Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die über eine Bohrung in das Gut einzubringen ist und in der von außerhalb der Bohrung zugeführte Energie in mechanische Impulse umgesetzt wird.

Im wesentlichen betrifft das Verfahren und die Vorrichtung den Bereich von grundbautechni- schen und bodenmechanischen Maßnahmen. Diese erstrecken sich auf die Verdichtung so- wohl von künstlich aufgeschüttetem als auch von natürlich abgelagertem Gut, z. B. Böden auf Kippen, Halden, Böschungen, Dämmen und Deponien zum einen sowie Baugrund für Ver- kehrswege und-flächen und für Wasserwege zum anderen. Ein Beispiel für den ersten Fall sind setzungsfließgefährdete Kippen und Kippenböschungen im Bereich der ehemaligen Braunkohletagebaue in den neuen Bundesländern. Die Maßnahmen erstrecken sich weiterhin auf die Verdichtung von Schüttgut in Speichern, Silos oder Fahrzeugen. Sie umfassen darüber hinaus auch die Verdichtung von frisch vergossenem Beton.

Es wurde bereits eine Vielzahl von Verfahren der genannten Art entwickelt, deren Anwendbar- keit vor allem von den physikalischen Eigenschaften des Verdichtungsgutes wie Kornvertei- lung, Kornform, Lagerungsdichte und Wassergehalt sowie von den geomechanischen und hy- drologischen Randbedingungen sowie vom Verdichtungsziel abhängt. In der Praxis werden insbesondere die Verfahren Sprengverdichtung, Rütteldruckverdichtung, Rüttelstopfverdich- tung und dynamische Intensiwerdichtung angewandt.

Bei der Sprengverdichtung wird eine Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaften von gesättigtem Lockergestein durch die Zerstörung einer lockeren Kornstruktur und ihre

Umordnung mit gleichzeitiger Verdichtung erreicht. Das Verfahren wird in unterschiedlichen Ausführungen in der DD 286 724 A1, US 2 236 759 A, DE 44 64 008 A1 und DE 195 15 084 C1 beschrieben.

Die Sprengverdichtung ist trotz vielfältiger Vorteile vor allem aufgrund hoher Immissionen nur begrenzt einsetzbar. Sprengerschütterungen beschränken den Einsatz des Verfahrens auf Gebiete, die in größerer Entfernung zu Wohnbebauungen, Versorgungsleitungen und sonstigen Infrastruktureinrichtungen liegen. Darüber hinaus ist das Verfahren bei der Stabilisierung ufer- naher Bereiche nur bedingt geeignet, da das Risiko ungewollter Rutschungen hoch ist. Das Verfahren ist nur für wassergesättigtes Gut geeignet. Eine periodische Energieeinleitung an einer bestimmten Stelle ist mit diesem Verfahren nicht möglich.

Bei der Rütteldruckverdichtung wird das anstehende Korngefüge durch eine Rütttersonde ver- dichtet. Der durch die Verdichtung an der Oberfläche entstehende Absenkungstrichter wird mit Zusatzmaterial verfüllt. Die Reichweite des Verfahrens ist auf einen sehr engen Bereich beschränkt, weil die Energiedichte bezogen auf den Rüttelpunkt sehr gering ist. Dieses Ver- fahren wird unter anderem in der DE 30 16 841 C2, DE 44 09 098 A1, DE 32 05 099 C2, DE 31 05 611 C2 und DE 29 48 403 A1 beschrieben.

Das relativ teure Verfahren der Rütteldruckverdichtung findet beispielsweise dort Anwendung, wo keine Sprengverdichtung eingesetzt werden kann. Aber auch hier können ökologisch sen- sible Bereiche nicht ohne bleibende Beeinträchtigung stabilisiert werden. Die Zugänglichkeit des Geländes muß gewährleistet sein. Sie wird häufig erst durch kostenintensive Dammschüt- tungen geschaffen werden können. Stark rutschungsgefährdete Bereiche können nicht bear- beitet werden, da sich Gerät und Personal während der Anwendung des Verfahrens sehr nahe am Rüttelpunkt befinden.

