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Title:
DRILL HEAD FOR A GROUND-BORING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/002997
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a drill head for a ground-boring device that displaces earth on impact. Said drill head comprises at least three drill head sections (3, 4, 11). The first drill head section is provided with a shape that is optimized for loosening and guiding the device while the second section is optimized regarding radial displacement of the ground at a low resistance to movement and the third section is provided with a fixed connection to the housing of the ground-boring device. In order to obtain improved transmission of advancing forces to the ground and thus improved advancement of the ground-boring device, at least two of the drill head sections are embodied so as to be movable relative to each other along the longitudinal axis thereof.

Inventors:
PUETTMANN FRANZ-JOSEF (DE)
Application Number:
PCT/EP2005/007286
Publication Date:
January 12, 2006
Filing Date:
July 06, 2005
Export Citation:
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Assignee:
TRACTO TECHNIK (DE)
PUETTMANN FRANZ-JOSEF (DE)
International Classes:
E21B4/06; E21B4/14; E21B7/26; (IPC1-7): E21B7/26; E21B4/06; E21B4/14
Foreign References:
US5467831A1995-11-21
DE4014775C11991-08-01
US5377770A1995-01-03
DE19725052A11998-12-24
DE3533995A11987-04-16
DE19823629A11999-12-09
DE2630891A11978-01-12
Attorney, Agent or Firm:
König, Reimar (Düsseldorf, DE)
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Claims:
Patentansprüche:
1. Verwendung eines Bohrkopfs mit mindestens drei Bohrkopfabschnitten (3, 4, 11), wobei ein erster, in Bohrrichtung vorderer Bohrkopfabschnitt (3) Abführkanäle (10) ein darauf folgender zweiter Bohrkopfabschnitt (4) weitgehend konische, entgegen der Bohrrichtung ansteigende Abschnitte auf der Außenfläche und ein dritter Bohrkopfabschnitt (11) eine Basis zur Befestigung des Bohrkopfs an einem Gehäuse (1) des Erdbohrgeräts aufweist, für Verdrängungsbohrungen, durch schlagend verdrängendes Erdbohren.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abführkanäle (10) des ersten Bohrkopfabschnitts (3) so dimensioniert sind, daß eine Vielzahl von radial angeordneten Schneiden (9) entste hen.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Kanten der Schneiden (9) im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Bohrkopfs ausgerichtet sind.
4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bohrkopfabschnitt (11) formschlüssig mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bohrkopfabschnitt (11) mit dem Gehäuse (1) verschweißt ist.
6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf einen oder mehrere Fluidauslässe vor und/oder im Bereich des zweiten Bohrkopfabschnitts (4) aufweist.
7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführkanäle (10) in einem Winkel zwischen 0° und 45° zu der Längsrichtung des Erdbohrgeräts angeordnet sind.
8. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf Vförmige Abführkanäle (10) auf¬ weist.
9. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf trapezförmige Schneiden (9) auf¬ weist.
10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bohrkopfabschnitt (3) zwei Schneid ringe aufweist, die jeweils Abführkanäle (10) aufweisen, so daß jeweils eine Vielzahl von radial angeordneten Schneiden (9) entstehen, wobei die zwei Schneidringe rotatorisch zueinander versetzt sind, so daß die Abführkanäle (10) des ersten Schneidrings mit den Schneiden (9) des zweiten Schneidrings fluchten.
