EP3957818A1 - Bohrkopf für eine schlagend verdrängende erdbohrvorrichtung und verwenden eines bohrkopfs für eine schlagend verdrängende erdbohrvorrichtung - Google Patents

Bohrkopf für eine schlagend verdrängende erdbohrvorrichtung und verwenden eines bohrkopfs für eine schlagend verdrängende erdbohrvorrichtung Download PDF

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EP3957818A1
EP3957818A1 EP21188683.3A EP21188683A EP3957818A1 EP 3957818 A1 EP3957818 A1 EP 3957818A1 EP 21188683 A EP21188683 A EP 21188683A EP 3957818 A1 EP3957818 A1 EP 3957818A1
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EP
European Patent Office
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drill head
drill
section
head section
stepped
Prior art date
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EP21188683.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3957818B1 (de
EP3957818C0 (de
Inventor
Franz-Josef Puettmann
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Tracto Technik GmbH and Co KG
Original Assignee
Tracto Technik GmbH and Co KG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers
    • E21B4/145—Fluid operated hammers of the self propelled-type, e.g. with a reverse mode to retract the device from the hole
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/36—Percussion drill bits
    • E21B10/40—Percussion drill bits with leading portion

Definitions

  • the invention relates to a drill head for a percussive displacement earth boring device and to using a drill head for a percussive displacement earth boring device.
  • Earth drilling devices are known for making earth bores in the ground, which can be designed, for example, as a ram drilling device or ram drilling device.
  • a ram boring machine with a displacement cone, on the outer circumference of which are designed knife-like cutting edges which smash solid obstacles, such as stones, very quickly.
  • the knife-like cutting edges can be arranged one behind the other in a stepped manner.
  • a ram drilling device is described which has a tubular housing and a percussion tip mounted in an axially displaceable manner therein. In its area outside the housing, the striking tip has a forward-tapering displacement cone, which sits with a central bearing bore on a conical intermediate piece of the striking tip.
  • the striking tip which can be designed as a gouge, for example, is pushed forward together with the displacement cone when it is hit from behind.
  • the displacement cone can essentially be described as a stepped head or stepped drill head, like this one from DE 101 12 985 A1 is known.
  • DE 10 2004 032 551 A1 discloses a drill bit for creating or expanding a borehole by means of a percussive device.
  • a drill head with two drill head sections is described.
  • the first drill head section has drainage channels and can be used to loosen the soil or to smash obstacles.
  • the second drill head section has conical sections on the lateral surface and can ensure the radial compaction of the loosened soil.
  • the first drill head section can essentially be referred to as a crown head or crown drill head, which has cutting edges running transversely to the longitudinal extent of the drill head, between which there are discharge channels for passing through the cuttings or the fragments of the obstacles that have been smashed.
  • the core idea of the invention is to provide a combination in which a drill head section is designed as a crown head and a drill head section as a stepped head.
  • a drill head section is designed as a crown head and a drill head section as a stepped head.
  • the drill head section designed as a crowned head can destroy existing obstacles, for example stones, and then the fragments of the obstacles can be levered outwards into the bore channel wall by means of the steps of the drill head section designed as a stepped head.
  • the drill head section designed as a crown head can first cut through the ground. Obstacles in the form of rock that are larger than the culverts in the crown head can be crushed. Through this can be achieved that only correspondingly small obstacles have to be screwed or levered into the ground, so that the reaction forces that could lead to the deflection of the drill head remain low. Since the turning of the obstacles can take place behind the drill head section designed as a crown head, the leading drill head section designed as a crown head can also serve as a guide and thus improve the directional stability of the drill head.
  • a drill bit for a percussive displacement earth boring apparatus having first and second drill bit sections.
  • the first drill head section has drainage channels and the second drill head section has a longitudinally increasing cross-section.
  • the second drill head section has a plurality of stepped regions.
  • the teaching of the invention provides added value for the user of the drill head or an earth drilling device having the drill head, in that the skin friction on the housing of the drill head, which follows the two drill head sections, can be reduced. As a result, the negative influences on the performance or the propulsion of the earth drilling device that would otherwise be caused by increased skin friction can be reduced. The wear and tear of the housing following the two drill head sections can also be reduced.
  • the drill head section designed as a crowned head can take over the work of destroying obstacles along the earth bore to be created, and the steps of the drill head section designed as a stepped head convey the fragments of the obstacles outwards into the drill hole wall and can in particular lever them into the drill hole wall by a fragment, which is seized by a step, is levered or screwed into the drill channel wall. In this way, a reduction in the skin friction on the following housing and/or a reduction in wear on the following housing is achieved in the simplest way.
  • the term "earth drilling device” includes any device which moves a drill string in an existing or to be created channel in the ground, in particular a drill string containing rod sections, in order to create or widen a bore, in particular a horizontal bore (HD), or pipelines or other long ones body into the ground.
  • the earth drilling device can in particular be an HD device.
  • a ground drilling device can thus be a device that drives a drill string, which works in a soil-displacing manner and penetrates the drill string in a translatory and/or rotary manner in the longitudinal axial direction of the drill string into the soil.
  • a well may be drilled or widened by moving the drill string forward and/or backward in the ground.
  • the peripheral boundary of the channel or the earth bore is usually referred to as the bore channel wall.
  • the drill string can include the drill head and associated sections that are moved together with the drill head in the ground.
  • HD horizontal drilling
  • vertical drilling in the sense of the present description includes in particular an at least partially horizontally arranged bore or channel or pipeline.
  • soil in the sense of the present description includes in particular any type of material, in particular earth, sand, rock, stone and mixed forms thereof, into which existing or to be created, preferably at least partially horizontal channels or bores, in particular earth channels including earth bores, Rock drilling or earth lines, as well as underground or above-ground pipelines and water channels, which can be made or installed by using an appropriate device for drilling in the ground.
  • a percussive displacement earth boring device can be configured as a ram boring device.
  • ram drilling device or "earth rocket”, which is used essentially synonymously with the term ram drilling device, includes, in the context of the description, a self-propelled percussion device which works in a displacement manner and hammers a hole, a line and/or a pipe into the ground can.
  • ram drilling device includes earth displacement devices in which a drill head tip can be arranged in a housing so that it can move longitudinally. Alternatively, a drill bit tip may be rigidly mounted within the housing. The drill head tip can in particular be a chisel.
  • a ram boring device can be both a single-cycle device and a device working with multiple cycles, in particular a two-cycle device.
  • the percussion piston hits the drill head tip and the housing at the same moment.
  • the percussion piston first strikes the drill head tip, which rushes ahead in the first cycle.
  • the housing is acted upon by the percussion piston. Tip drag and skin friction are separated in a multi-cycle device and are alternately more easily overcome.
  • drill bit as used in the specification is an end-mounted section, unit or element which has an outwardly directed or exposed end which during drilling comes into contact with the earth.
  • the drill head forms the front area of the drill string, which first comes into contact with the soil to be displaced when the drill string is moving in the forward direction in order to penetrate the earth borehole.
  • the outwardly directed end of the drill head can have a striking tip or drill head tip, in particular in the form of a chisel.
  • the striking tip can have a stepped geometry and preferably have a cutting edge.
