VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ERZEUGEN ODER AUFWEITEN EINER ERDBOHRUNG IM ERDREICH

Abstract

 Bei einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich (18), insbesondere zum richtungsgeführten Horizontalbohren, wird mindestens eine elektrisch betriebene Antriebseinheit (116 bis 124) mithilfe mindestens einer Leistungselektronikeinheit (126 bis 134) mit elektrischer Energie versorgt. Zumindest ein Teil der zum Versorgen der Antriebseinheit (116 bis 124) erforderlichen elektrischen Energie wird durch eine wiederaufladbare Batterie (52) bereitgestellt. Die Antriebseinheit (116 bis 124), die Leistungselektronikeinheit (126 bis 134) und/oder die Batterie (52) sind elektrische Komponenten der Bohrvorrichtung (12). Mindestens eine elektrische Komponente (116 bis 134, 52) der Bohrvorrichtung (52) wird mithilfe einer mindestens ein Kühlaggregat mit einer Wärmepumpe umfassenden Kühleinheit (56) aktiv gekühlt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung. Mindestens eine elektrisch betriebene Antriebseinheit wird zum Antrieb der Bohrvorrichtung genutzt. Die Bohrvorrichtung ist insbesondere eine Horizontalbohrvorrichtung, durch die eine Bohrung mithilfe eines steuerbaren Horizontalbohrverfahrens (Horizontal Directional Drilling) durchführbar ist.

[0002] Bekannte Horizontalbohrvorrichtungen zum Erzeugen von Erdbohrungen haben hydraulische Antriebe, die über dieselbetriebene oder benzinbetriebene Hydraulikaggregate angetrieben werden. Um Schadstoffemissionen durch diese dieselbetriebenen oder benzinbetriebenen Hydraulikaggregate zu vermeiden ist bekannt, elektrisch angetriebene Hydraulikaggregate einzusetzen, die über ein öffentliches Energieversorgungsnetz oder über einen Akkupack mit der erforderlichen elektrischen Energie versorgt werden. Eine solche Bohrvorrichtung ist insbesondere in dem Dokument DE 10 2018 113 274 A1 offenbart. Dieses Dokument offenbart weiterhin elektrische Antriebseinheiten zum direkten Antrieb eines über ein Gestänge mit der Bohrvorrichtung verbundenen Bohr- und/oder Aufweitwerkzeugs, wobei die für die elektrische Antriebseinheit erforderlichen elektrischen Energie durch einen Akkupack bereitgestellt wird.

[0003] Zumindest bei leistungsstarken elektrisch angetriebenen Bohrvorrichtungen tritt das Problem auf, dass elektrische Komponenten der Bohrvorrichtung zu warm werden und vor thermischer Überlastung geschützt werden müssen.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich anzugeben, durch die die elektrischen Komponenten sicher und energiesparend betrieben werden können.

[0005] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0006] Durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird erreicht, dass mindestens eine elektrische Komponente der Vorrichtung effizient gekühlt werden kann. Durch den Einsatz mindestens eines Kühlaggregats mit einer Wärmepumpe zum Kühlen der elektrischen Komponente erfolgt eine energieeffiziente Kühlung, wodurch der Energieverbrauch der gesamten Vorrichtung reduziert und die gekühlten elektrischen Komponenten sicher und mit hoher Leistung betrieben werden können. Vorzugsweise wird die Wärmepumpe invers betrieben und fungiert dadurch als Kompressor-Kühlaggregat.

[0007] Vorteilhaft ist es, wenn die Kühleinheit einen Kühlkreislauf mit einer Kühlflüssigkeit zum aktiven Kühlen der elektrischen Komponente umfasst. Hierdurch ist eine einfache und effiziente Kühlung möglich. Insbesondere können durch den Kühlkreislauf auch mehrere elektrische Komponenten der Bohrvorrichtung einfach und effizient gekühlt werden.

[0008] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühleinheit die Batterie und/oder den Elektromotor aktiv kühlt und/oder wenn die Leistungselektronikeinheit mindestens einen Inverter bzw. einen Wechselrichter umfasst, und die Kühleinheit den Inverter bzw. den Wechselrichter aktiv kühlt.