Mit der Rüttelstopfverdichtung kann in Materialien, in denen eine Kornumlagerung durch Schwingungen nicht zu erreichen ist, eine Verbesserung der bodenmechanischen Eigenschaf- ten durch das Einrütteln von Zusatzmaterial bewirkt werden. Im übrigen ist das Verfahren hin- sichtlich seiner Nachteile mit der zuvor beschriebenen Rütteldruckverdichtung zu vergleichen.

Bei der dynamischen Intensiwerdichtung wird ein Fallgewicht wiederholt aus einer bestimm- ten Fallhöhe auf einen zu verdichtenden Bereich abgeworfen. Dieses Verfahren ist unter ande- rem in der DE 23 51 713 C2 beschrieben. Die horizontale und vor allem die vertikale Reich- weite des Verfahrens ist begrenzt, so dass mächtige Bereiche nicht durchgehend verdichtet werden können. Aufgrund des hohen Einsatzgewichtes des notwendigen Geräts und des Fall-

gewichts sowie aufgrund der Initialwirkung beim Auftreffen des Fallgewichts ist das Verfahren für Verdichtungen abrutschgefährdeter Bereiche, z. B. ufernaher Abschnitte ungeeignet. Dar- über hinaus ist die Anwendung des Verfahrens stets mit einer völligen Zerstörung der Flora und Fauna an der Oberfläche verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und sicheres Verfahren und eine unempfindliche Vorrichtung zur Verdichtung von bindigem und nichtbindigem Gut zu schaffen, welche die notwendige Verdichtungsenergie innerhalb des Guts in einer Bohrung in situ freisetzen und unabhängig vom Wassergehalt des Gutes angewandt werden können.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Impulse mittels einer zyklischen Expansion und Kontraktion der Vorrichtung auf das mit der Vorrichtung in Anlage befindliche Gut ausgeübt werden. Zyklisch bedeutet hierbei, dass nach Ausübung eines Impulses unter Expansion und Kontraktion die Vorrichtung auf ihre Ausgangsform zurückgeführt wird. Die Impulse können hierbei auf einen Erzeugungsort bezogen als Einzelerscheinung, in unregelmäßiger Wiederho- lung oder in periodischer Folge ausgeübt werden.

Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Impulse unter Expansion eines Volumens eines gasförmigen Mediums und unter Verformung einer das Volumen begrenzenden elastischen Membran ausgeübt werden bzw. dass die Impulse unter Verdrängung eines Volumens eines flüssigen Mediums und unter Verformung einer das Volumen begrenzenden elastischen Mem- bran ausgeübt werden.

Die genannten Merkmale können auch in der Weise kombiniert werden, dass die elastische Membran nicht unmittelbar das entspannende Gas, sondern das Volumen des flüssigen Medi- ums begrenzt und dass dieses von dem Volumen des entspannenden Gases verdrängt wird. In letzterem Fall kann das Gas der Vorrichtung hochgespannt zugeführt und in dieser entspannt werden oder an der Oberfläche entspannt werden und dort einen Impuls auf das flüssige Me- dium ausüben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, d. h. insbesondere deren elastische Mem- bran, die auch aus mehreren elastischen Teilbereichen bestehen kann, verdrängt bei der Ex- pansion das Gut im Bohrloch und kehrt durch die Kontraktion in ihre Ursprungsform zurück.

Der Vorgang kann periodisch wiederholt werden. In vorteilhafter Weise wird hierbei kein Me- dium in das zu verdichtende Gut eingeleitet, d. h. also weder flüssiges noch gasförmiges Me- dium. Soweit das entspannte Gas bei jedem einzelnen Impuls anschließend abgeleitet wird, geschieht dies über das Bohrloch bzw. ins Bohrloch, so dass das zu verdichtende Gut nicht beeinträchtigt wird. Der Vorgang wird in der Regel periodisch wiederholt, wobei die Vorrich-

tung am tiefsten Punkt der Bohrung festgehalten oder innerhalb der Bohrung vor-oder zu- rückbewegt werden kann. Hierdurch kommt es zu einer effektiven Verdichtung des Gutes, die durch die Stärke der Impulse und/oder die Dauer der periodischen Wiederholung beeinflußt werden kann.