  • drill bit portion includes a portion of the drill bit that extends in a direction along the longitudinal axis of the drill bit.
  • a drill head section within the meaning of the description is characterized by its functionality when creating the earth bore, with essentially two drill head sections being able to be distinguished.
  • the multiple drill head sections are arranged one behind the other, in particular in relation to the longitudinal axis of the drill head.
  • One of the drill head sections can in particular be designed as a crown head section and one of the drill head sections as a stepped head section.
  • exactly two drill head sections are provided, one of which is a step head section and the other a crown head section.
  • the crowned head section is arranged in front of the stepped head section in the advance direction or forward direction of the earth boring device.
  • discharge channel includes an intermediate space arranged between two projections, which allows the removal of drill cuttings or perforated soil essentially along the longitudinal axis of the drill head.
  • the drill cuttings can be discharged along the drill head by means of a discharge channel. A relative movement between the soil and the drill head can take place through the discharge channel.
  • the term "along" the longitudinal axis of the drill head is to be understood in particular as meaning a direction which encloses an angle of ⁇ 90°, preferably between 0° and 45°, more preferably between 0° and 30°, with the longitudinal axis of the drill head.
  • the projections can extend in a direction along the longitudinal axis of the drill head, with the projections having a section which extends at an angle of ⁇ 90° to the longitudinal axis, preferably at an angle of 0° to 45°, more preferably 0° to 30° ° extends to the longitudinal axis of the drill head.
  • the projections may have a portion extending substantially transverse to the longitudinal axis, with which portion the projections may extend radially from the longitudinal axis. This allows the projections and arranged between the projections Intermediate spaces or discharge channels based on a cross section through the longitudinal axis extend radially away from the longitudinal axis, in particular in the form of an end face, and run along the longitudinal axis.
  • the projection can change in shape along the longitudinal axis.
  • the discharge channel between two projections can have a constant or varying shape.
  • the base of the discharge channel can have an inclination when viewed in the longitudinal direction of the drill head. Viewed in cross section, the bottom of the discharge channel can be rounded between two adjacent projections.
  • stepped area includes a bit portion that varies in circumference.
  • a step-shaped area there are at least two areas which, starting from the drill head tip, have such a different diameter that the diameter adjacent to the tip is smaller than the diameter at a distance from the drill head tip.
  • a surface running transversely to the longitudinal axis which can define a step height, which forms an angle of 10° to 90°, preferably 20° to 90°, preferably 30° to 90°, preferably 40° to 90°, preferably 50° to 90°, preferably 60° to 90°, preferably 70° to 90°, preferably 80° to 90°.
  • the at least two sections extending in the circumferential direction, in particular in the form of plateaus, form an area with a surface extending along the longitudinal axis and in the circumferential direction, which can be viewed as a step analogous to a step.
  • a section extends between the surfaces and runs transversely to the longitudinal axis of the drill head in the circumferential direction.
  • the section extending in the circumferential direction transversely to the longitudinal axis of the drill head essentially results in a stepped height.
  • the steps of the step head can be formed completely around the longitudinal axis of the drill head, so that drill cuttings or debris guided through a discharge channel and coming onto the step or steps of a step section arranged behind a crown head section enter the wall of the borehole channel can be screwed in or levered in.
  • the stepped head section can have a step that can be formed around the entire circumference of the longitudinal axis. By forming the steps completely around the entire circumference, any cuttings or debris can be caught by the step head portion.
  • the drill cuttings can be deflected into the wall of the bore canal be directed.
  • the material broken up by the crown head section can be directed into the discharge channel and hit the step of the stepped head section and be pressed into the wall of the drilling channel.
  • this can mean that a stepped head section can be arranged with its step behind a discharge channel (corresponding to the angular section of the discharge channel); Drill cuttings discharged through the flue can be engaged by the step head portion.
  • the stepped areas are designed without cutting edges in the circumferential direction and/or radial direction. In this way it can be achieved that the fragments or smashed obstacles are not further crushed or smashed essentially in the step-shaped drill head section, but rather are screwed into the inner wall of the borehole or the bore channel wall. This allows an essentially clear separation between the crushing work of the front drill head section and the displacement work of the following drill head section.
  • step height ie the radially extending distance between the two plateaus of the two steps.
  • step height the area that connects the two steps
  • steps become "clogged", whereby a directionally labile, conical head could be formed. If the step height is too small, which would be particularly useful for a lever, for example, small rock inclusions are enough to deflect the drill head from the desired direction.
  • the number of stages can represent an essential aspect of the invention - if not even an aspect of the invention that is the basis of the invention .
  • the second drill head section it is possible for the second drill head section to have more than two stepped areas. If more than two stepped areas are present, then three or four stepped areas are preferred.
  • the stepped areas have essentially the same step heights, as a result of which a particularly simply constructed second drill head section is possible. Furthermore, over the same step height, a distribution can take place in such a way that neither of the two possible step heights is selected too small.
  • At least one--preferably several, particularly preferably all--of the stepped areas has/have a step height based on the diameter of the housing of the earth drilling device, in particular the housing of a ram drilling device, at least 4% of the diameter of the housing, preferably at least 5%, more preferably at least 6%, more preferably at least 7%, more preferably at least 8% preferably at least 9%, more preferably at least 10%, more preferably at least 11%, more preferably at least 12%, more preferably at least 13%, more preferably at least 14%, more preferably at least 15%.
  • At least one - preferably several, particularly preferably all - of the stepped areas has a step length or plateau length or step which, in relation to the diameter of the housing of the earth drilling device, in particular the housing of a ram drilling device, is at least 5 % of the diameter of the housing, preferably at least 7%, more preferably at least 10%, more preferably at least 12%, more preferably at least 15%, more preferably at least 17%, more preferably at least 20%, more preferably at least 25%, so that a Separation of the stepped areas can take place, which does not lead to a cancellation or connection of the stepped areas even in the case of deposits or dirt.
  • a corresponding step length can improve the turning in of individual fragments, which should preferably take place step by step, since otherwise the fragments can be caught by several step-shaped areas at the same time.
  • the last stepped region spaced from the exposed end of the drill head, ie the drill head tip, projects beyond the diameter of a following section of the drill string.
  • the stepped area which is spaced furthest from the drill head tip and is therefore the last stepped area in the direction of advance, has an outer diameter which, in particular, corresponds to the outer diameter of the housing of the earth drilling device, in particular the housing of an earth drilling device designed as a ram drilling device in the drill string. In this way, the skin friction of the housing can be reduced, thereby increasing the propulsive power of the earth drilling device, which leads to added value for the user.
  • the diameter of the last stepped area is 5% larger than the diameter of a subsequent section of the drill string, in particular the housing of the earth boring device designed as a ram drilling device, preferably 7% larger. more preferably 10% larger, even more preferably 12% larger than the diameter of the housing.
  • At least one of the projections delimiting a discharge channel protrudes beyond the diameter of the second drill head section and/or a following section of the drill string.
  • the projections as cutting edges of the first drill head section are larger in diameter than the diameter of the second drill head section, which has the advantage that the at least one projection can drive through the soil like a plow and "scratch" the bore channel wall, whereby the drill cuttings can subsequently embed themselves more easily in the bore channel wall.
