodiment it can be provided that the drill string has a circular base cross-section, wherein this circular base cross-section in the first section is flattened at least on one side (and preferably on two sides with opposite parallel flats). Further preferably, the drill string may then have in the second portion at least one (preferably two) arcuate groove (s) which terminates in the lateral flattening (s).

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Horizontalbohrvorrichtung ist das Bohrgestänge als Gestängestrang aus einer Mehrzahl miteinander verbundener Gestängeschüsse ausgebildet, wobei jeder Gestängeschuss mindestens zwei erste Abschnitte und mindestens zwei zweite Abschnitte aufweist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Rotationsantrieb bzw. die Kraftübertragungsmittel des Rotationsantriebs an zwei (in Längsrichtung des Gestängeschusses beabstandeten) Positionen jedes Gestängeschusses angreifen können.In a preferred embodiment of the horizontal drilling device according to the invention, the drill string is designed as a drill string of a plurality of interconnected rod sections, wherein each rod section has at least two first sections and at least two second sections. This can ensure that the rotary drive or the power transmission means of the rotary drive can engage two (spaced apart in the longitudinal direction of the rod assembly) positions of each rod section.

Durch eine Angreifen des Rotationsantriebs an mindestens zwei Positionen jedes Gestängeschusses kann - in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens - der Gestängeschuss für den Gestängewechsel an einer ersten Position und zum Verbohren des Bohrgestänges an einer zweiten Position fixiert wird. Dies ermöglicht, den Gestängeschuss länger als den maximalen Hub des Linearantriebs, der aus konstruktiven Gründen in der Regel immer deutlich kürzer als die Länge der Baugrube (in Richtung der Bohrachse) sein muss, auszubilden.By engaging the rotary drive at least two positions of each rod section can - in a preferred embodiment of the method - the rod section for the rod change at a first position and for drilling the drill string at a second position is fixed. This makes it possible to design the rod assembly longer than the maximum stroke of the linear drive, which generally always has to be significantly shorter than the length of the excavation pit (in the direction of the drilling axis) for design reasons.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass sich jeweils ein erster und ein zweiter Abschnitt im Bereich der beiden Enden jedes Gestängeschusses befinden, wobei zwischen diesen zumindest ein dritter Abschnitt angeordnet ist, der eine geringere Biegesteifigkeit als die beiden ersten Abschnitte aufweisen. Über eine definierte Biegesteifigkeit dieses dritten Abschnitts kann die Gesamtbiegesteifigkeit des einzelnen Gestängeschusses und somit des gesamten Bohrgestänges angepasst werden.Preferably, it can be provided that in each case a first and a second section are in the region of the two ends of each rod section, between which at least a third section is arranged, which have a lower bending stiffness than the two first sections. Over a defined bending stiffness This third section can be adapted to the overall bending stiffness of the individual rod section and thus of the entire drill string.

Der Rotationsantrieb der erfindungsgemäßen Horizontalbohrvorrichtung weist vorzugsweise ein Hohlgetriebe mit einem über einen Motor angetriebenen Kegelzahnrad auf, wobei das Kegelzahnrad mit einem Zahnring kämmt, der wiederum mit den Kraftübertragungsmitteln drehfest verbunden ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht, den Motor des Rotationsantriebs in vertikaler Richtung (d.h. senkrecht zu der Bohrachse) innerhalb der Baugrube anzuordnen, wodurch der Rotationsantrieb insgesamt möglichst kurz (in Richtung der Bohrachse) gehalten werden kann. Durch einen möglichst kurzen Rotationsantrieb kann bei beengten Platzverhältnissen ein möglichst großer Hub für den den Rotationsantrieb bewegenden Linearantrieb realisiert werden.The rotary drive of the horizontal drilling device according to the invention preferably has a hollow gear with a bevel gear driven by a motor, wherein the bevel gear meshes with a toothed ring, which in turn is rotatably connected to the power transmission means. This configuration makes it possible to arrange the motor of the rotary drive in the vertical direction (i.e., perpendicular to the drilling axis) within the excavation, whereby the rotary drive as a whole can be kept as short as possible (in the direction of the drilling axis). By a shortest possible rotary drive, the smallest possible stroke for the rotary drive moving linear drive can be realized in tight spaces.

Der Linearantrieb der erfindungsgemäßen Horizontalbohrvorrichtung ist vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Antriebszylinder (vorzugsweise hydraulisch oder pneumatisch betrieben) ausgebildet. Der Rotationsantrieb kann dann mit dem Linearantrieb verbunden sein, indem dieser mit dem/den Zylinderrohr(en) des/der Antriebszylinder(s) verbunden ist.The linear drive of the horizontal drilling device according to the invention is preferably in the form of one or more drive cylinders (preferably operated hydraulically or pneumatically). The rotary drive can then be connected to the linear drive by being connected to the cylinder tube (s) of the drive cylinder (s).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig-1
eine erfindungsgemäße Horizontalbohrvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 2
die Horizontalbohrvorrichtung der Fig. 1 in einer zweiten perspektivischen Ansicht;
Fig. 3
einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 2;
Fig. 4
den unteren Abschnitt der Horizontalbohrvorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 3 in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 5
die Darstellung gemäß Fig. 4 in einer anderen Betriebsstellung der Horizontalbohrvorrichtung;
Fig. 6
eine isolierte Darstellung des Rotationsantriebs der Horizontalbohrvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 7a
eine isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme der Horizontalbohrvorrichtung in einer ersten Betriebsstellung in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 7b
eine isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme der Horizontalbohrvorrichtung in einer ersten Betriebsstellung in einer geschnittenen Seitenansicht;
Fig. 8a
eine isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme der Horizontalbohrvorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 8b
eine isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme der Horizontalbohrvorrichtung in einer zweiten Betriebsstellung in einer geschnittenen Seitenansicht;
Fig. 9a
eine isolierte Darstellung des Mitnehmerrings des Rotationsantriebs einschließlich eines Gestängeschusses in einer ersten Betriebsstellung in einer isometrischen Ansicht;
Fig. 9b
eine Frontansicht des in der Fig. 9a dargestellten Mitnehmerrings und Gestängeschusses;
Fig. 10a
eine isolierte Darstellung des Mitnehmerrings des Rotationsantriebs einschließlich eines Gestängeschusses in einer zweiten Betriebsstellung in einer isometrischen Ansicht;
Fig. 10b
eine Frontansicht des in der Fig. 10a dargestellten Mitnehmerrings und Gestängeschusses; und
Fig. 11
eine isolierte Darstellung der Gestängeaufnahme sowie des unteren Abschnitts des Gestängelifts in einer isometrischen Ansicht.
In the drawings shows:
Fig-1
a horizontal drilling device according to the invention in a perspective view;
Fig. 2
the horizontal drilling of the Fig. 1 in a second perspective view;
Fig. 3
an enlarged section of the illustration according to Fig. 2 ;
Fig. 4
the lower portion of the horizontal drilling according to the Fig. 1 to 3 in a perspective view;
Fig. 5
the representation according to Fig. 4 in another operating position of the horizontal drilling device;
Fig. 6
an isolated view of the rotary drive of the horizontal drilling in a perspective view;
Fig. 7a
an isolated view of the boom support of the horizontal drilling in a first operating position in a perspective view;
Fig. 7b
an isolated view of the boom support of the horizontal boring device in a first operating position in a sectional side view;
Fig. 8a
an isolated view of the boom support of the horizontal drilling in a second operating position in a perspective view;
Fig. 8b
an isolated view of the boom support of the horizontal drilling in a second operating position in a sectional side view;
Fig. 9a
an isolated view of the driving ring of the rotary drive including a rod section in a first operating position in an isometric view;
Fig. 9b
a front view of the in the Fig. 9a illustrated Mitnehmerrings and rod section;
Fig. 10a
an isolated view of the drive ring of the rotary drive including a rod section in a second operating position in an isometric view;
Fig. 10b
a front view of the in the Fig. 10a illustrated Mitnehmerrings and rod section; and
Fig. 11
an isolated view of the boom support and the lower portion of the linkage pin in an isometric view.

Die Fig. 1 zeigt in einer isometrischen Ansicht eine erfindungsgemäße Horizontalbohrvorrichtung 1 beim Einbringen einer Pilotbohrung in das Erdreich.The Fig. 1 shows in an isometric view of a horizontal drilling device 1 according to the invention when introducing a pilot hole in the ground.

Die Horizontalbohrvorrichtung umfasst ein zylindrisches Gehäuse 2, das teilweise über einen zylindrischen Mantel 3 verschlossen ist. Funktional ist die Horizontalbohrvorrichtung 1 bzw. das Gehäuse 2 der Horizontalbohrvorrichtung 1 in zwei Abschnitte unterteilt, nämlich einen unteren als "Grubenabschnitt" bezeichneten Abschnitt, der sich innerhalb einer extra zur Aufnahme der Horizontalbohrvorrichtung 1 ausgehobenen Baugrube 4 befindet. In dem Grubenabschnitt der Horizontalbohrvorrichtung 1 ist das Gehäuse 2 im Wesentlichen vollständig durch den Mantel 3 verschlossen. Dies verhindert, dass sich von der Wandung der Baugrube 4 lösendes Erdreich in den von dem Gehäuse 2 ausgebildeten Hohlraum hineinfällt, wo sich weitere Funktionselemente der Horizontalbohrvorrichtung 1 und insbesondere ein kombinierter Linear-/Rotationsantrieb 5 befindet. In den Hohlraum fallendes Erdreich könnte anderenfalls diese Funktionselemente verschmutzen, wodurch die Horizontalbohrvorrichtung 1 in ihrer Funktion beeinträchtigt werden könnte.The horizontal drilling device comprises a cylindrical housing 2, which is partially closed by a cylindrical jacket 3. Functionally, the horizontal boring device 1 or the housing 2 of the horizontal boring device 1 is subdivided into two sections, namely a lower section called a "pit section", which is located inside a excavation pit 4 specially excavated for receiving the horizontal boring device 1. In the pit section of the horizontal drilling device 1, the housing 2 is substantially completely closed by the jacket 3. This prevents soil from falling off the wall of the excavation 4 from falling into the cavity formed by the housing 2, where there are further functional elements the horizontal drilling device 1 and in particular a combined linear / rotary drive 5 is located. Otherwise, soil falling into the cavity could contaminate these functional elements, which could impair the function of the horizontal drilling apparatus 1.

