Aufweitkopf

Abstract

 Ein Aufweitkopf umfaßt eine Trägerachse (10), die eine erste Befestigungseinrichtung (12) für ein Bohrgestänge sowie eine zweite Befestigungseinrichtung (14) für ein einzuziehendes Material aufweist, wobei Bohrungen in der Trägerachse für die Zufuhr einer Bohrsuspension vorgesehen sind. Ferner umfaßt der Aufweitkopf einen an der Trägerachse (10) angeordneten Aufweitkörper mit hochverschleißfesten, abrasiven Körpern. Der Aufweitkörper besteht aus zumindest zwei einzelnen scheibenartigen Aufweitelementen (16) unterschiedlichen Durchmessers, die in einem gegenseitigen Abstand an der Trägerachse (10) angeordnet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Aufweitkopf für Bohrsysteme zum unterirdischen Verlegen von Leitungen.

[0002] Bei derartigen Bohrsystemen wird eine Systemlanze unter einem Winkel von ca. 15 bis 30° in den Boden eingeführt und nach Erreichen der vorgesehenen Verlegetiefe waagerecht bis zu einer vorher erstellten Montagegrube ferngesteuert vorgetrieben. Nachdem die Systemlanze die Montagegrube erreicht hat, wird die Lanze demontiert und die zu verlegende Leitung wird am Bohrgestänge befestigt und im Rückwärtsgang in die Bohrung eingezogen. Hierbei kann es jedoch erforderlich sein, die bereits erstellte Bohrung mit Hilfe eines Aufweitkopfes zu erweitern, falls der Durchmesser der einzuziehenden Leitungen den Durchmesser der Systemlanze übersteigt.

[0003] Derartige Aufweitköpfe sind beispielsweise aus dem Prospekt "Was bedeutet FlowTex für Deutschland?" aus dem Jahr 1986 bekannt. Sie bestehen aus einer Trägerachse mit einer ersten Befestigungseinrichtung für das Bohrgestänge sowie einer zweiten Befestigungseinrichtung für das einzuziehende Material. In der Trägerachse sind Bohrungen vorgesehen, durch die eine Bohrsuspension zugeführt wird, die das Lösen und die Abfuhr des Erdmaterials erleichtert. Ferner besteht der bekannte Aufweitkopf aus einem an der Trägerachse befestigten, grundsätzlich konisch verlaufenden Aufweitkörper, der mit hochverschleißfesten, abrasiven Körpern versehen ist.

[0004] Da die Aufweitköpfe beim Bohrvorgang mit einer Geschwindigkeit zwischen 0 bis 200 Umdrehungen pro Minute gedreht werden müssen, stellt die Übertragung der Rotationsenergie durch das Bohrgestänge ein Problem dar. Insbesondere beim Stoppen der Rotation kann bei den bekannten Aufweitköpfen das Bohrgestänge durch zu große Torsionskräfte beansprucht und dadurch unter Umständen bleibend verformt werden. Darüber hinaus stellt sich bei den bekannten Aufweitköpfen das Problem, daß die Abfuhr der Bohrsuspension und der abgetragenen Erdmaterialien unzureichend ist, wodurch Hebungen des Bodens oberhalb der Bohrung auftreten können.

[0005] Es ist deshalb das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem, einen Aufweitkopf zu schaffen, der bessere Rotationseigenschaften aufweist und eine verbesserte Abfuhr der abgetragenen Bodenbestandteile ermöglicht.

[0006] Dieses technische Problem (Aufgabe) wird bei einem Aufweitkopf mit einer Trägerachse, die eine erste Befestigungseinrichtung für ein Bohrgestänge sowie eine zweite Befestigungseinrichtung für ein einzuziehendes Material sowie Bohrungen für die Zufuhr einer Bohrsuspension aufweist, wobei an der Trägerachse ein Aufweitkörper mit hochverschleißfesten, abrasiven Körpern angeordnet ist, dadurch gelöst, daß der Aufweitkörper aus zumindest zwei einzelnen, scheibenartigen Aufweitelementen unterschiedlichen Durchmessers besteht, die in einem gegenseitigen Abstand an der Trägerachse angeordnet sind.

[0007] Der erfindungsgemäße Aufweitkopf besitzt gegenüber den bekannten Aufweitköpfen eine deutlich geringere Masse, da dieser aus einzelnen scheibenartigen Elementen aufgebaut ist, die in gegenseitigem Abstand an der Trägerachse angeordnet sind. Hierdurch kann einerseits bei gegebener Rotationsenergie mit einer höheren Drehzahl gebohrt werden. Andererseits bedingt der erfindungsgemäße Aufweitkopf ein nur geringes Verwinden des Bohrgestänges beim Stoppen.