  • the drill hole channel wall is loosened at least in these areas and the drill cuttings, which essentially correspond to the entire volume of the drill head, can be introduced into the drill channel wall more easily.
  • the diameter with the projections is 5% larger than the diameter of the second drill head section, preferably 7% larger, more preferably 10% larger, even more preferably 12% larger.
  • At least four, preferably six, projections are provided, which form four or six discharge channels.
  • a very good propulsion performance can be achieved in this way, with which possible rocks or obstacles can be smashed to a sufficiently small size.
  • Four projections are advantageous when a smaller frontal area and fewer friction surfaces on the side can promote propulsion with otherwise the same impact performance, which is the case, for example, with loose soil (e.g. sand or clay). If the ground is harder, six protrusions can preferably be used with an increased frontal area and more lateral friction surface.
  • the step height is less than one-third the width of a chute.
  • a suitable dimension can be set, in which the step height for screwing the fragments or shattered obstacles into the borehole channel wall can be set to the size of the fragments or shattered obstacles.
  • the edge of the stepped sections or the tilting edge of a fragment can be arranged in such a way that the tilting edge lies essentially below the center point/centre of gravity of a fragment.
  • the step height can be a minimum step height of 1/20 of the width of a discharge channel in combination with or as an alternative to the stated maximum step height.
  • the invention also provides a use of a drill head for a percussive displacement earth drilling device with a first and a second drill head section, wherein a drill head section with drainage channels that destroys obstacles is used as the first drill head section, and a drill head section is used as the second drill head section that has a longitudinally increasing Having cross-section, wherein a plurality of stepped areas configured are used for the second drill head section, which can be used for rotating and / or rotating debris of the obstacles in the drill channel wall.
  • the naming of relative information related to another variable includes not only the actual resulting numerical value, but also - in order to take into account production-related tolerances in particular - a range around which resulting specific numerical value, provided that the reference variable is used, which can be +/- 15%, preferably +/- 10%, of the resulting numerical value.
  • the term “have” includes both the meaning inherent in the term, that further elements can be provided in addition to the elements mentioned (non-exhaustive list), but also the meaning that the term “have” is synonymous with “consist of” or “formed from” (final list) is used.
  • FIG. 13 shows in a longitudinal section (a) and in a front view (b) a front portion of a drill head 1 for a percussive displacement earth boring device.
  • the drill head 1 has a housing 2 in which a drill head tip 3 in the form of a chisel is arranged.
  • a first and a second drill head section 4 , 5 are arranged around the drill head tip 3 .
  • the drill head sections 4, 5 are designed in one piece as an approach on the drill head 1.
  • the first drill head section 4 has discharge channels 6 .
  • the second drill head section 5 has a cross section that increases in the longitudinal direction L.
  • the second drill head section 5 also has a plurality of regions 7, 8 which are designed in the form of steps.
  • the stepped regions 7, 8 are designed without a cutting edge in the circumferential direction and in the radial direction R.
  • the stepped areas have a step height H1, H2 and a step length SL1 and SL2.
  • the figure 1 shows how an existing obstacle is shattered with the first drill head section 4 and a fragment of the obstacle passes through one of the discharge channels 6 in the longitudinal direction L of the drill head 1 as the drill head 1 moves.
  • the fragment reaches a step of the step-like areas 7, 8
  • the fragment is removed according to the figure 2 arrow shown is rotated and virtually screwed into the wall of the borehole.
  • the screwing or levering of the fragment of the obstacle is in the Figures 2 and 3 shown for each of the two stages. In figure 4 it is indicated that the fragment of the obstacle was embedded or screwed into the drill hole wall.
  • the one in the figure 5 illustrated embodiment differs essentially from that in FIGS Figures 1 to 4 illustrated embodiments in that the projections 9 of the first drill head section 4 delimiting the discharge channels 6 protrude beyond the circumference or diameter of the second drill head section 5 .
  • the second drill head section 5 protrudes beyond the circumference or the diameter of the housing 2, wherein in an embodiment that is not shown, the second drill head section 5 does not protrude beyond the circumference or the diameter of the housing 2 and is therefore Essentially has a small or the same circumference or diameter as the housing 2.
  • the diameter D4 of the first drill head section 4 formed by the projections 9 is approximately 5% larger than the diameter D5 of the second drill head section 5.
  • the diameter D5 of the second drill head section 5 is approximately 5% larger than the diameter D6 of the housing 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf für eine schlagend verdrängende Erdbohrvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Bohrkopfabschnitt, wobei der erste Bohrkopfabschnitt Abführkanäle aufweist, und der zweite Bohrkopfabschnitt einen in Längsrichtung zunehmenden Querschnitt aufweist, wobei der zweite Bohrkopfabschnitt mehrere stufenförmig ausgestaltete Bereiche aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf für eine schlagend verdrängende Erdbohrvorrichtung und ein Verwenden eines Bohrkopfs für eine schlagend verdrängende Erdbohrvorrichtung.
  • Zur Einbringung von Erdbohrungen ins Erdreich sind Erdbohrvorrichtungen bekannt, die beispielsweise als Rammbohrgerät bzw. Rammbohrvorrichtung ausgestaltet sein können.
  • DE 25 58 842 A1 offenbart ein Rammbohrgerät mit einem Verdrängungskonus, an dessen Außenumfang messerartige Schneiden ausgestaltet sind, die feste Hindernisse, wie Steine, sehr schnell zertrümmern. Die messerartigen Schneiden können stufenförmig versetzt hintereinander angeordnet sein. Es wird ein Rammbohrgerät beschrieben, das ein rohrförmiges Gehäuse und eine darin axial verschiebbar gelagerte Schlagspitze aufweist. Die Schlagspitze weist in ihrem außerhalb des Gehäuses liegenden Bereich einen sich nach vorne verjüngenden Verdrängungskonus auf, der mit einer zentrischen Lagerbohrung auf einem konischen Zwischenstück der Schlagspitze sitzt. Die Schlagspitze, die beispielsweise als Hohlmeißel ausgebildet sein kann, wird bei einer Beaufschlagung von hinten zusammen mit dem Verdrängungskonus nach vorne gestoßen. Während der meißelartige Teil der Schlagspitze der Zertrümmerung von Steinen dient, ist die Aufgabe des Verdrängungskonus das seitliche Ableiten der Erde und die Bildung eines Hohlraums mit verdichteter Seitenwand, sodass sich während der Fortbewegung des Rammbohrgeräts ein fester Kanal ausformt. Der Verdrängungskonus kann im Wesentlichen als Stufenkopf oder Stufenbohrkopf bezeichnet werden, wie dieser auch aus DE 101 12 985 A1 bekannt ist.
