WO2001025585A2

WO2001025585A2 - Lenkbare erdrakete

Info

Publication number: WO2001025585A2
Application number: PCT/EP2000/009711
Authority: WO
Inventors: Franz-Josef Püttmann; Gerhard Balve
Original assignee: Tracto-Technik Gmbh
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2001-04-12
Also published as: WO2001025585A3; EP1218617A2; AU7785800A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lenken einer Erdrakete mit einem Vortriebskopf und einer Versorgungsleitung, an der ein Lenkelement mit einem Führungsrahmen mit Führungselementen für die Versorgungsleitung angeordnet ist, und das Lenken durch diskontinuierliches Drehen der Versorgungsleitung initiiert wird, wobei die Erdrakete im Bereich des Vortriebskopfes eine permanent asymmetrische Anordnung oder Kraftbeaufschlagung aufweist, die beim Vortrieb eine Achsenabweichung bewirkt, und eine Geradeausfahrt der Erdrakete durch ein die Achsenabweichung ausgleichendes Drehen der Versorgungsleitung erreicht wird.

Description

"Lenkbare Erdrakete"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Richtungsbohren mit einer Erdrakete, insbesondere ein Verfahren zum Erreichen und Einhalten einer bestimmten Sollbohrachse der Erdrakete sowie ein Lenkelement zum Lenken der Erdrakete.

Grundsätzlich besteht beim Erdbohren das Bedürfnis, die unterirdisch arbeitende Erdrakete an ein bestimmtes Ziel zu leiten bzw. auf einer gewünschten Bahn zu bewegen. Insbesondere beim Horizontalbohren spielt die Zielgenauigkeit der Erdrakete, die teilweise in dicht bebauten Gebieten mit umfangreicher Infrastruktur besonders im Untergrund eingesetzt wird, eine große Rolle. Zum einen muß die Erdrakete eine häufig eng umgrenzte Zielgrube treffsicher erreichen können, um eine Leitung oder ein Kabel in eine gewünschte Lage zu bringen oder an einem bestimmten Punkt aus der Erdoberfläche austreten zu können. Zum anderen kann eine unkontrollierte Abweichung der Erdrakete von der Sollbohrachse zur Beschädigung unterirdisch verlegter Leitungen oder Bauten führen.

Im Stande der Technik sind daher in den letzten 20 Jahren zahlreiche Erdraketen und Verfahren für den Betrieb solcher Geräte entwickelt worden, um ein möglichst zielgenaues Lenken oder eine möglichst zuverlässige Geradeausfahrt einer Erdrakete zu erreichen. Die entwickelten Erdraketen arbeiten in der Mehrzahl entweder nach dem Prinzip, daß die Rakete einen Vortriebskopf aufweist, der aus einer zentrischen bzw. symmetrischen Lage heraus in eine asymmetrische Lage verstellbar ist, um eine Kurvenfahrt der Erdrakete einzuleiten (Gruppe I), oder sie besitzen einen asymmetrischen Vortriebskopf, wobei für einen Geradeauslauf der Vortriebskopf oder die Erdrakete kontinuierlich rotiert und die Rotation zum Einleiten einer Kurvenfahrt in einer bestimmten Winkelposition unterbrochen wird (Gruppe II).

Ein Gerät der Gruppe I, d.h. mit verstellbarem Vortriebskopf, ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 37 35 018 beschrieben. Derartige Geräte besitzen einen mehr oder weniger aufwendigen Mechanismus, um entweder einen in der Ausgangslage symmetrischen Vortriebskopf beispielsweise mittels eines Exzenterrings aus der symmetrischen Lage herauszuschwenken, oder einen exzentrisch gelagerten symmetrischen Vortriebskopf durch Rotation aus der Bohrachse relativ zu dem Gerät zu verschieben. In allen Fällen führt der Mechanismus, der mechanisch oder hydraulisch betätigt sein kann, dazu, daß das Gerät von einer symmetrischen Grundanordnung "Geradeauslauf' in eine asymmetrische Anordnung "Kurvenfahrt" gebracht wird. Zur Steuerung dieser Geräte ist allerdings die Kenntnis über die relative Stellung des Vortriebskopfs zur Erdrakete erforderlich. Diese kann mittels entsprechender Sensoren an eine Bedienungsperson übermittelt werden, die dann mit Hilfe weiterer Meß- und Anzeigeeinrichtungen die Position der Erdrakete bestimmen und die Laufrichtung verändern kann.

Bei den lenkbaren Erdraketen der Gruppe II, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 4 907 658 beschrieben sind, führt ein permanent asymmetrischer, beispielsweise abgeschrägter, Vortriebskopf zu einer ständigen Lenkbewegung der Erdrakete beim Vortrieb. Für einen Geradeausiauf wird die Erdrakete oder der Vortriebskopf in Rotation versetzt, was zu einer taumelnden, aber im wesentlichen geradeaus verlaufenden Bohrbewegung des Gerätes führt. Um die laufende Rotation des Kopfes oder des Gerätes beizubehalten, ist bei der US-Patentschrift 4 694 913 eine maschinelle Einrichtung vorgesehen, die außerhalb des Bohrlochs angeordnet ist und die Rotation der Erdrakete über ein Gestänge bewirkt.

