Verfahren zur Richtungssteuerung eines Erdbohrgerätes sowie Vorrichtung zur Herstellung von Erdbohrungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Richtungssteuerungen eines Erdbohrgerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 sowie ein Erdbohrgerät zur Durchführung eines vorstehend genannten Verfahrens.

[0002] Für das Verlegen von Kabeln und Schläuchen im Boden werden in Vorgärten, unter Straßen, Eisenbahnen, Flüssen und befestigten Flächen kleine Tunnel im Durchmesserbereich von ca. 45 bis 200 mm benötigt, die vielfach mittels Stoß- oder Schlagbohrgeräten hergestellt werden. Die Verdrängungsköpfe herkömmlicher Geräte dieser Art können zwar durch spezielle Kopfformen gute Verdrängungs- und Zertrümmerungseigenschaften aufweisen. Sie sind in ihrer Vorschubrichtung jedoch nicht steuerbar, so daß bei einfachen Geräten dieser Art keine Möglichkeit besteht, diese Geräte um die Kurve zu steuern oder Kursabweichungen der Geräte zu korrigieren.

[0003] Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen. So ist es aus der DE-A-39 11 467 bekannt, an der Stirnseite eines Erdbohrgerätes eine Abschrägung vorzusehen. Diese Abschrägung drückt den Kopf des Gerätes beim Eindringen in den Boden nach einer Seite weg. Um den Geradeauslauf zu erreichen, muß ein solcher Kopf kontinuierlich um seine Längsachse gedreht werden. Dabei drückt die Abschrägung während der Vorwärtsbewegung des Gerätes im Wechsel nach oben, rechts, unten und links, so daß sich das Gerät bei einer gleichförmigen Drehung des Kopfes im Ergebnis geradeaus bewegt. Ein Kopf mit solch einer Abschrägung hat allerdings nicht mehr die notwendigen Zertrümmerungs- und Verdrängungseigenschaften, um auch in inhomogenen und festen Bodenarten die Vorwärtsbewegung zu ermöglichen.

[0004] Um in bestimmten bindigen und sandigen Bodenarten den Spitzenwiderstand an dem Gerätekopf zu verringen und die Vorwärtsbewegung des Gerätes zu erleichtern, wurde bereits vorgeschlagen, den Boden unmittelbar vor dem Gerätekopf durch einen starken Flüssigkeitsstrahl aufzulockern oder völlig wegzuschwemmen. So ist aus der US-A-4 674 579 ein Erdbohrgerät mit einem Bohrkopf bekannt, der vorne asymmetrisch ist und einen einseitigen schräg zur Geräteachse gerichteten Austritt für einen Flüssigkeitsstrahl aufweist. Da der Boden im Bereich des Flüssigkeitsstrahles aufgeweicht oder weggeschwemmt wird, setzt das Erdreich dem Erdbohrgerät in diesem Bereich den geringsten Widerstand entgegen. Bei seinem Vortrieb wird das Erdbohrgerät daher in die Richtung des Flüssigkeitsstrahles ausgelenkt. Damit läßt sich die Vorschubrichtung des Gerätes beeinflussen. Zum Geradeauslauf muß dieser Bohrkopf jedoch ebenso wie bei dem oben beschriebenen Gerät mit abgeschrägtem Kopf kontinuierlich gedreht werden. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, daß der zur Drehung des Kopfes erforderliche Mechanismus den rauen Betriebsbedingungen nicht lange standhält. Dies würde insbesondere für sogenannte Rammbohrgeräte gelten, bei denen die zur Fortbewegung des Erdbohrgerätes notwendigen dynamischen Hammerschläge so hart sind, daß die Elemente zum Führen und Drehen des Kopfes in kurzer Zeit verschlissen wären.

[0005] Die selben Nachteile weist ein aus der US-A-4 714 118 bekanntes Erdbohrgerät mit symmetrischem Kopf auf, an dem mehrere asymmetrisch angeordnete Strahldüsen vorgesehen sind. Diese Düsen sind entweder alle offen oder alle geschlossen. Zum Geradeauslauf muß wieder der Bohrkopf gedreht werden.

[0006] Aus der US-A-3 365 007 ist ein Erdbohrer bekannt, in dessen Bohrkopf Düsen für den Austritt einer Bohrflüssigkeit ausgebildet sind. Der Flüssigkeitsaustritt durch die Düse kann gesteuert werden. Da der Bohrkopf zum Eindringen in den Boden gedreht werden muß, muß er zum Ändern der Bohrrichtung angehalten werden. Nach dem Anhalten des Bohrkopfes wird durch Ansteuerung bestimmter Düsen der Boden an der gewünschten Stelle weggeschwemmt. Wird der Bohrer wieder in Betrieb genommen, dringt er in den ausgespülten Hohlraum ein und weicht somit von der vorherigen Bohrrichtung in die gewünschte Richtung ab. Eine Richtungsänderung während des Vortriebes ist dabei aber nicht möglich.

[0007] Den gleichen Nachteil hat auch ein Erdbohrer gemäß der US-A-3 746 108. Er unterscheidet sich von der aus der US-A-3 365 007 bekannten Lösung dadurch, daß die Strahldüsen an dem Bohrkopf asymmetrisch angeordnet und nicht wahlweise ansteuerbar sind. Um die Bohrrichtung ändern zu können, muß wieder der Bohrkopf angehalten und so ausgerichtet werden, daß die Düsen in die gewünschte Richtung weisen. Nach dem Ausspülen eines seitlichen Hohlraumes kann dann der Bohrbetrieb wieder aufgenommen werden.

