Die Erfindung betrifft eine mobile Bohranlage zum Bohren von Bohrlöchern in einen Untergrund sowie eine Bohreinheit und eine Energiekette.

Solche mobilen Bohranlagen können zur Bohrung von vertikalen Bohrlöchern in einen Untergrund verwendet werden, um im Bereich von Brunnenbau beispielsweise Grundwasser zu gewinnen oder um im Bereich von oberflächennaher Geothermie beispielsweise Wärme oder Kälte zu gewinnen. Außerdem können solche Bohranlagen auch im Kanal- und Kabelnetzbau für oberflächennahe Horizontalbohrungen verwendet werden. Die bisher hierzu bekannten Bohranlagen sind kompliziert, und zur Bedienung wird speziell geschultes Personal benötigt. Viele der bekannten Bohranlagen für diese Anwendungsgebiete nutzen zudem ein Bohrgestänge, das je nach Einzellänge der Bohrstangen kontinuierlich beim Bohren verlängert werden muss. Auch das Herausziehen eines solchen Bohrgestänges aus dem fertig gebohrten Bohrloch ist zeitaufwendig, da das Bohrgestänge wieder zerlegt werden muss.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Bohranlage anzugeben, die eine einfache, sichere, fehlerunanfällige und kostengünstige Bohrung von Bohrlöchern in einen Untergrund ermöglicht. Es sollen außerdem eine vereinfachte Bohreinheit und eine Energiekette für eine Bohranlage angegeben werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Bohranlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Bohreinheit gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch eine Energiekette mit den Merkmalen des Anspruchs 18.

Die erfindungsgemäße mobile Bohranlage umfasst ein Antriebsaggregat zur Bereitstellung von Energie, (z.B. elektrisch, pneumatisch, hydraulisch) eine Bohreinheit, insbesondere eine nachfolgend noch näher beschriebene Bohreinheit, einen Antriebsmotor und einen von diesem Antriebsmotor angetriebenen Bohrkopf, und eine Energiekette, insbesondere eine nachfolgend noch näher beschriebene Energiekette, mit Energiezuleitungen, die den Antriebsmotor mit dem Antriebsaggregat zur Übertragung der Energie verbinden, wobei der Antriebsmotor die Energie in mechanische Arbeit zum Antrieb des Bohrkopfes umwandelt. Eine solche Bohranlage stellt eine Verbesserung des bekannten Stands der Technik dar, da diese Bohranlage eine einfache, sichere, fehlerunanfällige und kostengünstige Bohrung von Bohrlöchern in einen Untergrund ermöglicht. Über die Energiekette, die von dem Antriebsaggregat bis zu der im Bohrloch geführten Bohreinheit reicht, kann die von dem Antriebsaggregat zur Verfügung gestellte Energie einfach zum Antrieb des Antriebsmotors in der Bohreinheit genutzt werden, sodass die Energie in mechanische Arbeit zum Abtragen von Bohrklein mit dem Bohrkopf in dem Bohrloch genutzt werden kann. Die Bewegung des Bohrkopfes in der Antriebsrotationsrichtung beim Bohren wird alleine durch den Antriebsmotor erzeugt und die Energiekette ist so ausgebildet, dass diese beim Bohren lediglich eine axiale Vorschubbewegung des Bohrkopfes im Bohrloch bewirkt bei gleichzeitiger Ableitung eines Teils des Rückstelldrehmomentes aus dem Bohrprozess.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Bohranlage ist vorgesehen, dass die Bohranlage eine Wickeleinrichtung zum Aufwickeln und Abwickeln der Energiekette aufweist. Mit einer solchen Wickeleinrichtung kann die Energiekette einfach beim Bohren abgewickelt werden, um den Vorschub des Bohrkopfes zu ermöglichen. Ist das Bohrloch in den Untergrund fertig gebohrt, kann die Bohreinheit an der Energiekette einfach aus dem Bohrloch herausgezogen werden, indem die Energiekette auf die Wickeleinrichtung aufgewickelt wird. Dies ermögliche ein kompaktes Verstauen, sodass die mobile Bohranlage für den Transport geringe Abmessungen aufweist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Bohranlage sieht vor, dass die Wickeleinrichtung eine Abrollschutzvorrichtung umfasst, wobei die Abrollschutzvorrichtung dazu ausgebildet ist, ein von der Energiekette auf die Wickeleinrichtung ausgeübtes Gegenmoment zu erfassen, wobei die Wickeleinrichtung dazu einrichtet ist, das Abwickeln der Energiekette zu unterbrechen, sobald die Abrollschutzvorrichtung ein Gegenmoment der Energiekette erfasst. Mit der Unterbrechung des Abwickelvorganges der Energiekette beim Bohren kann die Energiekette optimal auf den Vorschub beim Bohrvorgang abgestimmt in das Bohrloch nachgeführt werden. Wird die Energiekette für den aktuellen Vorschub beim Bohren zu stark abgewickelt, so übt die Energiekette ein Gegenmoment auf die Wickeleinrichtung aus, da zu viel Länge an Energiekette bei der aktuellen Bohrtiefe in das Bohrloch geführt wurde. Mit der Erfassung dieses Gegenmoments durch die Abrollschutzvorrichtung kann die Energiekette hingegen immer angepasst an die aktuelle Bohrtiefe und den aktuellen Vorschub von der Wickelenrichtung in das Bohrloch abgewickelt werden.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Bohranlage, die vorsieht, dass diese eine Führungseinheit zur Führung der Bohreinheit und der Energiekette in ein zu bohrendes Bohrloch aufweist. Über diese Führungseinheit kann sowohl die Bohreinheit beim Anbohren des Untergrunds stabilisiert werden, als auch die Energiekette in das Bohrloch nachgeführt werden, um den Vorschub der Bohreinheit beim Bohren im Bohrloch zu ermöglichen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Bohranlage sieht vor, den Vorschub der Bohreinheit, insbesondere über die Energiekette, abhängig von der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors der Bohreinheit zu regeln. Vorteilhafterweise wird dann bei steigender Leistungsaufnahme des Antriebsmotors der Bohreinheit der Vorschub der Bohreinheit reduziert. Sinkt die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors der Bohreinheit hingegen, kann der Vorschub der Bohreinheit vorteilhafterweise erhöht werden. Dies ermöglicht eine bedarfsabhängige Vorschubregelung der Bohreinheit, sodass der Bohrkopf geschont und gleichzeitig die Bohrzeit optimiert wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Bohranlage bezieht sich darauf, dass zwischen der Energiekette und der Bohreinheit eine Drehmomentabstützung angeordnet ist, wobei die Drehmomentabstützung bei steigendem Drehmoment, im Extremfall bis zur Blockade der Bohreinheit eine Abstützung an der Bohrlochwand bewirkt und so verhindert, dass ein durch die Blockade oder eine Überlast erzeugtes Drehmoment in die angeschlossene Energiekette eingeleitet wird. Mit einer solchen Drehmomentabstützung kann verhindert werden, dass durch die Blockade oder eine Überlast des Bohrkopfes in dem Bohrloch ein entgegengesetzt zur Antriebsrotationsrichtung des Bohrkopfes beim Bohren von der Bohreinheit erzeugtes Drehmoment auf die angeschlossene Energiekette übertragen wird. Damit wird verhindert, dass die Energiekette durch das durch die Blockade oder eine Überlast erzeugte Drehmoment durch Torsionskräfte belastet und ggf. zerstört wird. Daher muss die Energiekette weniger stabil ausgebildet sein, als ein Bohrgestänge, das größere Kräfte übertragen muss. Dieser Umstand ermöglicht es die Energiekette leichter und kompakter auszugestalten, sodass eine hohe Reichweite der Energiekette bei dennoch geringem Bauraum erreicht werden kann. Hiermit sind mit der äußerst mobilen und kompakten Bohranlage auch größere Bohrtiefen oder Bohrlängen möglich als mit vergleichbar großen Anlagen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Bohranlage sieht vor, dass ein erster Anschluss der Drehmomentabstützung zur Verbindung mit der Bohreinheit und ein zweiter Anschluss der Drehmomentabstützung zur Verbindung mit der Energiekette vorgesehen ist, wobei mit einem Anschluss (d.h. dem ersten oder zweiten Anschluss) ein scheibenförmiges Klemmelement mit radial nach außen ausschwenkbaren Keilsegmenten verbunden ist und mit dem anderen Anschluss (d.h. entsprechend dem zweiten bzw. ersten Anschluss) ein Nockenring verbunden ist, wobei die Drehmomentabstützung ausgelöst wird, indem der Nockenring gegenüber dem Klemmelement verdreht wird, wodurch die Keilsegmente ausschwenken und sich an der Bohrlochwand in radialer Richtung verklemmen. Über die sich an der Bohrlochwand abstützenden Keilsegmente kann die Drehmomentabstützung eine Übertragung eines erhöhten Drehmomentes von der am ersten Anschluss angeschlossenen Bohreinheit auf die am zweiten Anschluss angeschlossene Energiekette verhindern. Damit wird die Bohreinheit von der Energiekette abgekoppelt, sodass die Bohreinheit keine erhöhten Torsionskräfte auf die Energiekette übertragen kann, wenn der Bohrkopf der Bohreinheit sich im Bohrloch bedingt durch eine Überlast verkantet oder blockiert wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Bohranlage bezieht sich darauf, dass die Bohranlage ein Kreislaufsystem für Spülbohrwasser aufweist, wobei das Kreislaufsystem dazu eingerichtet ist, in einem Spülbohrvorgang zirkulierend Spülbohrwasser der Bohreinheit zuzuführen. Mit dem Kreislaufsystem für Spülbohrwasser kann der Wasserbedarf für eine Bohrung deutlich gesenkt werden. Die Zirkulation des Spülbohrwassers in dem Kreislaufsystem ermöglicht ein Recycling von dem Bohrloch zugeführtem Spülbohrwasser, sodass dieses nicht in der Umwelt verloren geht. Hierdurch kann auch der Einfluss der Bohrung auf die Umwelt reduziert werden, da Bohrklein mit dem Spülbohrwasser nicht einfach in die Umwelt gespült wird.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Bohranlage, die vorsieht, dass das Kreislaufsystem mindestens ein Setzbecken und mindestens eine Schmutzwasserpumpe aufweist, wobei die Schmutzwasserpumpe dazu eingerichtet ist, aus dem Setzbecken Spülbohrwasser anzusaugen und der Bohreinheit im Bohrloch unter Druck zuzuführen, wobei das Setzbecken dazu ausgebildet ist, aus dem Bohrloch ausgespültes Bohrklein und Spülbohrwasser aufzufangen und das Bohrklein von dem Spülbohrwasser abzutrennen. Mit dem Setzbecken verfügt das Kreislaufsystem über eine besonders einfache Möglichkeit das Spülbohrwasser wiederzuverwenden, denn in dem Setzbecken kann sich das ausgespülte Bohrklein einfach von dem Spülbohrwasser absetzen, sodass von der Schmutzwasserpumpe nur vorgereinigtes Spülbohrwasser unter Druck zurück in das Bohrloch zur Bohreinheit durch die Energiekette oder parallel dazu geführt wird. Vom Bohrkopf der Bohreinheit im Bohrloch gelöstes Bohrklein wird über das unter Druck in das Bohrloch geleitete Spülbohrwasser an die Oberfläche gespült und in dem Absetzbecken aufgefangen. Nachdem sich das Bohrklein von dem Spülbohrwasser abgesetzt hat, kann das Spülbohrwasser über die Spülwasserpumpe zurück in das Bohrloch zirkulieren.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Bohreinheit mit einem Antriebsmotor und mit einem mit diesem über eine Antriebswelle verbundenen Bohrkopf, wobei die Bohreinheit einen Energieanschluss aufweist, der zum Anschluss von Energiezuleitungen ausgebildet ist, wobei der Antriebsmotor über die Energiezuleitungen übertragene Energie in mechanische Arbeit zum Antrieb des Bohrkopfes umwandelt. Die über die Energiezuleitungen übertragene Energie kann direkt in der kompakten Bohreinheit in Bewegungen des Bohrkopfes umgewandelt werden, da der Antriebsmotor direkt an der in das Bohrloch geführten Bohreinheit angeordnet ist.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Bohreinheit, die vorsieht, dass die Antriebswelle zwischen Bohrkopf und Antriebsmotor eine Förderschnecke zur Aufnahme von mit dem Bohrkopf gelöstem Bohrklein aufweist. Der Antriebsmotor einer solchen Bohreinheit kann sehr kompakt ausgebildet sein, sodass die Bohreinheit ausreichend Platz für eine Förderschnecke bieten kann, die zur Aufnahme von mit dem Bohrkopf gelöstem Bohrklein dient.