  • DE 10 2004 032 551 A1 offenbart einen Bohrkopf zum Erzeugen oder Aufweiten eines Bohrlochs mittels einer schlagend vorgetriebenen Vorrichtung. Es wird ein Bohrkopf mit zwei Bohrkopfabschnitten beschrieben. Der erste Bohrkopfabschnitt weist Abführkanäle auf und kann zur Lockerung des Erdreichs bzw. zum Zertrümmern von Hindernissen dienen. Der zweite Bohrkopfabschnitt weist konische Abschnitte auf der Mantelfläche auf und kann für die radiale Verdichtung des gelockerten Erdreichs sorgen. Der erste Bohrkopfabschnitt kann im Wesentlichen als Kronenkopf oder Kronenbohrkopf bezeichnet werden, der quer zur Längserstreckung des Bohrkopfs verlaufende Schneiden aufweist, zwischen denen Abführkanäle zum Durchleiten des Bohrkleins bzw. der Fragmente der Hindernisse, die zertrümmert wurden, vorhanden sind.
  • Obwohl die bekannten Erdbohrvorrichtungen gute Ergebnisse beim Einbringen von Erdbohrungen zeigen, ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Bohrkopf für eine Erdbohrvorrichtung oder ein verbessertes Verwenden eines Bohrkopfs für eine Erdbohrvorrichtung zu schaffen, bei dem eine Verbesserung in der Leistung zur Erstellung einer Erdbohrung und/oder eine Verbesserung der Standzeit des Bohrkopfs erreichbar ist.
  • Die Aufgabe wird gemäß dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche und der Beschreibung.
  • Kerngedanke der Erfindung ist eine Kombination vorzusehen, bei der ein Bohrkopfabschnitt als Kronenkopf und ein Bohrkopfabschnitt als Stufenkopf ausgestaltet sind. Trotz der zuvor lediglich als unvereinbare Alternativen vorgesehenen Ausgestaltungen, gemäß derer eine entweder als Kronenkopf oder als Stufenkopf ausgebildete Ausgestaltung vorgesehen war, wurde erkannt, dass sich das Bohrklein, beispielsweise in Form von Steinen oder (verklumptem) Erdreich usw., mittels der Stufen des Stufenkopfes nach außen in die Bohrkanalwand drehen bzw. eingepresst werden kann. Es wurde erstmals erkannt, dass ein "Hebeln" der festen Teile in die Bohrkanalwandung erfolgen kann. Der als Kronenkopf ausgestaltete Bohrkopfabschnitt kann vorhandene Hindernisse, beispielsweise Steine, zerstören und danach können die Fragmente der Hindernisse mittels des als Stufenkopf ausgestalteten Bohrkopfabschnittes mittels der Stufen nach außen in die Bohrkanalwand gehebelt werden. Gemäß einem Kerngedanken der Erfindung kann zunächst der als Kronenkopf ausgestaltete Bohrkopfabschnitt das Erdreich durchschneiden. Hindernisse in Form von Gestein, welche größer als die Durchlässe/Abführkanäle im Kronenkopf sind, können zertrümmert werden. Hierdurch kann erreicht werden, dass nur entsprechend kleine Hindernisse ins Erdreich eingedreht bzw. eingehebelt werden müssen, sodass die Reaktionskräfte, die zum Ablenken des Bohrkopfs führen könnten, gering bleiben. Da das Eindrehen der Hindernisse hinter dem als Kronenkopf ausgestalteten Bohrkopfabschnitt erfolgen kann, kann der vorauseilende als Kronenkopf ausgestaltete Bohrkopfabschnitt auch als Führung dienen und so die Richtungsstabilität des Bohrkopfs verbessern.
  • Es wird ein Bohrkopf für eine schlagend verdrängende Erdbohrvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Bohrkopfabschnitt geschaffen. Der erste Bohrkopfabschnitt weist Abführkanäle auf und der zweite Bohrkopfabschnitt weist einen in Längsrichtung zunehmenden Querschnitt auf. Der zweite Bohrkopfabschnitt weist mehrere stufenförmig ausgestaltete Bereiche auf.
  • Durch die Lehre der Erfindung wird ein Mehrwert für den Anwender des Bohrkopfs bzw. einer den Bohrkopf aufweisenden Erdbohrvorrichtung erhalten, indem die Mantelreibung am Gehäuse des Bohrkopfs, der den beiden Bohrkopfabschnitten folgt, verringert werden kann. Hierdurch können die mit einer sonst erhöhten Mantelreibung negativen Einflüsse auf die Leistung bzw. den Vortrieb der Erdbohrvorrichtung verringert werden. Ebenso kann der Verschleiß des den beiden Bohrkopfabschnitten folgenden Gehäuses reduziert werden. Der als Kronenkopf ausgestaltete Bohrkopfabschnitt kann die Zerstörungsarbeit von längs der zu erstellenden Erdbohrung vorliegenden Hindernissen übernehmen, und die Stufen des als Stufenkopf ausgestalteten Bohrkopfabschnittes fördern die Fragmente der Hindernisse in die Bohrkanalwand nach außen und können sie dabei insbesondere in die Bohrkanalwand einhebeln, indem ein Fragment, das von einer Stufe erfasst wird, in die Bohrkanalwand eingehebelt bzw. eingedreht wird. So wird auf einfachste Weise eine Verringerung der Mantelreibung am nachfolgenden Gehäuse und/oder eine Verringerung des Verschleißes am nachfolgenden Gehäuse erreicht.
  • Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff "Erdbohrvorrichtung" jedwede Vorrichtung, welche insbesondere einen Gestängeschüsse aufweisenden Bohrstrang in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal im Erdreich bewegt, um eine Bohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung (HD), zu erstellen oder aufzuweiten oder Rohrleitungen oder andere lange Körper in das Erdreich einzuziehen. Bei der Erdbohrvorrichtung kann es sich insbesondere um eine HD-Vorrichtung handeln. Eine Erdbohrvorrichtung kann somit eine einen Bohrstrang antreibende Vorrichtung sein, die erdreichverdrängend arbeitet, und den Bohrstrang translatorisch und/oder rotatorisch in längsaxialer Richtung des Bohrstranges in das Erdreich eindringt. Eine Bohrung kann durch eine Vorwärts- und/oder Rückwärtsbewegung des Bohrstrangs im Erdreich eingebracht oder aufgeweitet werden. Die umfängliche Begrenzung des Kanals bzw. der Erdbohrung wird meist als Bohrkanalwand bezeichnet. Der Bohrstrang kann den Bohrkopf und damit verbundene Abschnitte umfassen, die mit dem Bohrkopf zusammen im Erdreich bewegt werden.
  • Der Begriff "HD" (horizontal drilling, Horizontalbohrung) im Sinne der vorliegenden Beschreibung umfasst insbesondere eine(n) zumindest teilweise(n) horizontal angeordnete(n) Bohrung bzw. Kanal- oder Rohrleitung.
  • Der Begriff "Erdreich" im Sinne der vorliegenden Beschreibung umfasst insbesondere jede Art von Material, insbesondere Erde, Sand, Fels, Gestein und Mischformen hiervon, in das bestehende oder zu erstellende, vorzugsweise zumindest abschnittsweise horizontale Kanäle bzw. Bohrungen, insbesondere Erdkanäle einschließlich Erdbohrungen, Felsbohrungen oder Erdleitungen sowie unterirdische oder oberirdische Rohrleitungen und Wasserkanäle, die sich durch Einsatz einer entsprechenden Vorrichtung zum Bohren im Erdreich herstellen oder einziehen lassen, eingebracht werden können.