11. Bohrkopf für ein schlagend verdrängendes Erdbohrgerät mit minde¬ stens drei Bohrkopfabschnitten (3, 4, 11), wobei ein erster, in Bohrrich¬ tung vorderer Bohrkopfabschnitt (3) Abführkanäle (10), ein darauf fol¬ gender zweiter Bohrkopfabschnitt (4) weitgehend konische, entgegen der Bohrrichtung ansteigende Abschnitte auf der Außenfläche und ein dritter Bohrkopfabschnitt (11) eine Basis zur Befestigung des Bohrkopfs an einem Gehäuse (1) des Erdbohrgeräts aufweist, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß mindestens zwei der Bohrkopfabschnitte (3, 4, 11) axial im Bezug zu der Bohrkopflängsachse zueinander beweglich sind.
12. Bohrkopf nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der erste (3) und zweite (4) Bohrkopfabschnitt längsaxial miteinander fest ver bunden sind und der dritte Bohrkopfabschnitt (11) zu diesen beweglich ist.
13. Bohrkopf nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der zweite (4) und dritte (11) Bohrkopf abschnitt längsaxial miteinander fest ver¬ bunden sind und der erste Bohrkopfabschnitt (3) zu diesen beweglich ist.
14. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeich net, daß die Abführkanäle (10) des ersten Bohrkopfabschnitts (3) so dimensioniert sind, daß eine Vielzahl von radial angeordneten Schnei¬ den (9) entstehen.
15. Bohrkopf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vorde ren Kanten der Schneiden (9) im wesentlichen senkrecht zur Längs¬ achse des Bohrkopfs ausgerichtet sind.
16. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Durchmesser des ersten Bohrkopfabschnitts (3) im we sentlichen dem Durchmesser des nachfolgenden Gehäuses (1) ent¬ spricht.
17. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeich¬ net, daß der größte Durchmesser des ersten Bohrkopfabschnitts (3) größer als der kleinste Durchmesser des zweiten Bohrkopfabschnitts (4) ist.
18. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeich¬ net, daß der erste Bohrkopfabschnitt (3) einen in dem zweiten (4) und/oder dritten (11) Bohrkopfabschnitt geführten Schlagbolzen (2) aufweist.
19. Bohrkopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbolzen (2) eine in das Erdreich ragende Meißelspitze (6) auf¬ weist.
20. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlagkolben zunächst auf eine Kontaktflä¬ che des Schlagbolzens (2) trifft und nach einer weiteren Vorwärtsbewe¬ gung auf eine Kontaktfläche (8; 7) des zweiten (4) oder dritten Bohr¬ kopfabschnitts (11) oder des Gehäuses (1) trifft.
21. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeich¬ net, daß eine Kontaktfläche des Schlagbolzens nach einer bestimmten Vorwärtsbewegung auf eine Kontaktfläche des zweiten (4) oder dritten (11) Bohrkopfabschnitts oder des Gehäuses (1) trifft.
22. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 11 bis 21 , dadurch gekennzeich¬ net, daß der dritte Bohrkopfabschnitt (11) formschlüssig mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
23. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 11 bis 21 , dadurch gekennzeich¬ net, daß der dritte Bohrkopfabschnitt (11) mit dem Gehäuse (1) ver¬ schweißt ist.
24. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 11 bis 23, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Fluidauslässe vor und/oder im Bereich des zweiten Bohrkopfabschnitts (4).
25. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Abführkanäle (10) in einem Winkel zwischen 0° und 45° zu der Längsrichtung des Erdbohrgeräts angeordnet sind.
26. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch Vförmige Abführkanäle (10).
27. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 14 bis 26, gekennzeichnet durch trapezförmige Schneiden (9).
28. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeich¬ net, daß der erste Bohrkopfabschnitt (3) zwei Schneidringe aufweist, die jeweils Abführkanäle (10) aufweisen, so daß jeweils eine Vielzahl von radial angeordneten Schneiden (9) entstehen, wobei die zwei Schneidringe rotatorisch zueinander versetzt sind, so daß die Abführ¬ kanäle (10) des ersten Schneidrings mit den Schneiden (9) des zweiten Schneidrings fluchten.
Description:
6. Juli 2005