Diese Vorrichtung und Verfahrensweise erlaubt zwar eine gewisse Steuerung der Erdrakete, erfordert aber einen erheblichen konstruktiven und maschinellen Aufwand, da neben dem Aggregat für den Vortrieb der Erdrakete ein Aggregat für die Rotation und ein Gestänge für die Übertragung der Rotation zur Verfügung stehen muß. Die Gestänge sind relativ starr, behindern den Lenkvorgang und können nicht aus der Grube zur Oberfläche gelegt werden. Bei solchen Geräten wird zum Teil als erstes Gestänge hinter der Erdrakete ein tailliertes flexibles Gestänge eingesetzt, damit die Erdrakete überhaupt Lenkbewegungen ausführen kann.

Andere Erdraketen vermeiden diesen Aufwand für den Geradeauslauf durch eigenvermitteltes Drehen der Erdrakete oder des Vortriebskopfes, wie z.B. in der deutschen Patentschrift 39 11 467 beschrieben.

In allen Fällen führt der Vorteil der Lenkbarkeit einer Erdrakete zu einem nicht unerheblichen Material-, Kosten- und Bedienungsaufwand.

Neben erdraketenvermittelten Horizontalbohrverfahren sind auch Bohrverfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen ein mit einem Vortriebskopf versehenes Gestänge über eine außerhalb der Bohrung angreifende Vortriebseinheit in das Erdreich eingebracht wird, wie beispielsweise in der deutschen Gebrauchsmusterschrift 92 07 047 beschrieben. Bei diesen Verfahren ist das zur Steuerung oder Rotation des asymmetrischen Vortriebskopfes erforderliche Gestänge bereits für den Vortrieb vorhanden und wird für die Rotation eingesetzt, so daß sich das für die Erdrakete bestehende Problem der Rotation beim Geradeauslauf nicht stellt. Dafür muß aber bei jeder Bohrung eine umfangreiche Ausrüstung bereitgestellt und insbeson-

BESTATIGUNGSKOPIE dere transportiert (Gestänge, Antrieb) werden, was Aufwand und Kosten erhöht.

Die PCT-Offenlegungsschrift WO 94/05941 versucht das Problem des Len- kens einer Erdrakete durch ein Gerät der Gruppe I zu lösen, bei dem der Vortriebskopf aus einer symmetrischen Lage (Geradeausbohren) durch Rotation relativ zur Erdrakete in eine asymmetrische Anordnung (Kurvenfahrt) gebracht werden kann. Bei diesem Gerät ist der Vortriebskopf als Kegel mit Stabilisierungselementen ausgebildet und besitzt eine Längsachse, die in bezug auf die Gerätelängsachse geneigt ist. Der Vortriebskopf weist eine hintere Auflagefläche auf, mit der er auf einer vorderen Auflagefläche der Erdrakete aufliegt und auf der der Vortriebskopf gedreht wird. Die Ebene dieser Auflageflächen ist in bezug auf die Gerätelängsachse und in bezug auf die Längsachse des Vortriebskopfs geneigt. Auf diese Weise ist es mög- lieh, das Gerätegehäuse um seine Längsachse zu drehen, während das Erdreich den Vortriebskopf festhält.

Durch eine solche Gehäusedrehung läßt sich der Vortriebskopf in eine exzentrische Lage gegenüber dem Gerätegehäuse bringen, in der eine Kurvenfahrt stattfindet. Den Drehwinkel - im folgenden Differenzwinkel - zwischen dem Vortriebskopf und dem Gerätegehäuse bzw. die beiden Endstellungen des Vortriebskopfs bestimmt ein mit dem Vortriebskopf verbundener, in einen kreisförmigen Schlitz im Gerätegehäuse eingreifender Mitnehmerzapfen. Liegt der Zapfen an dem einen Ende des Geräteschlitzes an, dann befindet sich der Vortriebskopf in seiner Position für die Geradeausfahrt (Geradeausposition), während er sich am anderen Ende des Geräteschlitzes in der Position für die Kurvenfahrt (Lenkposition) befindet.

Um die Erdrakete von einer Geradeausfahrt auf eine bestimmte Kurvenbahn zu bringen, kann das Gerätegehäuse mit Hilfe des Druckluftschlauchs so weit gedreht werden, bis das Gerät die erforderliche Winkellage (Ausgangslage) für die gewünschte Kurvenbahn erreicht hat.

BESTATIGUNGSKOPIE Diese Drehbewegung kann sich aus zwei Phasen zusammensetzen. In diesem Falle besteht die erste Phase darin, daß zunächst nur das Gerätegehäuse gedreht wird, bis der Mitnehmerzapfen über den gesamten Diffe- renzwinkel aus der Geradeausposition in die Lenkposition gelangt ist. Sobald das geschehen ist, sind der Vortriebskopf und das Gerätegehäuse für die weitere Drehbewegung miteinander gekoppelt, d.h. das Gerätegehäuse und der Vortriebskopf drehen sich gemeinsam, bis die Ausgangslage für die Kurvenfahrt erreicht ist. Dabei müssen erhebliche Kräfte aufgewandt werden, da der Vortriebskopf durch seine Stabilisierungselemente bei der Drehung Erdreich bewegen muß. Die Stabilisierungselemente sind aber für ein Funktionieren des beschriebenen Lenkverfahrens unvermeidbar.