Eine vorteilhafte Ausführung der Bohreinheit sieht vor, dass die Bohreinheit eine Rütteleinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, auf die Förderschnecke eine Rüttelbewegung auszuüben. Hierdurch wird auf die Förderschnecke eine materiallösende Rüttelbewegung ausgeübt, welche vorteilhafterweise den Entladevorgang des Bohrkleins außerhalb des Bohrlochs unterstützt. Mit einer solchen Rütteleinrichtung können z.B. auch Blockaden der Förderschnecke im Bohrloch gelöst werden, sodass die Förderung von Bohrklein in der Förderschnecke nach dem Lösen der Blockade vorteilhafterweise umgehend fortgesetzt werden kann. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Bohreinheit, die vorsieht, dass die Rütteleinrichtung an der Antriebswelle zwischen dem Antriebsmotor und der Förderschnecke angeordnet ist, wobei die Rütteleinrichtung ein über einen Freilauf mit der Antriebswelle verbundenes, zur Antriebswelle exzentrisches Kontergewicht aufweist, wobei der Freilauf das Kontergewicht in einer Antriebsrotationsrichtung der Antriebswelle mitnimmt und bei einem Blockieren der Förderschnecke und damit einhergehender Unterbrechung der Rotation der Antriebswelle eine durch das Inertialmoment des Kontergewichts bewirkte, die Blockade lösende Rüttelrotationsbewegung freigibt. Über den Freilauf kann das Kontergewicht von einem Mitnehmer in Antriebsrotationsrichtung der Antriebswelle mitgedreht werden, sodass bei einer mit einer Blockade des Bohrkopfes oder der daran befestigten Förderschnecke einhergehenden Unterbrechung der Rotation der Antriebswelle die Trägheit des exzentrischen Kontergewichts zu einer die Blockade lösenden Rüttelbewegung führt. Der Freilauf kann für das Auslösen der Rüttelbewegung eine entsprechende Führung des Kontergewichts aufweisen, die das durch die Trägheit in Antriebsrotationsrichtung fortbewegte Kontergewicht in Schwingungen versetzt, die auf die Antriebswelle übertragen und in die Förderschnecke geleitet werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Bohranlage sieht vor, dass die Rütteleinrichtung an der Antriebswelle zwischen dem Antriebsmotor und der Förderschnecke angeordnet ist, wobei die Rütteleinrichtung ein über einen Freilauf mit der Antriebswelle verbundenes, zur Antriebswelle exzentrisches Kontergewicht aufweist, wobei der Freilauf das Kontergewicht bei einer Entleerungsrotationsrichtung der Förderschnecke an der Antriebswelle zum Auslösen der Rüttelbewegung beim Entleeren der Förderschnecke an einer Führung führt, die das durch die Trägheit des Kontergewichts bei Rotation der Förderschnecke in Entleerungsrotationsrichtung ruhende Kontergewicht in Schwingungen versetzt, die auf die Antriebswelle übertragen und in die Förderschnecke geleitet werden. So kann zum Entladen der Förderschnecke durch Reversieren von der Antriebsrotationsrichtung in die Entleerungsrotationsrichtung das in Schwingungen versetzte Kontergewicht genutzt werden um eine materiallösende Rüttelbewegung zu erzeugen Hierdurch kann die Entleerung der Förderschnecke vereinfacht werden. Alternativ besteht die Möglichkeit die Führungseinheit der Bohranlage in Gummi zu lagern und über einen außen aufgesetzt montierten Unwucht-Generator in Schwingung zu versetzen, um das Entleeren der in der Führungseinheit geführten Bohreinheit zu verbessern.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Bohreinheit sieht vor, dass die Bohreinheit eine Spülvorrichtung am Bohrkopf aufweist, wobei die Spülvorrichtung dazu eingerichtet ist, in einem Spülbohrvorgang zum Ausspülen von Bohrklein aus dem Bohrloch Spülbohrwasser zuzuführen. Über die Zuführung von Spülbohrwasser kann ein Spülbohrverfahren genutzt werden, um mit der Bohreinheit ein Bohrloch zu bohren. Das Spülbohrwasser erleichtert den Abtransport von durch dem Bohrkopf gelöstem Bohrklein aus dem Bohrloch. Hierzu wird das Spülbohrwasser über die Spülvorrichtung am Bohrkopf direkt an der Bohrstelle zugeführt, damit der Spülbohrwasserstrom möglichst viel Bohrklein aus dem Bohrloch an die Oberfläche mitreißen kann.