[0009] Auch ist es vorteilhaft, wenn die Kühleinheit alternativ oder zusätzlich weitere elektrische Komponenten der Bohrvorrichtung kühlt, insbesondere eine DC-DC Wandler, eine Ladeelektronik zum Laden der Batterie, ein Netzteil zum Wandeln der Netzspannung eines öffentlichen Energieversorgungsnetzes in Gleichspannung zum Versorgen mindestens einer elektrischen Komponente der Bohrvorrichtung. Hierdurch können die elektrischen Komponenten der Vorrichtung einfach und effizient gekühlt und die gekühlten elektrischen Komponenten sicher und mit hoher Leistung betrieben werden. Auch kann die Kühleinheit eine Maschinenführerkabine der Vorrichtung kühlen.

[0010] Vorteilhaft ist es auch, wenn die Kühlvorrichtung zum Abführen von Wärme einen Flüssigkeits-/Luftwärmetauscher und oder einen Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher umfasst. Der Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher kann derart ausgebildet sein, dass er Wärme an eine beim Erzeugen der Bohrung verwendeten Spülflüssigkeit, wie z.B. Bentonit, abgibt.

[0011] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlvorrichtung in einer ersten Betriebsart zum Kühlen der elektrischen Komponente betreibbar ist, und wenn die Kühlvorrichtung in einer zweiten Betriebsart zum Wärmen der elektrischen Komponente betreibbar ist. Hierdurch können die elektrischen Komponenten erforderlichenfalls auch erwärmt werden. Insbesondere die Batterie sollte zum Laden und/oder zur Leistungsabgabe eine voreingestellte Mindesttemperatur nicht unterschreiten.

[0012] Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Antriebseinheit einen ersten Elektromotor für einen Drehantrieb eines Bohrgestänges der Bohrvorrichtung und mindestens einen zweiten Elektromotor für einen Vorschubantrieb zum Vorschub des Bohrgestänges hat. Insbesondere kann die Antriebseinheit mindestens zwei, vorzugsweise drei, Elektromotore für den Vorschubantrieb haben. Ferner kann die Vorrichtung eine elektrische Antriebseinheit zum Antrieb einer Spülflüssigkeitspumpe, eine elektrische Antriebseinheit für eine Mischstation zum Herstellen der Spülflüssigkeit haben. Diese elektrischen Antriebseinheiten sind vorzugsweise direkte Elektroantriebe, d.h. Elektromotore, insbesondere Permanentmagnet-Synchronmotore (PMSM), zum direkten Erzeugen der Antriebsbewegung der jeweiligen Komponente, d.h. ohne Zwischenschaltung einer Hydraulikpumpe und Hydraulikantrieben. Hierdurch wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht. Alle zum Erzeugen oder zum Aufweiten der Erdbohrung erforderlichen Antriebe der Vorrichtung sind somit direkte Elektroantriebe.

[0013] Weiterhin kann die Antriebseinheit mindestens einen elektrischen Antrieb eines Elektro-Hydraulikaggregats umfassen. Das Elektro-Hydraulikaggregat umfasst vorzugsweise mindestens eine Hydraulikpumpe zur Versorgung von Hydraulikantrieben.

[0014] Mit Hilfe dieses Elektro-Hydraulikaggregats können insbesondere lineare hydraulische Stellantriebe, wie z.B. Hydraulikzylinder, insbesondere zum Klemmen von Bohrstangen des Bohrgestänges der Bohrvorrichtung, zum Einstellen der Neigung einer Bohrrampe der Bohrvorrichtung, zum Entnehmen von Bohrstangen aus einem Gestängemagazin und/oder zum Ablegen in dem Gestängemagazin, angetrieben werden.

[0015] Der Antrieb der Hydraulikantriebe durch ein Elektro-Hydraulikaggregat ist zwar im Wirkungsgrad nicht so hoch wie beim Einsatz direkter Elektroantriebe, jedoch werden die erwähnten Hydraulikantriebe nicht permanent genutzt und können derzeit nicht kosteneffizient durch direkte Elektroantriebe ersetzt werden.

[0016] Alternativ oder zusätzlich kann das Elektro-Hydraulikaggregat zum Antrieb eines Fahrwerks der Bohrvorrichtung dienen. Dies ist zumindest dann kostengünstig, wenn die Bohrvorrichtung für andere Hydraulikantriebe ein Elektro-Hydraulikaggregat hat. Jedoch kann der Antrieb des Fahrwerks auch durch einen direkten Antrieb mit Hilfe mindestens eines Elektromotors erfolgen

[0017] Im Bohrbetrieb der Vorrichtung kann das Elektro-Hydraulikaggregat dann deaktiviert sein.