Je nach Art des zu verdichtenden Gutes wird das Verfahren in der Weise durchgeführt und eine entsprechende Bauart der Vorrichtung ausgewählt, bei der entweder die Expansion mit einer höheren Volumenänderungsrate erfolgt als die Kontraktion oder bei der die Expansion und die Kontraktion einer Sinusfunktion folgen. Mit einer relativ geringeren Kontraktionsrate wird insbesondere die Gefahr von Kavitation vermieden, die zur Beschädigung der Vorrichtung führen könnte. Eine Sinusfunktion läßt sich durch eine Vorrichtung mit einem Tauchkolben konstruktiv leicht darstellen.

Die Wirksamkeit des Verfahrens läßt sich in besonderer Weise dadurch steigern, dass die Im- pulsfrequenz der Vorrichtung auf die Eigenfrequenz des Gutes für Druckschwingungen einge- stellt wird. Die effektive Durchführung des Verfahrens setzt voraus, dass die Vorrichtung mit ihren expandierenden und kontrahierenden Bereichen in gutem Oberflächenkontakt mit dem Gut an der Bohrlochwandung und/oder am Bohrlochgrund steht. Sofern dieser Kontakt nicht durch selbstständiges Nachrutschen von Material im Laufe der Verdichtung des Gutes auf- rechterhalten wird, kann zur Verbesserung des Wirkungsgrades über das Bohrloch ein Zu- satzmedium, insbesondere Sand oder Schotter während der periodischen Erzeugung der Im- pulse nachgeführt werden.

Wie bereits oben angedeutet, wird gemäß einer bevorzugten Durchführungsart der Vorrich- tung Druckluft zugeführt, die eine erste Kammer einnimmt, die dann schlagartig in eine zweite Kammer expandieren kann, die auf einen Kolben einwirkt, welcher seinerseits ein Volumen an flüssigem Medium verdrängt, das von einer elastischen Membran begrenzt wird. Hiernach kann die entspannte Druckluft in das Bohrloch, nicht jedoch in das anstehende Gut abgeführt werden. Durch erneutes Zuführen von Druckluft wird dann der Kolben zunächst in seine Aus- gangsstellung zurückgeführt, wonach sich der Vorgang wiederholt.

Nach einer anderen Variante kann elektrische Energie einen E-Motor antreiben, der über einen Kurbelantrieb mindestens einen Tauchkolben in eine oszillierende Kolbenbewegung versetzt.

Dieser wirkt/Diese wirken wieder auf das Volumen an flüssigem Medium, das von minde- stens je einer elastischen Membran begrenzt wird, wodurch die expandierenden und kontra- hierenden Bewegungen der Vorrichtung erzeugt werden.

Nach einer anderen Variante kann die Energie der Vorrichtung in Form von hydraulischer Energie zugeführt werden, die eine Vorrichtung antreibt, die mindestens einen Tauchkolben in eine oszillierende Kolbenbewegung versetzt. Dieser wirkt/Diese wirken wieder auf das Vo- lumen an flüssigem Medium, das von je mindestens einer elastischen Membran begrenzt wird, wodurch die expandierenden und kontrahierenden Bewegungen der Vorrichtung erzeugt wer- den.

Eine weitere Variante sieht vor, dass elektrische oder vorzugsweise hydraulische Energie min- destens einen doppelt wirkenden Tauchkolben oder Schwingkolben in eine oszillierende Be- wegung versetzt. Dieser wirkt/Diese wirken auf zwei Volumina an flüssigem Medium, jeweils oberhalb und unterhalb des Tauchkolbens/der Tauchkolben. Diese Volumina an flüssigem Medium wirken wiederum unter Verformung zweier die Volumina begrenzenden elastischen Membranen. Bezüglich der angesprochenen Volumina an Medien ist auch möglich, dass das oberhalb des einen Kolbens angeordnete Volumen eines Mediums gleichzeitig das unterhalb des anderen Kolbens angeordnete Volumen des Mediums darstellt. Anders ausgedrückt kön- nen mehrere Kolben auf einer gemeinsamen Kolbenstange angeordnet sein, wobei unterhalb des untersten Kolbens und oberhalb des obersten Kolbens Volumina des Mediums und zwi- schen den Kolben ein Volumen (bei zwei Kolben) oder gegebenenfalls auch mehrere Volumina (bei mehr als zwei Kolben) vorgesehen sind.