Befindet sich der Mitnehmerzapfen hingegen von Anfang an in seiner Lenk- position, dann ist mit einer Schlauchdrehung gleichzeitig eine gemeinsame Drehung des Gerätegehäuses und des Vortriebskopfes verbunden. Dieser Fall tritt beispielsweise ein, wenn der Vortriebskopf beim Geradeausbohren ungewollt in die Lenkposition gelangt und daher eine Korrekturbewegung des Gerätegehäuses erforderlich ist, oder wenn während einer Kurvenfahrt eine Richtungskorrektur erforderlich ist.

Andererseits kann jedoch auch während einer Kurvenfahrt der Vortriebskopf ungewollt in die Geradeausposition gelangen, so daß er durch ein Verdrehen des Gerätegehäuses mit Hilfe des Druckluftschlauchs wieder in die Lenkposition zurückgebracht werden muß. Dies ist wegen des Drehanschlags in eine Drehrichtung möglich und daher sehr aufwendig.

Problematisch ist ferner, daß eine Drehung des Vortriebskopfes aufgrund der Stabilisierungselemente einen erheblichen Kraftaufwand erfordert. Hinzu kommt, daß oberirdisch auch noch festgestellt werden muß, in welcher

Winkelstellung, bezogen auf die Gerätelängsachse, sich die Lenkposition,

BESTATIGUNGSKOPIE d.h. das für die Kurvenfahrt maßgebende Ende des Gehäuseschlitzes befindet.

Befindet sich die Lenkposition beispielsweise beim Geradeausbohren in der 6-Uhr-Lage und soll die Erdrakete aus dieser Lage heraus auf eine in einer vertikalen Ebene nach oben verlaufende Kurvenbahn gebracht werden, dann muß die Lenkposition in die 12-Uhr-Lage gebracht werden. Dies geschieht durch Drehen des Gerätegehäuses mit Hilfe des Druckluftschlauchs. Befindet sich der Vortriebskopf bzw. dessen Mitnehmerzapfen in der Geradeausposition, dann dreht sich das Gerätegehäuse zunächst über den Differenzwinkel solange alleine, bis sich der Mitnehmerzapfen am anderen Schlitzende in der Lenkposition befindet und sich dann das Gehäuse zusammen mit dem nunmehr in der Lenkposition befindlichen Vortriebskopf in die 12-Uhr-Lage dreht.

Da die Lenkkopfposition außerhalb des Bohrlochs nicht bekannt ist, läßt sich dort auch nicht feststellen, welche Schlauchdrehung - mit oder ohne Überwindung des Differenzwinkels - erforderlich ist, um die Lenkposition in die richtige Ausgangslage für die Kurvenfahrt zu bringen.

Darüber hinaus treten Schwierigkeiten beim Lenken der Erdrakete mittels des Druckluftschlauches auf. Der Druckluftschlauch wird bei der beschriebenen Vorrichtung über eine außerhalb des Bohrlochs angeordnete Drehvorrichtung rotiert. Diese Drehvorrichtung verlangt eine besondere Ausge- staltung des Schlauches und ist an einem Schlauchabschnitt permanent befestigt. Zwischen diesem Schlauchabschnitt und dem Kompressor befindet sich ein Drehring, der die Rotation des Schlauches gegenüber dem Kompressor erlaubt. Im Betrieb muß die Drehvorrichtung entweder beim Vortrieb der Erdrakete ständig mit dem Schlauch vorwärts bewegt werden oder so in der Nähe des Bohrlochs angeordnet sein, daß der Schlauch nicht direkt, sondern über mindestens eine Schlaufe in das Bohrloch eingeführt ist. Dies erschwert das Drehen am Schlauch und macht den Einsatz von Standard-Druckluftschläuchen unmöglich.

Es wurde daher versucht, einen aus zwei Haibschaien bestehenden Klemm- ring am Druckluftschlauch anzuschrauben, um über in den Klemmring einzusteckende Lenkstangen ein Drehmoment auf den Schlauch auszuüben. Eine solche Vorrichtung vermeidet zwar ein ständiges Bewegen der vorbeschriebenen Rotationsvorrichtung mit dem Schlauch bzw. die Probleme der Drehmomentübertragung bei der erforderlichen Schlaufenanordnung des Schlauches (s.o.), besitzt aber den Nachteil, daß der genannte Klemmring beim Vortrieb des Schlauches über den Boden schleift, sich dort verfangen und den Vortrieb der Erdrakete behindern oder eine Schlauchbeschädigung bewirken kann. Ferner besteht das Problem, daß die Bedienperson zum Ausüben des Drehmoments zunächst die Erdrakete anhalten, die Lenkstan- gen einsetzen und dann den Schlauch aus eigener Kraft halten und dabei drehen muß. Des weiteren müssen die Halbschalen ständig abgeschraubt und um einen Schlauchabschnitt nach hinten versetzt werden, um nicht in die Bohrung eingezogen zu werden. Da der Schlauchabschnitt zwischen den Halbschalen und der Bohrlochöffnung möglichst kurz sein soll, um ein Ausscheren des Schlauches beim Verdrehen zu verhindern, was ein ständiges Lösen und Befestigen der Halbschalen am Schlauch erfordert, ist eine solche Vorrichtung im Dauerbetrieb kaum handhabbar.