[0018] Antriebseinheiten zum Antrieb von Erdankern zum Verankern der Vorrichtung im Erdreich können entweder über dasselbe Elektro-Hydraulikaggregat angetrieben werden oder über direkte Elektromotore.

[0019] Das Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs hat dieselben Vorteile wie die beanspruchte Vorrichtung. Insbesondere kann das Verfahren mit den Merkmalen der auf die Vorrichtung gerichteten abhängigen Ansprüche und der zuvor genannten Weiterbildungen weitergebildet werden.

[0020] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1A

eine schematische Darstellung einer Bohranlage zum gesteuerten Bohren einer Pilotbohrung gemäß einer ersten Ausführungsform, mit der eine Durchgangsöffnung im Erdreich erzeugt wird, die nachfolgend mithilfe eines Aufweitwerkzeugs aufweitbar ist;

Figur 1B

einen vergrößerten Ausschnitt der Bohranlage nach Figur 1A, wobei der Bohrkopf zum Erzeugen der Pilotbohrung dargestellt ist;

Figur 1C

eine schematische Darstellung einer Bohranlage zum Aufweiten der mit der Bohranlage nach Figur 1A erzeugten Pilotbohrung mithilfe eines Aufweitwerkzeugs;

Figur 1D

einen vergrößerten Ausschnitt der Bohranlage nach Figur 1C, wobei das Aufweitwerkzeug zum Aufweiten der Pilotbohrung dargestellt ist;

Figur 2

ein Blockschaltbild mit zu kühlenden elektrischen Komponenten einer Horizontalbohrvorrichtung der Bohranlage.

[0021] In Figur 1A ist eine Bohranlage 10 zum gesteuerten Bohren einer Pilotbohrung gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt. Die Bohranlage 10 arbeitet nach einem Horizontalbohrverfahren, das auch als Horizontal Directional Drilling (HDD) Verfahren bezeichnet wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu eine unter der Handelsbezeichnung TERRA-JET erhältliche Horizontalbohranlage eingesetzt. Eine solche Horizontalbohranlage ist beispielsweise aus dem Dokument DE 101 15 233 A1 bekannt. Beim HDD-Verfahren wird ein aus mehreren Gestängeabschnitten 13 zusammengesetztes Gestänge 14 mithilfe einer Horizontalbohrvorrichtung 12 an einem Startpunkt 16 mit einem an der Horizontalbohrvorrichtung 12 entfernten Ende des Gestänges 14 angeordneten Bohrkopf 20 in Richtung des Pfeils P0 in das Erdreich 18 eingebracht. Die gesamte Horizontalbohrvorrichtung 12 ist über ein Fahrgestell 54 der Horizontalbohrvorrichtung 12 verfahrbar.

[0022] Die Horizontalbohrvorrichtung 12 hat eine Pumpe 42, die über einen Schlauch 48 Spülflüssigkeit 46 aus einem Spülflüssigkeitsbehälter 40 ansaugt und mit hohem Druck in das hohle Gestänge 14 fördert. Die Spülflüssigkeit 46 tritt mit hohem Druck am Bohrkopf 20 aus. Durch den hohen Druck und durch Hartmetallzähne des Bohrkopfs 20 wird ein Bohrloch ins Erdreich 18 geschnitten. Als Spülflüssigkeit 46 kann Wasser mit Bentonit oder Polymeren eingesetzt werden. Solche Spülflüssigkeiten 46 stabilisieren den Bohrkanal 15, vermindern die Reibung zwischen Bohrgestänge 14 und Erdreich 18 sowie die Reibung zwischen einem in den Bohrkanal einzuziehenden Rohr 26 und dem Erdreich 18. Eine Steuereinheit 50 der Horizontalbohrvorrichtung 12, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuereinheit (SPS), steuert die Pumpe 42 zum Fördern der Spülflüssigkeit 46 durch das Gestänge 14 an. Die Pumpe 42 ist durch die Steuereinheit 50 insbesondere derart ansteuerbar, dass der Volumenstrom der durch die Pumpe 42 geförderten und somit der am Bohr- bzw. Aufweitkopf 20, 24 austretenden Spülflüssigkeit 46 steuerbar ist.