"Bohrkopf für ein Erdbohrgerät"

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf für ein Erdbohrgerät.

Zum Erzeugen von Bohrlöchern im Bereich des Horizontalbohrens ist es be¬ kannt, sogenannte Erdraketen einzusetzen, die einen über ein Antriebsfluid gesteuerten hin- und hergehenden Schlagkolben aufweisen. Dieser Kolben überträgt seine kinetische Energie beim Auftreffen auf eine Kontaktfläche des Gehäuses bzw. des Bohrkopfs und treibt das Erdbohrgerät schrittweise durch das Erdreich.

Dabei erfüllt der Bohrkopf der Vorrichtung mehrere Aufgaben. Zum einen überträgt dieser die Schlagenergie des Schlagkolbens auf das davor lie¬ gende Erdreich und lockert dieses. Weiterhin soll das gelockerte Erdreich seitlich verdrängt werden, so daß ein Bohrloch mit dem gewünschten Durchmesser entsteht. Zusätzlich soll der Bohrkopf durch eine spezielle Formgebung für eine Führung und folglich für eine Richtungsstabilität der Vorrichtung sorgen.

Zur Erfüllung dieser Aufgaben wurden verschiedene Bohrkopfformen entwic¬ kelt.

Aus dem Stand der Technik sind zum einen Bohrköpfe mit einem konischen Grundkörper bekannt (zum Beispiel aus DE 21 57 259 C). Diese zeichnen sich dadurch aus, daß der möglichst glatte, konische Mantel einen minimalen Widerstand entgegen der Bewegungsrichtung aufweist.

Teilweise weisen die konischen Bohrköpfe Vertiefungen in Richtung der Längsachse der Vorrichtung auf. Durch diese Vertiefungen wird das ge¬ lockerte Erdreich nach außen transportiert.

BESTATIGUNGSKOPIE Als Nachteil zeigen diese Bohrköpfe eine geringe Richtungsstabilität, so daß durch Seitenkräfte, die durch das Auftreffen auf Hindernisse oder Inhomoge¬ nitäten innerhalb des Erdbodens entstehen, die Vorrichtung aus der ge- wünschten Bahn abgelenkt wird.

Neben den konischen Bohrköpfen sind die sogenannten Stufenköpfe be¬ kannt (zum Beispiel aus DE 101 12 985 A1). Auch die Stufenköpfe weisen einen Durchmesser auf, der von der Spitze ausgehend ansteigt, jedoch er- folgt der Durchmesseranstieg stufenförmig. Im Längsschnitt zeigt ein Bohr¬ kopf dieser Art somit zwei Treppen, die sich in der Spitze des Kopfes treffen. Durch die Aufteilung der Mantelfläche in eine Vielzahl von Abschnitten, die entweder (nahezu) parallel oder senkrecht zu der Längsachse der Vorrich¬ tung verlaufen, treten nur geringe Seitenkräfte am Bohrkopf auf, so daß Stu- fenköpfe eine gute Richtungsstabilität aufweisen. Nachteilig ist, daß durch die senkrecht zur Längsachse gelegenen Stufenflächen ein hoher Bewe¬ gungswiderstand in Vortriebsrichtung entsteht. Dies resultiert in einer ent¬ sprechend verringerten Vortriebsgeschwindigkeit.

Ferner ist aus DE 101 12 985 A1 bekannt, den Bohrkopf oder mehrere Ele¬ mente des Bohrkopfs gegeneinander beweglich zu gestalten, um eine ge¬ zieltere Einleitung der zur Verfügung stehenden Schlagenergie zu erreichen.

Weiterhin ist aus DE 29 17 292 A1 ein gesteinzerstörendes Werkzeug für Schlagmaschinen bekannt, dessen Bohrkopf im vorderen Bereich aus einer Reihe sternförmig angeordneter Schneiden besteht. Die Zwischenräume zwischen den Schneiden dienen als Abführkanäle für das abgetragene Gestein. Hinter den Schneiden des Bohrkopfs schließt sich ein konischer Abschnitt des Bohrgeräts an, der das abgetragene Gestein in Richtung der Bohrlochwand ablenkt, wo es durch einen ringförmigen Spalt zwischen Bohrlochwand und Gerätegehäuse ausgeblasen wird. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für den Einsatz in verdrängbaren Böden vor¬ teilhaften Bohrkopf zu schaffen, der insbesondere Vorteile des konischen Bohrkopfs - zum Beispiel geringer Bewegungswiderstand - mit Vorteilen des Stufenkopfs - zum Beispiel hohe Richtungsstabilität - verbindet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen bean¬ sprucht.

Die Erfindung sieht vor, den Bohrkopf aus mindestens drei Bohrkopfab¬ schnitten auszuführen.

Der erste Bohrkopfabschnitt, der dem vorderen Ende der Vorrichtung am nächsten gelegen ist, weist Abführkanäle auf und kann zur Lockerung des Erdreichs bzw. zum Zertrümmern von Hindernissen dienen. Das gelockerte bzw. zertrümmerte Erdreich kann durch die Abführkanäle in dem ersten Bohrkopfabschnitt nach hinten in Richtung des zweiten Kopfabschnittes und je nach Ausführung auch nach außen geführt werden.

Unter "Bohrkopf1 im Sinne der Erfindung ist dabei insbesondere das Werk¬ zeug am Kopfende eines Erdbohrgeräts zu verstehen, welches zum Her¬ stellen und Aufweiten von Bohrungen und bereits verlegten Leitungen dienen kann.