Aus dem Bereich der Stangenpreßgeräte sind manuelle Lenkvorrichtungen bekannt, die eine Drehung der Bohrstange über einen Lenkhebel erlauben. Diese sind jedoch hinter dem Vortriebszylinder für die Bohrstangen angeordnet, so daß das Problem einer Ortsveränderung mit zunehmendem Vortrieb ebensowenig besteht, wie das Problem der Drehmomentübertragung über einen Schlauch. Solche Geräte sind für den Einsatz am Schlauch einer Erdrakete daher nicht geeignet. Aufgrund der Schwierigkeiten beim Ermitteln der Lenkkopfposition wird die aus der PCT-Offenlegungsschrift WO 94/05941 bekannte Erdrakete gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 199 10 292 dahingehend weitergebildet, daß beim Übergang von der Geradeausfahrt zur Kurvenfahrt zunächst die aktuelle Vortriebskopfposition in bezug auf das Gerätegehäuse bzw. die Position des Mitnehmerzapfens im Gehäuseschlitz ermittelt und sodann das Gerät mit dem Vortriebskopf durch Drehen am Druckluftschlauch auf die gewünschte Kurvenbahn eingestellt bzw. in die Ausgangslage für die Kurvenfahrt gebracht wird. Es verbleibt aber weiterhin das Problem, daß sich ein Drehen des Vortriebskopfes für den Betrieb des Gerätes nicht vermeiden läßt, und sich in der Praxis gezeigt hat, daß insbesondere der Vortriebskopf in dem ihn umgebenden stark verdichteten Erdreich häufig kaum zu drehen ist, wenn er Stabilisierungselemente aufweist. Des weiteren bewirken die Stabilisierungselemente auf dem Vortriebskopf eine unkontrollierte Ablen- kung des Gerätes in eine in der Regel um 90° versetzte nicht gewollte Richtung.

Da außerdem bei dieser Vorgehensweise die Lage der Gerätespitze im Raum bzw. die aktuelle Abweichung des Gerätes in vertikaler und horizon- taler Richtung von der Bohrachse sowie die relative Lage von Vortriebskopf und Gerätegehäuse bekannt sein muß, läßt sich ein solches Gerät nur mit einem Doppelrollsensor oder einer ähnlichen Meßeinrichtung betreiben.

In der Praxis ist der Anmelderin allerdings bislang keine freilaufende Erdra- kete bekannt, die tatsächlich verkauft und zu mehr als zu Versuchszwecken eingesetzt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches ein einfaches Lenken und Geradeausfahren mit einer Erdrakete erlaubt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine für dieses Verfahren geeignete Erdrakete und ein geeignetes Lenkelement zum Drehen des Druckluftschlauches zu schaffen.

BESTATIGUNGSKOPBE Eine erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Erdrakete zwar über die Versorgungsleitung aber nicht automatisch und kontinuierlich gedreht wird, sondern die Erdrakete manuell zwischen zwei oder mehreren Positio- nen streckenabschnittsweise, d.h. diskontinuierlich über die Versorgungsleitung gedreht wird, wobei sich die geometrische Lenkanordnung zwischen Vortriebskopf und Erdrakete während des Bohrens nicht verändert.

Für eine Kurvenfahrt wird die Erdrakete ohne Veränderung ihrer Winkelpo- sition über einen Streckenabschnitt gewünschter Länge vorgetrieben, bis sie die gewünschte Ausrichtung aufweist. Für einen Geradeausiauf kann die streckenabschnittsweise Pendelbewegung über einen Wechsel zwischen der 12-Uhr-Position und der 6-Uhr-Position beispielsweise in 1 -Meter-Bohrschritten erreicht werden. Dies führt beim Geradeauslaufen zu einer leichten Pendelbewegung in der Vertikalachse. In bezug auf die Horizontalebene ist der Vortriebskopf dann symmetrisch angeordnet und führt zu keiner Abweichung von der geraden Sollbohrachse.

Die Erfindung erlaubt somit ein einfaches Lenken einer Erdrakete, reduziert die Lenkbewegung auf eine einfache Kreissegmentdrehung in die gewünschte Richtung ohne zusätzliche Ausgleichsrotationen des Vortriebskopfes, und vermeidet gleichzeitig das Bewegen verdichteten Erdreichs durch Stabilisierungselemente, da der Vortriebskopf nicht unabhängig von dem Gerät gedreht werden muß. Das Drehen der Erdrakete läßt sich erfin- dungsgemäß zusätzlich erleichtern, indem der Vortriebskopf drehbar gelagert ist. Dies ist nicht zu verwechseln mit einem symmetrisch/asymmetrisch drehbar gelagerten Bohrkopf, da der erfindungsgemäße Vortriebskopf seine asymmetrische Anordnung auch bei Drehung beibehält. Die Drehbarkeit, die vorzugsweise über eine Hülse erreicht wird, dient der Verringerung der Rei- bung bei der Durchführung von Lenkbewegungen. Die Verwendung einer Hülse zur Reibungsverminderung ist nicht auf den Vortriebskopf beschränkt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Drehen des Druckluftschlauchs, im folgenden als Schlauchlenker bezeichnet, ermöglicht ein einfaches Lenken der Erdrakete, ohne daß der Vortrieb der Erdrakete behindert wird. Der Schlauchlenker erlaubt es zudem, an einem Schlauchabschnitt unmittelbar vor dem Eintritt des Schlauches in das Erdreich zu lenken, ohne daß eine Schlauchschlaufe vorliegen muß.