[0023] Die Antriebseinheiten zum Antrieb der Pumpe 42, zum Drehen des Gestänges 14 um dessen Längsachse und zum Bewegen des Gestänges 14 entlang dessen Längsachse sind Elektromotore zum direkten Antrieb, d.h. ohne Zwischenschaltung einer Hydraulikpumpe und Hydraulikmotore. Der Elektromotor oder die Elektromotore können jedoch mindestens eine Getriebestufe umfassen. Die Elektromotore sind Permanentmagnet-Synchronmotore (PMSM). Bei anderen Ausführungsformen sind die Elektromotore andere Elektromotore, insbesondere Gleichstrommotore oder Asynchronmotore.

[0024] Eine Batterie 52 zum Bereitstellen zumindest eines Teils der von den Elektromotoren benötigten elektrischen Energie ist in die Horizontalbohrvorrichtung 12 integriert. Die Batterie 52 ist wiederaufladbar und wird auch als Akkupack bezeichnet. Die Batterie 52 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel fest in die Horizontalbohrvorrichtung 12 integriert. Bei anderen Ausführungsformen kann die Batterie 52 auch als Wechselbatterie ausgeführt sein, d.h. die Batterie 52 ist gegen eine andere vorzugsweise geladene Batterie 52 austauschbar.

[0025] Die Elektromotore der Horizontalbohrvorrichtung 12 werden mithilfe der Steuereinheit 50 der Horizontalbohrvorrichtung 12 über jeweils eine Leistungselektronikeinheit, insbesondere über einen Inverter, angesteuert. Neben den Elektromotoren sind auch die zum Ansteuern der Elektromotore erforderlichen Inverter, die Batterie 52, eine Ladeschaltung zum Laden der Batterie 52 und zumindest ein Netzteil zum Erzeugen der erforderlichen Gleichspannung zum Laden der Batterie 52 und/oder zum Versorgen der Elektromotore bei der Versorgung des Netzteils über ein Energieversorgungsnetz, insbesondere über ein öffentliches Energieversorgungsnetz, elektrische Komponenten der Horizontalbohrvorrichtung 12.

[0026] Zumindest ein Teil der elektrischen Komponenten haben eine relativ hohe Verlustleistung, so dass sie im Bohrbetrieb und/oder im kontinuierlichen Bohrbetrieb der Horizontalbohrvorrichtung 12 gekühlt werden müssen. Zumindest bei einigen elektrischen Komponenten ist eine Luftkühlung sehr aufwendig und ineffizient. Bei der Horizontalbohrvorrichtung 12 werden deswegen zumindest ein Teil der elektrischen Komponenten aktiv durch eine Kühleinheit 56 gekühlt, wobei die Kühlung über einen Flüssigkeitskreislauf mit einer Kühlflüssigkeit erfolgt. Die Kühleinheit 56 umfasst ein Kühlaggregat mit einer Wärmepumpe mit einem Flüssigkeits-/Luftwärmetauscher zum Abführen der Wärme an die Umgebung. Bei anderen Ausführungsformen ist alternativ oder zusätzlich ein Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher zum Abführen von Wärme an die Spülflüssigkeit 40 vorgesehen.

[0027] Der Aufbau und die weitere Funktion der elektrischen Komponenten der Horizontalbohrvorrichtung 12 wird in Verbindung mit Figur 2 weiter unten näher erläutert.

[0028] Der Bohrkopf 20 ist an seinem vorderen Ende asymmetrisch abgeflacht und wird mithilfe des Gestänges 14 zum Erzeugen eines geraden Bohrlochs kontinuierlich gedreht. Bei einer gewünschten seitlichen Bewegung, Aufwärtsbewegung oder Abwärtsbewegung wird der Bohrkopf 20 in einer für diese gewünschte Bewegung geeigneten Position angehalten und nicht weitergedreht, so dass aufgrund der asymmetrisch abgeflachten Form des vorderen Endes des Bohrkopfs 20 eine entsprechende Ablenkbewegung des Bohrkopfs 20 im Erdreich 18 erfolgt. In Figur 1B ist eine Detailansicht des von der Horizontalbohrvorrichtung 12 entfernten Endes des Gestänges 14 zusammen mit dem Bohrkopf 20 gezeigt. Im Bohrkopf 20 ist eine elektronische Sonde angeordnet, die mithilfe eines entsprechenden Ortungsgerätes jederzeit von der Erdoberfläche aus exakt geortet werden kann, so dass die Position des Bohrkopfs 20 im Erdreich 18 jederzeit exakt bestimmbar ist.