Eine bevorzugte Ausführung der Bohreinheit sieht eine Schwerstange vor, deren Gewichtskraft auf den Bohrkopf einwirkt. Die Schwerstange ist ein massereiches stangenförmiges Gebilde, das sich oberhalb des Bohrkopfes befindet. Die Schwerstange kann z.B. Blei oder ein anderes Material mit hohem spezifischem Gewicht enthalten oder daraus bestehen. Das Gewicht der Schwerstange lastet auf dem Bohrkopf und unterstützt auf diese Weise wirksam den Vortrieb beim Bohrvorgang nach unten. Damit ist ein zuverlässiger Bohrfortschritt auch beim Bohren von hartem Gestein gewährleistet, und zwar obwohl das bei konventionellen Bohrgeräten vorhandene schwere Bohrgestänge bei der erfindungsgemäßen Bohreinheit fehlt.

Bei einer weiter bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass die Bohreinheit einen mechanischen Imlochhammer aufweist, wobei die Schwerstange auf einer schrägverzahnten Unterscheibe des Imlochhammers und einer schrägverzahnten Oberscheibe des Imlochhammers lastet, die zwischen der Schwerstange und dem Bohrkopf der Bohreinheit angeordnet sind, wodurch der Imlochhammer dazu eingerichtet ist, bei einer Rotation der Unterscheibe und der Oberscheibe relativ zueinander eine Schlagbewegung auf den Bohrkopf auszuüben. Mit dem Imlochhammer kann effektiv und einfach eine Bohrklein lösende Schlagbewegung auf den Bohrkopf ausgeübt werden, sodass die Bohreinheit auch bei härterem Gestein einen zufriedenstellenden Vorschub der Bohreinheit im Bohrloch ermöglicht. Mittels des Antriebsmotors der Bohreinheit können die Unterscheibe und die Oberscheibe des Imlochhammers relativ zueinander bewegt werden, sodass das Gewicht der Schwerstange rhythmisch angehoben und auf den Bohrkopf fallen gelassen werden kann. Die hierdurch rhythmisch ausgeübte Schlagbewegung auf den Bohrkopf löst auch härteres Gestein zuverlässig.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Bohreinheit sieht vor, dass zwischen dem Antriebsmotor und der Antriebswelle eine Schnittstelle vorgesehen ist, die einen Austausch des Bohrkopfes mit der Antriebswelle ermöglicht. Über die Schnittstelle lassen sich einfach andere Bohrköpfe montieren, um beispielsweise auf sich ändernde Untergründe zu reagieren oder um eine spezielle Bohreinheit für spezielle Aufgaben zu montieren. So kann die Bohranlage einfach an die jeweiligen Anforderungen beim Bohren des Bohrloches angepasst werden.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Energiekette, insbesondere für eine wie zuvor und im Folgenden näher beschriebene Bohranlage, mit mehreren hohl ausgestalteten Kettengliedern, die über Gelenke miteinander verbunden sind, wobei in oder an den Kettengliedern Energiezuleitungen, und bevorzugt auch Datenleitungen, zur Übertragung von Energie, und bevorzugt auch Messdaten, geführt sind, wobei die Kettenglieder über einachsige Gelenke scharnierartig miteinander verbunden sind. Eine solche Energiekette ermöglicht es Energie einfach in das zu bohrende Bohrloch zu leiten, um eine dort angeordnete Bohreinheit der Bohranlage zum Bohren mit ausreichend Energie zu versorgen und bevorzugt auch zu überwachen. Die Energiezuleitungen sind in den Kettengliedern ausreichend geschützt. Alternativ können die Energiezuleitungen auch einfach an den Kettengliedern außen geführt sein. Die gelenkig miteinander verbundenen Kettenglieder übernehmen beim Bohren des Bohrloches die Übertragung des Vorschubs und Aufnahme eines Teil des Drehmomentes im normalen Bohrbetrieb, während die Kettenglieder nach dem Bohren beim Herausziehen der Bohreinheit aus dem Bohrloch auf Zug beansprucht werden. Die einfach aufgebaute Kette ermöglicht eine sichere Übertragung der Energie bei einem äußerst geringen Eigengewicht der Energiekette.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Energiekette ist vorgesehen, dass die Gelenke an Auflageflächen der Kettenglieder außen angeordnet sind und zwischen den Kettengliedern jeweils Verriegelungseinrichtungen vorgesehen sind, um über die Auflageflächen aneinander liegenden Kettenglieder miteinander zu verriegeln. Über die Verriegelung der Kettenglieder miteinander kann die Energiekette auch zur Übertragung von erhöhten Torsionskräften genutzt werden. Dabei sind die Kettenglieder über die Gelenke und zusätzlich über die Verriegelungseinrichtungen miteinander verbunden.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Energiekette, die vorsieht, dass an den Kettengliedern der Energiekette Triebstocksegmente, Zahnstangen oder dergleichen angeordnet sind, über welche ein Vorschub der Energiekette ausgeführt werden kann. Die an den Kettengliedern angeordneten Triebstocksegmente, Zahnstangen oder dergleichen ermöglichen einen Vorschub der Energiekette indem ein Antriebselement, z.B. Zahnrad, Kettenrad vorzugsweise an der Führungseinheit der Bohranlage, in die an den Kettengliedern angeordneten Triebstocksegmente, Zahnstangen oder dergleichen, eingreift.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Energiekette sieht vor, dass die Kettenglieder unterschiedlich lang sind oder jedes sechste Kettenglied länger als die fünf dazwischen angeordneten Kettenglieder ist. Beide Varianten ermöglichen einen besonders kompakten Aufbau der aufgewickelten Energiekette, sodass diese besonders leicht transportiert werden kann. Die Kettenglieder legen sich hier beim Aufwickeln aufeinander, sodass eine sehr kompakte Wicklung der Kettenglieder möglich ist.