Der Schlauchlenker greift vorzugsweise über druckmittelbetriebene Lenkbacken am Schlauch an, die sich mit wenigen Handgriffen lösen, verschie- ben und wieder verklemmen lassen. Die Druckmitteleinheit kann dabei handbetrieben sein und einen Druckmitteltank aufweisen, der mit dem Schlauchlenker eine Einheit bildet.

Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Schlauchlenker über einen Füh- rungsrahmen geführt, der den Schlauch im Lenkabschnitt auf eine ergono- misch zu bedienende Höhe bringt und ein Ausscheren des Schlauches beim Ausüben des Drehmoments vermeidet. Der Führungsrahmen erlaubt es, den Schlauchlenker mit dem Schlauch auf einfache Weise in beliebige Richtungen und auch unter dem Schlauch hindurch zu drehen.

Es versteht sich, daß der Begriff Führungsrahmen nicht auf Rahmenkonstruktionen beschränkt ist, sondern auch andersgeartete "Ständer" gleicher Funktion umfaßt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Geradeausfahren und Lenken der Erdrakete erlaubt den Einsatz einer einfachen freilaufenden Erdrakete, die in jedem Kraftfahrzeug transportiert werden kann und vermeidet den üblichen Transport- und Kostenaufwand.

Durch ein Messen der Neigung der Erdrakete mit Hilfe der bekannten Meßsysteme läßt sich eine unerwünschte Abweichung von der Sollbohrachse dadurch ausgleichen, daß ein Streckenabschnitt eines Pendelausschlags in die Sollbohrachse hinein verlängert wird, und die Pendelachse somit wieder mit der Sollbohrachse zur Deckung bringt. Aufwendige Meßsysteme zum Ermitteln der Verrollungsposition des Gehäuses relativ zur Auslenkung sind nicht erforderlich. Somit lassen sich kostengünstige, handelsübliche Sonden, Empfänger und Anzeigegeräte einsetzen, wie sie sonst nur in Verbindung mit einer kontinuierlich rotierenden asymmetrisch aufgebauten Erdrakete der eingangs beschriebenen Art (Gruppe I) eingesetzt werden können. Die Sonde kann Meßeinrichtungen für die Neigung, die Verrollung, die Temperatur und den Batteriefüllstand aufweisen und ist dann drehfest mit dem Vortriebskopf, der Vortriebskopfaufnahme oder dem Gehäuse der Erdrakete, beispielsweise in der in der deutschen Patentschrift 195 34 806 beschriebenen Art mit dem Vortriebskopf oder der Erdrakete verbunden. Ferner lassen sich über die Sonde auch Tiefenlage und Seitenrichtung der Erdrakete ermitteln.

Besonders vorteilhaft ist es, die Erdrakete vor oder während der Drehbewegung in Rückwärtsrichtung zu betreiben, um die Drehbewegung der Erdrakete zu vereinfachen, wie dies beispielsweise mit der in der deutschen Patentanmeldung 198 58 519.5 beschriebenen automatischen Druckluftum- Steuerung möglich ist. Alternativ kann die Erdrakete während des Drehens mit Leerschlägen in vor- und rückwärtiger Richtung betrieben werden, so daß es während der Rotation im Bohrloch hin- und herläuft, wodurch die Vortriebsreibung des Vortriebskopfs beim Bohren vermieden wird und damit beim manuellen Drehen der Erdrakete nicht überwunden werden muß.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Druckluftumsteuerung durch eine elektrische Fernbedienung gesteuert. Die Umsteuerung kann auch so ausgebildet sein, daß die Erdrakete automatisch einige Rückwärtsschläge ausführt, solange eine Drehung stattfindet.

Wird die Edrakete über einen längeren Streckenabschnitt in ein und derselben Winkelposition betrieben, führt sie eine durch die Asymmetrie des Vor-

BESTÄTIGUNGSKOPDE triebskopfes vorgegebene Kurvenbahn aus. So läßt sich eine Erdrakete, beispielsweise bei der Unterquerung einer Straße, durch Bohren in der 6- Uhr-Position in die gewünschte Tiefe bringen, durch meterabschnittsweises Pendeln zwischen der 12-Uhr- und der 6-Uhr-Position im Geradeauslauf unter der Straße durchführen und durch Betrieb in der 12-Uhr-Position auf der anderen Seite der Straße an die Erdoberfläche lenken.

Die Erfindung erlaubt den Einsatz einer konstruktiv äußerst einfachen Erdrakete in einer besonders leicht erlernbaren und leicht durchführbaren Verfah- rensweise ohne wesentlichen Aufwand an Zusatzeinrichtungen und ohne Verzicht auf eine zielgenaue Lenkbarkeit der Erdrakete. Da die Bedienungsperson die Erdrakete nach dem vom Kraftfahrzeug bekannten Prinzip "Lenkrad/Lenkstange" in die gewünschte Richtung lenken kann und für einen Geradeauslauf lediglich eine leichte Schlängellinie "fahren" muß, die aber durch das relativ lange Maschinengehäuse der Erdrakete angeglichen wird, ist die Bedienung gegenüber herkömmlichen lenkbaren Erdraketen mit komplizierten Anzeigevorrichtungen und Bedienungsvorschriften wesentlich erleichtert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 : eine lenkbare Erdrakete im erfindungsgemäßen Betrieb;

Fig. 2 bis

Fig. 5: verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Rammköpfe;

Fig. 6: eine erfindungsgemäße Erdrakete mit Ortungssender, Dämp- fungssystem und Gerätehülse;

Fig. 7: eine Klemmzange (Torquer); Fig. 8: eine Darstellung des Geradeausbohrens;

Fig. 9: eine Darstellung des Lenkens mit einer Klemmzange;

Fig. 10: eine Darstellung der erfindungsgemäßen Schlauch/Gerätekupplung.