In dem oberen Abschnitt der Horizontalbohrvorrichtung 1, erfindungsgemäß auch als "Oberflächenabschnitt" bezeichnet, ist das Gehäuse 2 teilweise geöffnet ausgebildet, um einer Bedienperson einen Zugang zu einem sich bis in diesem Bereich erstreckenden Gestängelift 6 zu geben.In the upper section of the horizontal drilling device 1, also referred to as a "surface section" according to the invention, the housing 2 is partially open in order to give an operator access to a linkage pin 6 extending into this area.

Die Horizontalbohrvorrichtung 1 ist "hängend" innerhalb der Baugrube 4 positioniert, d.h. diese stützt sich nicht an dem Boden der Baugrube 4 ab, sondern vielmehr über eine Stützvorrichtung mit insgesamt drei Stützbeinen 7, die im Bereich des Oberflächenabschnitts der Horizontalbohrvorrichtung 1 an Längsträgern 8 des Gehäuses 2 befestigt sind. Jedes der Stützbeine 7 kann an insgesamt fünf verschiedenen Positionen an dem jeweiligen Längsträger 8 befestigt werden. Dadurch kann eine Höheneinstellung der in die Baugrube 4 gehängten Horizontalbohrvorrichtung 1 erfolgen. Diese Höheneinstellung ist wichtig, um z.B. den sich innerhalb des Grubenabschnitts befindlichen Linear-/Rotationsantrieb 5 auf der für das Einbringen der Pilotbohrung in das Erdreich richtigen Höhe zu positionieren. Eine Fixierung der Stützbeine 7 an den verschiedenen Positionen entlang der Längsträger 8 erfolgt über jeweils einen Querbolzen 9, der durch eine Durchgangsbohrung in einem Querträger 10 des jeweiligen Stützbeins 7 sowie des jeweiligen Längsträgers 8 des Gehäuses 2 hindurch gesteckt und dann fixiert wird.The horizontal boring device 1 is positioned "suspended" within the excavation 4, i. this is not supported on the bottom of the excavation 4, but rather on a support device with a total of three support legs 7, which are attached to the longitudinal members 8 of the housing 2 in the region of the surface portion of the horizontal drilling device 1. Each of the support legs 7 can be attached to the respective side member 8 at a total of five different positions. As a result, a height adjustment of the suspended in the excavation 4 horizontal drilling 1 done. This height adjustment is important to e.g. to position the located within the pit section linear / rotary drive 5 on the right for the introduction of the pilot hole in the ground height. A fixing of the support legs 7 at the various positions along the side members 8 via a respective transverse pin 9, which is inserted through a through hole in a cross member 10 of the respective support leg 7 and the respective longitudinal member 8 of the housing 2 through and then fixed.

Jedes der Stützbeine 7 weist weiterhin eine Spindelstütze auf, die über ein Drehgelenk mit dem Querträger 10 des jeweiligen Stützbeins 7 verbunden ist. Die Spindelstütze umfasst eine Gewindestange 11, die an ihrem Fußende einen Stützfuß 12 aufweist. An dem dem Stützfuß 12 gegenüberliegenden Ende der Gewindestange 11 ist ein Handgriff 13 vorgesehen, über den die Gewindestange 11 um ihre Längsachse rotiert werden kann, wodurch eine Längsverschiebung relativ zu dem die Gewindestange umgebenden Spindelgehäuse 14 erreicht wird. Die Spindelstützen dienen dazu, die Horizontalbohrvorrichtung 1 innerhalb der Baugrube 4 exakt auszurichten, nachdem eine erste Höhenpositionierung bereits durch die Befestigung der Stützbeine 7 an den Längsträgern 8 des Gehäuses 2 erreicht wurde.Each of the support legs 7 further comprises a spindle support, which is connected via a rotary joint with the cross member 10 of the respective support leg 7. The spindle support comprises a threaded rod 11 which has a support leg 12 at its foot end. At the opposite end of the support leg 12 of the threaded rod 11, a handle 13 is provided, via which the threaded rod 11 can be rotated about its longitudinal axis, whereby a longitudinal displacement relative to the threaded rod surrounding the spindle housing 14 is achieved. The spindle supports serve to align the horizontal drilling device 1 within the pit 4 exactly after a first height positioning has already been achieved by the attachment of the support legs 7 to the side rails 8 of the housing 2.

In der Fig. 1 ist zu erkennen, dass die Baugrube 4 - ebenso wie das Gehäuse 2 der Horizontalbohrvorrichtung 1 - eine (weitgehend) zylindrische Form aufweist, deren Innendurchmesser zudem im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Gehäuses 2 der Horizontalbohrvorrichtung entspricht. Der Mantel 3 der Horizontalbohrvorrichtung 1 im Bereich des Grubenabschnitts liegt somit mehr oder weniger direkt an der Wand der Baugrube 4 an. Durch die weitgehende Übereinstimmung des Innendurchmessers der Baugrube 4 und des Außendurchmessers des Gehäuses 2 kann nicht nur die Größe der auszuhebenden Baugrube 4 auf ein Minimum beschränkt werden, sondern es kann gleichzeitig eine möglichst großflächige und homogene Abstützung der Horizontalbohrvorrichtung 1 innerhalb der Baugrube 4 erreicht werden. Durch den kreisförmigen Querschnitt der Baugrube 4 und des Gehäuses 2 ist die Abstützung zudem unabhängig von der jeweiligen rotatorischen Ausrichtung (um die Längsachse der Horizontalbohrvorrichtung).In the Fig. 1 It can be seen that the excavation 4 - as well as the housing 2 of the horizontal drilling device 1 - (substantially) has a cylindrical shape whose inner diameter also corresponds substantially to the outer diameter of the housing 2 of the horizontal drilling device. The shell 3 of the horizontal drilling device 1 in the region of the pit section is thus more or less directly against the wall of the Excavation 4 on. Due to the extensive agreement of the inner diameter of the excavation 4 and the outer diameter of the housing 2, not only the size of the excavation pit 4 to be excavated can be kept to a minimum, but it can be achieved within the excavation 4 as large as possible and homogeneous support of the horizontal drilling 1. Due to the circular cross-section of the excavation 4 and the housing 2, the support is also independent of the respective rotational orientation (about the longitudinal axis of the horizontal drilling).

Die Baugrube 4 wurde ausgehoben, indem zunächst mit einem Kronenbohrer (nicht dargestellt) eine ringförmige Nut mit dem erforderlichen (Außen-)Durchmesser in die Oberflächenversiegelung (Asphaltdecke) eingebracht wurde, der so freigelegte scheibenförmige Asphaltdeckel entfernt und daraufhin das sich darunter befindliche Erdreich mittels eines Saugbaggers (nicht dargestellt) abgesaugt wurde. Der hierfür eingesetzte Saugbagger umfasst eine Saugdüse, die ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Baugrube 4 wird etwas tiefer als erforderlich ausgehoben, um eine Höhenjustierung der hängend abgestützten Horizontalbohrvorrichtung 1 innerhalb der Baugrube 4 zu ermöglichen, ohne dass es zu einem ungewollten Aufsetzen des unteren Endes der Horizontalbohrvorrichtung 1 auf den Grubenboden kommt.The excavation 4 was excavated by first with a crown drill (not shown), an annular groove with the required (outer) diameter in the surface seal (asphalt surface) was introduced, which removes dislodged disc-shaped asphalt cover and then the underlying soil by means of a Suction dredger (not shown) was sucked. The suction dredger used for this purpose comprises a suction nozzle, which likewise has a circular cross section. The excavation 4 is excavated slightly lower than necessary in order to allow a height adjustment of the suspended horizontal drilling device 1 within the excavation 4, without causing an accidental placement of the lower end of the horizontal drilling 1 on the pit floor.

Nach dem Ausheben der Baugrube 4 wurde die Horizontalbohrvorrichtung 1 mittels eines Krans (nicht dargestellt) in die Baugrube 4 abgesenkt, bis die zuvor bereits an den Längsträgern 8 des Gehäuses 2 befestigten Stützbeine 7 Kontakt zur Erdoberfläche haben. Mit Hilfe des Krans wurde die Horizontalbohrvorrichtung 1 dann noch rotatorisch innerhalb der Baugrube ausgerichtet, indem diese soweit um ihre Längsachse gedreht wird, bis die von dem innerhalb des Grubenabschnitts der Horizontalbohrvorrichtung 1 angeordneten Linear-/Rotationsantrieb definierte Bohrachse in die gewünschte Startrichtung für die Pilotbohrung weist. Über die Spindelstützen konnte dann noch eine Feinjustierung der Arbeitshöhe der Horizontalbohrvorrichtung 1 sowie in Grenzen auch der Neigung der Horizontalbohrvorrichtung 1 gegenüber der Vertikalen erreicht werden.After digging the excavation 4, the horizontal drilling 1 was lowered by means of a crane (not shown) in the pit 4 until the previously secured to the side rails 8 of the housing 2 support legs 7 have contact with the earth's surface. With the help of the crane, the horizontal drilling device 1 was then still rotationally aligned within the excavation by being rotated about its longitudinal axis until the arranged by the arranged within the pit portion of the horizontal drilling 1 linear / rotary drive drilling axis has in the desired starting direction for the pilot hole , On the spindle supports then a fine adjustment of the working height of the horizontal drilling device 1 and within limits of the inclination of the horizontal drilling device 1 with respect to the vertical could be achieved.