[0008] Weiterhin erfolgt durch den scheibenartigen Aufbau des Aufweitkopfes eine sehr innige Vermischung zwischen der Bohrsuspension und den abgetragenen Boden-, Stein- oder Felsbestandteilen. Diese innige Vermischung führt infolge der thixotropen Eigenschaften der Bohrsuspension zu einem besonders guten Abfluß der Suspension und des gebohrten Materials aus dem Bohrloch. Hierdurch werden Bodenhebungen oberhalb der Bohrung vermieden, was insbesondere bei größerer Bohrdurchmessern von großer Bedeutung ist.

[0009] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eines der Aufweitelemente mit Bohrungen für die Zufuhr der Bohrsuspension versehen. Hierdurch kann die Bohrsuspension aus den scheibenartigen Aufweitelementen in jeder beliebigen Richtung, insbesondere nach vorn, hinten und außen gestrahlt werden, was das Aufweiten und den Abtransport des gebohrten Materials erleichtert. Da die Aufweitelemente zudem mit hochverschleißfesten, abrasiven Körpern versehen sind, wird die Aufweitarbeit sowohl durch mechanische als auch durch hydraulische Arbeit geleistet.

[0010] Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist zumindest eines der Aufweitelemente in einem Bereich zwischen der Trägerachse und dem Außenumfang des Aufweitelementes mit Durchlaßöffnungen versehen. Hierdurch wird die zu rotierende Masse des Aufweitkopfes noch weiter verringert, was sowohl die Rotationseigenschaften des Aufweitkopfes verbessert wie auch zu einer besseren Vermischung zwischen Bohrsuspension und abgetragenem Material führt.

[0011] Nach einer weiteren vorteilhaften Lösung der Erfindung besteht das Aufweitelement aus einem äußeren Ringkranz, der über mindestens drei radial verlaufende Stege mit einem inneren Ringkranz verbunden ist, welcher wiederum die Trägerachse umgibt. Die Masse eines derartigen Aufweitkopfes ist einerseits bestmöglich verringert. Andererseits besitzt ein derartiger Aufweitkopf sehr gute Bohreigenschaften, da sowohl die Bohrsuspension wie auch das gebohrte Material sich aufgrund der Öffnungen zwischen den radial verlaufenden Stegen besonders gut vermischt und aus dem Bohrloch entfernt werden kann.

[0012] Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Aufweitelemente lösbar an der Trägerachse befestigt. Hierdurch ist bei Verwendung verschiedener Aufweitelemente unterschiedlichen Durchmessers ein Aufweitkopf mit variablem, d.h. einstellbarem Außendurchmesser geschaffen. Ein derartiger Aufweitkopf besitzt gegenüber den bekannten Aufweitköpfen mit nicht veränderbarem Durchmesser den großen Vorteil, daß durch die Montage unterschiedlich großer Aufweitscheiben die Abmessungen des Aufweitkopfes veränderbar sind. Hierbei kann die Anpassung des Aufweitkopfes an die Anforderungen schnell mit Hilfe weniger Handgriffe erfolgen.

[0013] Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die abrasiven Körper an dem äußeren Ringkranz des Aufweitelementes in unterschiedlichem radialen Abstand angeordnet. Ein derartiger Aufweitkopf weist besonders gute Bohreigenschaften auf.

[0014] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die scheibenartigen Aufweitelemente einen Durchmesser von ca. 40 bis 500 mm auf. Hierdurch können Leitungen bis zu einem Durchmesser von ca. 500 mm in das Bohrloch eingezogen werden. Insbesondere bei derartig großen Bohrdurchmessern werden durch den erfindungsgemäßen Aufweitkopf die oben geschilderten Vorteile erzielt, wobei je nach Bohrdurchmesser auch drei, vier oder mehr scheibenartige Aufweitelemente erforderlich sein können.

[0015] Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen

Fig. 1

eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Aufweitkopfes in einem Bohrloch; und

Fig. 2

eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Aufweitelementes.