Fig. 11 : eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Schlauchlenkers;

Fig. 12: eine Darstellung des Schlauchlenkers der Fig. 11 in einem Führungsrahmen.

Eine Erdrakete 1 mit einem Vortriebskopf 2 ist über eine Versorgungsleitung 3 mit einer hydraulischen oder pneumatischen Antriebseinheit (nicht dargestellt) verbunden und wird, ausgehend von einer Startgrube 4, über eine Sollbohrtrasse 5 in eine Zielgrube 6 vorgetrieben. Im Bereich der Startgrube 4 ist eine Klemmzange (Torquer) 8 mit einem Lenkgriff 9 auf der Versorgungsleitung 3 angeordnet.

In Fig. 1 ist die Erdrakete 1 mit dem Vortriebskopf 2 in 12-Uhr-Position (Laufrichtung nach oben) dargestellt, wobei der asymmetrische Vortriebskopf 2 den Verlauf der Bohrung vorgibt, solange keine Drehung der Erdrakete stattfindet. Um den als gestrichelte Linie der Sollbohrtrasse 5 darge- stellten Bohrverlauf zu erreichen, wird der Torquer 8,9 lediglich in der in Fig. 1 dargestellten Stellung gehalten, es sei denn zur Korrektur von Abweichungen von der gewünschten Bohrtrasse ist eine Auslenkung erforderlich.

Der Vortriebskopf 2 weist während des gesamten Bohrvorgangs eine asym- metrische Anordnung (Fig. 2 bis 4) oder eine exzentrische Vortriebskraftbeaufschlagung (Fig. 5) auf. Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vortriebskopf befindet sich konstruktiv in einer Anordnung, bei der die Achse 22 des Vor-

BESTATIGUNGSKOPEE triebskopfes 2 von der Achse 11 der Erdrakete abweicht. Ohne Rotation der Erdrakete 1 führt eine solche Vortriebskopfgestaltung beim Bohren zu einer Abweichung der Erdrakete 1 in Richtung der Vortriebskopfachse 22. Bei einem Drehen der Erdrakete mittels Torquer 8,9 über die Versorgungslei- tung 3 bleibt der Winkel α zwischen der Erdraketenachse 11 und der Vortriebskopfachse 22 erhalten. Es ändert sich lediglich die Richtung der Achse 22 und, je nach Erdbeschaffenheit, auch die Richtung der Achse 11 in bezug auf die Bohrtrasse.

Zum Einhalten der Winkelstellung des Vortriebskopfes 2 weist die Erdrakete 1 einen abgewinkelten Kopfadapter 12 mit einem Aufnahmebolzen 13 auf, auf den der Vortriebskopf 2 aufgesetzt ist. Der Kopfadaper 12 ist über einen Bajonettverschluß 91 mit einem Sicherungsbolzen 92 (Fig. 6a) oder direkt mit einem Sicherungsbolzen 93 (Fig. 6b) mit der Erdrakete 1 verbunden, der ein einfaches An- und Abmontieren des Vortriebskopfes erlaubt und so auch das Wechseln und Einlegen der Senderbatterien erleichtert. Der Kopfadapter 12 besitzt eine umlaufende Nut 14, auf der der Vortriebskopf 2 mit Spannstiften 15,16 gesichert ist. Diese Anordnung erlaubt eine freie Rotation des Vortriebskopfes 2 auf dem Kopfadapter 12, allerdings ohne daß sich der Winkel α verändert. Diese Gestaltung führt zu einer erheblichen Verminderung der Haftreibung beim Drehen der Erdrakete 1 zwecks Lenkbewegung. In der Praxis hat sich gezeigt, daß im Bereich des Vortriebskopfes 2, in dem das Erdreich am stärksten komprimiert ist, beim Drehen die größten Reibungskräfte wirken. Durch den erfindungsgemäß drehbaren Vortriebskopf 2 wird die Haft- bzw. Gleitreibung zwischen der Außenfläche 24 des Vortriebskopfes 2 und dem umgebenden Erdreich weitgehend vermieden.

Alternativ kann die Verbindung zwischen Vortriebskopf und Kopfadapter aber auch, wie in Figur 6b dargestellt, starr sein. Dabei kann der Vortriebskopf über ein Spannhülsenpaar 94 mit dem Kopfadapter verbunden sein. Zur Veränderung der Lenkrichtung muß bei einem abgewinkelten Vortriebskopf daher lediglich Auslenkungsarbeit im Bereich des Vortriebskopfes 2 bei der Drehung der Erdrakete geleistet werden. Dabei ist die Drehrichtung beliebig. Vorzugsweise wird der kürzeste Weg zum Erreichen der gewählten Verrollungsposition gewählt.