[0008] Die US-A-4 930 586, die der Merkmalskombination im Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2 entspricht, beschreibt ein Erdbohrgerät mit einem Bohrgestänge, das an seinem Vortriebsende eine abgerundete Nase hat. In dieser Nase ist eine Düsenöffnung angeordnet, durch die ein im wesentlichen axial gerichteter Strahl einer Bohrflüssigkeit austritt. Die Bohrung wird allein durch diese Bohrflüssigkeit erzeugt. Ferner sind in dem Bohrgestänge kurz hinter der abgerundeten Nase vier Düsen so angeordnet, daß ihre Achsen senkrecht zur Achse des Bohrgestänges und senkrecht zueinander gerichtet sind. Durch diese Düsen kann Bohrflüssigkeit zur Steuerung des Kopfendes des Bohrgestänges austreten. Die Abgabe der Flüssigkeit wird durch Magnetventile gesteuert. Die Information über die Lage des Bohrkopfes und der Steuerdüsen wird mit Hilfe von Roll- und Neigungssensoren ermittelt, die im Bohrkopf angeordnet sind. Die Steuerung des Bohrkopfes erfolgt durch den Rückstoß der aus der jeweiligen Düse austretenden Bohrflüssigkeit.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein Erdbohrgerät zu seiner Durchführung anzugeben, bei dem die Vortriebsrichtung des Erdbohrgerätes auch in inhomogenen und festen Böden beliebig geändert werden kann, ohne daß hierzu der Kopf des Erdbohrgerätes um seine Achse drehbar sein muß.

[0010] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 oder die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst.

[0011] Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also die Richtungssteuerung des Erdbohrgerätes dadurch bewirkt, daß die Druckflüssigkeit zu jeder Düse bezüglich Druck und/oder Menge der Druckflüssigkeit individuell gesteuert wird. Durch die Auswahl der mit Druckflüssigkeit beaufschlagten Strahldüsen und/oder die Wahl des Drukkes läßt sich der Grad der Auflockerung des Erdreiches in einem bestimmten Winkelbereich um den Kopf des Erdbohrgerätes herum so durchführen, daß durch diese Auflockerung eine große oder kleine Richtungsänderung des Erdbohrgerätes ausgelöst werden kann, da in dem aufgelockerten Erdreich der dem Kopf des Erdbohrgerätes entgegengesetzte Widerstand verringert wird und der Verdrängungskopf des Erdbohrgerätes zwangsläufig nach der Seite des geringeren Widerstandes ausweicht.

[0012] Vorzugsweise sind in dem rohrförmigen Gehäuse weitere Strahldüsen angeordnet, die - in Längsrichtung des Erdbohrgerätes - betrachtet, jeweils in Flucht mit mindestens einer Strahldüse des Kopfes liegen und die jeweils in der gleichen Weise mit Druckflüssigkeit beaufschlagt werden wie die mit ihnen jeweils in Flucht liegenden Strahldüsen des Kopfes. Damit erfolgt das Auflokkern des Bodens durch die Druckflüssigkeit für eine Richtungsänderung nicht nur im Bereich des Kopfes sondern auch im Bereich des Gehäuses. Der Boden wird gleichzeitig auf einer größeren Länge aufgelockert, so daß eine Ablenkung des Erdbohrgerätes auf einer kürzeren Vortriebsstrecke möglich ist, d.h. es können Kurven mit kleineren Radien für die Bahn des Erdbohrgerätes erzielt werden.

[0013] Da bei dem erfindungsgemäßen Rammbohrgerät der Kopf nicht gedreht zu werden braucht, kann das Rammbohrgerät während des Austrittes der Druckflüssigkeit durch die Düsen vorgetrieben werden. Damit erreicht man eine hohe Vortriebsgeschwindigkeit.

[0014] Der Druck der Druckflüssigkeit an den in die gewünschte Ablenkrichtung weisenden Düsen kann dabei je nach Bodenart zwischen ca. 20 bis 250 Bar variieren. Um den Vortrieb des Erdbohrgerätes durch eine Verbesserung seiner Gleiteigenschaften zu erleichtern, kann eine Druckflüssigkeit verwendet werden, die thixotrope oder Gleitmitteleigenschaften aufweist.

[0015] Ein Erdbohrgerät zur Durchführung eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art ist im Anspruch 6 angegeben. Über die Veränderung des Druckes oder der Menge der Druckflüssigkeit hinaus kann auch vorgesehen sein, daß der jeweilige Strahlwinkel der Düse verstellbar ist.

[0016] Um gegebenenfalls einen großflächigeren Bereich des Erdreiches in einer vorgegebenen Richtung auflockern zu können, ist es zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Düsen in Längsrichtung des Erdbohrgerätes hintereinander angeordnet ist. Insbesondere dann, wenn der Strahlwinkel der Düsen veränderbar ist, ergibt sich dadurch eine große Vielfalt von Steuerungsmöglichkeiten.

[0017] Für einen einwandfreien Geradeauslauf des Gerätes ist es zweckmäßig, wenn die Düsen symmetrisch bezüglich der Längsachse des Erdbohrgerätes angeordnet sind. Beim Absperren aller Düsen oder beim Beaufschlagen aller Düsen mit derselben Druckflüssigkeitsmenge und demselben Druck ist dann ein Geradeauslauf des Gerätes gewährleistet, sofern das Erdreich einigermaßen homogen ist.