[0016] Der in Fig. 1 gezeigte Aufweitkopf besteht aus einer Trägerachse 10, die mit einer ersten Befestigungseinrichtung 12 an einem Bohrgestänge 13 befestigt ist. Das einzuziehende Material 15 ist über eine zweite Befestigungseinrichtung 14 an der Trägerachse 10 befestigt. In der Trägerachse 10 sind nicht dargestellte Bohrungen für die Zufuhr einer Bohrsuspension vorgesehen. An der Trägerachse sind in gegenseitigem axialen Abstand vier scheibenartige Aufweitelemente 16 unterschiedlichen Durchmessers angeordnet. Hierbei nimmt der Außendurchmesser der Aufweitelemente entgegen der Bohrrichtung zu, wodurch der Aufweitkopf eine grundsätzlich konische Form aufweist.

[0017] Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Aufweitelement 16 von vorne. Dieses besteht aus einem äußeren Ringkranz 22, der über drei radial verlaufende Stege 26 mit einem inneren Ringkranz 24 verbunden ist. Der innere Ringkranz 24 ist mit einer rechteckigen Zentrumsöffnung 25 versehen, durch die sich in montiertem Zustand die Trägerachse 10 erstreckt. Durch den oben beschriebenen Aufbau weist das Trägerelement 16 drei Öffnungen 20 auf, die sich über die gesamte axiale Dicke des Aufweitelementes 16 erstrecken. Am äußeren Ringkranz 22 sind sowohl auf einer Außenfläche wie auch auf der Umfangsfläche mehrere abrasive Körper 28 angeordnet, von denen in Fig. 2 nur einige angedeutet sind. Der Außendurchmesser der Aufweitelemente 16 beträgt zwischen 40 und 500 mm.

[0018] Da die Aufweitelemente 16 lösbar an der Trägerachse 10 angeordnet sind, läßt sich der Außendurchmesser des Aufweitkopfes mit wenigen Handgriffen einstellen. Hierbei werden je nach Anforderung mehrere Aufweitelemente 16 unterschiedlichen Durchmessers an der Trägerachse 10 montiert, wobei sich der minimale und der maximale Außendurchmesser sowie der Öffnungswinkel des Aufweitkopfes durch die Auswahl der verschiedenen Aufweitelemente leicht einstellen lassen.

[0019] In jedem Aufweitelement 16 befinden sich mehrere Bohrungen 18 (Fig. 2), durch welche die Bohrsuspension austreten kann. Hierbei stehen die Bohrungen 18 mit den (nicht gezeigten) Bohrungen in der Trägerachse 10 in Verbindung. Durch die Wahl der Größe und des Austrittswinkels der Bohrungen 18 läßt sich der Austritt der Bohrsuspension in jeder gewünschten Weise steuern.

[0020] Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Aufweitkopf erfolgt eine besonders innige Vermischung zwischen Bohrsuspension und abgetragenen Boden-, Stein- oder Felsbestandteilen. Aufgrund der Konstruktion des Aufweitkopfes kann die Flüssigkeit gut aus dem Bohrloch abfließen, wodurch Hebungen des Bodens oberhalb der Bohrung ausgeschlossen sind.

Ansprüche

1. Aufweitkopf mit

- einer Trägerachse (10), die eine erste Befestigungseinrichtung (12) für ein Bohrgestänge sowie eine zweite Befestigungseinrichtung (14) für ein einzuziehendes Material aufweist; wobei

- Bohrungen in der Trägerachse für die Zufuhr einer Bohrsuspension vorgesehen sind; und

- einem an der Trägerachse (10) angeordneten Aufweitkörper mit hochverschleißfesten, abrasiven Körpern,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Aufweitkörper aus zumindest zwei einzelnen scheibenartigen Aufweitelementen (16) unterschiedlichen Durchmessers besteht,

- die in einem gegenseitigen Abstand an der Trägerachse (10) angeordnet sind.

2. Aufweitkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eines der Aufweitelemente (16) mit Bohrungen (18) für die Zufuhr der Bohrsuspension versehen ist.

3. Aufweitkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eines der Aufweitelemente (16) in einem Bereich zwischen der Trägerachse und dem Außenumfang des Aufweitelementes mit mehreren Öffnungen (20) versehen ist.

4. Aufweitkopf nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Aufweitelement aus einem äußeren Ringkranz (22) besteht, der über mindestens drei radial verlaufende Stege (26) mit einem inneren Ringkranz (24) verbunden ist, welcher die Trägerachse (10) umgibt.

5. Aufweitkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Aufweitelemente (16) lösbar an der Trägerachse (10) befestigt sind.

6. Aufweitkopf nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die abrasiven Körper an dem äußeren Ringkranz des Aufweitelementes in unterschiedlichem radialen Abstand angeordnet sind.

7. Aufweitkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die scheibenartigen Aufweitelemente (16) einen Durchmesser von ca. 40 - 500 mm aufweisen.

Zeichnung