Eine Alternative zu der vorher beschriebenen Energiekette sieht vor, dass die Energiezufuhr zum Bohrkopf durch einen drehsteifen, flexiblen, rohrähnlichen Schlauch erfolgt, der ebenfalls aufgewickelt werden kann. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung und anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Figur 1 erfindungsgemäße Bohranlage in Transportstellung,

Figur 2 ausgerichtete Bohranlage,

Figur 3 Bohranlage beim Bohren,

Figur 4 erfindungsgemäße Bohreinheit, Figur 5 Detailansicht der Bohreinheit,

Figur 6 Draufsicht auf Drehmomentabstützung unbelastet,

Figur 7 Draufsicht auf Drehmomentabstützung belastet,

Figur 8 Draufsicht auf Kontergewicht,

Figur 9 Bohranlage beim Spülbohren, Figur 10 erfindungsgemäße Energiekette,

Figur 11 verschiedene Bohreinheiten,

Figur 12 Bohranlage beim Brunnenbau,

Figur 13 Energiekette mit Abrollschutzvorrichtung,

Figur 14 weitere Ansicht auf Energiekette mit Abrollschutzvorrichtung, Figur 15 weitere Bohranlage zum Spülbohren,

Figur 16 Bohreinheit zum Spülbohren,

Figur 17 Bohreinheit zum Spülbohren mit mechanischem Imlochhammer, und

Figur 18 weitere Bohreinheit zum Spülbohren mit mechanischem Imlochhammer.

In der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist eine erfindungsgemäße Bohranlage dargestellt. Die Bohranlage 1 ist auf einem Fahrgestell 9 mit einem Fahrwerk 2 aufgebaut, wobei das Fahrgestell 9 im gezeigten Ausführungsbeispiel ein einachsiger Anhänger ist. Dadurch lässt sich die Bohranlage 1 sehr gut zu den einzelnen Baustellen fahren, um dort Bohrungen in den Untergrund 51 vorzunehmen. Alternativ kann die Bohranlage 1 auch auf einem Fahrgestell mit einem selbst angetriebenen Fahrwerk aufgebaut sein. Bevorzugt ist ein solches selbst angetriebenes Fahrwerk als ein Raupenfahrwerk bzw. Kettenfahrwerk ausgebildet. Die Bohranlage 1 verfügt über eine Hydraulikpumpe 3 als Antriebsaggregat, die im einfachsten Fall von einem Verbrennungsmotor auf dem Fahrgestell 9 angetrieben wird. Die Hydraulikpumpe 3 kann aber auch über eine Zapfenwelle eines Zugfahrzeugs angetrieben werden. Die Bohranlage 1 weist eine Bohreinheit 4 auf, welche zum Bohren von Bohrlöchern 50 (Fig. 3) in den Untergrund 51 geführt wird. Diese Bohreinheit 4 verfügt über einen Hydraulikmotor 5 als Antriebsmotor, der einen Bohrkopf 6 der Bohreinheit 4 mit der hydraulischen Energie der Hydraulikpumpe 3 antreibt. Um die Bohreinheit 4 in dem Bohrloch 50 mit der hydraulischen Energie der auf dem Fahrgestell 9 montierten Hydraulikpumpe 3 zu versorgen, ist eine Energiekette 7 vorgesehen, welche Hydraulikleitungen 8 als Energieleitungen aufweist, die die Hydraulikpumpe 3 mit dem Hydraulikmotor 5 verbinden. So kann die über die Hydraulikleitungen 8 übertragene Energie einfach von dem Hydraulikmotor 5 der Bohreinheit 4 in dem Bohrloch 50 in mechanische Arbeit umgewandelt werden, wodurch der Bohrkopf 6 der Bohreinheit 4 wirksam angetrieben wird. Wie in Figur 1 zu sehen, verfügt die Bohranlage 1 auch über eine Wickeleinrichtung 10 zum Aufwickeln und Abwickeln der Energiekette 7. Damit kann die Energiekette 7 einfach beim Bohren abgewickelt werden, um den Vorschub des Bohrkopfes 6 an der Bohreinheit 4 zu bewirken. Ist das Bohrloch 50 (Fig. 3) in den Untergrund hingegen fertig gebohrt, kann die Bohreinheit 4 an der Energiekette 7 einfach aus dem Bohrloch 50 (Fig. 3) herausgezogen werden, indem die Energiekette 7 auf die Wickeleinrichtung 10, wie gezeigt, aufgewickelt wird. So ist die Energiekette 7 für den Transport auf dem Fahrgestell 9 kompakt verstaut. Die Kettenglieder 25 können für eine kompakte Aufwickelung auf der Wickeleinrichtung 10 unterschiedlich lang sein. Im Ausführungsbeispiel ist jedes sechste Kettenglied 25 länger als die fünf dazwischen angeordneten Kettenglieder 25. Damit können jeweils fünf gleichgroße Kettenglieder 25 verwendet werden, sodass hier Gleichteile für den Aufbau der Energiekette 7 verwendet werden können, was die Herstellung der Energiekette 7 günstiger macht. Mit dem kompakten Aufbau der aufgewickelten Energiekette 7 lässt sich diese besonders leicht transportiert, da sich die Kettenglieder 25 beim Aufwickeln, wie zu sehen, aufeinander legen, sodass eine sehr kompakte Wicklung der Kettenglieder 25 möglich ist. Die Wickeleinrichtung 10 ist in dem Ausführungsbeispiel über einen Riemen- oder Kettentrieb 30 von kleinen Motor 31 angetrieben. Die Bohranlage 1 weist eine am Fahrgestell 9 über ein Klappgelenk 32 klappbare Führungseinheit 11 zur Führung der Bohreinheit 4 und der Energiekette 7 auf. In Figur 1 ist die Führungseinheit 11 in eine Transportstellung geklappt, sodass die Bohranlage 1 problemlos auch durch niedrigere Unterführungen gefahren werden kann.

In Figur 2 hingegen ist die Bohranlage 1 gemäß Figur 1 zu sehen, wobei hier die Führungseinheit 11 zum Bohren eines Bohrloches 50 (Fig. 3) senkrecht ausgerichtet ist. Alternativ hierzu kann die Führungseinheit 11 der Bohranlage 1 auch zur Bohrung von oberflächennahen Horizontalbohrungen ausgerichtet werden. Zur senkrechten Ausrichtung ist die Führungseinheit 11 aus der Transportstellung heraus geklappt und arretiert, sodass die Bohreinheit 4 von der Führungseinheit 11 in einem im Wesentlichen rechten Winkel zum Untergrund 51 geführt ist. Die Energiekette 7 zwischen der Bohreinheit 4 und der Wickeleinrichtung 10 ist über eine gekrümmte Rollenbahn 33 der Führungseinrichtung 11 geführt. Die gekrümmte Rollenbahn 33 ermöglicht die einfache Abwicklung der Energiekette 7 von der Wickeleinrichtung 10 und die Ausrichtung der Kettenglieder 25, damit diese gerade in das Bohrloch 50 (Fig. 3) geführt werden können.

Hierzu wird auf Figur 3 verwiesen, welche die Bohranlage 1 gemäß den Figuren 1 und 2 beim Bohren eines Bohrloches 50 in den Untergrund 51 zeigt. Die von der Führungseinheit 11 ausgerichtete Bohreinheit 4 ist hier zur Erzeugung eines Bohrloches 50 in den Untergrund 51 vorangetrieben, wobei die Kettenglieder 25 der Energiekette 7, die an der Bohreinheit 4 befestigt ist, von der Führungseinheit 11 ausgerichtet in das Bohrloch 50 nachgeführt werden, während sich die Energiekette 7 auf der Wickeleinrichtung 10 weiter abwickelt. Durch kontrolliertes Abwickeln der Energiekette 7 entsteht ein kontinuierlicher Bohrvorschub der Bohreinheit 4. Über die Hydraulikleitungen 8 der Energiekette 7 wird die hydraulische Energie der Hydraulikpumpe 3 auf dem Fahrgestell 9 an die Bohreinheit 4 im Bohrloch 50 übertragen, um den Bohrkopf 6 im Bohrloch 50 zum Bohren anzutreiben.