Die Erdrakete 1 weist zur weiteren Reduzierung der Haft- bzw. Gleitreibung beim Lenken eine Gehäusehülse 17 auf, die drehbar mit dem Erdraketengehäuse verbunden ist. Mit dem in Fig. 5 dargestellten Vortriebskopf 2 läßt sich eine besonders einfache Lenkbewegung erreichen, da der in der komprimierten Bohrlochspitze liegende Vortriebskopf 2 beim Drehen der Erdrakete in seiner Position nicht verändert wird. Für die Drehung der Erdrakete 1 steht darüber hinaus ausreichend Raum zur Verfügung, da der Vortriebskopf 2 gemäß Fig. 5 einen größeren Durchmesser als die Erdrakete auf- weist. Die beim Drehen zu überwindende Reibung reduziert sich bei Verwendung eines Vortriebskopfes 2 gemäß Fig. 5 im wesentlichen auf die ge- wichtskraftbedingte Reibung des im Bohrloch liegenden Versorgungsschlauches 3.

Unabhängig davon läßt sich der beim Drehen zu überwindende Widerstand, insbesondere bei Verwendung von Rammköpfen gemäß Fig. 2 und 3, dadurch verringern, daß der Vortrieb der Erdrakete 1 unterbrochen und/oder die Erdrakete durch Umsteuern aus der Bohrlochspitze rückwärtig herausgefahren und/oder hin- und herbewegt wird. Dies kann insbesondere bei stark komprimiertem Erdreich im Bereich des Vortriebskopfes 2 von Vorteil sein, wenn das Erdreich der beim Drehen stattfindenden Walkbewegung einen zu großen Widerstand entgegensetzen würde.

Die Erdrakete 1 weist ein kompaktes Ortungssystem mit Stoßdämpfung 18 auf, welches die üblichen Informationen, wie Position, Tiefe, Neigung und Verrollungsposition der Erdrakete 1 an eine Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) im Bereich der Bedienungsperson übermittelt. Die Verwendung ei-

BESTATIGUNGSKOPIE nes Ortungssystem 18 in kompakter Bauweise ist besonders vorteilhaft und wird insbesondere durch Vermeidung eines Doppelrollsensors möglich. Ein solcher Sensor dient üblicherweise der Ermittlung der Relativposition von Vortriebskopf und Erdrakete, was bei Verwendung der erfindungsgemäß (geometrisch) statischen Anordnung des Vortriebskopfes 2 nicht erforderlich ist.

Der Schlauchlenker 8 besteht aus einem Haltegriff 9, Klemmbacken 81 , 82 und einer hydraulischen Handpumpe 83 zum Druckbeaufschlagen der Klemmbacken. Im Bereich der hydraulischen Handpumpe 83 ist ein Druckmitteltank 86 angeordnet. Die Klemmbacken weisen Gummidämpfer 84, 85 auf, die den Versorgungsschlauch 3 beim Betätigen der hydraulischen Handpumpe 83 umgreifen und einen festen Sitz des Schlauchlenkers auf dem Versorgungsschlauch 3 gewährleisten. Über den Halte- oder Lenkgriff 9 läßt sich mit dem Schlauchlenker eine Drehbewegung auf den Versorgungsschlauch 3 übertragen (Fig. 9). Diese führt zu einer Drehung der Erdrakete und bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform zu den in Fig. 8 dargestellten Stellungen des Vortriebskopfes 2.

Der Versorgungsschlauch 3 ist außerhalb des Erdreichs über einen Führungsrahmen 70 geführt. Der Führungsrahmen besitzt zwei voneinander beabstandete Führungselemente 72, 74. Vorzugsweise besitzen die Führungselemente eine oder mehrere drehbar gelagerte Rollen. Dadurch wird eine Reibung des Schlauches minimiert. Der Versorgungsschlauch 3 ist über das Eingangsführungselement 72 in den Führungsrahmen 70 eingeführt und tritt über das Ausgangsführungselement 74 aus diesem heraus. In dem zwischen den Führungselementen 72, 74 befindlichen Schlauchabschnitt ist der Schlauchlenker 8 angeordnet, wobei der Führungsrahmen 70 eine Höhe aufweist, die eine ergonomische Bedienung des Schlauchlenkers 8 erlaubt. Der Abstand zwischen den Führungselementen 72, 74 ist so gewählt, daß der Schlauchlenker problemlos in dem so definierten

BESTATIGUNGSKOPEE Schlauchabschnitt bedient werden kann. Dies erlaubt ein einfaches Drehen des Schlauches in eine beliebige Drehrichtung auch um 180° oder mehr.

Die Bedienperson kann nun den Schlauchlenker bei längeren Vortriebsabschnitten lösen, so daß dieser während des Vortriebs auf dem Führungsrahmen 70 frei an dem Versorgungsschlauch 3 hängt. Der Schlauchienker kann aber auch in geklemmtem Zustand auf dem Schlauch verbleiben, solange der betroffene Abschnitt das Führungselement 74 noch nicht erreicht hat.