Unter "Abführkanälen" werden Vertiefungen beziehungsweise Vertiefungs¬ abschnitte oder Bohrungen verstanden, die nicht quer zu der Längsrichtung des Erdbohrgeräts verlaufen. Dabei sind die Begriffe "Vertiefung" und "Boh¬ rung" nicht herstellungstechnisch beschränkend, sondern geometrisch zu verstehen, so daß erfindungsgemäße Vertiefungen bzw. Bohrungen auch durch Anbau hergestellt werden können. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Abführkanäle, je nach Ausführung des Erdbohrgeräts, mit einem Winkel zwischen 0° und 45° zu der Längsrichtung des Erdbohrgeräts angeordnet sind.

Der zweite Bohrkopfabschnitt mit einem oder mehreren weitgehend koni¬ schen Abschnitten auf der Mantelfläche kann für die radiale Verdichtung des gelockerten Erdreichs sorgen. Die erfindungsgemäße Wirkung läßt sich aber auch mit beliebigen anderen Geometrien erreichen.

Unter weitgehend konischer Form wird dabei insbesondere eine Mantelfläche verstanden, die - zumindest teilweise -, ausgehend von einer kleinen radia¬ len Erstreckung, kontinuierlich bis zu einer größeren radialen Erstreckung ansteigt und somit keine Abschnitte innerhalb des konischen Bereichs auf¬ weist, in denen sich der Radius wieder verringert.

Der dritte Bohrkopfabschnitt ist für eine Befestigung des gesamten Bohrkopfs mit dem Gehäuse eines Erdbohrgeräts ausgelegt. Diese Befestigung mit dem Gehäuse kann direkt oder indirekt, d.h. über Zwischenelemente ausge¬ führt sein.

Die Unterteilung des Bohrkopfs in die verschiedenen Abschnitte ist insbe¬ sondere funktionell zu sehen, so daß es nicht erforderlich ist, daß eine bauli¬ che Trennung aller Abschnitte in jeder erfindungsgemäßen Ausführungsform gegeben sein muß.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Bohrkopfs liegt darin, daß die Lockerungsarbeit bzw. die Zertrümmerungsarbeit zunächst von einem vor¬ auseilenden Bohrkopfabschnitt ausgeführt wird, dessen Formgebung für diese Aufgabe optimiert wurde. Die bevorzugte Kombination der Meißelspitze mit sternförmig angeordneten Schneiden sorgt für eine hohe Zertrümme¬ rungsleistung des ersten Kopfabschnitts bei gleichzeitig niedrigem Bewe¬ gungswiderstand. Durch das Fehlen großer, schräg (nicht senkrecht) zur Bewegungsrichtung liegender Flächen fällt die Reaktion des ersten Bohr¬ kopfabschnitts auf isolierte Seitenkräfte infolge einseitiger Hindernisse gering aus.

Der zweite Bohrkopfabschnitt verdichtet das gelockerte und zertrümmerte Erdreich, welches durch die Vertiefungen hinter den ersten Kopfabschnitt geführt wurde. Durch die weitgehend konische Formgebung (von Abschnit¬ ten) des zweiten Kopfabschnitts ist dieser besonders gut für die radiale Ver¬ drängung des Erdreichs bei gleichzeitig geringem Bewegungswiderstand ausgelegt.

Ein solcher Bohrkopf wird nun erfindungsgemäß für Verdrängungsbohrungen in entsprechend verdrängbaren Böden eingesetzt. Insbesondere kann dies vorteilhaft beim Erstellen von Horizontalbohrungen erfolgen.

Unter "Verdrängungsbohrung" wird erfindungsgemäß eine Bohrung verstan¬ den, die im wesentlichen darauf beruht, ein Bohrloch durch radiale Verdrän¬ gung der Umgebung herzustellen, wobei sich der entsprechend "verdräng¬ bare Boden" im wesentlichen plastisch verformt und das Bodengefüge durch Adhäsion oder andere physikalische Effekte im wesentlichen in der verform¬ ten Struktur verbleibt.

Der formimmanente Nachteil dieser Kopfform, die hohe Empfindlichkeit ge¬ gen einseitige Krafteinleitung, die beim Gesteinsbohren nicht zum tragen kommt, wird dadurch weitgehend kompensiert, daß der erste Kopfabschnitt auftretende Hindernisse bereits zerstört haben kann und weiterhin dadurch, daß der zweite Bohrkopfabschnitt ausschließlich der durch den ersten Abschnitt vorgegebenen Richtung folgt.