Die Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Bohreinheit 4, wie Sie bereits in den Figuren 1 bis 3 zu sehen war, in einer Schnittansicht. In dieser Schnittansicht ist zu sehen, dass die Bohreinheit 4 einen Hydraulikmotor 5 aufweist, der den über eine Antriebswelle 18 verbundenen Bohrkopf 6 antreibt. An dem Hydraulikmotor 5 ist ein Hydraulikanschluss 19 als Energieanschluss vorgesehen, über den die Hydraulikleitungen 8 der Energiekette 7 angeschlossen sind. Der Hydraulikmotor 5 wandelt die von den Hydraulikleitungen 8 übertragene hydraulische Energie in mechanische Arbeit zum Antrieb des Bohrkopfes 6 über die Antriebswelle 18 um. Die Antriebswelle 18 weist zwischen dem Bohrkopf 6 und dem Hydraulikmotor 5 eine Förderschnecke 20 zur Aufnahme von mit dem Bohrkopf 6 aus dem Bohrloch 50 (Fig. 3) gelöstem Bohrklein auf. Das von der Förderschnecke 20 geförderte Bohrklein wird in einer Speicherkammer 34 um die Antriebswelle 18 herum in der Bohreinheit 4 bis zur Entleerung der Speicherkammer 34 gespeichert. Das vom Bohrkopf 6 gelöste Bohrklein wird rotatorisch durch ein seitlich offenes Lager gedrückt und von der Förderschnecke 20 in den oberen Bereich der Speicherkammer 34 gefördert, bis die Speicherkammer 34 gefüllt ist. Zur Entleerung der Speicherkammer 34 wird die Bohreinheit 4 regelmäßig an der Energiekette 7 aus dem Bohrloch 50 (Fig. 3) gezogen und anschließend zum Fortsetzen des Bohrvorgangs wieder an der Energiekette 7 in das Bohrloch 50 (Fig. 12) abgesenkt. Für die einfachere Entleerung der Bohreinheit 4 kann die Führungseinheit 11 hierzu kurz in die Transportstellung geklappt werden, um die Entleerung der Speicherkammer 34 zu vereinfachen.

Die Figur 5 zeigt eine Detailansicht der Bohreinheit 4 gemäß Figur 4, wobei hier die Förderschnecke 20 und die Speicherkammer 34 verkürzt dargestellt sind. In dieser Darstellung ist ein besserer Blick auf die Rütteleinrichtung 21 möglich, welche beispielsweise bei Blockaden der Förderschnecke 20 Rüttelbewegungen auf die Förderschnecke 20 ausübt, um diese Blockaden zu lösen. Durch die Rüttelbewegung wird die Förderschnecke 20 in Schwingungen versetzt, sodass anhaftendes Bohrklein oder Steine gelöst werden, so dass die Blockade jeweils aufgehoben wird. Die Rütteleinrichtung 21 ist an der Antriebswelle 18 zwischen dem Hydraulikmotor 5 und der Förderschnecke 20 angeordnet. Die Rütteleinrichtung 21 weist ein über einen Freilauf 22 mit der Antriebswelle 18 verbundenes, zur Antriebswelle 18 exzentrisches Kontergewicht 24 auf. Dieses in Figur 5 geschnitten dargestellte Kontergewicht 24 ist auch in der Draufsicht in Figur 8 zu sehen. Das Kontergewicht 24 umgibt die Antriebswelle 18 ist aber zur Antriebswelle 18 exzentrisch ausgebildet, um ein Inertialmoment zu erzeugen, dass beim bei einem Blockieren der Förderschnecke 20 und der damit einhergehenden Unterbrechung der Rotation der Antriebswelle 18 ein

Fortbewegen des Kontergewichts 24 in Antriebsrotationsrichtung 53 bewirkt. Hierfür nimmt der Freilauf 22 das Kontergewicht 24 in der

Antriebsrotationsrichtung 53 der Antriebswelle 18 mit und gibt dieses frei, sofern die Rotation der Antriebswelle 18 unterbrochen wird. So erzeugt das Kontergewicht 24 bei einem Blockieren der Förderschnecke 20 und damit einhergehender Unterbrechung der Rotation der Antriebswelle 18 eine die Blockade lösende Rüttelrotationsbewegung durch das Inertialmoment. Der Freilauf 22 ist für das Auslösen der Rüttelbewegung mit einer entsprechenden Führung 35 des Kontergewichts 24 ausgestattet, die das durch das Inertialmoment in Antriebsrotationsrichtung 53 fortbewegte Kontergewicht 24 in Schwingungen versetzt, die auf die Antriebswelle 18 übertragen und in die Förderschnecke 20 geleitet werden. Damit bewirkt das Inertialmoment des Kontergewichts 24 die Rüttelbewegung des Kontergewichts 24 um eine Blockade der Förderschnecke 20 lösen. Das Kontergewicht 24 kann auch genutzt werden, um beim Entleeren der Förderschnecke 20 und der damit von der Antriebsrotationsrichtung 53 in die Entleerungsrotationsrichtung 56 reversierten Drehung der Förderschnecke 20 eine materiallösende Rüttelbewegung beim Entleeren der Förderschnecke 20 zu erzeugen. Hierzu ist das Kontergewicht 24 im Freilauf in einer Führung geführt, die das durch die Trägheit des Kontergewichts 24 bei Rotation der Förderschnecke 20 in Entleerungsrotationsrichtung 56 ruhende Kontergewicht 24 in Schwingungen versetzt, die auf die Antriebswelle 18 übertragen und in die Förderschnecke 20 geleitet werden.

Was in der Schnittansicht gemäß Figur 5 auch gut zu erkennen ist, ist die Drehmomentabstützung 12, die zwischen der Energiekette 7 und der Bohreinheit 4 angeordnet ist. Diese Drehmomentabstützung 12 bewirkt beim Arbeiten und auch möglichen Blockieren der Bohreinheit 4 eine Abstützung der Bohreinheit 4 an der Bohrlochwand 52 (Fig. 3) und verhindert so, dass ein durch die Blockade erhöhtes Drehmoment in die angeschlossene Energiekette 7 (Fig. 3) eingeleitet wird. So kann verhindert werden, dass durch eine mögliche Blockade des Bohrkopfes 6 in dem Bohrloch 50 (Fig. 3) ein erhöhtes Drehmoment, entgegengesetzt zur Antriebsrotationsrichtung 53 des Bohrkopfes 6 beim Bohren, erzeugt und von der Bohreinheit 4 auf die angeschlossene Energiekette 7 übertragen wird. Über die Abstützung der Bohreinheit 4 im Bohrloch 52 (Fig. 3) wird verhindert, dass die Energiekette 7 durch das durch die Arbeit bzw. Blockade der Bohreinheit 4 erhöhte Drehmoment auf Torsion beansprucht wird. Damit sorgt die Drehmomentabstützung 12 an der Bohrlochwand 52 (Fig. 3) für eine sichere Stabilisierung der Bohreinheit 4 in dem Bohrloch 50 (Fig. 3), sofern der Bohrkopf 6 blockiert wird. Die Drehmomentabstützung 12 weist einen ersten Anschluss 13 zur Verbindung mit der Bohreinheit 4 auf. Außerdem verfügt die Drehmomentabstützung 12 über einen zweiten Anschluss 14 zur Verbindung mit der Energiekette 7.

Die Drehmomentabstützung 12 aus Figur 5 ist in Figur 6 in einer schneidenden Draufsicht aus Richtung der Antriebswelle 18 (Fig. 5) gezeigt. Einer der Anschlüsse 13, 14 ist mit einem scheibenförmigen Klemmelement 15 verbunden, an dem an Schwenkachsen 36 radial nach außen ausschwenkbare Keilsegmenten 16 angeordnet sind. Die hier gezeigte Stellung der Keilsegmente 16 entspricht der Stellung beim Bohren mit dem Bohrkopf 6 (Fig. 3), also wenn die Antriebswelle 18 (Fig. 5) in Antriebsrotationsrichtung 53 (Fig. 5) durch den Hydraulikmotor 5 (Fig. 4) der Bohreinheit 4 (Fig. 4) angetrieben rotiert. Mit dem anderen Anschluss 13, 14 der Drehmomentabstützung 12 ist ein Nockenring 17 verbunden, dessen Nocken 37 an einer bogenförmigen Führung 38 der Keilsegmente 16 anliegen. Die Drehmomentabstützung 12 wird ausgelöst, indem der Nockenring 17 gegenüber dem Klemmelement 15 relativ verdreht wird.