[0018] Der Kopf des Erdbohrgerätes kann mit Ausnahme der Anordnung der Düsen in herkömmlicher Weise ausgebildet sein. So kann der Kopf konisch geformt sein und über die Konusfläche symmetrisch bezüglich der Achse verteilte Rillen aufweisen, in denen die Düsen angeordnet sind. Im Gegensatz zu diesem reinen Verdrängungskopf kann der Kopf auch gestuft ausgeformt sein und ebenfalls symmetrisch bezüglich der Achse verteilte Längsrillen aufweisen, in denen wiederum die Düsen angeordnet sind. Der abgestufte Kopf weist bessere Zertrümmerungseigenschaften auf.

[0019] Zur Zufuhr der Druckflüssigkeit zu den Düsen sind diese zweckmäßigerweise mit in der Gehäusewand verlaufenden achsparallelen Kanälen verbunden, deren kopfferne Enden über flexible Leitungen mit der Druckflüssigkeitsquelle verbunden sind. Dadurch bleibt der Innenraum des Gehäuses des Erdbohrgerätes frei, um in diesem Raum den Schlagkolben einer Rammeinrichtung unterzubringen. Die Steuerventile zur Steuerung der Druckflüssigkeitszufuhr zu den einzelnen Düsen können entweder im Erdbohrgerät selbst oder an der Druckflüssigkeitsquelle vorgesehen sein. Die letztere Ausführungsform hat den Vorzug, daß die Steuerleitungen zur Steuerungen der Ventile kurz sind und nicht auch mit dem Erdbohrgerät mitgezogen werden müssen.

[0020] Das Erdbohrgerät kann in an sich bekannter Weise über ein an seinem kopffernen Ende angreifendes Gestänge ins Erdreich gedrückt werden, wobei zwischen dem Erdbohrgerät und dem Gestänge zum Schutze desselben vor Beschädigung durch Schläge der Rammeinrichtung ein Schwingungsdämpfer eingebaut sein kann.

[0021] Um den Einsatz des Rammbohrgerät auch unter Wasser zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, wenn die Abluft der pneumatischen Rammeinrichtung durch eine wasserdichte Leitung nach rückwärts abgeführt wird.

[0022] Um die Position und Ausrichtung des Erdbohrgerätes zu jedem Zeitpunkt einwandfrei feststellen und überwachen zu können, kann in dem Kopf des Erdbohrgerätes in an sich bekannter Weise ein Sender vorgesehen sein, der geeignete Positionssignale aussendet.

[0023] Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Darstellung der Arbeitsweise und des Einsatzes eines als Rammbohrgerät ausgebildeten Erdbohrgerätes,

Figur 2

eine der Figur 1 entsprechende Darstellung eines statischen Erdbohrers,

Figur 3

einen die Achse enthaltenden Schnitt durch ein Rammbohrgerät gemäß Figur 1,

Figur 4

eine Seitenansicht eines konischen Kopfes des erfindungsgemäßen Erdbohrgerätes,

Figur 5

eine Frontansicht des in Figur 4 dargestellten Kopfes,

Figur 6

eine Detaildarstellung einer einzelnen Düse des in Figur 4 dargestellten Kopfes in vergrößertem Maßstab,

Figur 7

eine perspektivische Ansicht eines abgestuften Kopfes eines erfindungsgemäßen Erdbohrgerätes und

Figur 8

eine die Achse enthaltenden Schnitt durch einen Schwingungsdämpfer zwischen einem Rammbohrgerät gemäß Figur 3 und einem Vortriebsgestänge und

Figur 9 und 10

jeweils eine schematische Schnittdarstellung einer Düse.

[0024] In Figur 1 ist allgemein mit 10 ein Erdbohrgerät bezeichnet, mit dessen Hilfe im Erdreich 12 eine Röhre 14 erzeugt werden soll, in der dann anschließend Kabel oder Schläuche verlegt werden können. Bei dem Erdbohrgerät 10, das später noch anhand der Figur 3 genauer beschrieben wird, handelt es sich um ein Rammbohrgerät, das durch die Schläge eines in dem zylindrischen Gehäuse des Erdbohrgerätes 10 axial beweglichen Schlagkolbens durch das Erdreich 12 getrieben wird. Der Schlagkolben wird durch Druckluft angetrieben, die über ein hohles Gestänge 16 von einer Druckluftquelle 18 her zugeführt wird. Das Gestänge 16 dient gleichzeitig dazu, eine weitere Vortriebskraft auf das Erdbohrgerät 10 auszuüben. An einem nur schematisch dargestellten Bohrschlitten 20 wird dabei das Gestänge entsprechend dem Vortrieb des Erdbohrgerätes 10 verlängert und die Vortriebskraft eingeleitet. Die in der Zeichnung dargestellten Gruben 22 und 24 dienen als Anschlußgrube bzw. Start- und Eintrittsgrube für das Erdbohrgerät 10 und das Gestänge 16.