  • Eine schlagend verdrängende Erdbohrvorrichtung kann als Rammbohrvorrichtung ausgestaltet sein. Der Begriff "Rammbohrvorrichtung" oder "Erdrakete", der im Wesentlichen synonym zum Begriff Rammbohrvorrichtung verwendet wird, umfasst im Sinne der Beschreibung ein selbstgetriebenes Schlaggerät, welches Erdreich verdrängend arbeitet, und eine Bohrung, eine Leitung und/oder ein Rohr schlagend in das Erdreich einbringen kann. Dabei umfasst der Begriff "Rammbohrvorrichtung" Erdverdrängungsvorrichtungen, bei denen eine Bohrkopfspitze längsbeweglich in einem Gehäuse angeordnet sein kann. Alternativ kann eine Bohrkopfspitze starr in dem Gehäuse angeordnet sein. Bei der Bohrkopfspitze kann es sich insbesondere um einen Meißel handeln. Eine Rammbohrvorrichtung kann sowohl eine Ein-Takt-Vorrichtung als auch eine mit mehreren Takten arbeitende Vorrichtung, insbesondere eine Zwei-Takt-Vorrichtung, sein. Bei einer Ein-Takt-Vorrichtung trifft der Schlagkolben auf die Bohrkopfspitze und im gleichen Moment auf das Gehäuse. Bei einer mehrtaktigen Vorrichtung, insbesondere einer Zwei-Takt-Vorrichtung, bei der insbesondere die Bohrkopfspitze längsbeweglich in dem Gehäuse angeordnet sein kann, schlägt zunächst der Schlagkolben auf die Bohrkopfspitze, die im ersten Takt vorauseilt. Das Gehäuse wird in einem folgenden Takt, insbesondere im zweiten Takt, vom Schlagkolben beaufschlagt. Spitzenwiderstand und Mantelreibung werden bei einer mehrtaktigen Vorrichtung getrennt und abwechselnd leichter überwunden. Bei einer mehrtaktigen Vorrichtung, insbesondere einer Zwei-Takt-Vorrichtung, kann eine bessere Energieumsetzung erfolgen, die insbesondere die Zertrümmerung von Hindernissen in Folge der Konzentration des Schlagimpulses auf die Bohrkopfspitze erleichtert. In Folge der entsprechend dem Hubweg der Bohrkopfspitze vorauseilenden Bodenverdrängung bleibt das Gehäuse in ruhiger Lage und gewährleistet dadurch eine relativ gute Laufstabilität.
  • Der Begriff "Bohrkopf" im Sinne der Beschreibung ist ein endseitig angeordneter Abschnitt, Einheit bzw. Element, welcher bzw. welche(s) ein nach außen gerichtetes bzw. exponiertes Ende aufweist, welches beim Bohren in Kontakt mit dem Erdreich gelangt. Der Bohrkopf bildet den vorderen Bereich des Bohrstranges, der zum Eindringen der Erdbohrung in das Erdreich als erstes in Kontakt mit dem zu verdrängenden Erdreich gelangt, sofern der Bohrstrang sich in Vorwärtsrichtung bewegt. Das nach außen gerichtete Ende des Bohrkopfs kann eine Schlagspitze bzw. Bohrkopfspitze, insbesondere in Form eines Meißels, aufweisen. Die Schlagspitze kann eine Stufengeometrie aufweisen und bevorzugt eine Schneidkante besitzen.
  • Der Begriff "Bohrkopfabschnitt" im Sinne der Beschreibung umfasst einen Abschnitt des Bohrkopfs, der sich in einer Richtung längs der Längsachse des Bohrkopfs erstreckt. Ein Bohrkopfabschnitt im Sinne der Beschreibung zeichnet sich durch seine Funktionalität bei der Erstellung der Erdbohrung aus, wobei im Wesentlichen zwei Bohrkopfabschnitte unterschieden werden können. Die mehreren Bohrkopfabschnitte sind insbesondere bezogen auf die Längsachse des Bohrkopfs hintereinander angeordnet. Einer der Bohrkopfabschnitte kann insbesondere als Kronenkopfabschnitt und einer der Bohrkopfabschnitte als Stufenkopfabschnitt ausgestaltet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind genau zwei Bohrkopfabschnitte vorgesehen, von denen einer ein Stufenkopfabschnitt und der andere ein Kronenkopfabschnitt ist. Insbesondere ist der Kronenkopfabschnitt in Vortriebsrichtung bzw. Vorwärtsrichtung der Erdbohrvorrichtung vor dem Stufenkopfabschnitt angeordnet.
  • Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff "Abführkanal" einen zwischen zwei Vorsprüngen angeordneten Zwischenraum, der die Abfuhr von Bohrklein bzw. durchörtertem Erdreich im Wesentlichen längs der Längsachse des Bohrkopfs ermöglicht. Das Bohrklein kann mittels eines Abführkanals am Bohrkopf entlang abgeleitet werden. Es kann eine Relativbewegung zwischen Erdreich und Bohrkopf durch den Abführkanal erfolgen.
  • Unter dem Begriff "längs" der Längsachse des Bohrkopfs ist insbesondere eine Richtung zu verstehen, die mit der Längsachse des Bohrkopfs einen Winkel von < 90°, bevorzugt zwischen 0° und 45°, weiter bevorzugt zwischen 0° bis 30°, einschließt.
  • Die Vorsprünge können sich in einer Richtung längs der Längsachse des Bohrkopfs erstrecken, wobei die Vorsprünge einen Abschnitt aufweisen, der sich in einem Winkel von < 90° zur Längsachse, bevorzugt in einem Winkel von 0° bis 45°, weiter bevorzugt 0° bis 30° zur Längsachse des Bohrkopfs erstreckt. Die Vorsprünge können einen Abschnitt aufweisen, der sich im Wesentlichen quer zur Längsachse erstreckt, wobei die Vorsprünge sich mit diesem Abschnitt radial von der Längsachse erstrecken können. Damit können sich die Vorsprünge und die zwischen den Vorsprüngen angeordneten Zwischenräume bzw. Abführkanäle bezogen auf einen Querschnitt durch die Längsachse zum einen radial von der Längsachse weg erstrecken, insbesondere in Form einer Stirnfläche, und zum anderen längs der Längsachse verlaufen. Der Vorsprung kann sich längs der Längsachse in seiner Form verändern. Der Abführkanal zwischen zwei Vorsprüngen kann eine gleichbleibende oder variierende Form besitzen. Insbesondere kann der Grund des Abführkanals in Längsrichtung des Bohrkopfs betrachtet eine Neigung aufweisen. Im Querschnitt betrachtet kann der Grund des Abführkanals zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen gerundet ausgestaltet sein.
  • Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff "stufenförmiger Bereich" einen Bohrkopfabschnitt, der hinsichtlich seines Umfangs variiert. Bei einem stufenförmig ausgestalteten Bereich liegen mindestens zwei Bereiche vor, die ausgehend von der Bohrkopfspitze einen derartigen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, dass der der Spitze benachbarte Durchmesser geringer ist, als der Durchmesser beabstandet von der Bohrkopfspitze. Mit den unterschiedlichen Umfängen können somit mindestens zwei Plateaus vorliegen, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse verlaufen können, wobei Neigungen zur Längsachse im Bereich von 0° bis 40°, bevorzugt 0° bis 30°, bevorzugt 0° bis 20°, weiter bevorzugt 0° bis 10° möglich sind. Zwischen den Plateaus ist eine quer zur Längsachse verlaufende Fläche, die eine Stufenhöhe definieren kann, vorgesehen, die mit der Längsachse einen Winkel von 10° bis 90°, bevorzugt 20° bis 90°, bevorzugt 30° bis 90°, bevorzugt 40° bis 90°, bevorzugt 50° bis 90°, bevorzugt 60° bis 90°, bevorzugt 70° bis 90°, bevorzugt 80° bis 90°, aufweist. Die mindestens zwei in Umfangsrichtung sich erstreckenden Abschnitte, insbesondere in Form von Plateaus, bilden einen Bereich mit einer sich längs der Längsachse und in Umfangsrichtung erstreckende Fläche, welche analog zu einer Treppenstufe als Auftritt angesehen werden kann. Zwischen den Flächen erstreckt sich ein als Steigung bezeichneter Abschnitt, der quer zur Längsachse des Bohrkopfs in Umfangsrichtung verläuft. Der quer zur Längsachse des Bohrkopfs sich in Umfangsrichtung erstreckende Abschnitt ergibt im Wesentlichen eine Stufenhöhe.
  • Es ist beschrieben, dass die Stufen des Stufenkopfs vollumfänglich um die Längsachse des Bohrkopfs ausgebildet sein können, so dass durch einen Abführkanal geführtes Bohrklein bzw. Trümmer, die auf die Stufe bzw. Stufen eines hinter einem Kronenkopfabschnitt angeordneten Stufenabschnitts kommen, in die Wand des Bohrlochkanals eingedreht bzw. eingehebelt werden können. Insbesondere kann der Stufenkopfabschnitt eine Stufe aufweisen, die vollumfänglich um die Längsachse ausgebildet sein kann. Durch eine komplette Ausbildung der Stufen um den gesamten Umfang kann jedes Bohrklein bzw. jeder Trümmer von dem Stufenkopfabschnitt erfasst werden. In einer Ausführungsform ist es gerade derart vorgesehen, dass hinter einem Abführkanal des Kronenkopfabschnitts ein in Längsrichtung betrachtet angeordneter Stufenkopfabschnitt vorhanden ist. Es kann hinter dem Abführkanal ein Auslenken des Bohrkleins in die Wandung des Bohrkanals gerichtet erfolgen. Das durch den Kronenkopfabschnitt zerkleinerte Material kann in den Abführkanal gelenkt auf die Stufe des Stufenkopfabschnitts treffen und in die Wandung des Bohrkanals eingedrückt werden. Für die geometrische Ausgestaltung des Bohrkopfs kann dies bedeuten, dass ein Stufenkopfabschnitt mit seiner Stufe hinter einem Abführkanal (entsprechend dem Winkelabschnitt des Abführkanals) angeordnet sein kann; durch den Abführkanal abgeleitetes Bohrklein kann von dem Stufenkopfabschnitt erfasst werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die stufenförmigen Bereiche in Umfangsrichtung und/oder radialer Richtung schneidenlos ausgestaltet. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Fragmente bzw. zertrümmerten Hindernisse im Wesentlichen im stufenförmig ausgestalteten Bohrkopfabschnitt nicht weiter zerkleinert bzw. zertrümmert werden, sondern in die Bohrlochinnenwand bzw. Bohrkanalwand eingedreht werden. Hierdurch kann eine im Wesentlichen klare Trennung zwischen der Zertrümmerungsarbeit des vorderen Bohrkopfabschnitts und der Verdrängungsarbeit des folgenden Bohrkopfabschnitts erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei stufenförmige Bereiche im zweiten Bohrkopfabschnitt vorhanden. Es hat sich dabei überraschend herausgestellt, dass eine zu geringe Stufenhöhe, d.h. der radial sich erstreckende Abstand der beiden Plateaus der beiden Stufen, dazu führt, dass sich Bohrklein an dem Bereich, der die beiden Stufen verbindet (Stufenhöhe), d.h. dem Bereich, der sich radial erstreckt, sammelt und die Stufen "zugesetzt" werden, wodurch ein richtungslabiler, kegelförmiger Kopf gebildet werden könnte. Bei einer zu geringen Stufenhöhe, die beispielsweise für einen Hebel besonders sinnvoll wäre, genügen schon kleine Gesteinseinschlüsse, um den Bohrkopf aus der gewünschten Richtung abzulenken. Schon allein vor dem Hintergrund, dass eine Verringerung der Stufenzahl, die zu einer Erhöhung der Stufenhöhe führt, dem ursprünglichen Ansatz widerspricht, das Bohrklein in die Bohrkanalwand einzudrehen, kann die Anzahl der Stufen einen wesentlichen - wenn nicht sogar eigenständig erfindungsbegründenden - Aspekt der Erfindung darstellen. Alternativ ist es möglich, dass der zweite Bohrkopfabschnitt mehr als zwei stufenförmige Bereiche aufweist. Sofern mehr als zwei stufenförmige Bereiche vorhanden sind, so sind drei oder vier stufenförmige Bereiche bevorzugt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die stufenförmigen Bereiche im Wesentlichen gleiche Stufenhöhen auf, wodurch ein besonders einfach konstruierter zweiter Bohrkopfabschnitt möglich ist. Ferner kann über die gleiche Stufenhöhe eine Verteilung derart erfolgen, dass keine der beiden möglichen Stufenhöhen zu klein gewählt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist/weisen mindestens einer - bevorzugt mehrere, insbesondere bevorzugt alle - der stufenförmigen Bereiche eine Stufenhöhe auf, die bezogen auf den Durchmesser des Gehäuses der Erdbohrvorrichtung, insbesondere das Gehäuse einer Rammbohrvorrichtung, mindestens 4% des Durchmessers des Gehäuses, bevorzugt mindestens 5%, weiter bevorzugt mindestens 6%, weiter bevorzugt mindestens 7%, weiter bevorzugt mindestens 8%, weiter bevorzugt mindestens 9%, weiter bevorzugt mindestens 10%, weiter bevorzugt mindestens 11%, weiter bevorzugt mindestens 12%, weiter bevorzugt mindestens 13%, weiter bevorzugt mindestens 14%, weiter bevorzugt mindestens 15% beträgt. Hierdurch wird der Überlegung Rechnung getragen werden, eine zu kleine Stufenhöhe zu vermeiden, die sich mit Bohrklein zusetzen kann und dann zu einem richtungslabilen Bohrkopfabschnitt führt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist/weisen mindestens einer - bevorzugt mehrere, insbesondere bevorzugt alle - der stufenförmigen Bereiche eine Stufenlänge bzw. Plateaulänge oder Auftritt auf, die bzw. der bezogen auf den Durchmesser des Gehäuses der Erdbohrvorrichtung, insbesondere das Gehäuse einer Rammbohrvorrichtung, mindestens 5% des Durchmessers des Gehäuses, bevorzugt mindestens 7%, weiter bevorzugt mindestens 10%, weiter bevorzugt mindestens 12%, weiter bevorzugt mindestens 15%, weiter