Um eine gezielte Übertragung der Schlagenergie des Erdbohrgeräts auf das Erdreich zu erreichen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß minde- stens zwei der Bohrkopfabschnitte längsaxial (im Bezug zur Längsachse des Erdbohrgeräts) zueinander beweglich sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, den ersten und zweiten Bohr- kopfabschnitt zueinander beweglich auszuführen. Hierbei ist bevorzugt vor¬ gesehen, den zweiten Bohrkopfabschnitt fest - zumindest längsaxial - zu dem dritten Bohrkopfabschnitt auszuführen. Dadurch kann erreicht werden, daß zunächst der erste Kopfabschnitt in das Erdreich vorgetrieben wird. Dabei wird das Erdreich gelockert bzw. zertrümmert und nach hinten geleitet. Der daraufhin vorgetriebene zweite Kopfabschnitt verdichtet das gelockerte Erdreich und erstellt somit den gewünschten Durchmesser des Bohrlochs. Gleichzeitig wird durch die feste Verbindung mit dem dritten Bohrkopfab¬ schnitt bzw. mit dem Gehäuse der Erdbohrvorrichtung dieses mitgeführt.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung ist, daß bei dem Vorwärtstreiben des ersten Bohrkopfabschnitts das Gehäuse und der zweite und dritte Kopf¬ abschnitt zunächst nicht beschleunigt werden, so daß ein großer Teil der kinetischen Energie des Schlagkolbens zur Zertrümmerung und Lockerung des Erdreichs in dieses übertragen wird.

Eine alternative Ausführungsform kann vorsehen, den ersten und zweiten Bohrkopfabschnitt (zumindest längsaxial) fest verbunden auszuführen und diese Einheit beweglich zu dem dritten Bohrkopfabschnitt vorzusehen. In diesem Fall werden die Funktionen des ersten Kopfabschnitts - insbesondere das Lockern, Zertrümmern und Ableiten des Erdreichs - und diejenigen des zweiten Kopfabschnitts - insbesondere das radiale Verdichten des gelockerten Erdreichs - in einem gemeinsamen Arbeitsschritt ausgeführt. Hierzu kann die gesamte, von dem Schlagkolben des Erdbohrgeräts übertra¬ gene Energie genutzt werden. Das Nachführen des Erdbohrgeräts an sich erfolgt dann erst in einem zweiten Schritt, wenn der dritte mit dem Gehäuse verbundene Bohrkopfabschnitt vorgetrieben wird. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, alle drei Bohrkopfabschnitte längsaxial beweglich zueinander auszuführen. Dadurch, daß die drei Kopfabschnitte nacheinander vorgetrieben werden, kann eine noch gezieltere Einleitung der Schlagkräfte des Erdbohrgeräts in das Erdreich erreicht werden.

Durch die gezielte Einleitung der Antriebsenergie in das Erdreich bei erfin¬ dungsgemäßen Bohrköpfen mit zueinander beweglichen Bohrkopfabschnit¬ ten eignen sich auch für den Einsatz in beliebigen Böden.

Vorteilhaft ist, wenn die Abführkanäle des ersten Bohrkopfabschnitts so dimensioniert sind, daß eine Vielzahl von in gleichmäßiger Teilung angeord¬ neten Schneiden mit geringer Wandstärke entstehen. Die dünnen Schneiden sorgen für eine hohe Schnittwirkung, während eine großzügige Dimensionie¬ rung der Abführkanäle für einen widerstandsarmen Abtransport des Erd- reichs sorgt.

Vorzugsweise sind die (in Vortriebsrichtung des Erdbohrgeräts) vorderen Kanten der Schneiden im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Bohr¬ kopfs ausgerichtet. Dadurch können Seitenkräfte infolge des Auftreffens auf ein Hindernis, die ein Abweichen des Bohrgeräts von der Sollrichtung verur¬ sachen würden, vermieden werden.