[0025] Die soweit beschriebene Anordnung ist an sich bekannt und braucht in ihren technischen Merkmalen und in ihre Funktionsweise nicht näher beschrieben zu werden. Bei den herkömmlichen Geräten dieser Art tritt grundsätzlich das Problem auf, wie die gewünschte Vortriebsrichtung des Erdbohrgerätes 10 eingehalten oder in gewünschter Weise geändert werden kann. Zur Illustration dieses Problems wurde eine in dem Erdreich 12 liegende Rohrleitung 26 eingezeichnet, die die herzustellende Röhre 14 kreuzt und daher von dem Erdbohrgerät 10 unterfahren werden muß. Ein solches Ausweichmanöver setzt voraus, daß das Erdbohrgerät 10 entsprechend gesteuert werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt dies dadurch, daß am allgemein mit 28 bezeichneten Kopf des Erdbohrgerätes in noch zu beschreibender Weise Düsen angeordnet sind, durch die gezielt in eine bestimmte Richtung Flüssigkeit mit einem Druck zwischen 20 bis 250 bar, die ebenfalls über das Gestänge 16 oder über eigene Druckleitungen zugeführt wird, in das Erdreich gespritzt werden kann, wie dies in Figur 1 durch Pfeile 30 am Kopf 28 des Erdbohrgerätes angedeutet ist. Durch den Druckflüssigkeitsstrahl wird das Erdreich aufgelockert oder fortgespült, so daß es dem Erdbohrgerät 10 in diesem Bereich einen geringeren Widerstand entgegensetzt. Das Erdbohrgerät 10 wird bei seinem Vortrieb in den Bereich des geringeren Widerstandes abgelenkt.

[0026] Die genaue Ausbildung des Erdbohrgerätes soll nun anhand der Figuren 3 bis 8 näher erläutert werden.

[0027] Das in Figur 3 in einem die Achse enthaltenden Schnitt schematisch dargestellte Rammbohrgerät umfaßt ein allgemein mit 32 bezeichnetes Gehäuse mit einem zylindrischen Abschnitt 34 und einem konischen Kopf 36. An seinem kopffernen Ende ist das Gehäuse 32 durch ein Abschlußteil 38 verschlossen, das in den zylindrischen Abschnitt 34 eingeschraubt ist.

[0028] In dem Gehäuse 32 ist ein Schlagkolben 40 axial verschiebbar geführt. An seinem dem Kopf 36 abgewandten Ende hat der Schlagkolben 40 eine Sackbohrung 42, in welche ein Steuerrohr 44 eingreift, das mit dem Verschlußteil 38 verschraubt ist und über eine dieses durchsetzende Bohrung 46 mit dem als Druckluftzufuhrleitung dienenden Gestänge 16 verbunden ist. Die Sackbohrung 42 ist über radial gerichtete Kanäle 48 mit einem Ringraum 50 verbunden, der durch einen durchmesserverminderten Abschnitt des Schlagkolbens 40 zwischen diesem und der ihn umgebende Gehäusewand gebildet ist. Dieser Ringraum 50 ist über Längsrillen 52 in dem vorderen Bereich des Schlagkolbens 40 mit dem vor dem Schlagkolben 40 liegenden Innenraum des Gehäuses 32 verbunden. Das so weit beschriebene und an sich bekannte Rammbohrgerät arbeitet folgendermaßen: Bei Druckluftzufuhr über das Gestänge 16, die Bohrung 46 und das Steuerrohr 44 wird der Schlagkolben 40 nach vorne (in Figur 3 nach links) beschleunigt. Kurz bevor der Schlagkolben 40 mit seiner Stirnfläche 54 die Aufschlagfläche 56 an dem Kopf 36 erreicht, treten die Radialbohrungen 48 mit dem vorderen Ende des Steuerrohrs 44 in Verbindung, so daß Druckluft durch die Radialbohrungen 48, den Ringraum 50 und die Längsrillen 52 in den Hohlraum vor dem Schlagkolben 40 gelangen kann. Die Druckluft erreicht die vordere Stirnfläche 54 des Schlagkolbens im Moment des Aufpralls und schiebt den Schlagkolben 40 wieder zurück. Bevor der Schlagkolben 40 auf dem Verschlußstück 38 aufprallen würde, kann die Druckluft, wie in Figur 3 dargestellt, aus dem vorderen Teil des Gehäusehohlraumes über die Längsrillen 52, den Ringraum 50 und die Radialbohrungen 48 sowie eine achsparallel verlaufende Abluftbohrung 58 in dem Verschlußteil 38 entweichen, die mit einem Abluftschlauch 60 verbunden ist. Die im Inneren des Steuerrohrs 44 befindliche Druckluft bremst den Schlagkolben in seiner hinteren Position weich ab, so daß er nicht auf das Verschlußstück 38 aufprallt.

[0029] An dem Kopf 36 sind Düsenöffnungen 62 ausgebildet, die jeweils über innerhalb der Gehäusewandung und dem Verschlußstück 38 verlaufende Kanäle 64 mit Druckflüssigkeitsleitung 66 verbunden sind, die an das Verschlußstück 38 angeschlossen sind. Über die Kanäle 64 und die Leitungen 66 wird von einer Druckflüssigkeitsquelle 68 her, die in Figur 1 schematisch dargestellt ist, Druckflüssigkeit zugeführt, die aus den Düsenöffnungen 62 mit einem scharfen Strahl austritt. Die Zufuhr zu den einzelnen Düsen wird über in Figur 3 schematisch angedeutete Steuerventile 70 gesteuert, die im vorliegenden Beispiel in der Druckflüssigkeitsquelle 68 angeordnet sind. Mit diesen Steuerventilen 70 kann die Menge und/oder der Druck der den einzelnen Düsenöffnungen 62 zugeführten Druckflüssigkeit individuell eingestellt werden, um so die oben beschriebene Richtungssteuerung des Erdbohrgerätes 10 zu erreichen.