Da die Wand der Baugrube 4 - insbesondere dann, wenn sie mittels eines Saugbaggers ausgehoben wurde - regelmäßig nicht gleichmäßig zylindrisch ausgebildet ist, weist die erfindungsgemäße Horizontalbohrvorrichtung 1 im Bereich des Grubenabschnitts insgesamt vier, in gleichmäßiger Teilung über den Umfang verteilte Abstützelemente 15 auf. Diese Abstützelemente 15 umfassen Abstützplatten 16, die in einer zurückgezogenen Position jeweils einen Ausschnitt des zylindrischen Mantels 3 der Horizontalbohrvorrichtung ausbilden. Die Abstützplatten 16 können jeweils mittels eines Hydraulikzylinders 17 in radialer Richtung nach außen ausgelenkt werden, um einen direkten Kontakt der Horizontalbohrvorrichtung 1 mit der Wand der Baugrube 4 herzustellen, um diese innerhalb der Baugrube 4 sicher abzustützen.Since the wall of the excavation 4 - in particular when it was excavated by means of a suction dredger - is not uniformly cylindrical, the horizontal boring device 1 according to the invention has in the region of the excavation section a total of four support elements 15 distributed uniformly over the circumference. These support elements 15 comprise support plates 16, which in a retracted position in each case form a section of the cylindrical jacket 3 of the horizontal drilling device. The support plates 16 can each be deflected by means of a hydraulic cylinder 17 in the radial direction to the outside to make a direct contact of the horizontal drilling device 1 with the wall of the excavation 4 in order to safely support these within the excavation 4.

Die einzelnen Bestandteile dieser Abstützelemente 15 sind gut in der Fig. 3 erkennbar. Jede der Abstützplatten 16 ist über ein erstes Drehgelenk 18 mit einem ersten Ende eines Auslenkhebels 19 verbunden, der wiederum mittels eines zweiten Drehgelenks 21 an dem Gehäuse 2 der Horizontalbohrvorrichtung 1 drehbar gelagert ist. Ein zweites Ende des Auslenkhebels 19 ist mit dem Kopf einer Kolbenstange 20 des Hydraulikzylinders 17 verbunden. Ein Aus- bzw. Einfahren des Hydraulikzylinders 17 bewirkt somit eine Teilrotation des Auslenkhebels 19 um das Drehgelenk 21, wodurch die jeweilige Abstützplatte 16 radial ausgelenkt oder wieder zurückgezogen werden kann. Endanschläge 22 verhindern, dass die Abstützplatte 16 beim Einfahren des Hydraulikzylinders 17 in den von dem Mantel des Gehäuses definierten Innenraum eindringt.The individual components of these support elements 15 are good in the Fig. 3 recognizable. Each of the support plates 16 is connected via a first pivot 18 to a first end of a Auslenkhebels 19, which in turn is rotatably supported by a second pivot joint 21 on the housing 2 of the horizontal drilling device 1. A second end of the Auslenkhebels 19 is connected to the head of a piston rod 20 of the hydraulic cylinder 17. A extension and retraction of the hydraulic cylinder 17 thus causes a partial rotation of the Auslenkhebels 19 about the pivot 21, whereby the respective support plate 16 can be deflected radially or withdrawn. End stops 22 prevent the support plate 16 when retracting the hydraulic cylinder 17 penetrates into the interior defined by the shell of the housing.

Die Fig. 2 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung der gesamten Horizontalbohrvorrichtung 1, bei der jedoch ein Teil des Mantels 3 im Grubenabschnitt entfernt ist, um die darin angeordneten Funktionselemente sichtbar zu machen.The Fig. 2 shows one of the Fig. 1 corresponding representation of the entire horizontal drilling device 1, but in which a part of the shell 3 is removed in the pit section to make visible the functional elements arranged therein.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Ansichten dieses Abschnitts der Horizontalbohrvorrichtung 1 in vergrößerten Darstellungen. Es ist erkennbar, dass der kombinierte Linear-/Rotationsantrieb 5 am unteren Ende der Horizontalbohrvorrichtung 1 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist. Dieser dient dazu, ein aus einzelnen Gestängeschüssen 23 zusammengesetztes Bohrgestänge 24 rotierend in das Erdreich vorzutreiben.The Fig. 3 to 5 show various views of this portion of the horizontal drilling device 1 in enlarged views. It can be seen that the combined linear / rotary drive 5 is arranged at the lower end of the horizontal drilling device 1 within the housing 2. This serves to propel a composite of individual rod sections 23 drill pipe 24 rotating in the soil.

Die Fig. 6 zeigt einen Teilschnitt durch den Linear-/Rotationsantrieb 5 in einer von den übrigen Elementen der Horizontalbohrvorrichtung 1 isolierten Darstellung. Der Linearantrieb wird von zwei Hydraulikzylindern 25 gebildet. Die Kolbenstangen 26 der beiden Hydraulikzylinder 25 durchgreifen das jeweilige Zylinderrohr 27 vollständig und sind mit ihren beiden Ende mit dem Gehäuse 2 der Horizontalbohrvorrichtung 1 verbunden. Die Kolbenstangen 26 weisen jeweils einen zentral angeordneten Kolben (nicht dargestellt) auf, der den jeweils zwischen dem Zylinderrohr 27 und der Kolbenstange 26 ausgebildeten Ringraum in zwei Arbeitskammern teilt, die jeweils über eine Hydraulikleitung 66 mit dem Hydrauliköl versorgt werden können. In Abhängigkeit von dem Druck des den einzelnen Arbeitskammern zugeführten Hydrauliköls wird eine Bewegung des jeweiligen Zylinderrohrs 27 auf der Kolbenstange 26 in die eine oder die andere Richtung erreicht. Die Bewegung der beiden Hydraulikzylinder 25 des Linearantriebs ist dabei synchronisiert.The Fig. 6 shows a partial section through the linear / rotary drive 5 in an isolated from the other elements of the horizontal drilling device 1 representation. The linear drive is formed by two hydraulic cylinders 25. The piston rods 26 of the two hydraulic cylinders 25 pass through the respective cylinder tube 27 completely and are connected at their two ends to the housing 2 of the horizontal drilling device 1. The piston rods 26 each have a centrally disposed piston (not shown), which divides the respectively formed between the cylinder tube 27 and the piston rod 26 annular space into two working chambers, which can be supplied via a hydraulic line 66 with the hydraulic oil. Depending on the pressure of the hydraulic fluid supplied to the individual working chambers, a movement of the respective cylinder tube 27 on the piston rod 26 in one or the other direction is achieved. The movement of the two hydraulic cylinders 25 of the linear drive is synchronized.

Ein Rotationsantrieb ist zwischen den beiden Zylinderrohren 27 der den Linearantrieb ausbildenden Hydraulikzylinder 25 angeordnet und an diesen befestigt. Der Rotationsantrieb umfasst einen an einem Hohlgetriebe 28 angeflanschten Motor 29 (insbesondere einen Hydraulik- oder einen Elektromotor). Eine Antriebswelle 30 des Motors 29 ist mit einem Kegelzahnrad 31 verbunden, das wiederum mit einem Zahnring 32 kämmt, der wiederum über Schraubverbindungen 33 mit einer Antriebshülse 34 verbunden ist. Die Antriebshülse 34 ist über zwei Wälzlager 35 drehend innerhalb eines Gehäuses 36 des Hohlgetriebes 28 gelagert. Eine Drehung der Antriebswelle 30 des Motors 29 bewirkt somit eine Drehung der Antriebshülse 34 um ihre Längsachse. Diese Längsachse entspricht im wesentlichen der Längsachse des darin gehaltenen Bohrgestänges 24 und folglich auch der Bohrachse, d.h. der Startrichtung einer einzubringenden Pilotbohrung oder der Längsachse einer in der Wand der Baugrube 4 auslaufenden Bohrung bzw. eines Altrohrs.A rotary drive is arranged between the two cylinder tubes 27 of the linear drive forming hydraulic cylinder 25 and secured thereto. The rotary drive comprises a flange-mounted on a hollow gear 28 motor 29 (in particular a hydraulic or an electric motor). A drive shaft 30 of the motor 29 is connected to a bevel gear 31, which in turn meshes with a toothed ring 32, which in turn is connected via screw 33 with a drive sleeve 34. The drive sleeve 34 is rotatably supported by two roller bearings 35 within a housing 36 of the hollow gear 28. A rotation of the drive shaft 30 of the motor 29 thus causes a rotation of the drive sleeve 34 about its longitudinal axis. This longitudinal axis substantially corresponds to the longitudinal axis of the drill pipe 24 held therein and consequently also to the drilling axis, ie the starting direction of a pilot bore to be introduced or the longitudinal axis of a bore or an old pipe extending in the wall of the excavation 4.

Zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebshülse 34 sowie der von den Hydraulikzylindern 25 des Linearantriebs erzeugten Längsbewegung auf das in der Antriebshülse 34 gehaltene Bohrgestänge 24 dient ein Mitnehmerring 37, der - in einer Betriebsstellung des Bohrgestänges 24 innerhalb des Mitnehmerrings 37 - das Bohrgestänge 24 formschlüssig fixiert. Der Mitnehmerring 37 ist formschlüssig innerhalb der Antriebshülse 34 gelagert und kann bei Verschleiß auf einfache Weise ausgetauscht werden, indem zunächst ein Sprengring 63 aus einer entsprechenden Nut in der Innenseite der Antriebshülse 34 entfernt und dann ein Distanzring 64 aus der Antriebshülse herausgezogen wird. Der Mitnehmerring 37 kann dann problemlos aus der Antriebshülse 34 herausgezogen werden.For transmitting the rotational movement of the drive sleeve 34 and the longitudinal movement generated by the hydraulic cylinders 25 of the linear drive on the drill pipe 34 held in the drill pipe 24 is a drive ring 37 which - fixed in an operating position of the drill string 24 within the driver ring 37 - the drill string 24 positively. The driving ring 37 is mounted in a form-fitting manner within the drive sleeve 34 and can be exchanged in a simple manner by first removes a snap ring 63 from a corresponding groove in the inside of the drive sleeve 34 and then a spacer ring 64 is pulled out of the drive sleeve. The driver ring 37 can then be easily pulled out of the drive sleeve 34.