Im Sinne der Erfindung ist es nicht notwendig, daß die Abführkanäle konstant von der Vorderseite des ersten Bohrkopfabschnitts bis zu dessen Rückseite verlaufen. Vielmehr können die Abführkanäle innerhalb des ersten Bohrkopf¬ abschnitts auslaufen oder der erste Bohrkopfabschnitt kann aus zwei Hälften bestehen, die beide mit Abführkanälen bzw. Schneiden versehen sind, jedoch rotatorisch zueinander versetzt sind. Somit kann hinter jedem Abführ¬ kanal der vorderen Hälfte des ersten Bohrkopfabschnitts eine Schneide der hinteren Hälfte angeordnet sein. Auf diese Weise treffen Festkörper, die von der vorderen Hälfte nicht zer¬ trümmert wurden, auf die Schneiden der hinteren Hälfte.

Ferner kann vorteilhaft sein, wenn der Durchmesser des ersten Bohrkopfab- Schnitts im wesentlichen dem Durchmesser eines nachfolgenden Gehäuses des Bohrgeräts entspricht. Damit kann erreicht werden, daß das Erdreich von den Schneiden des ersten Bohrkopfabschnitts in einem Querschnitt aufge¬ lockert wird, der im wesentlichen dem des Gehäuses des Bohrgeräts ent¬ spricht. In der Regel entspricht der Gehäusedurchmesser und somit der auf- gelockerte Durchmesser dem Nenndurchmesser der zu erstellenden Boh¬ rung.

Insbesondere können die Bohrkopfabschnitte so dimensioniert sein, daß der größte Durchmesser des ersten Bohrkopfabschnitts größer als der kleinste Durchmesser des zweiten Bohrkopfabschnitts ist. Durch diesen Durchmes¬ sersprung, ebenso wie durch die optionale Relativbewegung der zwei Kopf¬ abschnitte zueinander, entsteht zwischen diesen ein Entspannungsraum, in dem sich das gelockerte Erdreich zunächst in Grenzen wieder entspannen kann.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, den größten Durchmesser des ersten Bohrkopfabschnitts größer zu machen als denjenigen des Gehäuses. Da¬ durch wird sichergestellt, daß ein ausreichendes Volumen innerhalb des Erd¬ reichs gelockert wird und folglich der Bewegungswiderstand, der auf das Gehäuse wirkt, verringert wird.

Der erste Kopfabschnitt kann einen Schlagbolzen aufweisen oder mit einem solchen verbunden sein. Der Schlagbolzen wiederum kann eine in das Erd¬ reich ragende Meißelspitze aufweisen, durch die eine gezielte Einleitung der Stoßenergie in das vor dem Bohrkopf befindliche Erdreich erfolgen kann. Insbesondere können durch die so erfolgende punktförmige Krafteinleitung Hindernisse, beispielsweise Steine im Erdreich, auf einfache Weise zer¬ trümmert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform durchdringt der Schlagbolzen den zweiten und/oder dritten Kopfabschnitt und kann somit als Führung für eine Relativbewegung dieser Kopfabschnitte dienen, sofern diese zu dem ersten Kopfabschnitt längsaxial beweglich ausgeführt sind.

Bilden der erste und zweite Kopfabschnitt eine (längsaxial) feste Einheit, so kann der Schlagbolzen selbstverständlich auch mit dem zweiten Kopfab¬ schnitt verbunden sein.

Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall, wenn ein Schlagkolben des Erdbohr¬ geräts, welcher durch ein Druckfluid zu reziproken Bewegungen angetrieben wird, zunächst auf eine Kontaktfläche des Schlagbolzens auftrifft und somit die Schlagenergie auf die Meißelspitze und den ersten bzw. den ersten und zweiten Bohrkopfabschnitt überträgt.

Erst in einem zweiten Schritt wird die Schlagenergie auf den dritten Kopfab- schnitt bzw. das damit verbundene Gehäuse der Vorrichtung übertragen. Dazu kann der Schlagkolben nach einer bestimmten Vorwärtsbewegung des Schlagbolzens auf eine Kontaktfläche des Gehäuses oder des zweiten Kopf¬ abschnitts auftreffen.

Alternativ kann der Schlagbolzen eine Kontaktfläche aufweisen, die nach einer bestimmten Vorwärtsbewegung des Schlagbolzens auf eine korre¬ spondierende Kontaktfläche des Gehäuses / des dritten Kopfabschnitts auf¬ trifft.