[0030] Weitere Düsenöffnungen 71 sind in dem zylindrischen Abschnitt 34 des Gehäuses 32 vorgesehen. Die Düsen 71 liegen jeweils - bezogen auf die Längsachse des Erdbohrgerätes 10 - in Flucht mit den Düsen 62, wie dies Figur 3 zeigt. Durch sie kann Flüssigkeit zwischen den zylindrischen Abschnitt 34 und das ihn umgebende Erdreich gepreßt werden, um zum einen das Gleiten des Erdbohrgerätes im Erdreich zu erleichtern. Zum anderen kann durch gezieltes Ansteuern dieser seitlichen Düsen 71 zusammen mit der jeweiligen Düse 62 am Kopf 36 der Boden auf einer größeren Strecke aufgelockert werden, so daß die Richtungsänderung innerhalb einer kürzeren Wegstrecke möglich ist.

[0031] Die Figuren 4 bis 7 zeigen zwei an sich bekannte Köpfe von Erdbohrgeräten, an denen nun entsprechend der Erfindung Strahldüsen angeordnet sind. Die Köpfe sind zwar einzeln dargestellt, können aber einstückig mit dem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses 32 ausgebildet sein, wie dies in Figur 3 dargestellt ist.

[0032] Die Figuren 4 und 5 zeigen einen konischen Verdrängungskopf mit Längsrillen 72, in denen Strahldüsen 74 angeordnet sind, welche im Gegensatz zu den Düsenöffnungen 62 in Figur 3 den Druckflüssigkeitsstrahl unter einem vorgegebenen Winkel a schräg nach vorne richten (Figur 6). Wie man in Figur 5 dabei erkennt, sind die Rillen 72 und die Düsen 74 mit gleichen Winkelabständen symmetrisch um die Achse des Kopfes verteilt.

[0033] Figur 7 zeigt einen gestuften Kopf, der bessere Zertrümmerungseigenschaften für den Einsatz in hartem und steinhaltigem Erdreich aufweist. Auch dieser Kopf weist Längsrillen 72 auf, in denen hier als Beispiel je zwei Strahldüsen 74 hintereinander angeordnet sind, deren Abstrahlwinkel gleich oder auch unterschiedlich gewählt sein kann, um so die Steuermöglichkeiten zu vergrößern. Dabei können die Düsen in einer Längsrille 72 an eine gemeinsame oder auch an getrennte Druckflüssigkeitsleitungen angeschlossen sein.

[0034] In den Figuren 9 und 10 ist jeweils ein Düsenkörper 74 dargestellt, der in Form einer in die jeweilige Düsenöffnung 62 einschraubbaren Schlitzschraube ausgebildet ist, durch die ein Düsenkanal 75 verläuft. Bei dem Düsenkörper 74 gemäß Figur 9 ist der Düsenkanal 75 axial gerichtet, wogegen bei der Ausführungsform gemäß Figur 10 der Düsenkanal einen Winkel mit der Schraubenachse bildet. Durch Eintreten von Düsenkörpern mit unterschiedlich ausgebildetem Düsenkanal kann der Strahlwinkel der Düsen eingestellt werden. Auch kann bei einem schräg gerichteten Düsenkanal durch eine Drehung des Düsenkörpers die Strahlrichtung verändert werden.

[0035] Figur 8 zeigt einen allgemein mit 76 bezeichneten Schwingungsdämpfer, der zwischen das Verschlußteil 38 und das Gestänge 16 eingesetzt ist, um dessen Beschädigung durch die Rammstöße des Rammbohrgerätes zu verhindern. Der Schwingungsdämpfer umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 78, das mit seinem einen Ende in das Verschlußteil 38 eingeschraubt ist und zur Führung einer mit dem Gestänge 16 verbundenen Kolbens 80 dient, wobei zwischen der dem Verschlußteil 38 zugewandten Endfläche des Gehäuses 78 und dem Kolben 80 eine Dämpfungsfeder 82 angeordnet ist.

[0036] In der vorstehenden Beschreibung wurde ein Rammbohrgerät als besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Steuerung mit Hilfe von am Kopf eines Rammbohrgerätes angeordneten Düsen und durch die Düsen austretenden Druckflüssigkeitsstrahlen kann aber auch bei einem statischen Erdbohrgerät eingesetzt werden, wie es in Figur 2 schematisch dargestellt ist. Dieses Erdbohrgerät wird nicht durch Rammstöße eines Schlagkolbens sondern durch den über das Gestänge eingeleiteten Vorschubdruck vorgetrieben. Im übrigen gelten jedoch die zu dem vorstehend beschriebenen Rammbohrgerät gemachten Ausführungen in gleicher Weise auch für ein solches statisches Erdbohrgerät. Beide Arten von Geräten haben gegenüber den bisher bekannten Lösungen den Vorzug, daß die Ansteuerung der Düsen zum Zwecke der Richtungsänderung während des Vortriebes des Gerätes erfolgen kann.

[0037] In beiden Ausführungsbeispielen kann in dem Kopf 36 des Erdbohrgerätes ein in Figur 3 schematisch dargestellter Sender 84 angeordnet sein, der eine einwandfreie Positionsbestimmung des Erdbohrgerätes ermöglicht.