Die Fig. 9a und 9b sowie 10a und 10b zeigen in jeweils zwei Ansichten die zwei für den Betrieb der Horizontalbohrvorrichtung 1 relevanten Betriebsstellungen des Bohrgestänges 24 innerhalb des Mitnehmerrings 37. Diese beiden Betriebsstellungen unterscheiden sich durch eine 90°-Relativdrehung des Mitnehmerrings 37um seine Längsachse relativ zu dem Bohrgestänge 24 . In der in den Fig. 9a und 9b dargestellten Betriebsstellung ist das Bohrgestänge 24 in dem Mitnehmerring verriegelt. Diese Verriegelung wird durch die besondere Mantelform der Gestängeschüsse 23 des Bohrgestänges 24 und einer hieran angepassten Form der zentralen Öffnung des Mitnehmerrings 37 erreicht.The Fig. 9a and 9b 10a and 10b show, in two views in each case, the two operating positions of the drill pipe 24 within the driver ring 37 relevant to the operation of the horizontal drilling apparatus 1. These two operating positions differ by a 90 ° relative rotation of the driver ring 37 about its longitudinal axis relative to the drill pipe 24. In the in the Fig. 9a and 9b shown operating position, the drill pipe 24 is locked in the drive ring. This locking is achieved by the special shell shape of the rod sections 23 of the drill string 24 and a shape adapted thereto of the central opening of the driver ring 37.

Jeder Gestängeschuss 23 des Bohrgestänges 24 weist eine zylindrische Grundform mit einem mittleren Abschnitt 38 mit einem relativ kleinen Durchmesser und zwei Endabschnitten 39a, 39b mit einem relativ großen Durchmesser auf. In jedem der Endabschnitte 39a, 39b eines Gestängeschusses 23 sind zwei parallele Abflachungen 40 vorgesehen, wodurch sich ein Querschnitt mit zwei parallelen geraden Seiten und zwei sich gegenüberliegenden bogenförmigen Seiten ergibt. Der Mitnehmerring 37 bildet eine diesem Querschnitt entsprechende Durchgangsöffnung aus, so dass es möglich ist, sofern der Mitnehmerring 37 und der darin geführte Gestängeschuss 23 in der in den Fig. 10a und 10b dargestellten rotatorischen Ausrichtung zueinander angeordnet sind, den Gestängeschuss 23 in die Durchgangsöffnung des Mitnehmerrings 37 einzustecken und darin frei (in Längsrichtung) zu verschieben.Each rod assembly 23 of the drill string 24 has a cylindrical basic shape with a relatively small diameter central portion 38 and two relatively large diameter end portions 39a, 39b. In each of the end portions 39a, 39b of a rod section 23, two parallel flats 40 are provided, resulting in a cross section with two parallel straight sides and two opposite arcuate sides. The driving ring 37 forms a passage opening corresponding to this cross section, so that it is possible, provided the driving ring 37 and the rod section 23 guided therein in the in the 10a and 10b Rotational alignment shown arranged to each other are to insert the rod assembly 23 in the through hole of the cam ring 37 and free to move (in the longitudinal direction).

Zum Verriegeln des Gestängeschusses 23 in dem Mitnehmerring 37 wird dieser soweit innerhalb der Durchgangsöffnung verschoben, bis sich zwei bogenförmige Verriegelungsnuten 41, die in jedem der Endabschnitte 39a, 39b des Gestängeschusses 23 ausgebildet sind, innerhalb des Mitnehmerrings 37 befinden. Diese Verriegelungsnuten ermöglichen eine Relativdrehung des Mitnehmerrings 37 um 90° im Uhrzeigersinn in die in den Fig. 9a und 9b dargestellte Betriebsstellung (Verriegelungsstellung). Eine Drehung um mehr als 90° wird dadurch verhindert, dass die beiden um 180° um die Längsachse des Gestängeschusses 23 versetzt zueinander angeordneten Verriegelungsnuten 41 lediglich in einem Winkelabschnitt von 90° bogenförmig sind und danach gerade auslaufen. Dadurch werden zwei Nocken 42 ausgebildet, deren Abstand größer ist als die schmale Breite (entspricht dem Abstand der beiden geraden Kanten der Durchgangsöffnung des Mitnehmerrings) der Durchgangsöffnung des Mitnehmerrings 37. Diese Nocken 42 schlagen bei der in den Fig. 9a und 9b dargestellten Verriegelungsstellung an den Kanten des Mitnehmerrings 37 an und verhindern somit ein weitergehendes Verdrehen (im Uhrzeigersinn).For locking the rod assembly 23 in the driver ring 37 this is moved as far within the through hole until two arcuate locking grooves 41, which are formed in each of the end portions 39a, 39b of the rod section 23, located within the driving ring 37. These locking grooves allow a relative rotation of the cam ring 37 by 90 ° clockwise in the in the Fig. 9a and 9b shown operating position (locking position). A rotation of more than 90 ° is prevented by the fact that the two mutually offset by 180 ° about the longitudinal axis of the rod assembly 23 locking grooves 41 are curved in an angular portion of 90 ° and then just run out. As a result, two cams 42 are formed whose distance is greater than the narrow width (corresponding to the distance between the two straight edges of the through hole of the driving ring) of the through hole of the cam ring 37. These cams 42 strike in the in the Fig. 9a and 9b illustrated locking position at the edges of the driving ring 37 and thus prevent further rotation (clockwise).

In der Verriegelungsstellung des Gestängeschusses 23 in dem Mitnehmerring 37 können über den Mitnehmerring 37 Längskräfte (in Längsrichtung der Gestängeschussachsen) sowie ein Drehmoment (in den Fig. 9a bis 10b im Uhrzeigersinn) auf den Gestängeschuss bzw. das gesamte Bohrgestänge übertragen werden.In the locking position of the rod section 23 in the driving ring 37, 37 longitudinal forces (in the longitudinal direction of the rod assembly axes) and a torque (in the Fig. 9a to 10b clockwise) on the boom or the entire drill pipe to be transferred.

Der mittlere Abschnitt 38 jedes Gestängeschusses 23 weist einen reduzierten Außendurchmesser auf, um eine gegenüber den Endabschnitten 39a, 39b geringere (definierte) Biegesteifigkeit zu erreichen. Dadurch soll der Einsatz eines steuerbaren Schrägbohrkopfs ermöglicht werden. Durch ein Umsteuern des Bohrkopfs 43 im Erdreich wird ein abschnittsweise bogenförmiger Bohrverlauf erreicht. Diesem bogenförmigen Bohrverlauf muss sich das Bohrgestänge 24 anpassen, was zu einer entsprechenden Biegebeanspruchung führt. Der im Durchmesser reduzierte und somit gegenüber den Endabschnitten 39a, 39b relativ biegeweiche mittlere Abschnitt 38 jedes Gestängeschusses 23 dient dazu, den Gestängeschuss 23 insgesamt biegeweich zu halten, gleichzeitig jedoch die Endabschnitte 39a, 39b, die aufgrund der Gewinde besonders bruchgefährdet sind, steif auszuführen.The middle section 38 of each rod section 23 has a reduced outer diameter in order to achieve a (defined) bending stiffness in relation to the end sections 39a, 39b. This should enable the use of a controllable inclined drilling head. By reversing the drill head 43 in the ground, a sectionally arcuate bore profile is achieved. The drill string 24 must adapt to this arcuate bore profile, which leads to a corresponding bending stress. The reduced diameter and thus relative to the end portions 39a, 39b relatively flexible middle section 38 of each rod section 23 serves to keep the rod assembly 23 altogether pliable, while at the same time the end portions 39a, 39b, which are particularly vulnerable to breakage, stiff perform.

Aufgrund der Anordnung des kombinierten Linear-/Rotationsantriebs 5 am unteren Ende des Grubenabschnitts der Horizontalbohrvorrichtung 1 sowie aufgrund der geringen Außenabmessungen der Horizontalbohrvorrichtung 1 (das Gehäuse 2 weist einen maximalen Durchmesser von ca. 60 cm auf) können die einzelnen Gestängeschüsse 23 dem Linear-/Rotationsantrieb 5 nicht manuell zugeführt werden. Vielmehr ist hierfür eine automatisierte Gestängezuführung vorgesehen, die aus einer Gestängeaufnahme 44, die auf Höhe des Linear-/Rotationsantriebs 5 angeordnet ist, sowie dem Gestängelift 6 besteht.Due to the arrangement of the combined linear / rotary drive 5 at the lower end of the pit portion of the horizontal drilling device 1 and due to the small outer dimensions of the horizontal drilling device 1 (the housing 2 has a maximum diameter of about 60 cm), the individual rod sections 23 the linear / Rotary drive 5 are not manually fed. Rather, this is for this an automated rod feed provided, which consists of a rod holder 44, which is arranged at the height of the linear / rotary drive 5, and the linkage pin 6.

Die Gestängeaufnahme 44 ist in der Gesamtdarstellung der Fig. 4 und 5 sowie isoliert in den Darstellungen der Fig. 7a, 7b, 8a und 8b gezeigt. Zentrales Element der Gestängeaufnahme 44 ist ein Aufnahmedorn 45, der in einer Brücke 46 gelagert ist, die mit den Zylinderrohren 47 von zwei weiteren Hydraulikzylindern 48 verbunden ist. Auch bei den Hydraulikzylindern 48 handelt es sich um solche, bei denen die Kolbenstange 49 beidseitig aus dem Zylinderrohr 47 herausragt. Die beiden freien Enden der beiden Kolbenstangen 49 sind mit dem Gehäuse 2 der Horizontalbohrvorrichtung 1 verbunden, so dass durch eine entsprechende Beaufschlagung der Hydraulikzylinder 48 mit Hydrauliköl die Zylinderrohre 47 auf den stillstehenden Kolbenstangen 49 und folglich die Gestängeaufnahme 44 in horizontaler Richtung verfahren werden kann.The rod receiver 44 is in the overall view of Fig. 4 and 5 as well as isolated in the representations of the Fig. 7a, 7b . 8a and 8b shown. The central element of the boom support 44 is a receiving mandrel 45, which is mounted in a bridge 46 which is connected to the cylinder tubes 47 of two further hydraulic cylinders 48. Also in the hydraulic cylinders 48 are those in which the piston rod 49 protrudes from both sides of the cylinder tube 47. The two free ends of the two piston rods 49 are connected to the housing 2 of the horizontal drilling device 1, so that by a corresponding pressurization of the hydraulic cylinder 48 with hydraulic oil, the cylinder tubes 47 can be moved on the stationary piston rods 49 and consequently the boom support 44 in the horizontal direction.