[0029] Die Bewegungsbahn des Bohrkopfs 20 und damit der Verlauf des Bohrkanals 15 der Pilotbohrung wird einfach durch kontrolliertes Stoppen der Drehung des Bohrkopfs 20 über das Gestänge 14 gesteuert, so dass die Steuerfläche des Bohrkopfs 20 in eine für die gewünschte Bewegung erforderliche Stellung gebracht wird.

[0030] Nach Erreichen des Zielpunkts 22, der beispielsweise in einer Zielgrube vorgesehen ist, wird der Bohrkopf 20 durch einen Aufweitkopf 24 ersetzt, der beim Zurückziehen des Gestänges 14 die zuvor erzeugte Pilotbohrung aufweitet und gleichzeitig ein HDPE-Rohr 26 einzieht, wie dies in den Figuren 1C und 1D gezeigt ist. HDPE-Rohre sind aus High-Density-Polyethylen hergestellt, wobei dieses High-Density-Polyethylen ein thermoplastischer Kunststoff mit hoher Dichte ist. Bei anderen Ausführungsformen können auch Rohre 26 aus anderen Materialien, insbesondere aus Metall, eingezogen werden.

[0031] Figur 1D zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der in Figur 1C gezeigten Bohranlage 10. In diesem Ausschnitt sind das von der Horizontalbohrvorrichtung 12 entfernte Ende des Gestänges 14, der Aufweitkopf 24 und das bereits zum Teil ins Erdreich 18 eingezogene Rohr 26 dargestellt.

[0032] Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild mit zu kühlenden elektrischen Komponenten der Horizontalbohrvorrichtung 12 der Bohranlage 10. In einem Gehäuse 100, vorzugsweise in einem Schaltschrank, der Horizontalbohrvorrichtung 12 sind die elektrischen Schalt- und Steuerkomponenten des elektrischen Antriebssystems 110 der Horizontalbohrvorrichtung 12 angeordnet. Die Batterie 52, die Kühleinheit 56, anzusteuernde Elektromotore 116 bis 124 und ein Anschluss an das öffentliche Energieversorgungsnetz 112 sind außerhalb des Gehäuses 100 angeordnet.

[0033] Die Schalt- und Steuerkomponenten des elektrischen Antriebssystems 110 umfassen ein Netzteil 140, das über einen Hauptschalter 136 und eine Drossel 138 mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz 112 verbunden ist. Über das öffentliche Energieversorgungsnetz 112 wird dem elektrischen Antriebssystem 110 elektrische Energie zum Laden der Batterie 52 und zum Bereitstellen der für die Elektromotore 116 bis 124 erforderlichen Energie bereitgestellt. Im normalen Bohrbetrieb werden die Elektromotore 116 bis 124 gleichzeitig aus der Batterie 52 und dem öffentlichen Energieversorgungsnetz 112 gespeist, wodurch die Anschlussleistung des öffentlichen Energieversorgungsnetzes 112 relativ gering gehalten werden kann. So ist bei dem Modell TERRA-JET DJ 60e ohne Batterie 52 eine Anschlussleistung von 2x 200 kW / 2-Anschlüsse 3x400V AC 128A erforderlich und mit Unterstützung einer Batterie 52mit beispielsweise 60 kWh, nur eine Anschlussleistung von 100 kW /1 Anschluss 3x400V AC, 64 A. Der Anschluss an das öffentliche Energieversorgungsnetz 112 kann über einen Baustromverteiler erfolgen. In Arbeitspausen, beispielsweise beim Hinzufügen oder entfernen von Gestängeabschnitten 15, kann die Batterie 52 dann immer nachgeladen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Batterie 52 nach Arbeitsschluss z.B. über Nacht, vollständig aufgeladen werden. Das Netzteil 140 stellt einem Hauptverteiler 142 Gleichspannung zur Versorgung der Elektromotore 116 bis 124 und zum Laden der Batterie 52 über einen DC/DC-Wandler 144 sowie zur Versorgung weiterer Komponenten, wie dem DC/DC-Wandler 146 zur Versorgung weiterer Komponenten der Horizontalbohrvorrichtung 12 und der Kühleinheit 56, zur Verfügung. Der DC/DC Wandler 144 umfasst eine Ladeschaltung zum Laden der Batterie 52. Die Elektromotore 116 bis 124 sind über Inverter 126 bis 134 mit dem Hauptverteiler 142 verbunden, die von einer Steuereinheit 148 des elektrischen Antriebssystems 110 entsprechend angesteuert werden, um die Elektromotore 116 bis 134 zu aktivieren und zu steuern.