Ansprüche

1. Verfahren zur Richtungssteuerung eines Erdbohrgerätes (10), das ein rohrförmiges Gehäuse (34) und einen koaxial zu demselben angeordneten Kopf (36) umfaßt, wobei vor oder während des Vortriebes des Erdbohrgerätes (10) zur Ablenkung desselben von seiner axialen Vortriebsrichtung Druckflüssigkeit zu in dem Kopf (36) ausgebildeten Strahldüsen (62, 74) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Erdbohrgerätes als Rammbohrgerät (10) das seitlich neben dem Kopf (36) des Rammbohrgerätes (10) befindliche Material aufgelockert oder abgetragen wird, indem nur die Düse (62, 74) oder Düsen (62, 74) mit Druckflüssigkeit beaufschlagt werden, deren Strahl seitlich des Kopfes des Rammbohrgerätes (10) mindestens annähernd in die gewünschte Ablenkungsrichtung des Rammbohrgerätes (10) gerichtet ist.

2. Verfahren zur Richtungssteuerung eines Erdbohrgerätes (10), das ein rohrförmiges Gehäuse (34) und einen koaxial zu demselben angeordneten Kopf (36) umfaßt, wobei vor oder während des Vortriebes des Erdbohrgerätes (10) zur Ablenkung desselben von seiner axialen Vortriebsrichtung Druckflüssigkeit zu in dem Kopf (36) ausgebildeten Strahldüsen (62, 74) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Erdbohrgerätes als Rammbohrgerät (10) das seitlich neben dem Kopf (36) des Rammbohrgerätes (10) befindliche Material aufgelockert oder abgetragen wird, indem der Druck der Druckflüssigkeit an der Düse (62, 74) oder den Düsen (62, 74), deren Strahl seitlich des Kopfes (36) des Rammbohrgerätes (10) mindestens annähernd in die gewünschte Ablenkrichtung des Rammbohrgerätes (10) gerichtet ist, höher als der Druck der Druckflüssigkeit an den anderen Düsen (62, 74) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im rohrförmigen Gehäuse (34) weitere Strahldüsen (71) angeordnet sind, die in Längsrichtung des Rammbohrgerätes betrachtet jeweils in Flucht mit mindestens einer Strahldüse (62) des Kopfes (36) liegen, und die jeweils in der gleichen Weise mit Druckflüssigkeit beaufschlagt werden wie die mit ihnen jeweils in Flucht liegenden Strahldüsen (62) des Kopfes (36).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Druckflüssigkeit an den in die gewünschte Ablenkrichtung abstrahlenden Düsen (62, 74) ca. 20 bis 250 Bar beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckflüssigkeit thixotrope oder Gleitmitteleigenschaften hat.

6. Erdbohrgerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem rohrförmigen Gehäuse (34), einem koaxial zu diesem angeordneten Kopf (36) und Mitteln (40; 16) zum Vortrieb des Erdbohrgerätes (10), wobei in dem Kopf (36) des Erdbohrgerätes (10) mindestens drei Düsen (62, 74) angeordnet sind, die an eine Druckflüssigkeitsquelle (68) anschließbar und seitlich rückwärts der Kopfspitze so angeordnet sind, daß die Richtung des jeweils seitlich des Erdbohrgerätes (10) aus der jeweiligen Düse (62, 74) austretenden Strahles einen Winkel (a) mit der Längsachse des Erdbohrgerätes (10) bildet, und wobei die Druckflüssigkeitszufuhr zu jeder Düse (62, 74) individuell steuerbar ist, und wobei das Erdbohrgerät als dynamisches Rammbohrgerät (10) ausgebildet ist und die Druckflüssigkeitszufuhr bezüglich Druck oder Menge der Druckflüssigkeit steuerbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Strahlwinkel der Düsen (74) verstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Düsen (74) in Längsrichtung des Rammbohrgerätes (10) hintereinander angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem rohrförmigen Gehäuse (34) weitere Düsen (71) angeordnet sind, die - in Längsrichtung des Rammbohrgerätes betrachtet - jeweils in Flucht mit mindestens einer Strahldüse (62, 74) des Kopfes (36) liegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (74) symmetrisch bezüglich der Längsachse des Rammbohrgerätes (10) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (36) des Rammbohrgerätes (10) konisch ausgebildet ist und über die Konusfläche symmetrisch bezüglich der Achse verteilte Rillen (72) aufweist, in denen die Düsen (74) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (36) des Rammbohrgerätes (10) gestuft ausgebildet ist und symmetrisch bezüglich der Achse verteilte Längsrillen (72) aufweist, in denen die Düsen (74) angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (62) mit in der Gehäusewand verlaufenden achsparallelen Kanälen (64) verbunden sind, deren kopfferne Enden über flexible Leitungen (66) mit der Druckflüssigkeitsquelle (68) verbunden sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerventile (70) zur Steuerung der Druckflüssigkeitszufuhr zu den einzelnen Düsen (62, 74) in dem Rammbohrgerät (10) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopf (36) des Rammbohrgerätes (10) ein Sender zur Positionsbestimmung des Rammbohrgerätes (10) eingebaut ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rammbohrgerät (10) mit einem Schubgestänge (16) verbunden ist, über das eine Vorschubkraft auf das Rammbohrgerät (10) ausgeübt werden kann.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rammbohrgerät (10) und Gestänge (16) ein Schwingungsdämpfer (76) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (34) des Rammbohrgerätes mit einer wasserdichten Abluftleitung (60) verbunden ist, welche die zum Antreiben eines Schlagkolbens (40) des Rammbohrgerätes benötigte Druckluft abführt.