Dies ist in Figur 7 gezeigt, die eine der Figur 6 entsprechende Ansicht auf die Drehmomentabstützung 12 darstellt. Hier stützt die Drehmomentabstützung 12 die Bohreinheit 4 (Fig. 3) an der Bohrlochwand 52 (Fig. 3) ab. Hierzu sind die Keilsegmente 16 durch die relative Bewegung des Nockenrings 17 zum Klemmelement 15 nach außen ausgeschwenkt. Die Nocken 37 des Nockenrings

17 drücken die Keilsegmente 16 an der Führung 38 nach außen gegen die Bohrlochwand 52 und verklemmen so die angeschlossene Bohreinheit 4 (Fig. 4) im Bohrloch 52. Mit den an der Bohrlochwand 52 abgestützten Keilsegmenten 16 kann die Drehmomentabstützung 12 eine Übertragung eines Drehmomentes von der am ersten Anschluss 13 (Fig. 5) angeschlossenen Bohreinheit 4 (Fig. 5) auf die am zweiten Anschluss 14 (Fig. 5) angeschlossene Energiekette 7 (Fig. 3) verhindern. So werden von der Bohreinheit 4 (Fig. 4), insbesondere wenn der Bohrkopf 6 der Bohreinheit 4 (Fig. 5) sich im Bohrloch 50 (Fig. 3) verkantet und blockiert ist, keine erhöhten Torsionskräfte auf die Energiekette 7 (Fig. 3) übertragen. Die Rückstellung der Drehmomentabstützung 12 erfolgt automatisch bei Entlastung des Drehmoments.

Die Figur 9 zeigt eine spezielle Ausführung der erfindungsgemäßen Bohranlage 1. In dieser Ausführung dient die Bohranlage 1 zum Spülbohren. Die Energiekette 7 ist hierzu druckbelastbar ausgeführt. Die hier gezeigte Bohranlage 1 arbeitet kontinuierlich in Bohrrichtung durch einen hydraulisch angetriebenen Bohrkopf 6 an der Bohreinheit 4, welche über die Energiekette 7 mit hydraulischer Energie versorgt wird. Die Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) der Bohranlage 1 stellt hierzu hydraulische Energie zur Verfügung, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen. Die hydraulische Energie wird über Hydraulikleitungen 8 der Energiekette 7 von der Hydraulikpumpe 3 (Fig. 1 ) zu dem Hydraulikmotor 5 übertragen, der die hydraulische Energie in mechanische Arbeit umwandelt und den Bohrkopf 6 antreibt. Die in Figur 9 dargestellte Ausführung unterscheidet sich hinsichtlich der Ausgestaltung der Energiekette 7. Neben den Hydraulikleitungen 8 führt die hier gezeigte Energiekette 7 auch eine biegesame Spülleitung 39, um permanent eine Bohrspülung durch die Energiekette 7 zuzuführen und Bohrklein zur Oberfläche aus dem Bohrloch 50 aus zu schlemmen. Im Bohrbetrieb wird die Energiekette 7 kontinuierlich von einer Wickeleinrichtung (in Figur 9 nicht gezeigt) abgewickelt. Die Spülflüssigkeit aus der Spülleitung 39 wird unter Druck dem Bohrkopf 6 zentrisch zugeführt, sodass die Bohrspülung das gelöste Bohrklein durch einen Ringspalt zwischen dem Bohrkopf 6 und einer Bohrführung 50 hindurch zur Oberfläche aus dem Bohrloch 50 im Untergrund 51 spült. Für einen kontinuierlichen Bohrvorschub ist ein separater Vorschubantrieb 31 vorgesehen, der vorzugsweise an der Führungseinheit (Fig. 1 ) der Bohranlage 1 angeordnet ist.

In Figur 9 ist auch zu sehen, dass die Energiekette 7 aus mehreren hohl ausgestalteten Kettengliedern 25 gebildet ist, die über Gelenke 26 miteinander verbunden sind. Die Kettenglieder 25 sind über einachsige Gelenke 26 scharnierartig miteinander verbunden. Die gelenkig miteinander verbundenen Kettenglieder 25 übernehmen beim Bohren des Bohrloches 50 die Übertragung des Vorschubs, während die Kettenglieder 25 nach dem Bohren beim Herausziehen der Bohreinheit 4 aus dem Bohrloch 50 auf Zug beansprucht werden. Bei der hier gezeigten Ausführung der Energiekette 7 sind die Gelenke

26 an Auflageflächen 27 der Kettenglieder 25 außen angeordnet. Zwischen den Kettengliedern 25 sind außerdem jeweils Verriegelungseinrichtungen 28 vorgesehen, um die Kettenglieder 25 an den aneinander liegenden Auflageflächen 27 miteinander zu verriegeln. Diese Verriegelung 28 der Kettenglieder 25 miteinander ermöglicht auch die Übertragung von Torsionskräften oder sichert die Energiekette 7 zusätzlich gegen erhöhte Torsionskräfte ab, die von der Bohreinheit 4 erzeugt werden. Hierzu sind die Kettenglieder 25 über die Gelenke 26 und zusätzlich über die Verriegelungseinrichtungen 28 miteinander verbunden, wenn die Auflageflächen

27 der Kettenglieder 25 aneinander liegen. In der hier gezeigten Darstellung sind auch Zahnstangen 29 erkennbar, die an den Kettengliedern 25 angeordnet sind. Über diese Zahnstangen 29 kann ein Vorschub der Energiekette 7 ausgeführt werden. Hierzu greift vorteilhafterweise ein angetriebenes Zahnrad, als Vorschubantrieb, an der Führungseinheit 11 (Fig. 1 ) der Bohranlage 1 in die an den Kettengliedern 25 angeordneten Zahnstangen 29 ein. Damit ist eine stufenlos variable Vorschubgeschwindigkeit des Bohrkopfes 6 erreichbar. Der Vorschubantrieb kann elektromotorisch oder vorzugsweise hydraulisch von der Hydraulikpumpe 3 (Fig. 2) der Bohranlage 1 angetrieben werden. Zwischen der Bohreinheit 4 und der Energiekette 7 ist eine bereits zu den anderen Ausführungen beschriebene Drehmomentabstützung 12 angeordnet. Zur Steigerung der Bohrperformance kann bei schweren Verhältnissen, beispielsweise bei Gesteinsschichten oder Beton, im Untergrund optional eine axial wirkende Aktivierung des Bohrvorgangs zugeschaltet werden. Hierbei wird primär eine rhythmisch pulsierende, axiale Bewegung beim Abwickeln der Energiekette 7 überlagert, wodurch ein zusätzlicher Schlageffekt am Bohrkopf 6 erreicht wird. Ein nützlicher Nebeneffekt der Aktivierung ist dadurch gegeben, dass die Pulsfrequenz von beispielsweise 3 Hz mit einer Amplitude von 10 bis 20 mm zu einer kurzzeitigen thermischen Entlastung der Fräselemente am Bohrkopf 6 führt, was erheblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der Bohreinheit 4 hat.

Weiterhin kann ein pneumatischer Imlochhammer vorgesehen sein, der über die Energiekette 7 mit Druckluft versorgt wird. Die Druckluft sorgt für eine Schlag- und Drehbewegung des Imlochhammers und tritt anschließend dicht an der Bohrlochsohle aus der Bohreinheit 4 aus. Dabei reist die Druckluft gelöstes Gestein mit und transportiert es zwischen Energiekette 7 und Bohrlochwand 52 aus dem Bohrloch 50 im Untergrund 51 heraus.