[0034] Die Steuereinheit 148 ist weiterhin mit der zentralen Steuereinheit 50 der Horizontalbohrvorrichtung 12 zum Steuern des Bohrvorgangs und zum Verfahren der Horizontalbohrvorrichtung 12 mithilfe des Fahrgestells 54 verbunden. Ferner steuert die Steuereinheit 148 den DC/DC-Wandler 146 den Hauptschalter 136 und das Netzteil 140 sowie die zentrale Verteilung 142.

[0035] Die Kühleinheit 56 umfasst ein Kühlaggregat mit einer Wärmepumpe, die derart ausgebildet ist, dass ein Verdampfer des Wärmepumpenkreislaufs die Kühlflüssigkeit eines Kühlflüssigkeitskreislaufs zum Kühlen von elektrischen Komponenten des elektrischen Antriebssystems 110 kühlt. Der Kühlflüssigkeitskreislauf ist in Figur 2 mithilfe von Strichlinien dargestellt. Der Kühlflüssigkeitskreislauf umfasst einen Vorlauf 150 und einen Rücklauf 152, wobei Kühlflüssigkeitsdurchfluss vorzugsweise temperaturabhängig für jede zu kühlende elektrische Komponente gesteuert oder geregelt wird. Der Durchfluss kann insbesondere über entsprechende Ventile eingestellt werden.

[0036] Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Batterie 52, das Netzteil 140, die Inverter 126 bis 134, der DC/DV Wandler 144 und der DC/DC-Wandler 146 aktiv mithilfe der Kühlflüssigkeit gekühlt. Bei anderen Ausführungsformen kann zusätzlich mindestens ein Elektromotor 116 bis 124 gekühlt werden. Bei anderen Ausführungsformen können auch weniger elektrische Komponenten aktiv mit Hilfe der Kühlflüssigkeit gekühlt werden.

[0037] Die Kühleinheit 56 kann in einer ersten Betriebsart zum Kühlen von elektrischen Komponenten betrieben werden und in einer zweiten Betriebsart zum Wärmen der elektrischen Komponenten. So kann insbesondere die Batterie 52 bei kalten Außentemperaturen erwärmt werden, um die Ladeeffizienz zu erhöhen und/oder um die Leistungsabgabe und die Kapazität der Batterie 52 zu verbessern.

[0038] Bei anderen Ausführungsformen kann an Stelle des oder zusätzlich zum öffentlichen Energieversorgungsnetz 112 eine Batterie, vorzugsweise ein Batteriecontainer mit wiederaufladbaren Batterien, eingesetzt werden. Vorzugsweise sind die Batterien in einem sogenannten 20-Fuß Lager- und Versandcontainer angeordnet, wodurch ein einfacher Transport von und zu einer Baustelle erfolgen kann. Die Batteriekapazität der im Batteriecontainer angeordneten Batterien ist vorzugsweise so bemessen, dass diese zur Versorgung der Bohrvorrichtung für mindestens einen Arbeitstag ausreichen.

Bezugszeichenliste

[0039] 

10

Bohranlage

12

Horizontalbohrvorrichtung

13

Gestängeabschnitt

14

Gestänge

15

Bohrkanal

16

Startpunkt

18

Erdreich

20

Bohrkopf

22

Zielpunkt

24

Aufweitkopf

26

HDPE-Rohr

40

Spülflüssigkeitsbehälter

42

Pumpe

46

Spülflüssigkeit

48

Schlauch

50

Steuereinheit

52

Batterie

54

Fahrgestell

56

Kühleinheit

100

Steuerkomponenten für Elektroantriebe

110

elektrisches Antriebssystem

112

öffentliches Energieversorgungsnetz

116

Elektrodrehantrieb Gestänge

118

Elektroantrieb Hydraulik

120 bis 124

Elektrovorschubantrieb Gestänge

126 bis 134

Inverter Elektroantrieb

136

Hauptschalter

138

Drossel

140

Netzteil

142

Hauptverteiler

144

DC/DC Wandler mit Ladeschaltung

146

DC/DC Wandler sonstige Verbraucher

148

Steuereinheit elektrisches Antriebssystem

150

Vorlauf

152

Rücklauf

P0

Richtungspfeil

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich,

insbesondere zum richtungsgeführten Horizontalbohren,

mit mindestens einer elektrisch betriebenen Antriebseinheit (116 bis 124),

mit mindestens einer Leistungselektronikeinheit (126 bis 134), die ausgebildet ist, die Antriebseinheit (116 bis 124) mit elektrischer Energie zu versorgen,