Der Aufnahmedorn 45 der Gestängeaufnahme 44 ist innerhalb der Brücke 46 um eine horizontale Achse verschwenkbar gelagert, wobei ein Verschwenken zwischen den beiden in den Fig. 7a, 7b einerseits und 8a, 8b andererseits dargestellten Endlagen möglich ist. Das Verschwenken wird über einen weiteren Hydraulikzylinder 50 erreicht, der über entsprechende Hydraulikanschlüsse 65 mit einem Hydrauliköl versorgt wird.The receiving mandrel 45 of the boom receptacle 44 is pivotally mounted within the bridge 46 about a horizontal axis, wherein a pivoting between the two in the Fig. 7a, 7b on the one hand and 8a, 8b on the other hand shown end positions is possible. The pivoting is achieved via a further hydraulic cylinder 50, which is supplied via corresponding hydraulic connections 65 with a hydraulic oil.

In der in den Fig. 7a, 7b dargestellten Ausrichtung ist die Längsachse des Aufnahmedorns 45 sowie eines darauf aufgesteckten Gestängeschusses 23 koaxial zu der Längsachse der Antriebshülse 34 des Rotationsantriebs und weist somit in die Bohrrichtung der Horizontalbohrvorrichtung 1. In der in den Fig. 8a, 8b dargestellten vertikalen und somit um 90° zu der Betriebsstellung gemäß den Fig. 7a und 7b verschwenkten Ausrichtung ist der Aufnahmedorn 45 sowie der darauf aufgesteckte Gestängeschuss 23 innerhalb einer Führungsschiene 51 des Gestängelifts 6 positioniert. In dieser Betriebsstellung des Aufnahmedorns 45 kann ein Gestängeschuss 23 von dem Gestängelift 6 auf den Aufnahmedorn 45 aufgesteckt oder von diesem abgezogen werden.In the in the Fig. 7a, 7b The alignment shown is the longitudinal axis of the receiving mandrel 45 and an attached thereon rod assembly 23 coaxial with the longitudinal axis of the drive sleeve 34 of the rotary drive and thus has in the drilling direction of the horizontal drilling device 1. In the in the Fig. 8a, 8b shown vertical and thus by 90 ° to the operating position according to Fig. 7a and 7b pivoted alignment of the mandrel 45 and the attached thereon rod assembly 23 is positioned within a guide rail 51 of the linkage pin 6. In this operating position of the receiving mandrel 45, a rod section 23 can be plugged by the linkage pin 6 on the receiving mandrel 45 or deducted from this.

Innerhalb der Führungsschiene 51 des Gestängelifts 6 ist ein Aufnahmeschlitten 52, der einen Gestängeschuss 23 aufnehmen kann, verschiebbar geführt, wobei der Aufnahmeschlitten 52 an einem Trumm eines Antriebsriemens 53 befestigt ist, der außerhalb der Führungsschiene 51 und parallel zu dieser verläuft. Eine obere Antriebsrolle des Antriebsriemens 53 ist mit einem Motor (nicht dargestellt) verbunden, um diesen anzutreiben. Eine untere Umlenkrolle 54 ist auf einer Achse 55 gelagert, die an ihren beiden Enden auf je einer Gewindestange 56 und in je einer Nut 57 geführt ist. Durch ein Rotieren der Gewindestangen 56 kann die vertikale Lage der unteren Umlenkrolle 54 verändert werden, um den Antriebsriemen 53 zu spannen. Mittels des Antriebsriemens 53 kann der Aufnahmeschlitten 52 innerhalb der Führungsschiene 51 auf- und abgefahren werden. Auf diese Weise kann ein Gestängeschuss 23, der von einer Bedienperson in eine Aufgabestation 58 im Oberflächenabschnitt der Horizontalbohrvorrichtung 1 eingesetzt wird, zu der Gestängeaufnahme 44 im Grubenabschnitt - und anders herum - transportiert werden.Within the guide rail 51 of the linkage pin 6, a receiving carriage 52 which can receive a rod section 23, slidably guided, wherein the receiving carriage 52 is fixed to a run of a drive belt 53 which extends outside of the guide rail 51 and parallel thereto. An upper drive roller of the drive belt 53 is connected to a motor (not shown) for driving the same. A lower guide roller 54 is mounted on an axle 55, which is guided at its two ends on a respective threaded rod 56 and in a respective groove 57. By rotating the threaded rods 56, the vertical position of the lower guide roller 54 can be changed to tension the drive belt 53. By means of the drive belt 53, the receiving carriage 52 can be moved up and down within the guide rail 51. In this way, a boom section 23, which is used by an operator in a loading station 58 in the surface portion of the horizontal drilling device 1, to the boom support 44 in the pit section - and vice versa - be transported.

Die Fig. 11 zeigt in einer isolierten Darstellung die Gestängeaufnahme 44 sowie den unteren Teil des Gestängelifts 6 einschließlich des Aufnahmeschlittens 52, in dem ein Gestängeschuss 23 gehalten ist. Der Aufnahmeschlitten 52 bildet eine Durchgangsöffnung aus, in die der Gestängeschuss 23 von der Bedienperson im Bereich der Aufgabestation 58 von der Seite eingesetzt werden kann. In dem Aufnahmeschlitten 52 wird der eingesetzte Gestängeschuss 23 hängend gelagert, d.h. zwei Paare von Vorsprüngen 59 bilden jeweils einen Freiraum aus, der lediglich geringfügig breiter als der Durchmesser des mittleren Abschnitts 38 und schmaler als die breitere Seite der Endabschnitte 39a, 39b des Gestängeschusses 23 ist. Eines der Vorsprung-Paare greift dabei in die Verriegelungsnuten 41 des vorderen Endabschnitts 39a ein, während das zweite Vorsprung-Paar in den mittleren Abschnitt 38 des Gestängeschusses 23 eingreift. Über die zwei Vorsprung-Paare des Aufnahmeschlittens 52 wird der darin fixierte Gestängeschuss 23 formschlüssig (in vertikaler und seitlicher Richtung) gehalten. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur ein Vorsprung-Paar oder auch nur einen einzelnen Vorsprung zu verwenden, um den Gestängeschuss 23 innerhalb des Aufnahmeschlittens 52 zu halten.The Fig. 11 shows in an isolated view of the boom receptacle 44 and the lower part of the linkage pin 6 including the receiving carriage 52, in which a rod section 23 is held. The receiving carriage 52 forms a passage opening into which the rod section 23 can be inserted by the operator in the region of the loading station 58 from the side. In the receiving carriage 52, the inserted rod assembly 23 is suspended, ie two pairs of projections 59 each form a clearance which is only slightly wider than the diameter of the central portion 38 and narrower than the wider side of the end portions 39a, 39b of the rod section 23 , One of the projection pairs engages in the locking grooves 41 of the front end portion 39 a, while the second projection pair engages in the central portion 38 of the rod section 23. About the two projection pairs of the receiving carriage 52 of the rod assembly 23 fixed therein is held in a form-fitting (in the vertical and lateral directions). Of course, it is also possible to use only one projection pair or even a single projection to hold the rod assembly 23 within the receiving carriage 52.

Durch das Absenken des Aufnahmeschlittens 52 innerhalb der Führungsschiene 51 des Gestängelifts 6 wird der in dem Aufnahmeschlitten 52 gehaltene Gestängeschuss 23 auf den vertikal ausgerichteten Aufnahmedorn 45 aufgesteckt (vgl. Fig. 5 [Aufnahmeschlitten nicht dargestellt] und 8a, 8b). Der Aufnahmedorn wird daraufhin um 90° in die in den Fig. 4 und 7a, 7b dargestellte horizontale Betriebslage verschwenkt, wodurch der Gestängeschuss 23 in seitlicher Richtung aus dem Aufnahmeschlitten 52 herausgeschwenkt wird. Der Aufnahmeschlitten 52 kann dann wieder zu der Aufgabestation 58 verfahren werden, so dass ein weiterer Gestängeschuss 23 eingesetzt werden kann.By lowering the receiving carriage 52 within the guide rail 51 of the linkage pin 6 held in the receiving carriage 52 rod assembly 23 is mounted on the vertically oriented receiving mandrel 45 (see. Fig. 5 [Receiving carriage not shown] and 8a, 8b). The mandrel is then 90 ° in the in the Fig. 4 and 7a, 7b shown horizontal operating position pivoted, whereby the rod assembly 23 is pivoted out of the receiving carriage 52 in the lateral direction. The receiving carriage 52 can then be moved back to the loading station 58, so that a further rod section 23 can be used.