Bei einem dreistufigen Vortrieb des Bohrgeräts werden die drei Kopfab¬ schnitte dementsprechend nacheinander von dem Schlagkolben des Bohrge¬ räts - direkt oder indirekt - beaufschlagt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Verbindung zwischen dem dritten Kopfabschnitt und dem Gehäuse formschlüssig ausgeführt. Dies ist insbesondere hinsichtlich der Wartungsfreundlichkeit von Vorteil. Der Bohrkopf kann schnell und einfach ausgewechselt werden. Hierzu eignen sich vorteilhaft Gewindeverbindungen und/oder Bajonette-Verschlüsse. Beliebige andere formschlüssige, aber auch kraftschlüssige Verbindungsarten sind möglich.

Alternativ kann die Verbindung auch durch Schweißen hergestellt werden, wofür sich insbesondere das Reibschweißverfahren eignet. Die Verbindung durch Schweißen eignet sich insbesondere dann, wenn eine möglichst kurze Baulänge der Vorrichtung gefordert wird.

Jedoch sind neben den hier genannten jegliche Arten von Bauteilverbindun¬ gen einsetzbar und auch hinsichtlich der Schweißverfahren ist die Verbin¬ dung nicht eingeschränkt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das gelockerte Erdreich hinter dem ersten Bohrkopfabschnitt mit Öl, Bentonit oder einem anderen Fluid vermischt. Ein Eintrag des Fluids kann jedoch auch vor dem ersten Kopfabschnitt erfolgen.

Zu diesem Zweck können Bohrungen in dem Gehäuse oder in einem der Kopfabschnitte vorgesehen sein, die das verwendete Fluid vorzugsweise radial in das gelockerte Erdreich einleiten.

Die Vermischung des Erdreichs mit einem Fluid kann dazu dienen, die Man¬ telreibung des nachgezogenen Gehäuses zu reduzieren. Zudem kann es die auftretende Kohäsion des verdrängten Erdreichs erhöhen, so daß die Standfestigkeit des Bohrlochs verbessert wird und Einbrüche des Bohrlochs in verringerter Zahl auftreten. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei ähnliche Bauteile der verschiedenen Ausführungsformen mit identischen Bezugsziffern verse- hen sind.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 in einer geschnittenen Seitenansicht einen Ausschnitt eines Erd- bohrgeräts mit einem erfindungsgemäßen Bohrkopf in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 ein Bauteil des ersten Bohrkopfabschnitts der Ausführungsform aus Fig. 1 in einer Frontansicht;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfs in einer perspektivischen Seitenansicht;

Fig. 4 den Bohrkopf gemäß Fig. 3, wobei der bewegliche Teil des Bohr- kopfs in vorauseilender Position dargestellt ist;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfs in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfs in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 7 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfs in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 1 zeigt den vorderen Teil eines Rammbohrgeräts, bestehend aus einem Gehäuse 1 und einem damit verbundenen erfindungsgemäßen Bohrkopf in einer ersten Ausführungsform.

Der Bohrkopf besteht im wesentlichen aus den Bauteilen, Schlagbolzen 2, Schneidring 3 und Verdränger 4. Schlagbolzen 2 und Schneidring 3 bilden zusammen in dieser Ausführungsform einen ersten Bohrkopfabschnitt, der zu dem zweiten Kopfabschnitt, hier in Form des Verdrängers 4 und dem dritten Kopfabschnitt 11 axial beweglich ist. Dazu wird der Verdränger 4 und der dritte Kopfabschnitt 11 auf dem Schlagbolzen 2 geführt.

Das hintere Ende des Schlagbolzens 2 ragt in einen Arbeitsraum 5 des Ge¬ häuses 1 , in welchem sich ein Schlagkolben (nicht dargestellt), angetrieben durch ein Druckfluid, hin und her bewegt. Für den Fall der Vorwärtsbewe- gung des Rammbohrgeräts trifft der Schlagkolben zunächst auf das in den Arbeitsraum 5 ragende Ende des Schlagbolzens 2 und beschleunigt diesen in Richtung nach vorne. Infolge dessen wird der Schlagbolzen mitsamt der Meißelspitze 6 und dem Schneidring 3 in das Erdreich getrieben, um dieses zu lockern bzw. um auftretende Hindernisse zu zertrümmern.

Sowohl der Verdränger 4 als auch das Gehäuse 1 werden zunächst nicht mit bewegt.