Die Figur 10 zeigt eine Detailansicht auf Kettenglieder 25 einer erfindungsgemäßen Energiekette 7. Die Kettenglieder 25 sind über Gelenke 26 miteinander verbunden. In den als hohle Vierkantrohre ausgeführten Kettengliedern 25 sind Hydraulikleitungen 8 zur Übertragung hydraulischer Energie geführt. Die Kettenglieder 25 sind über einachsige scharnierartige Gelenke 25 miteinander verbunden. Die Energiekette 7 ermöglicht die hydraulische Energie der Hydraulikpumpe 3 (Fig. 1 ) der Bohranlage 1 (Fig. 1 ) einfach in das zu bohrende Bohrloch 50 (Fig. 3) zu leiten, um eine dort angeordnete Bohreinheit 4 (Fig. 3) der Bohranlage 1 (Fig. 2) zum Bohren mit ausreichend Energie zu versorgen. Die Kettenglieder 25 schützen die Hydraulikleitungen 8 im Bohrloch. Außerdem übernehmen die Kettenglieder 25 beim Bohren des Bohrloches 50 (Fig. 3) die Übertragung des Vorschubs und nehmen aus dem Bohrprozess das rückwirkende Drehmoment auf, während die Kettenglieder 25 nach dem Bohren beim Herausziehen der Bohreinheit 4 (Fig. 2) aus dem Bohrloch auf Zug beansprucht werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung geht aus Figur 11 besonders deutlich hervor. Hier sind verschiedene Bohreinheiten 4 gezeigt, wobei die Antriebswelle 18 hier jeweils über eine Schnittstelle 23 mit dem Hydraulikmotor 5 verbunden ist. Die ermöglicht, wie zu erkennen ist, den Austausch des Bohrkopfes 6 mit der Antriebswelle 18. So lassen sich über die Schnittstelle 23 sehr einfach andere Bohrköpfe 6 montieren, um beispielsweise auf sich ändernde Untergründe zu reagieren oder um spezielle Bohreinheiten 4 für spezielle Aufgaben zu montieren. So kann die Bohranlage 1 (Fig. 1 ) einfach an die jeweiligen Anforderungen beim Bohren des Bohrloches 50 (Fig. 3 oder 12) angepasst werden.

Die Figur 12 zeigt eine weitere Ausführung der Bohranlage 1 als Brunnenbohrer. Hier ist über die Schnittstelle 23 ein Bohrkopf 6 an der Bohreinheit 4 montiert, der eine Führung des Bohrkopfes 6 in einen Brunnenrohr ermöglicht. Bei dieser Bohrung wird das Bohrloch 50 unmittelbar von einem in den Untergrund 51 nachrutschenden Brunnenrohr 54 stabilisiert. Hier gleiten vorteilhafterweise das Brunnenrohr 54 und die im Brunnenrohr 54 befindliche Bohreinheit 4 beim Bohren des Bohrloches 50 durch instabile, beispielsweise wasserführende Schichten 55. Über die Rütteleinrichtung 21 in der Bohreinheit 4 kann das Nachrutschen des Brunnenrohrs 55 begünstigt werden.

In Figur 13 und in Figur 14 ist ein zusätzliches optionales Merkmal gezeigt, welches bevorzugt an einer Bohranlage 1 gemäß den Figuren 1 bis 3 genutzt werden kann. Denn die Wickeleinrichtung 10 der Bohranlage 1 zum Aufwickeln und Abwickeln der Energiekette 7 verfügt vorteilhafterweise über eine Abrollschutzvorrichtung 56. Diese Abrollschutzvorrichtung 56 dient dazu, die Energiekette 7 immer angepasst an die aktuelle Bohrtiefe und den aktuellen Vorschub von der Wickelenrichtung 10 in das Bohrloch 50 (Fig. 3) abzuwickeln. Hierzu erfasst die Abrollschutzvorrichtung 56 ein von der Energiekette 7 auf die Wickeleinrichtung 10 ausgeübtes Gegenmoment F beim Abwickeln. Die Wickeleinrichtung 10 wiederum unterbricht das Abwickeln der Energiekette 7, sobald die Abrollschutzvorrichtung 56 ein Gegenmoment F der Energiekette 7 erfasst. Dieses Gegenmoment F tritt auf, wenn die Energiekette 7 aufgelaufen ist. Auf diese Weise wird ein zu starkes Abwickeln der Energiekette 7 verhindert und die Abwicklung der Energiekette 7 an den aktuellen Vorschub der Bohreinheit 4 im Bohrloch 50 (Fig. 3) angepasst. In der gezeigten Ausführung umfasst die Abrollschutzvorrichtung 56 einen Hebelarm 66, der an der Wickeleinrichtung 10 gelagert ist. An dem Hebelarm 66 ist bei dieser Ausführung der Vorschubantrieb 31 befestigt, welcher bevorzugt ein selbsthemmendes Schneckengetriebe 67 aufweist. Über das Schneckengetriebe 67 betätigt der Vorschubantrieb 31 die Wickelenrichtung 10 zum Abwickeln der Energiekette 7. Während in Figur 13 die Energiekette 7 weiter in das Bohrloch 50 (Fig. 3) abgewickelt wird, übt die Energiekette 7 in Figur 14 ein Gegenmoment F auf die Wickeleinrichtung 10 aus, dieses Gegenmoment F wird über das Schneckengetriebe 67 auf den Hebelarm 66 der Abrollschutzvorrichtung 56 übertragen, sodass der Hebelarm 66 mit seiner Bewegung um die Drehachse 68 der Wickeleinrichtung 10 einen Schutzschalter 69 der Abrollschutzvorrichtung 56 betätigt. Hierüber kann sehr einfach das von der Energiekette 7 beim Abwickeln auf die Wickeleinrichtung 10 ausgeübte Gegenmoment F erfasst werden, sodass das Abwickeln unterbrochen wird, bis die Bohreinheit 4 an der Energiekette 7 den Hebelarm 66 von dem Schutzschalter 69 weg bewegt, indem die Wickeleinrichtung 10 entgegengesetzt zum Gegenmoment F um die Drehachse 68 von einer Zugkraft Z der Bohreinheit 4 im Bohrloch 50 (Fig. 3) rotiert wird. Wie zu erkennen ist, sollten Hebelarm 66 und Vorschubantrieb 31 an der Drehachse 68 der Wickeleinrichtung 10 hängend gelagert sein. So nehmen der Vorschubantrieb 31 und der Hebelarm 66 sehr einfach wieder die in Figur 13 gezeigte Position ein, in welcher der Schutzschalter 69 nicht ausgelöst und die Energiekette 7 vom Vorschubantrieb 31 weiter in das Bohrloch 59 (Fig. 3) abgewickelt wird. In diesem Fall verbleibt die Energiekette 7 weiter in einem gespannten Zustand.

Die Figur 15 zeigt schematisch eine weitere Bohranlage 1 , die der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Bohranlage 1 entsprechen kann. Die hier in Figur 15 gezeigte Bohranlage 1 ist zusätzlich zum Spülbohren ausgerüstet. Hierzu verfügt die Bohranlage 1 vorteilhafterweise über ein Kreislaufsystem 57 für Spülbohrwasser 58. Dieses Kreislaufsystem 57 ist dazu eingerichtet, in einem Spülbohrvorgang zirkulierend Spülbohrwasser 58 der Bohreinheit 4 zuzuführen. Dadurch kann der Wasserbedarf für eine Bohrung deutlich gesenkt werden, da die Zirkulation des Spülbohrwassers 58 in dem Kreislaufsystem 57 ein Recycling von dem Bohrloch 50 zugeführtem Spülbohrwasser 58 ermöglicht, sodass dieses nicht in der Umwelt verloren geht. Das Kreislaufsystem 57 weist ein Setzbecken 59 und eine Schmutzwasserpumpe 60 auf. Die Schmutzwasserpumpe 60 ist dazu vorgesehen, aus dem Setzbecken 59 das Spülbohrwasser 58 anzusaugen und an der Druckseite der Schmutzwasserpumpe 60 der Bohreinheit 4 im Bohrloch 50 zuzuführen. Hierzu ist die Schmutzwasserpumpe 60 über ein Leitungssystem 70 sowohl mit dem Setzbecken 59 als auch mit der Bohreinheit 4 im Bohrloch 50 verbunden. Das Setzbecken 59 dient dazu, aus dem Bohrloch 50 ausgespültes Bohrklein und Spülbohrwasser 58 aufzufangen und das Bohrklein vom Spülbohrwasser 58 abzutrennen, damit das Spülbohrwasser 58 im Kreislaufsystem 57 zum Spülbohren weiter verwendet werden kann. In dem Setzbecken 59 können Siebe, Filter oder andere Abscheidesysteme vorgesehen sein, welche die Trennung von Bohrklein und Spülbohrwasser 58 verbessern.