mit einer wiederaufladbaren Batterie (52) zum Bereitstellen zumindest eines Teils der zum Versorgen der Antriebseinheit (116 bis 124) erforderlichen elektrischen Energie,

wobei die Antriebseinheit (116 bis 124), die Leistungselektronikeinheit (126 bis 134) und/oder die Batterie (52) elektrische Komponenten der Bohrvorrichtung (12) sind,

mit mindestens einer Kühleinheit (56), die ausgebildet ist, mindestens eine elektrische Komponente (116 bis 134, 52) der Bohrvorrichtung (12) aktiv zu kühlen,

wobei die Kühleinheit (56) mindestens ein Kühlaggregat mit einer Wärmepumpe umfasst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (56) einen Kühlkreislauf mit einer Kühlflüssigkeit zum aktiven Kühlen der elektrischen Komponente (116 bis 134, 52) umfasst.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (56) die Batterie (52) aktiv kühlt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (56) den Elektromotor (116 bis 124) aktiv kühlt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronikeinheit mindestens einen Inverter (126 bis 134) umfasst, und dass die Kühleinheit (56) den Inverter (126 bis 134) kühlt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (56) weitere elektrische Komponenten der Bohrvorrichtung (12) kühlt, insbesondere einen DC-DC Wandler (144, 146), eine Ladeelektronik (144) zum Laden der Batterie (52), ein Netzteil (140) zum Wandeln der Netzspannung eines öffentlichen Energieversorgungsnetzes (112) in Gleichspannung zum Versorgen mindestens einer elektrischen Komponente (116 bis 134, 52, 56) der Bohrvorrichtung (12).

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (56) eine Maschinenführerkabine kühlt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (56) zum Abführen von Wärme einen Flüssigkeits-/ Luftwärmetauscher und oder einen Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher umfasst, wobei der Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass er Wärme an eine beim Erzeugen der Bohrung verwendeten Spülflüssigkeit (46) abgibt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (56) in einer ersten Betriebsart zum Kühlen der elektrischen Komponente (116 bis 134, 52) betreibbar ist, und dass die Kühlvorrichtung (56) in einer zweiten Betriebsart zum Wärmen der elektrischen Komponente (116 bis 134, 52) betreibbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit einen ersten Elektromotor (116) für einen Drehantrieb eines Bohrgestänges (14) der Bohrvorrichtung (12) und mindestens einen zweiten Elektromotor (120 bis 126) für einen Vorschubantrieb zum Vorschub des Bohrgestänges (14) hat.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit mindestens zwei, vorzugsweise drei, Elektromotore (120 bis 126) für den Vorschubantrieb des Bohrgestänges (14) hat.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit mindestens einen elektrischen Antrieb (118) eines Fahrgestells (54) der Bohrvorrichtung (12) umfasst, wobei der elektrische Antrieb (118) vorzugsweise eine Hydraulikpumpe zur Versorgung von Hydraulikantrieben des Fahrgestells (54) umfasst.

13. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich, insbesondere zum richtungsgeführten Horizontalbohren,

bei dem mindestens eine elektrisch betriebene Antriebseinheit (116 bis 124) mithilfe mindestens einer Leistungselektronikeinheit (126 bis 134) mit elektrischer Energie versorgt wird,

bei dem zumindest ein Teil der zum Versorgen der Antriebseinheit (116 bis 124) erforderlichen elektrischen Energie durch eine wiederaufladbare Batterie (52) bereitgestellt wird,

wobei die Antriebseinheit (116 bis 124), die Leistungselektronikeinheit (126 bis 134) und/oder die Batterie (52) elektrische Komponenten der Bohrvorrichtung (12) sind,

bei dem mindestens eine elektrische Komponente der Bohrvorrichtung (116 bis 134, 52) mithilfe einer mindestens ein Kühlaggregat mit einer Wärmepumpe umfassenden Kühleinheit (56) aktiv gekühlt wird.

Zeichnung