Die Horizontalbohrvorrichtung 1 ist für die Durchführung von Spülbohrungen ausgelegt, d.h. dem frontseitig an dem Bohrgestänge 24 angeordneten Bohrkopf 43 wird über das Bohrgestänge 24 eine Bohrflüssigkeit zugeführt, die durch frontseitige und seitliche Auslassöffnungen austreten. Um die Zufuhr der Bohrflüssigkeit zu dem Bohrkopf 43 zu ermöglichen, sind die einzelnen Gestängeschüsse 23 des Bohrgestänges 24 durchgängig hohl ausgeführt. Die Bohrflüssigkeit wird dem Bohrgestänge 24 über den Aufnahmedorn 45 zugeführt, der dafür ebenfalls fast durchgängig hohl ausgebildet ist. Lediglich am rückseitigen Ende, d.h. dem aus einem aufgesetzten Gestängeschuss 23 herausragenden Ende, ist dieser mittels eines Schraubverschlusses 60 verschlossen. Dem von dem hohlen Aufnahmedorn 45 ausgebildeten Innenraum wird die Bohrflüssigkeit über eine ebenfalls hohl ausgebildete Welle zugeführt, auf der der Aufnahmedorn 45 drehbar gelagert ist. Zwei Dichtringe auf der Außenseite des Aufnahmedorns 45 verhindern eine Leckage der Bohrflüssigkeit durch den Spalt zwischen dem Aufnahmedorn 45 und dem Gestängeschuss 23. Hierdurch kann auf einfache Weise ein sicherer und konstruktiv einfacher Anschluss des verschwenkbaren Aufnahmedorns 45 an die Bohrflüssigkeitsquelle erzielt werden. Einen Anschluss an die Bohrflüssigkeitsquelle unter Beibehaltung der Verschwenkbarkeit des Aufnahmedorns über flexible Versorgungsschläuche zu erreichen, ist dagegen konstruktiv aufwendiger, da der hohe Druck, mit dem eine Bohrflüssigkeit einem solchen Bohrgestänge 24 zugeführt wird, die Verwendung von äußerst druckstabilen und somit wenig elastischen Versorgungsschläuchen erforderlich macht, die wiederum die Schwenkbewegung des Aufnahmedorns 45 behindern würden, wodurch ein größerer und leistungsfähiger Hydraulikzylinder 50 für das Verschwenken erforderlich werden würde.The horizontal drilling device 1 is designed for the execution of flushing holes, ie the drill bit 43 arranged on the front side of the drill string 24 is supplied via the drill string 24 with a drilling fluid which emerges through front and side outlet openings. In order to enable the supply of the drilling fluid to the drill head 43, the individual rod sections 23 of the drill string 24 are designed to be hollow throughout. The drilling fluid is supplied to the drill pipe 24 via the mandrel 45, which is also designed to be almost continuous hollow. Only at the rear end, ie from an attached rod section 23rd outstanding end, this is closed by means of a screw 60. The hollow space formed by the hollow mandrel 45, the drilling fluid is supplied via a likewise hollow shaft on which the receiving mandrel 45 is rotatably mounted. Two sealing rings on the outside of the mandrel 45 prevent leakage of the drilling fluid through the gap between the mandrel 45 and the rod section 23. This can be achieved in a simple manner a safe and structurally simple connection of the pivoting mandrel 45 to the Bohrflüssigkeitsquelle. To achieve a connection to the Bohrflüssigkeitsquelle while maintaining the pivotability of the mandrel via flexible supply hoses, however, is structurally complex, since the high pressure with which a drilling fluid is fed to such a drill string 24, the use of extremely pressure-resistant and thus less elastic supply hoses required which in turn would hinder the pivotal movement of the take-up mandrel 45, requiring a larger and more efficient hydraulic cylinder 50 for pivoting.

Eine Verwendung der Horizontalbohrvorrichtung 1 zum Erstellen einer Pilotbohrung läuft folgendermaßen ab:

  • Noch vor dem Absenken der Horizontalbohrvorrichtung 1 in die Baugrube 4 wird der in der Fig. 1 dargestellte Bohrkopf 43 durch eine Durchtrittsöffnung 61 für das Bohrgestänge, die in dem Gehäuse 2 ausgebildet ist, in die Antriebshülse 34 des Rotationsantriebs eingesteckt. Dies ist erforderlich, da der Bohrkopf einen integrierten Sender für die Lokalisierung mittels eines sogenannten Walk-Over-Empfängers aufweist und dadurch länger als die Gestängeschüsse 23 ist. Der Bohrkopf weist einen (hinteren) Endabschnitt 62 auf, der hinsichtlich der geometrischen Form den Endabschnitten 39a, 39b der Gestängeschüsse 23 entspricht: In den Endabschnitt 62 mit einer zylindrischen Grundform, die an zwei gegenüberliegenden Seiten mit parallelen Abflachungen versehen ist, sind zwei bogenförmige Verriegelungsnuten eingebracht, in die der Mitnehmerring 37 durch eine 90°-Rotation im Uhrzeigersinn eingedreht werden kann, wodurch der Bohrkopf 43 in dem Rotationsantrieb verriegelt ist. Der Rotationsantrieb befindet sich dabei in der hintersten Stellung, in der dieser mittels des Linearantriebs so weit wie möglich von der Durchtrittsöffnung 61 weg gefahren ist.
A use of the horizontal drilling device 1 for creating a pilot hole is as follows:
  • Even before lowering the horizontal drilling device 1 in the pit 4 is in the Fig. 1 illustrated drill head 43 through a passage opening 61 for the drill string, which is formed in the housing 2, inserted into the drive sleeve 34 of the rotary drive. This is necessary because the drill head has an integrated transmitter for localization by means of a so-called walk-over receiver and thereby longer than the rod sections 23. The drill head has a (rear) end portion 62 which corresponds in terms of geometric shape to the end portions 39a, 39b of the rod sections 23: In the end portion 62 with a cylindrical basic shape, which is provided on two opposite sides with parallel flats, are two arcuate locking grooves introduced, in which the driving ring 37 can be screwed by a 90 ° rotation in a clockwise direction, whereby the drill head 43 is locked in the rotary drive. The rotary drive is in the rearmost position in which this is driven by the linear drive as far as possible from the passage opening 61 away.

Die Horizontalbohrvorrichtung 1 wird daraufhin in die Baugrube 4 abgesenkt, ausgerichtet und abgestützt, wie dies bereits beschrieben wurde.The horizontal drilling device 1 is then lowered into the excavation 4, aligned and supported, as already described.

Durch den Einsatz des Linear-/Rotationsantriebs 5 wird dann der Bohrkopf 43 soweit wie möglich in das Erdreich eingebohrt. Aufgrund der Länge des Bohrkopfs 43 erfolgt das Verbohren mit zwei Hüben des Linearantriebs; beim ersten Hub befindet sich der Mitnehmerring 37 am vorderen Ende der zwei parallelen Abflachungen, so dass die Druckkräfte über den dort ausgebildeten Absatz und das Drehmoment über die als Schlüsselflächen dienenden parallelen Abflachungen übertragen werden. Nach dem ersten Hub wird der Linearantrieb zurückgefahren, so dass der Mitnehmerring 37 in die Verriegelungsnuten eingreifen und den Bohrkopf 43 verriegeln kann. Daraufhin wird der Linearantrieb wieder um einen Arbeitshub nach vorne bewegt, wodurch der Bohrkopf 43 vollständig verbohrt wird. Der Rotationsantrieb befindet sich dann in der beispielsweise in den Fig. 4 und 5 dargestellten vordersten Stellung. Eine im Bereich der Durchgangsöffnung vorgesehene Verriegelungsgabel (nicht dargestellt) wird daraufhin heruntergefahren. Die Gabelbreite der Verriegelungsgabel entspricht dem Abstand der beiden parallelen Abflachungen des Bohrkopfs 43 sowie dem Abstand der beiden Verriegelungsnuten. Zuvor wurde der Bohrkopf 43 mittels des Rotationsantriebs so ausgerichtet, dass die beiden Abflachungen des Endabschnitts vertikal ausgerichtet sind, so dass die Verriegelungsgabel den Endabschnitt (in einem Abschnitt vor den Verriegelungsnuten) des Bohrkopfs 43 überfahren kann, wodurch mittels einer formschlüssigen Fixierung eine Drehung des Bohrkopfs 43 temporär verhindert wird.By using the linear / rotary drive 5 then the drill head 43 is drilled as far as possible in the ground. Due to the length of the drill head 43, the drilling is carried out with two strokes of the linear drive; at the first stroke, the cam ring 37 is located at the front end of the two parallel flats, so that the Compressive forces are transmitted via the paragraph formed there and the torque on serving as the key surfaces parallel flats. After the first stroke of the linear drive is moved back so that the driving ring 37 engage in the locking grooves and lock the drill head 43. Then the linear drive is again moved forward by one working stroke, whereby the drill head 43 is completely bored. The rotary drive is then in the example in the Fig. 4 and 5 illustrated foremost position. A provided in the region of the passage opening locking fork (not shown) is then shut down. The fork width of the locking fork corresponds to the distance between the two parallel flats of the drill head 43 and the distance between the two locking grooves. Previously, the drill bit 43 was aligned by means of the rotary drive so that the two flats of the end portion are aligned vertically, so that the locking fork can drive over the end portion (in a section in front of the locking grooves) of the drill head 43, whereby rotation of the drill head by means of a positive fixation 43 is temporarily prevented.