In Figur 16 ist eine weitere Bohreinheit 4 für eine Bohranlage 1 mit Spülbohrmöglichkeit gezeigt. Diese Bohreinheit 4 eignet sich für weichere Böden. Die hier gezeigte Bohreinheit 4 weist eine Spülvorrichtung 61 am Bohrkopf 6 auf. Die Spülvorrichtung 61 ist dazu eingerichtet, in einem Spülbohrvorgang zum Ausspülen von Bohrklein aus dem Bohrloch 50 Spülbohrwasser 58 zuzuführen. Hierzu ist ein Leitungssystem 70 vorgesehen, über welches die Bohreinheit 4 mit Spülbohrwasser versorgt wird. Dieses Leitungssystem 70 kann in oder an der Energiekette 7 der Bohranlage 1 geführt sein. An der Bohreinheit 4 wird das Leitungssystem 70 am Antriebsmotor 5 vorbei bis zu einer Drehdurchführung 71 geführt, wo das Spülbohrwasser 58 (Fig. 15) vorteilhafterweise in die Antriebswelle 18 geleitet und zentral zum Bohrkopf 6 geführt wird. Hierdurch kann das Spülbohrwasser 58 (Fig. 15) sehr zielgerichtet der Bohrstelle im Bohrloch 50 (Fig. 15) zugeführt werden, um vom Bohrkopf 6 gelöstes Bohrklein aus dem Bohrloch 50 (Fig. 15) auszuspülen. In Figur 16 ist auch eine Schwerstange 63 zu erkennen, die zwischen dem Antriebsmotor 5 und dem Bohrkopf 6 angeordnet ist, und durch welche die Antriebswelle 18 zentral durchgeführt ist. Die Schwerstange 63 erzeugt mit ihrem Eigengewicht eine Last auf den Bohrkopf 6, sodass dieser im Bohrloch 50 (Fig. 15) auf die Bohrstelle gepresst wird. Hierdurch wird beim Bohrvorgang ein Vorschub der Bohreinheit 4 im Bohrloch 50 (Fig. 3) erreicht.

Die Figur 17 zeigt eine ähnliche Bohreinheit 4, wie sie in Figur 16 zu sehen ist. Allerdings wird hier die Schwerstange 63 für einen mechanischen Immlochhammer 62 genutzt. Diese Bohreinheit 4 eignet sich daher für härtere Böden. Die Schwerstange 63 lastet hier auf einer schrägverzahnten Unterscheibe 64 des Imlochhammers 62 und einer schrägverzahnten Oberscheibe 65 des Imlochhammers 62. In der Detailansicht ist schematisch die bevorzugte Form der Verzahnung von Unterscheibe 64 und Oberscheibe 65 dargestellt. Die Unterscheibe 64 und die Oberscheibe 65 sind zwischen der Schwerstange 63 und dem Bohrkopf 6 der Bohreinheit 4 angeordnet. Die Schwerstange 63 ist dazu eingerichtet, bei einer Rotation der Unterscheibe 64 und der Oberscheibe 65 um die Drehachse der Antriebswelle 18 relativ zueinander eine Schlagbewegung auf den Bohrkopf 6 auszuüben. Über den Imlochhammer 62 kann eine Bohrklein lösende Schlagbewegung auf den Bohrkopf 6 ausgeübt werden, sodass sich auch bei härterem Gestein ein zufriedenstellender Vorschub der Bohreinheit 4 im Bohrloch erreichen lässt. Mit dem Antriebsmotor 5 der Bohreinheit 4 lassen sich die Unterscheibe 64 und die Oberscheibe 65 des Imlochhammers 62 relativ zueinander bewegen, sodass die Schwerstange 63 eine rhythmische Schlagbewegung auf den Bohrkopf 6 ausübt. Es ist außerdem erkennbar, dass die Unterscheibe 64 und die Oberscheibe 65 in der Darstellung gemäß Figur 17 beabstandet zueinander angeordnet sind. Sobald der Bohrkopf 6 am Bohrgrund des Bohrlochs 50 (Fig. 3) aufliegt, kann greifen die schrägverzahnten Scheiben 64, 65 durch die Last der Schwerstange 63 auf den Bohrkopf 6 ineinander.

In Figur 18 ist eine weitere Bohreinheit 4 gezeigt, bei welcher das Spülbohrwasser von der Spülvorrichtung 61 am Bohrkopf 6 seitlich des Bohrkopfes 6 von außen der Bohrstelle zugeführt wird. Der Verzicht auf die Drehdurchführung macht die Bohreinheit 4 robuster und weniger wartungsintensiv. Außerdem muss das Spülbohrwasser in diesem Fall nicht so aufwendig gereinigt werden, da mit der Zuführung von außen sich die Drehdurchführung nicht mit Bohrklein zusetzen kann.

Die Bohrköpfe 6 der Bohreinheiten 4 gemäß der Figuren 16 bis 18 sind vorteilhafterweise mit polycristalinen Diamant-Schneidelementen besetzt.

Bevorzugt wird die hydraulische Energie über ein biologisch abbaubares Hydrauliköl übertragen.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann die Bohranlage nicht hydraulisch, sondern auch elektrisch oder pneumatisch angetrieben sein.

Bezuaszeichenliste

1 Bohranlage

2 Fahrwerk 3 Hydraulikpumpe / Antriebsaggregat

4 Bohreinheit

5 Hydraulikmotor / Antriebsmotor

6 Bohrkopf

7 Energiekette 8 Hydraulikleitungen / Energieleitungen

9 Fahrgestell

10 Wickeleinrichtung

11 Führungseinheit

12 Drehmomentabstützung

13 erster Anschluss

14 zweiter Anschluss 15 Klemmelement

16 Keilsegmente

17 Nockenring

18 Antriebswelle 19 Hydraulikanschluss / Energieanschluss

20 Förderschnecke

21 Rütteleinrichtung

22 Freilauf

23 Schnittstelle 24 Kontergewicht

25 Kettenglieder

26 Gelenke

27 Auflagefläche

28 Verriegelungseinrichtungen 29 Zahnstangen

30 Kettentrieb

31 Motor (Vorschubantrieb)

32 Klappgelenk

33 Rollenbahn 34 Speicherkammer

35 Führung (Freilauf)

36 Schwenkachsen (Klemmelement)

37 Nocken 38 bogenförmige Führung (Keilsegmente)

39 Spülleitung

40 Bohrführung

50 Bohrloch

51 Untergrund 52 Bohrlochwand

53 Antriebsrotationsrichtung

54 Brunnenrohr

55 instabile, wasserführende Schicht

56 Abrollschutzvorrichtung 57 Kreislaufsystem

58 Spülbohrwasser

59 Setzbecken

60 Schmutzwasserpumpe

61 Spülvorrichtung 62 Imlochhammer

63 Schwerstange

64 Schrägverzahne Unterscheibe

65 Schrägverzahnte Oberscheibe 66 Hebelarm

67 Schneckengetriebe

68 Drehachse

69 Schutzschalter

70 Leitungssystem 71 Drehdurchführung

72 Polycristaline Diamant-Schneidelemente

F Gegenmoment

Z Zugkraft