Je nach Auslegung der Vorrichtung trifft der Schlagkolben nach einer gewis- sen Relativbewegung des Schlagbolzens 2 zu dem Gehäuse 1 bzw. zu dem Verdränger 4 auf die Kontaktfläche 7 des Gehäuses 1 , oder der Schlagbol¬ zen 2 mit einem Absatz 12 trifft auf die Kontaktfläche 8 des Verdrängerbau¬ teils 4. Dadurch wird das Gehäuse 1 mitsamt Verdränger 4 beschleunigt und folgt der Bewegung des Schneidrings 3. Dabei verdichtet der Verdränger 4 das gelockerte Erdreich und erzeugt ein Bohrloch mit dem Durchmesser des Gehäuses 1. In Fig. 2 läßt sich die radiale Anordnung der Schneiden 9 erkennen, die durch eine entsprechende Dimensionierung der Abführkanäle 10 entstehen.

Nach Beendigung eines Bewegungshubs unterstützt eine Feder 14, hier in Form einer Spiralfeder, das vollständige Zurückführen der zwei relativ zuein¬ ander beweglichen Teile des Bohrkopfs in die Ausgangslage.

Der erfindungsgemäße Bohrkopf ist so gestaltet, daß er als Einheit von vorne in das Gehäuse 1 eingesetzt und dort fixiert werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft für anfallende Wartungstätigkeiten, da der Bohrkopf die am stärk¬ sten beanspruchten Bauteile aufweist und folglich dem höchsten Verschleiß während des Betriebs unterliegt. Ein einfaches Auswechseln des Bohrkopfes ist somit möglich.

Zudem können Bohrköpfe mit verschiedenen Formen, wie sie beispielsweise in den Fig. 3 bis 7 dargestellt sind, je nach Anforderung schnell und einfach mit dem Gehäuse verbunden werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Bohrkopfs. Hierbei sind der erste (Schneidring 3) und zweite (Ver¬ dränger 4) Bohrkopfabschnitt als fest miteinander verbundene Einheit aus¬ geführt. Diese Einheit ist weiterhin mit dem Schlagbolzen 2 verbunden, der wiederum als Führung für den axial zu den zwei anderen Kopfabschnitten beweglichen dritten Kopfabschnitt 11 dient. Der dritte Kopfabschnitt 11 wird über das Gewinde 13 mit dem Gehäuse eines Bohrgeräts verbunden.

Der Verdränger 4 unterscheidet sich insbesondere dahingehend von dem der ersten Ausführungsform, daß dieser nur einzelne konische Abschnitte auf¬ weist. Diese werden von weiteren Schneiden unterbrochen, die fluchtend zu jeweils einem Abführkanal 10 des Schneidrings 3 angeordnet sind. Die Fig. 3 und 4 zeigen dieselbe Ausführungsform in unterschiedlichen Posi¬ tionen. In Fig. 3 ist der bewegliche Teil des Bohrkopfs in seiner zurückgezo¬ genen Stellung dargestellt. Deutlich erkennbar ist das vorgesehene Spiel zwischen dem Absatz 12 des Schlagkolbens 2 und der Schlagfläche 8 des dritten Bohrkopfabschnitts 11. Gleichzeitig ist das Spiel zwischen dem zwei¬ ten und dritten Bohrkopfabschnitt minimal. In Fig. 4 ist der bewegliche Teil des Bohrkopfs in vorauseilender Position dargestellt. Dementsprechend ist das Spiel zwischen Absatz 12 und Schlagfläche 8 minimal und zwischen dem zweiten und dritten Bohrkopfabschnitt maximal.

Die weiteren Ausführungsformen gemäß Fig. 5 bis 7 zeigen insbesondere unterschiedliche Formen für den Schneidring 3. Diese unterschiedlichen Formen sind prinzipiell für alle erfindungsgemäßen und insbesondere die zwei Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 3 und 4gleichermaßen geeignet.

Die in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform insbesondere durch die Form der Schneiden. Diese sind im wesentlichen trapezförmig ausgebildet. Die Vertiefungen erhalten somit eine U-Form im Gegensatz zu den V-förmigen Vertiefungen in der ersten Ausführungsform.

In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform besteht der Schneidring aus zwei Hälften, deren Schneiden rotatorisch zueinander versetzt sind. Auf diese Weise treffen Festkörper, die von der vorderen Schneidringhälfte nicht zertrümmert wurden, auf die Schneiden der hinteren Schneidringhälfte.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 verlaufen die Längskanten der Schnei¬ den in einem Winkel von ca. 45° zu der Längsrichtung des Bohrkopfs bzw. des Bohrgeräts.