Claims

1. Method for the direction control of an earth drilling apparatus (10), which comprises a tubular casing (34) and a head (36) arranged coaxially thereto, in which before or during the advance of the earth drilling apparatus (10) hydraulic fluid is passed to the discharge nozzles (62, 74) constructed in the head (36) for deflecting the apparatus from its axial advance direction, characterized in that in the construction of the earth drilling apparatus as a ram drilling apparatus (10) the material positioned laterally alongside the head (36) of the apparatus (10) is loosened or removed by supplying hydraulic fluid only to the nozzle (62, 74) or nozzles (62, 74), whose jet is directed laterally of the head of the ram drilling apparatus (10) at least approximately in the desired deflection direction of said apparatus (10).

2. Method for the directional control of an earth drilling apparatus (10), which comprises a tubular casing (34) and a head (36) arranged coaxially thereto, in which before or during the advance of the earth drilling apparatus (10) hydraulic fluid is passed to the discharge nozzles (62, 74) constructed in the head (36) for deflecting the apparatus from its axial advance direction, characterized in that in the construction of the earth drilling apparatus as a ram drilling apparatus (10), the material positioned laterally alongside the head (36) of the apparatus (10) is loosened or removed, in that the pressure of the hydraulic fluid on the nozzle (62, 74) or nozzles (62, 74), whose jet is directed laterally of the head (36) of the apparatus (10) at least approximately in the desired deflection direction of the ram drilling apparatus (10), is higher than the pressure of the hydraulic fluid at the other nozzles (62, 74).

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that in the tubular casing (34) are located further discharge nozzles (71) which, considered in the longitudinal direction of the ram drilling apparatus, are in each case aligned with at least one discharge nozzle (62) of the head (36) and which are in each case supplied with hydraulic fluid in the same way as the discharge nozzles (62) of the head (36) in alignment therewith.

4. Method according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the pressure of the hydraulic fluid at the nozzles (62, 74) discharging in the desired deflection direction is approximately 20 to 250 bar.

5. Method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the hydraulic fluid has thixotropic or lubricant characteristics.

6. Earth drilling apparatus for performing a method according to one of the claims 1 to 5 with a tubular casing (34), a head (36) arranged coaxially thereto and means (40, 16) for advancing the earth drilling apparatus (10), at least three nozzles (62, 74) being located in the head (36) of the earth drilling apparatus (10) and are connectable to a hydraulic fluid source (68) and are so laterally arranged rearwardly of the head tip that the direction of the jet passing laterally out of the particular nozzles (62, 74) laterally of the earth drilling apparatus (10) forms an angle (a) with the longitudinal axis of the apparatus (10) and in which the hydraulic fluid supply to each nozzle (62, 74) is individually controllable and in which the earth drilling apparatus is constructed as a dynamic ram drilling apparatus (10) and the hydraulic fluid supply is controllable with respect to the hydraulic fluid pressure or quantity.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the jet angle of the nozzles (74) is adjustable.

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that a plurality of nozzles (74) is successively arranged in the longitudinal direction of the ram drilling apparatus (10).

9. Apparatus according to one of the claims 6 to 8, characterized in that further nozzles (71) are placed in the tubular casing (34) and which, considered in the longitudinal direction of the ram drilling apparatus, are in each case aligned with at least one discharge nozzle (62, 74) of the head (36).

10. Apparatus according to one of the claims 6 to 9, characterized in that the nozzles (74) are positioned symmetrically with respect to the longitudinal axis of the ram drilling apparatus (10).

11. Apparatus according to one of the claims 6 to 10, characterized in that the head (36) of the ram drilling apparatus (10) is conically constructed and has grooves (72) distributed symmetrically with respect to the axis over the conical surface and in these are located the nozzles (74).

12. Apparatus according to one of the claims 6 to 10, characterized in that the head (36) of the ram drilling apparatus (10) has a stepped construction and has longitudinal grooves (72) symmetrically distributed with respect to the axis and in which are located the nozzles (74).

13. Apparatus according to one of the claims 6 to 12, characterized in that the nozzles (62) are connected to channels (64) running in axially parallel manner in the casing wall and whose head-remote ends are connected by flexible lines (66) to the hydraulic fluid source (68).

14. Apparatus according to one of the claims 6 to 13, characterized in that control valves (70) for controlling the hydraulic fluid supply to the individual nozzles (62, 74) are located in the ram drilling apparatus (10).

15. Apparatus according to one of the claims 6 to 14, characterized in that a transmitter for determining the position of the ram drilling apparatus (10) is installed in the head (36) of said apparatus (10).

16. Apparatus according to one of the claims 6 to 15, characterized in that the ram drilling apparatus (10) is connected to a thrust linkage (16) by means of which an advance force can be exerted on said apparatus (10).

17. Apparatus according to claim 16, characterized in that a vibration damper (76) is located between the ram drilling apparatus (10) and the linkage (16).

18. Apparatus according to one of the claims 6 to 17, characterized in that the casing (34) of the ram drilling apparatus is connected to a water-tight exhaust air duct (60), which removes the compressed air necessary for driving a percussion piston (40) of the ram drilling apparatus.