Der Versorgungsschlauch 3 ist drehfest mit der Erdrakete 1 verkuppelt. Eine Ausführungsform einer solchen Kupplung ist in Fig. 10 dargestellt. Die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform weist neben einer Verdrehsicherung 32,33, die in Form einer Schulter in Nuten am Rücklaufkonus 35 eingreift, eine Sicherung gegen axiale Schubkräfte in Form von Spannhülsen 36,37 auf, die beim Vorwärtslauf der Maschine dafür sorgen, daß die Steuerung - bedingt durch das Gewicht des Schlauches - nicht aus der Maschine gezogen wird.

Claims

Tracto-Technik - Paul Schmidt SpezialmaschinenReiherstraße 2, 57368 LennestadtPatentansprüche:

1. Verfahren zum Lenken einer Erdrakete mit einem Vortriebskopf (2) und einer Versorgungsleitung (3), an der ein Lenkelement (8,9) angeordnet ist, wobei das Lenken durch Drehen der Versorgungsleitung initiiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdrakete (1 ) im Bereich des Vortriebskopfes (2) eine permanent asymmetrische Anordnung oder Kraftbeaufschlagung aufweist, die beim Vortrieb eine Achsenabweichung bewirkt und eine Geradeausfahrt der Erdrakete (1 ) durch ein die Achsenabweichung ausgleichendes streckenabschnittsweises und diskontinuierliches Drehen der Versorgungsleitung (3) erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdrakete eine Umsteuerung aufweist und über eine Druckluftsteuerleitung zwischen Vor- auf Rücklauf umgeschaltet werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geradeausfahrt durch Drehen der Versorgungsleitung (3) in 180°-Schritten erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdrakete (1 ) vor dem oder bei dem Einleiten der Drehung angehalten oder rückwärts bewegt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geradeausfahrt durch Pendeln in der Vertikalachse bewirkt wird und zwischen der 12-Uhr-Position und der 6-Uhr- Position gedreht wird, wobei die Drehung ausgesetzt oder verzögert wird, wenn die Positionsdaten der Erdrakete (1 ) eine Richtungsände- rung verlangen.

6. Erdrakete mit einem Vortriebskopf und einer drehfesten mit der Erdrakete verbundenen Versorgungsleitung, über die sich die Erdrakete drehen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortriebskopf (2) permanent asymmetrisch zur Erdrakete (1 ) angeordnet ist.

7. Erdrakete mit einem Vortriebskopf und einer drehfesten, mit der Erdrakete verbundenen Versorgungsleitung, über die die Erdrakete gedreht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdrakete (1 ) ein Antriebsaggregat aufweist, welches eine exzentrische Kraft auf den

Vortriebskopf (2) ausübt.

8. Erdrakete nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine drehbare Hülse (17).

9. Erdrakete nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortriebskopf (2) um seine Achse (22) drehbar mit der Erdrakete (1) verbunden ist.

10. Erdrakete nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortriebskopf (2) eine drehbare oder starre Hülse aufweist.

11. Erdrakete nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine Umsteuerung für den Vor- und Rücklauf.

12. Erdrakete nach Anspruch 11 , gekennzeichnet durch eine Druckluftsteuerleitung für die Umsteuerung der Erdrakete (1 ).

13. Erdrakete nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vortriebskopf (2) einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser des Erdraketengehäuses ist.

14. Erdrakete nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (3) elastisch und durch drehfeste Kupplungen verlängert werden kann.

15. Erdrakete nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (3) elastisch ist und als Schlauch ausgebildet ist.

16. Erdrakete nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitungsabschnitte eine Länge von 6 m oder mehr aufweisen.

17. Verbindungselement zum Verbinden einer Versorgungsleitung mit ei- ner Erdrakete, gekennzeichnet durch eine Verdrehsicherung (32,33) und eine Sicherung (36,37) gegen axial wirkende Schubkräfte.

18. Vorrichtung zum Lenken einer lenkbaren Erdrakete über eine Versorgungsleitung, gekennzeichnet durch einen Führungsrahmen (70) mit Führungselementen (72,74) für die Versorgungsleitung (3).

BESTATIGUNGSKOPIE

19. Verfahren zum Lenken einer lenkbaren Erdrakete mittels einer Versorgungsleitung, gekennzeichnet durch ein Durchführen der Versorgungsleitung durch einen Führungsrahmen (70) zum Verbinden der Versorgungsleitung mit einer Erdrakete und/oder einem Kompressor.

20. Schlauchlenker zum Lenken einer lenkbaren Erdrakete über eine Versorgungsleitung, gekennzeichnet durch an der Versorgungsleitung angreifende druckmittelbetriebene Klemmelemente (81 ,82).

21. Schlauchlenker nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente Klemmbacken besitzen.

22. Schlauchienker nach Anspruch 20 oder 21 , gekennzeichnet durch einen hydraulischen Versorgungstank und eine hydraulische Hand- pumpe (83).

23. Schlauchlenker nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungstank und die Handpumpe mit dem Schlauchlenker eine Einheit bilden.

24. Schlauchlenker nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen Führungsrahmen (70) mit Führungselementen (72, 74) für die Versorgungsleitung (3).

25. Schlauchlenker nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente eine strukturierte Oberfläche zur Verbesserung der Drehmomentübertragung besitzen.

26. Schlauchlenker nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch mehrere Klemmelemente, die beim Spannen wahlweise bewegt werden können.

BESTATIGUNGSKOPIE