bevorzugt mindestens 17%, weiter bevorzugt mindestens 20%, weiter bevorzugt mindestens 25% beträgt, sodass eine Trennung der stufenförmigen Bereiche erfolgen kann, die auch bei Anlagerungen bzw. Verschmutzungen nicht zu einer Aufhebung bzw. Verbindung der stufenförmigen Bereiche führt. Eine entsprechende Stufenlänge kann ein Eindrehen einzelner Fragmente, welches bevorzugt stufenweise erfolgen soll, verbessert werden, da sonst die Fragmente gleichzeitig von mehreren stufenförmigen Bereichen erfasst werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform überragt der von dem exponierten Ende des Bohrkopfs, d.h. der Bohrkopfspitze, beabstandete, letzte stufenförmige Bereich den Durchmesser eines folgenden Abschnitts des Bohrstrangs. Hierdurch kann erreicht werden, dass mittels des stufenförmigen Bereichs, der am weitesten von der Bohrkopfspitze beabstandet ist und damit der letzte stufenförmige Bereich in Vortriebsrichtung ist, einen Außendurchmesser aufweist, der insbesondere den Außendurchmesser des Gehäuses der Erdbohrvorrichtung, insbesondere das Gehäuse einer als Rammbohrvorrichtung ausgestalteten Erdbohrvorrichtung im Bohrstrang, überragt. So kann die Mantelreibung des Gehäuses verringert und dadurch die Vortriebsleistung der Erdbohrvorrichtung erhöht werden, was zu einem Mehrwert für den Anwender führt. Neben einer verbesserten Vortriebsleistung wird die Wartung für die Erdbohrvorrichtung an sich verringert und die Standzeit erhöht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser des letzten stufenförmigen Bereichs 5% größer als der Durchmesser eines nachfolgenden Abschnitts des Bohrstrangs, insbesondere des Gehäuses der als Rammbohrvorrichtung ausgestalteten Erdbohrvorrichtung, bevorzugt 7% größer, weiter bevorzugt 10% größer, noch weiter bevorzugt 12% größer als der Durchmesser des Gehäuses.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform überragt mindestens einer die einen Abführkanal begrenzenden Vorsprünge den Durchmesser des zweiten Bohrkopfabschnitts und/oder eines folgenden Abschnitts des Bohrstranges. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Vorsprünge als Schneiden des ersten Bohrkopfabschnitts größer im Durchmesser als der Durchmesser des zweiten Bohrkopfabschnitts sind, was zu dem Vorteil führt, dass der mindestens eine Vorsprung wie ein Pflug durch das Erdreich fahren und die Bohrkanalwand "einritzen" kann, wodurch sich das Bohrklein nachfolgend einfacher in die Bohrkanalwand einbetten kann. Durch das Durchfahren des Erdreichs über die Grenzen des eigentlichen Bohrkanals wird die Bohrlochkanalwand zumindest in diesen Bereichen gelockert und das Bohrklein, welches im Wesentlichen dem ganzen Volumen des Bohrkopfs entspricht, kann einfacher in die Bohrkanalwand eingebracht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser mit den Vorsprüngen 5% größer als der Durchmesser des zweiten Bohrkopfabschnitts, bevorzugt 7% größer, weiter bevorzugt 10% größer, noch weiter bevorzugt 12% größer.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens vier, bevorzugt sechs, Vorsprünge vorgesehen, die vier bzw. sechs Abführkanäle ausbilden. Hierdurch kann in der Regel eine sehr gute Vortriebsleistung erreicht werden, bei der mögliche Gesteinsbrocken bzw. Hindernisse ausreichend klein zertrümmert werden können. Dabei bieten sich vier Vorsprünge vorteilhafterweise dann an, wenn eine geringere Stirnfläche und seitlich weniger Reibungsflächen den Vortrieb bei sonst gleicher Schlagleistung begünstigen können, was beispielsweise bei einem lockeren Boden (beispielsweise Sand oder Lehm) der Fall ist. Bei einem härteren Boden können sechs Vorsprünge bei vergrößerter Stirnfläche und seitlich mehr Reibungsfläche bevorzugt verwendet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stufenhöhe ("Steigung") kleiner als ein Drittel der Breite eines Abführkanals. Hierdurch kann ein geeignetes Maß eingestellt werden, bei dem auf die Größe der Fragmente bzw. zertrümmerten Hindernisse die Stufenhöhe zum Eindrehen der Fragmente bzw. zertrümmerten Hindernisse in die Bohrlochkanalwand eingestellt sein kann. Hierdurch kann die Kante der stufenförmigen Abschnitte bzw. die Kippkante eines Fragments derart angeordnet sein, dass die Kippkante im Wesentlichen unterhalb des Mittelpunkts/Schwerpunkts eines Fragments liegt. Die Stufenhöhe kann in einer bevorzugten Ausführungsform kombiniert oder alternativ zu dem genannten maximalen Maß der Stufenhöhe eine minimale Stufenhöhe von 1/20 der Breite eines Abführkanals betragen. Es kann vorgesehen sein, dass die Größe der Stufenhöhe bezogen auf die Breite eines Abführkanals in einem Bereich von 1/20 bis 1/3 der Breite des Abführkanals liegt, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1/18 bis 1/3, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1/16 bis 1/3, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1/14 bis 1/3, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1/12 bis 1/3, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1/10 bis 1/3, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1/8 bis 1/3, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1/6 bis 1/3, weiter bevorzugt in einem Bereich von 1/5 bis 1/3, und weiter bevorzugt in einem Bereich von 1/4 bis 1/3.
  • Die Erfindung schafft auch ein Verwenden eines Bohrkopfs für eine schlagend verdrängende Erdbohrvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Bohrkopfabschnitt, wobei als erster Bohrkopfabschnitt ein Bohrkopfabschnitt mit Abführkanälen verwendet wird, der Hindernisse zerstört, und als zweiter Bohrkopfabschnitt ein Bohrkopfabschnitt verwendet wird, der einen in Längsrichtung zunehmenden Querschnitt aufweist, wobei für den zweiten Bohrkopfabschnitt mehrere stufenförmig ausgestaltete Bereiche verwendet werden, die zum Rotieren und/oder Drehen von Trümmern der Hindernisse in die Bohrkanalwand verwendet werden können.
  • Im Sinne der Beschreibung umfasst insbesondere die Nennung relativer Angaben bezogen auf eine andere Größe, die prozentual oder als Bruchteil einer Bezugsgröße angegeben wird, nicht nur den eigentlichen sich ergebenden Zahlenwert, sondern auch - um insbesondere fertigungstechnisch bedingte Toleranzen zu berücksichtigen - einen Bereich um den sich ergebenden konkreten Zahlenwert, sofern man die Bezugsgröße einsetzt, der +/- 15%, bevorzugt +/- 10%, vom sich ergebenden Zahlenwert sein kann.
  • Der Begriff "aufweisen" umfasst im Sinne der Beschreibung sowohl den dem Begriff innewohnenden Bedeutungsinhalt, dass weitere Elemente neben den genannten Elementen vorgesehen sein können (nicht abschließende Aufzählung), aber auch den Bedeutungsinhalt, dass der Begriff "aufweisen" synonym für "bestehen aus" bzw. "gebildet aus" (abschließende Aufzählung) verwendet wird.