Während des Vortreibens des Bohrkopfs 43 in das Erdreich wurde von der Bedienperson bereits ein erster Gestängeschuss 23 in den Aufnahmeschlitten 52 eingesetzt und durch ein Verfahren des Gestängelifts 6 auf den Aufnahmedorn 45 aufgesteckt. Nach einem Verschwenken des Aufnahmedorns 45 sowie des darauf aufgesteckten Gestängeschusses 23 um 90° in seine horizontale Ausrichtung befindet sich der Gestängeschuss 23 in einer weitgehend koaxialen Lage zu dem bereits verbohrten Bohrkopf 43. Durch ein Verfahren der beiden Hydraulikzylinder 48 der Gestängeaufnahme 44 kann dann der vorderseitige Gewindestecker des Gestängeschusses 23 an die rückseitige Gewindebuchse des Bohrkopfs 43 herangefahren werden. Der Mitnehmerring 37 wird dann aus den Verriegelungsnuten des Bohrkopfs 43 gelöst und der Linear-/Rotationsantrieb 5 so weit zurückgefahren, dass sich dieser in einem definierten Bereich des vorderen Endabschnitts 39a des ersten Gestängeschusses 23 befindet. Durch eine Betätigung des Rotationsantriebs wird der erste Gestängeschuss 23 mit dem durch die Verriegelungsgabel in Drehrichtung fixierten Bohrkopf 43 verschraubt, wobei das Drehmoment über die parallelen Abflachungen 40 übertragen wird. Dadurch, dass der Mitnehmerring 37 noch nicht in der Verriegelungsnut 41 verriegelt ist, kann sich der Gestängeschuss beim Verschrauben in längsaxialer Richtung relativ zu dem Mitnehmerring 37 verschieben . Dadurch kann ohne einen aufwendigen, durch den Linearantrieb realisierten Längenausgleich die für das Verschrauben des Gestängeschusses 23 erforderliche Längsbewegung des Gestängeschusses 23 realisiert werden.During the propelling of the drill head 43 into the ground, the operator has already used a first rod section 23 in the receiving carriage 52 and attached it to the receiving mandrel 45 by a method of the linkage pin 6. After a pivoting of the mandrel 45 and the attached thereon rod assembly 23 by 90 ° in its horizontal orientation, the rod assembly 23 is in a largely coaxial position to the already drilled bit 43. By a method of the two hydraulic cylinders 48 of the rod holder 44 can then the front Threaded plug of the rod assembly 23 are moved up to the rear threaded bushing of the drill head 43. The driving ring 37 is then released from the locking grooves of the drill head 43 and the linear / rotary drive 5 is moved back so far that this is located in a defined region of the front end portion 39 a of the first rod section 23. By actuating the rotary drive, the first rod assembly 23 is screwed to the drill head 43 fixed in the direction of rotation by the locking fork, the torque being transmitted via the parallel flats 40. Due to the fact that the driving ring 37 is not yet locked in the locking groove 41, the rod section can be displaced relative to the driving ring 37 during screwing in the longitudinal axial direction. As a result, the longitudinal movement of the rod section 23 required for screwing the rod section 23 can be realized without a complex length compensation realized by the linear drive.

Die Position des Rotationsantriebs während des Verschraubens ist so gewählt, dass sich die Verriegelungsnuten 41 des vorderen Endabschnitts 39a nach dem vollständigen Verschrauben des Gestängeschusses 23 mit dem Bohrkopf 43 innerhalb des Mitnehmerrings 43 befinden, so dass dieser durch eine 90°-Drehung direkt, d.h. ohne dass ein weiteres Verfahren des Linearantriebs erforderlich ist, in die Verriegelungsnuten 41 eingreifen kann, um den Gestängeschuss 23 auch in Längsrichtung zu fixieren. Der Bohrstrang wird dann soweit verbohrt, bis der Rotationsantrieb wieder in seiner vorderen Endstellung angelangt ist.The position of the rotary drive during the screwing is chosen so that the locking grooves 41 of the front end portion 39 a after the complete screwing of the rod section 23 with the drill head 43 within the driving ring 43, so that it can directly engage in the locking grooves 41 by a 90 ° rotation directly, that is, without another method of the linear drive is required to fix the rod assembly 23 in the longitudinal direction. The drill string is then drilled so far until the rotary drive has returned to its front end position.

Danach wird der Rotationsantrieb durch eine 90° Drehung (in entgegengesetzter Richtung) des Mitnehmerrings entriegelt und mittels der Hydraulikzylinder 25 des Linearantriebs soweit zurückgefahren, bis der Mitnehmerring 37 in die Verriegelungsnuten 41 des hinteren Endabschnitts 39b des ersten Gestängeschusses 23 eingreifen kann; dort wird der Mitnehmerring 37 wieder durch eine 90°-Drehung verriegelt. Dann wird der Bohrstrang, bestehend aus Bohrkopf 43 und erstem Gestängeschuss 23 durch den Einsatz des Linear-/Rotationsantriebs 5 um einen weiteren Arbeitshub des Linearantriebs weiter in das Erdreich vorgetrieben.Thereafter, the rotary drive is unlocked by a 90 ° rotation (in the opposite direction) of the driver ring and moved back by means of the hydraulic cylinder 25 of the linear drive until the driver ring 37 can engage in the locking grooves 41 of the rear end portion 39b of the first rod section 23; There, the driving ring 37 is locked again by a 90 ° rotation. Then the drill string, consisting of drill head 43 and first rod assembly 23 is driven by the use of the linear / rotary drive 5 by a further working stroke of the linear drive further into the soil.

Sobald der Rotationsantrieb in seiner vorderen Endlage angelangt ist, wird die Gestängeaufnahme 44 wieder in die hintere Position zurückgefahren und der Aufnahmedorn 45 in die vertikale Lage verschwenkt, wo dieser einen zweiten Gestängeschuss 23, der bereits von der Bedienperson in den in die Aufgabestation 58 verfahrenen Aufnahmeschlitten 52 eingesetzt wurde, aufnehmen kann.As soon as the rotary drive has reached its front end position, the boom support 44 is moved back into the rear position and the take-up mandrel 45 is pivoted into the vertical position, where this second linkage 23, which already by the operator in the receiving carriage 58 moved into the loading station 52 was used, can accommodate.

Nach Beendigung des Arbeitshubs des Linearantriebs befinden sich die Verriegelungsnuten 41 des vorderen Endabschnitts 39a des ersten Gestängeschusses 23 unterhalb der Verriegelungsgabel, die dann herunter gefahren werden kann, um den Bohrstrang zu fixieren, während der zweite Gestängeschuss 23 an den bestehenden Bohrstrang angeschraubt wird. Hierzu wird der zweite Gestängeschuss 23 mittels der Gestängeaufnahme 44 an das hintere Ende des ersten Gestängeschusses 23 herangefahren. Gleichzeitig wird der Rotationsantrieb von dem ersten Gestängeschuss 23 gelöst und soweit nach hinten verfahren, dass dieser an den parallelen Abflachungen 40 in dem vorderen Endabschnitt 39a des zweiten Gestängeschusses 23 angreifen kann. Durch den Einsatz des Linear-/Rotationsantriebs 5 wird der zweite Gestängeschuss 23 dann mit dem ersten Gestängeschuss 23 verschraubt, wobei nach dem Vollenden des Verschraubens der Mitnehmerring 37 wieder in den Verriegelungsnuten 41 des vorderen Endabschnitts 39a des zweiten Gestängeschusses verriegelt und der Bohrstrang wieder bis zum Erreichen der vorderen Endlage (des Linearantriebs) verbohrt wird. Der Linear-/Rotationsantrieb 5 wird dann durch eine 90°-Relativdrehung des Mitnehmerrings 37 von dem zweiten Gestängeschuss 23 gelöst und wieder nach hinten verfahren, um den zweiten Gestängeschuss 23 in dem hinteren Endabschnitt 39b zu verriegeln und den Bohrstrang wieder um einen weiteren Arbeitshub in das Erdreich vorzutreiben.Upon completion of the power stroke of the linear actuator, the locking grooves 41 of the front end portion 39a of the first linkage 23 are below the locking fork, which can then be lowered to fix the drill string while the second linkage 23 is bolted to the existing drill string. For this purpose, the second rod assembly 23 is moved up by means of the rod holder 44 to the rear end of the first rod assembly 23. At the same time, the rotational drive is released from the first linkage 23 and moved backwards so far that it can engage the parallel flats 40 in the front end section 39a of the second linkage section 23. Through the use of the linear / rotary drive 5, the second rod section 23 is then screwed to the first rod section 23, wherein after completing the screwing of the cam ring 37 is locked again in the locking grooves 41 of the front end portion 39 a of the second rod section and the drill string back to the Reaching the front end position (of the linear drive) is bored. The linear / rotary drive 5 is then released by a 90 ° relative rotation of the driving ring 37 of the second rod section 23 and moved back to lock the second rod section 23 in the rear end portion 39b and the drill string to another working stroke in to drive the soil.

Anders als bei dem Bohrkopf 43 greift die Verriegelungsgabel stets in die Verriegelungsnuten 41 der Gestängeschüsse 23 ein, um diese bzw. den Bohrstrang nicht nur rotatorisch, sondern auch gegen eine Bewegung in Längsrichtung zu sichern. Dadurch kann verhindert werden, dass sich der Bohrstrang aufgrund von elastischen Rückverformungen des komprimierten Erdreichs und des durch die Belastungen gestauchten oder gedehnten Bohrgestänges ungewollt verlagert.Unlike the drill head 43, the locking fork always engages in the locking grooves 41 of the rod sections 23 in order to secure this or the drill string not only rotationally but also against longitudinal movement. As a result, it is possible to prevent the drill string from shifting unintentionally due to elastic re-deformations of the compressed soil and of the drill string compressed or stretched by the loads.

Das Ansetzen und Verbohren weiterer Gestängeschüsse 23 erfolgt dann auf identische Art und Weise.The preparation and Verbohren further rod sections 23 is then carried out in an identical manner.

Nachdem die Pilotbohrung fertig gestellt worden ist, kann vorgesehen sein, den Bohrkopf 43 durch eine Aufweitvorrichtung (nicht dargestellt) zu ersetzen, um die Bohrung während des Zurückziehens des Bohrgestänges aufzuweiten. Gegebenenfalls kann ein Neurohr (nicht dargestellt) oder eine sonstige Versorgungsleitung (nicht dargestellt) an den Aufweitkopf angehängt werden, die gleichzeitig mit der Aufweitvorrichtung in die Bohrung eingezogen wird.After the pilot bore has been completed, it may be provided to replace the drill head 43 by a widening device (not shown) to widen the bore during retraction of the drill string. Optionally, a neural tube (not shown) or other supply line (not shown) may be attached to the expander head, which is retracted into the bore simultaneously with the expander.

Beim Zurückziehen des Bohrgestänges 24 wird dieses schrittweise um jeweils einen Gestängeschuss 23 verkürzt. Dies erfolgt auf folgende Art und Weise.When retracting the drill string 24, this is gradually shortened by a rod section 23. This is done in the following way.