Revendications

1. Procédé de commande de direction d'un appareil de forage du sol (10) qui comprend un corps tubulaire (34) et une tête (36) coaxiale avec ce corps, où, avant ou pendant l'avancement de l'appareil de forage du sol (10), pour la déviation de celui-ci de sa direction axiale d'avancement, du liquide sous pression est envoyé à des buses à jet (62, 74) faites dans la tête (36), caractérisé par le fait que si l'appareil de forage du sol est un appareil de forage par battage (10), la matière se trouvant sur le côté de la tête (36) de cet appareil (10) est ameublie ou enlevée par alimentation en liquide sous pression, seulement, de la buse (62, 74) ou des buses (62, 74) dont le jet est dirigé sur le côté de la tête de l'appareil de forage par battage (10), au moins approximativement dans la direction désirée de déviation de l'appareil (10).

2. Procédé de commande de direction d'un appareil de forage du sol (10) qui comprend un corps tubulaire (34) et une tête (36) coaxiale avec ce corps, où, avant ou pendant l'avancement de l'appareil de forage du sol (10), pour la déviation de celui-ci de sa direction axiale d'avancement, du liquide sous pression est envoyé à des buses à jet (62, 74) faites dans la tête (36), caractérisé par le fait que si l'appareil de forage de sol est un appareil de forage par battage (10), la matière se trouvant sur le côté de la tête (36) de cet appareil (10) est ameublie ou enlevée grâce au fait que la pression du liquide sous pression au niveau de la buse (62, 74) ou des buses (62, 74), dont le jet est dirigé sur le côté de la tête (36) de l'appareil de forage par battage (10), au moins approximativement dans la direction désirée de déviation de l'appareil (10), est supérieure à la pression du liquide sous pression au niveau des autres buses (62, 74).

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que dans le corps tubulaire (34) sont prévues d'autres buses à jet (71) qui, vues dans la direction longitudinale de l'appareil de forage par battage, sont alignées chacune avec au moins une buse à jet (62) de la tête (36) et sont alimentées en liquide sous pression chacune de la même manière que les buses à jet (62) de la tête (36) alignées avec elles.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la pression du liquide sous pression au niveau des buses (62, 74) qui émettent dans la direction désirée de déviation est d'environ 20 à 250 bar.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le liquide sous pression est thixotrope ou lubrifiant.

6. Appareil de forage du sol pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comportant un corps tubulaire (34), une tête (36) coaxiale avec ce corps et des moyens (40 ; 16) d'avancement de l'appareil de forage du sol (10), dans la tête (36) de l'appareil de forage du sol (10) étant prévues au moins trois buses (62, 74) qui peuvent être reliées à une source de liquide sous pression (68) et sont placées latéralement en arrière de la pointe de la tête de façon que la direction du jet sortant d'une buse (62, 74) sur le côté de l'appareil de forage du sol (10) fasse un angle (a) avec l'axe longitudinal de l'appareil de forage du sol (10), et l'envoi de liquide sous pression à chaque buse (62, 74) pouvant être commandé individuellement, et dans lequel l'appareil de forage du sol est un appareil de forage par battage dynamique (10), et l'envoi de liquide sous pression peut être commandé en ce qui concerne la pression ou le débit du liquide sous pression.

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'angle du jet de chacune des buses (74) est réglable.

8. Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que plusieurs buses (74) sont placées les unes derrière les autres dans la direction longitudinale de l'appareil de forage par battage (10).

9. Appareil selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que dans le corps tubulaire (34) sont prévues d'autres buses (71) qui, vues dans la direction longitudinale de l'appareil de forage par battage, sont alignées chacune avec au moins une buse à jet (62, 74) de la tête (36).

10. Appareil selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que les buses (74) sont placées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de l'appareil de forage par battage (10).

11. Appareil selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait que la tête (36) de l'appareil de forage par battage (10) est conique et présente des rainures (72), réparties sur sa surface conique symétriquement par rapport à l'axe, dans lesquelles sont placées les buses (74).

12. Appareil selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait que la tête (36) de l'appareil de forage par battage (10) est étagée et présente des rainures longitudinales (72), réparties symétriquement par rapport à l'axe, dans lesquelles sont placées les buses (74).

13. Appareil selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé par le fait que les buses (62) sont jointes à des conduits parallèles à l'axe (64) s'étendant dans la paroi du corps et dont les extrémités éloignées de la tête sont reliées par des conduites souples (66) à la source de liquide sous pression (68).

14. Appareil selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé par le fait que des vannes pilotes (70) pour la commande de l'envoi de liquide sous pression aux différentes buses (62, 74) sont montés dans l'appareil de forage par battage (10).

15. Appareil selon l'une des revendications 6 à 14, caractérisé par le fait que dans la tête (36) de l'appareil de forage par battage (10) est monté un émetteur pour la détermination de la position de l'appareil (10).

16. Appareil selon l'une des revendications 6 à 15, caractérisé par le fait que l'appareil de forage par battage (10) est joint à une tringlerie de poussée (16) par laquelle une force d'avance peut être exercée sur lui.

17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé par le fait qu'entre l'appareil de forage par battage (10) et la tringlerie (16) est placé un amortisseur de vibrations (76).

18. Appareil selon l'une des revendications 6 à 17, caractérisé par le fait que le corps (34) de l'appareil de forage par battage est joint à une conduite d'évacuation d'air, étanche à l'eau (60), qui évacue l'air comprimé nécessaire à l'actionnement d'un piston frappeur (40) de l'appareil de forage par battage.

Zeichnung