  • Die vorstehenden Ausführungen stellen, ebenso wie die nachfolgende Beschreibung, beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    einen vorderseitigen Bereich eines Bohrkopfs in einem Längsschnitt (a) und einer Vorderansicht (b), bei dem beispielhaft die Zertrümmerung eines Hindernisses anhand eines Trümmers eines Hindernisses gezeigt ist;
    Fig. 2 bis 4
    den Längsschnitt (a) und die Vorderansicht (b) gemäß Fig. 1 mit dem weiteren Bewegungsablauf des Trümmers; und
    Fig. 5
    eine weitere Ausführungsform eines vorderseitig dargestellten Bohrkopfs in einem Längsschnitt und in einer Ansicht von vorn.
  • Die Figur 1 zeigt in einem Längsschnitt (a) und in einer Vorderansicht (b) einen vorderseitigen Abschnitt eines Bohrkopfs 1 für eine schlagend verdrängende Erdbohrvorrichtung. Der Bohrkopf 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem eine Bohrkopfspitze 3 in Form eines Meißels angeordnet ist. Am vorderseitigen Bereich des Bohrkopfs 1 sind um die Bohrkopfspitze 3 ein erster und ein zweiter Bohrkopfabschnitt 4, 5 angeordnet. Die Bohrkopfabschnitte 4, 5 sind einstückig als ein Ansatz am Bohrkopf 1 ausgebildet. Der erste Bohrkopfabschnitt 4 weist Abführkanäle 6 auf. Der zweite Bohrkopfabschnitt 5 weist einen in Längsrichtung L zunehmenden Querschnitt auf. Der zweite Bohrkopfabschnitt 5 weist zudem mehrere stufenförmig ausgestaltete Bereiche 7, 8 auf.
  • Die stufenförmigen Bereiche 7, 8 sind in Umfangsrichtung und in radialer Richtung R schneidenlos ausgestaltet. Die stufenförmigen Bereiche weisen eine Stufenhöhe H1, H2 und eine Stufenlänge SL1 und SL2 auf.
  • Die Figur 1 zeigt, wie mit dem ersten Bohrkopfabschnitt 4 ein vorhandenes Hindernis zertrümmert wird und ein Fragment des Hindernisses durch einen der Abführkanäle 6 in Längsrichtung L des Bohrkopfes 1 bei der Bewegung des Bohrkopfs 1 gelangt. Wenn das Fragment an eine Stufe der stufenförmigen Bereiche 7, 8 gelangt, so wird das Fragment entsprechend dem in Figur 2 dargestellten Pfeil gedreht und quasi in die Bohrkanalwand eingedreht. Das Eindrehen bzw. Einhebeln des Fragments des Hindernisses ist in den Figuren 2 und 3 für jede der beiden Stufen gezeigt. In Figur 4 ist angedeutet, dass das Fragment des Hindernisses in die Bohrkanalwand eingebettet bzw. eingedreht wurde.
  • Die in der Figur 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen von der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen dadurch, dass die die Abführkanäle 6 begrenzenden Vorsprünge 9 des ersten Bohrkopfabschnitts 4 den Umfang bzw. Durchmesser des zweiten Bohrkopfabschnitts 5 überragen. Zudem überragt der zweite Bohrkopfabschnitt 5 den Umfang bzw. den Durchmesser des Gehäuses 2, wobei in einer nicht dargestellten Ausführungsform der zweite Bohrkopfabschnitt 5 den Umfang bzw. den Durchmesser des Gehäuses 2 nicht überragt und daher im Wesentlichen einen kleinen oder gleichen Umfang bzw. Durchmesser aufweist, wie das Gehäuse 2.
  • In der Figur 5 ist der durch die Vorsprünge 9 gebildete Durchmesser D4 des ersten Bohrkopfabschnitts 4 ungefähr 5% größer als der Durchmesser D5 des zweiten Bohrkopfabschnitts 5. Der Durchmesser D5 des zweiten Bohrkopfabschnitts 5 ist ungefähr 5% größer als der Durchmesser D6 des Gehäuses 2.

Claims (11)

  1. Bohrkopf (1) für eine schlagend verdrängende Erdbohrvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Bohrkopfabschnitt (4, 5), wobei der erste Bohrkopfabschnitt (4) Abführkanäle (6) aufweist, und der zweite Bohrkopfabschnitt (5) einen in Längsrichtung zunehmenden Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bohrkopfabschnitt (5) mehrere stufenförmig ausgestaltete Bereiche (7, 8) aufweist.
  2. Bohrkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stufenförmigen Bereiche (7, 8) in Umfangsrichtung und/oder radialer Richtung (R) schneidenlos ausgestaltet sind.
  3. Bohrkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei stufenförmige Bereiche (7, 8) vorhanden sind.
  4. Bohrkopf (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die stufenförmigen Bereiche (7, 8) im Wesentlichen gleiche Stufenhöhe (H1, H2) aufweisen.
  5. Bohrkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den stufenförmigen Bereichen (7, 8) mindestens eine Stufenhöhe (H1, H2) vorliegt, die eine Größe hat, die bezogen auf das Gehäuse einer Erdbohrvorrichtung, insbesondere einer Rammbohrvorrichtung, mindestens 4% beträgt.
  6. Bohrkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der stufenförmigen Bereiche (7, 8) eine Stufenlänge (SL1, SL2) aufweist, die eine Größe hat, die bezogen auf das Gehäuse einer Erdbohrvorrichtung, insbesondere einer Rammbohrvorrichtung, mindestens 5% beträgt.
  7. Bohrkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem exponierten Ende des Bohrkopfs (1) beabstandete, letzte stufenförmige Bereich (8) den Durchmesser eines folgenden Abschnitts des Bohrstrangs überragt.
  8. Bohrkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der einen Abführkanal (6) begrenzenden Vorsprünge (9) den Durchmesser des zweiten Bohrkopfabschnitts (5) und/oder eines folgenden Abschnitts des Bohrstrangs überragt.
  9. Bohrkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens vier, bevorzugt sechs, Vorsprünge (9) vorgesehen sind, die vier bzw. sechs Abführkanäle (6) ausbilden.
  10. Bohrkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufenhöhe (H1, H2) kleiner als ein Drittel der Breite eines Abführkanals (6) ist.
  11. Verwenden eines Bohrkopfs (1) für eine schlagend verdrängende Erdbohrvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Bohrkopfabschnitt (4, 5), wobei als erster Bohrkopfabschnitt (4) ein Bohrkopfabschnitt mit Abführkanälen (6) verwendet wird, der Hindernisse zerstört, und als zweiter Bohrkopfabschnitt (5) ein Bohrkopfabschnitt verwendet wird, der einen in Längsrichtung (L) zunehmenden Querschnitt aufweist, wobei für den zweiten Bohrkopfabschnitt (5) mehrere stufenförmig ausgestaltete Bereiche (7, 8) verwendet werden, die zum Rotieren und/oder Drehen von Trümmern der Hindernisse in die Seitenwand des Bohrlochs verwendet werden.
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