Nach einer weiteren Möglichkeit kann die Energie der Vorrichtung in der Form von kinetischer Energie mit einem Fallgewicht zugeführt werden und über einen von Druckfedern abgestützten Kolben zur Verdrängung des Volumens an flüssigem Medium umgesetzt werden. Das flüssige Medium wirkt seinerseits auf die begrenzende elastische Membran. Die Rückführung des Kol- bens erfolgt über die kurzfristig zusammengedrückten Druckfedern.

Schließlich kann der Vorrichtung Energie in Form von Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wer- den, das entzündet wird und in seiner Wirkung ähnlich der entspannenden Druckluft betrach- tet werden kann.

Als Mittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die die volumenverändernde Expansion und Kontraktion umsetzen, ist insbesondere eine elastische Membran geeignet. Hierbei sind keine gegeneinander beweglichen Teile nach außen abzudichten, so dass die beste Eignung für den Einsatzfall in schüttfähigen und schlammigen Gütern gegeben ist. Die elastische Membran kann einen zylindrischen Teil der Vorrichtung mit radialen Austrittsöffnungen manschetten-

förmig umschließen oder sie kann ein Stirnende der Vorrichtung mit einer zentralen Austritts- öffnung kappenförmig überdecken.

Die Pulsation der Vorrichtung in Form der Erscheinungen Expansion und Kontraktion bilden ideale Voraussetzungen für die Verdichtung von verschiedensten bindigen und nichtbindigen Materialien. Nachstehend werden die Vorteile des Verfahrens aufgeführt.

Die Vorrichtung bildet ein geschlossenes und unempfindliches System. Das Volumen des energieübertragenden Mediums ist bei der Verwendung einer Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung unverändert. Eine Nachführung von Medium ist nicht erforderlich.

Das Verfahren ist unabhängig von der Feuchtigkeit bzw. der Sättigung des Gutes geeignet.

-Eine periodische Arbeitsweise ermöglicht eine hohe Energiedichte an einem Ort.

Die Energieeinleitung kann periodisch wiederholt werden, wodurch die Effektivität steigt.

Die Energierate kann von der Oberfläche aus reguliert und verändert werden.

Die Frequenz des Pulsieren kann während der Verfahrensanwendung verändert werden.

Das Bohrloch bleibt bei der Pulsation weitgehend erhalten.

Die Pulsation kann sowohl beim Niederbringen der Bohrung als auch während des Ziehens der Vorrichtung durchgeführt werden.

Der gleichzeitige Einsatz mehrerer Pulsationsvorrichtungen in geeignetem Abstand von- einander ist möglich.

Die Anordnung mehrerer Pulsationsvorrichtungen in einem Bohrloch mit frei zueinander wählbarem Abstand ist möglich.

Die Durchführung des Verfahrens ist unabhängig von der Art der Einbringung der Vorrich- tung in drehendem oder nichtdrehendem Vortrieb oder in sonstigen Eindringverfahren.

Die Vorrichtung kann auch in einem bereits zuvor fertiggestellten Bohrloch zum Einsatz kommen.

-Die Pulsationsvorrichtung kann in ein Bohr-bzw. Vortriebsgestänge integriert sein.

-Die infolge der Pulsation auftretenden Erschütterungen und Lärmimmissionen sind ver- gleichsweise gering.

Bei der Mehrzahl der Verfahrensvarianten entstehen keine umweltbelastenden Gase.

Das Verfahren ist auch für größere Tiefen einsetzbar.

Das Verfahren kann sowohl auf dem Festland als auch auf dem Wasser durchgeführt wer- den.

Die Dosierbarkeit der zugeführten Energie ermöglicht den Einsatz des Verfahrens in ab- rutschgefährdeten Bereichen.

Die Einbringung der Pulsationsvorrichtung in das zu verdichtende Gut wird je nach Aufgaben- stellung wie folgt vorgenommen : durch gesteuerte oder ungesteuerte vertikale, Schräg-oder Horizontalbohrungen oder durch deren Kombination : -durch nichtdrehende Vprtriebsverfahren (Druck-, Schlag-und Rüttelverfahren) in beliebiger Richtung und Orientierung.