Der Mitnehmerring 37 des Rotationsantriebs ist in den Verriegelungsnuten 41 des hinteren Endabschnitts 39b des letzten Gestängeschusses 23 verriegelt. Der Rotationsantrieb wird durch ein Verfahren der Hydraulikzylinder 25 des Linearantriebs nach hinten verfahren. Die Verriegelungsgabel wird daraufhin herunter gefahren und fixiert den vorletzten Gestängeschuss 23, indem diese in die Verriegelungsnuten 41 des hinteren Endabschnitts 39b dieses Gestängeschusses 23 eingreift. Der Linear-/Rotationsantrieb wird dann durch eine 90°-Drehung des Mitnehmerrings von dem Gestängeschuss 23 gelöst und wieder nach vorne verfahren, bis der Mitnehmerring 37 in die Verriegelungsnuten des vorderen Endabschnitts 39a des letzten Gestängeschusses 23 eingreifen kann. Durch einen weiteren Arbeitshub des Linearantriebs wird das Bohrgestänge 24 so weit aus dem Erdreich herausgezogen, dass die Verriegelungsgabel den vorletzten Gestängeschuss 23 in dem vorderen Endabschnitt 39a verriegeln kann. Dann kann der letzte Gestängeschuss 23 von dem vorletzten Gestängeschuss 23 durch eine Rotation der Antriebshülse 34 entgegen dem Uhrzeigersinn abgeschraubt werden. Durch die besondere Form des Gestängeschusses im Bereich der Endabschnitte kann ein Drehmoment zum Lösen der Gewindeverbindung übertragen werden, ohne dass der Mitnehmerring 37 in der Verriegelungsnut 41 auch in längsaxialer Richtung fixiert wäre. Dadurch kann der Mitnehmerring 37 beim Abschrauben des Gestängeschusses 23 entsprechend der Gewindesteigung über den Gestängeschuss gleiten, wodurch ein Längenausgleich über den Linearantrieb vermieden werden kann. Gleichzeitig verfährt die Gestängeaufnahme 44 nach vorne, um den abgeschraubten letzten Gestängeschuss 23 aufzunehmen. Die Gestängeaufnahme 44 fährt dann wieder in ihre hinterste Position und der Linear-/Rotationsantrieb 5 gleichzeitig nach vorne, so dass dieser an dem hinteren Endabschnitt 39b des dann letzten (vorher vorletzten) Gestängeschusses 23 angreifen kann. Der abgeschraubte Gestängeschuss 23 ist dann vollständig aus der Antriebshülse 34 herausgefahren und kann durch ein Verschwenken des Aufnahmedorns 45 in die vertikale Position in den Aufnahmeschlitten 52 des Gestängelifts 6 eingesetzt werden. Der Aufnahmeschlitten 52 kann daraufhin nach oben zu der Aufgabestation 58 verfahren werden, wo der Gestängeschuss von einer Bedienperson entnommen werden kann.The driving ring 37 of the rotary drive is locked in the locking grooves 41 of the rear end portion 39 b of the last rod section 23. The rotary drive is moved by a process of the hydraulic cylinder 25 of the linear drive to the rear. The locking fork is then moved down and fixes the penultimate rod assembly 23 by this in the locking grooves 41 of the rear end portion 39 b of this rod section 23 engages. The linear / rotary drive is then released by a 90 ° rotation of the driving ring of the rod section 23 and moved forward again until the driving ring 37 can engage in the locking grooves of the front end portion 39a of the last rod section 23. Through a further working stroke of the linear drive, the drill string 24 is pulled out of the ground so far that the locking fork can lock the penultimate rod section 23 in the front end portion 39a. Then the last rod section 23 can be unscrewed from the penultimate rod section 23 by a rotation of the drive sleeve 34 in the counterclockwise direction. Due to the particular shape of the rod section in the region of the end sections, a torque for releasing the threaded connection can be transmitted without the carrier ring 37 being fixed in the locking groove 41 also in the longitudinal axial direction. This allows the driving ring 37 slide when unscrewing the rod assembly 23 according to the thread pitch over the rod section, whereby a length compensation on the linear drive can be avoided. At the same time moves the boom support 44 forward to the unscrewed last rod section 23 record. The boom support 44 then moves back to its rearmost position and the linear / rotary drive 5 at the same time forward, so that it can attack on the rear end portion 39b of the then last (previously penultimate) rod section 23. The unscrewed rod assembly 23 is then completely moved out of the drive sleeve 34 and can be used by pivoting the mandrel 45 in the vertical position in the receiving carriage 52 of the linkage pin 6. The receiving carriage 52 can then be moved up to the feed station 58, where the rod section can be removed by an operator.

Auf identische Art und Weise werden alle Gestängeschüsse nacheinander von dem Bohrgestänge gelöst und aus der Horizontalbohrvorrichtung entfernt.In an identical manner, all rod sections are successively detached from the drill string and removed from the horizontal drilling apparatus.

Die dargestellte Horizontalbohrvorrichtung eignet sich insbesondere für einen Einsatz in innerstädtischen Gebieten und insbesondere für die Erstellung von Hausanschlüssen im Versorgungsbereich (insbesondere Gas, Wasser, Strom, Glasfaser, etc.). Es können Bohrungen bis mindestens 20 m Länge eingebracht werden, die dann für ein Einziehen von Rohren oder Kabeln mit einem Außendurchmesser von bis zu 63 mm genutzt werden.The horizontal drilling device shown is particularly suitable for use in inner city areas and in particular for the creation of domestic connections in the supply area (in particular gas, water, electricity, glass fiber, etc.). Drill holes of up to 20 meters in length can be drilled and used to retract pipes or cables with an outside diameter of up to 63 mm.

Claims (13)

  1. Method for operating a horizontal drilling device (1), said horizontal drilling device (1) comprising a linear drive, a rotary drive which can be displaced by the linear drive and a drill rod assembly (24) which is configured as a train of a plurality of interconnected rod segments (23), the rotary drive forming a passage opening into which the drill rod assembly can be inserted, force transmission means for transmitting compressive and/or tensile forces and/or a torque onto the drill rod assembly (24) being provided in the passage opening, and a rod segment (23) being fixed inside the passage opening of the rotary drive and being connected to the rear end of the drill rod assembly (24) or being released from the drill rod assembly (24) by a linear and/or rotational movement of the rotary drive, characterised in that the force for connecting or releasing a rod segment (23) is transmitted by force transmission means such that in a first angular position of the force transmission means relative to the drill rod assembly (24), the drill rod assembly (24) can be inserted into the rotary drive or can be removed therefrom, while in a second angular position, a locking of the drill rod assembly (24) is provided in which compressive and/or tensile forces and/or a torque can be transmitted.
  2. Method according to claim 1, characterised in that the rod segment (23) is fixed positively inside the passage opening of the rotary drive.
  3. Method according to claim 1 or 2, characterised in that the rod segment (23) is fixed in a first position inside the passage opening for connection/release and is fixed in a second position at a distance from the first position in a longitudinally axial direction for the drilling of the drill rod assembly (24).
  4. Horizontal drilling device (1) having a linear drive, a rotary drive displaceable by the linear drive and a drill rod assembly (24), the rotary drive forming a passage opening into which the drill rod assembly (24) can be inserted, and the rotary drive comprising force transmission means for the positive transmission of compressive and/or tensile forces and/or a torque onto the drill rod assembly (24), characterised in that the force transmission means are configured such that in a first angular position of said force transmission means relative to the drill rod assembly (24), the drill rod assembly (24) can be inserted into the rotary drive or can be removed therefrom, while in a second angular position, a locking of the drill rod assembly (24) is provided in which compressive and/or tensile forces and/or a torque can be transmitted.
  5. Horizontal drilling device (1) according to claim 4, characterised in that the force transmission means comprise a force transmission ring which forms an opening through which the drill rod assembly (24) can be inserted and the drill rod assembly (24) has in at least a first portion a first cross section corresponding to such an extent to the cross section of the opening that the drill rod assembly (24) can be inserted through the opening only in the first angular position, and has in at least a second portion configured as a partial portion of the first portion, a second cross section different from the first cross section so that the drill rod assembly (24) can only be rotated into the second angular position when the second portion is located inside the opening of the force transmission ring.
  6. Horizontal drilling device (1) according to claim 5, characterised in that the force transmission ring is arranged in a replaceable manner in the rotary drive.
  7. Horizontal drilling device (1) according to claim 5 or 6, characterised in that the drill rod assembly (24) has a circular basic cross section and has at least one lateral flattening (40) in the first portion.
  8. Horizontal drilling device (1) according to claim 7, characterised in that the drill rod assembly (24) has in the second portion at least one arched groove which runs out into the lateral flattening.
  9. Horizontal drilling device (1) according to any one of claims 5 to 8, characterised in that the drill rod assembly (24) is configured as a train of a plurality of interconnected rod segments (23), each rod segment (23) having at least two first portions and at least two second portions.
  10. Horizontal drilling device (1) according to claim 9, characterised in that a first portion and a second portion is respectively located in the region of both ends of each rod segment (23), a third portion which has a lower flexural strength than the first portions being arranged between said first and second portions.
  11. Horizontal drilling device (1) according to any one of claims 4 to 10, characterised in that the rotary drive has a hollow transmission (28) with a bevel gear wheel (31) driven by a motor (29), the bevel gear wheel (31) meshing with an annular gear (32) which is connected for co-rotation with the force transmission means.
  12. Horizontal drilling device (1) according to any one of claims 4 to 11, characterised in that the rotary drive is connected to the cylinder tube (27) of at least one drive cylinder of the linear drive.
  13. Drill rod assembly (24) of a horizontal drilling device according to any one of the preceding claims 4 to 12, characterised in that the rod segments (23) of the drill rod assembly (24) have a casing form with two arched locking grooves, which casing form is adapted to the force transmission means.
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