Die Kombination des Verfahrens mit gesteuerten Schräg-und/oder Horizontalbohrungen bzw.

-Vortriebsverfahren ermöglicht die Bearbeitung von sonst unzugänglichen Bereichen wie In- seln oder ufernahen Gebieten. Insbesondere durch die Kombination des Verfahrens mit ge- steuerten Schräg-und/oder Horizontalbohrungen bzw.-Vortriebsverfahren kann sich die vor- treibende bzw. steuernde Ausrüstung im Falle einer Rutschungsgefahr stets in einem sicheren Gebiet befinden.

Bei der Kombination des Verfahrens mit gesteuerten Schräg-und/oder Horizontalbohrungen bzw.-Vortriebsverfahren können ökologisch sensible Gebiete weitgehend schonend bearbeitet werden.

Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Beispiele für die Durchfüh- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen :

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gasentspannung und kappenförmigem Membrankörper ; Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gasentspannung und manschettenför- migem Membrankörper ; Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit motorischem Tauchkolbenantrieb ; Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Fallgewichtbetätigung ; Fig. 5 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit der gesteuerten Horizon- talbohrtechnik in einer ersten Ausführung ; Fig. 6 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit der gesteuerten Horizon- talbohrtechnik in einer zweiten Ausführung ; Fig. 7 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit der gesteuerten Horizon- talbohrtechnik in einer dritten Ausführung ; Fig. 8 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit der gesteuerten Horizon- talbohrtechnik in einer vierten Ausführung ; Fig. 9 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit einer Schrägbohrung ; Fig. 10 die Durchführung des Verfahrens in Kombination mit einer Vertikalbohrung ; Fig. 11 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit motorischem Kolbenantrieb und doppelt wirkendem Schwingkolben ; Fig. 12 eine detailliertere Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit motori- schem Kolbenantrieb und doppelt wirkendem Schwingkolben ; Fig. 13 ein Schaltschema eines doppelt wirkenden Kolbens mit hydraulischem Antrieb ; Fig. 14 ein Amplituden-Zeit-Diagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dop- pelt wirkendem Kolben ; In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in drei Darstellungen gezeigt, nämlich a) vor dem Erzeugen eines Impulses

b) bei der Expansion c) bei der Kontraktion Die Einzelheiten sind im wesentlichen gleich und werden gemeinsam beschrieben.

Ein zylindrisches Gehäuse 10, das in ein Bohrgestänge 29 integriert werden kann, hat eine an ein Bohrloch angepaßte längliche zylindrische Form. An dieses Gehäuse 10 sind eine Druck- luftzuführungsleitung 1 und eine Steuerungsleitung 2 angeschlossen. Innerhalb des Gehäuses befindet sich eine Druckluftkammer 3, die von einem Kolben 5 begrenzt wird. Im einzelnen umfaßt die Druckluftkammer 3 eine Speicherkammer und eine Expansionskammer, die durch Öffnen eines Steuerventils miteinander verbunden werden können. Das Steuerventil kann über die Steuerungsleitung 2 betätigt werden. Der Kolben 5 begrenzt ein Volumen 7 an flüssi- gem Medium, das ebenfalls im Gehäuse 10 eingeschlossen ist. Dieses Volumen 7 ist im we- sentlichen in einer Kammer 4 von festen Wänden eingeschlossen, jedoch hat das zylindrische Gehäuse 10 eine stirnseitige Öffnung 6, die von einer elastischen kappenförmigen Membran 8 abgeschlossen ist. Die Membran 8 ist mit Spannbändern 9 auf dem Gehäuse 10 festgelegt.

In Darstellung a hat die Druckluftkammer 3 ihr kleinstes und die feste Kammer 4 ihr größtes Volumen. Der Kolben 5 nimmt seine höchste Stellung ein. Die Druckluft befindet sich noch im Speicherabteil der Druckluftkammer 3.

In Darstellung b ist gezeigt, wie die Druckluftkammer 3 wesentlich vergrößert ist und der Kol- ben 5 dadurch unter Verdrängung des Volumens 7 an flüssigem Medium nach unten verscho- ben ist. Durch die Verdrängung des flüssigen Mediums hat sich die Membran 8 in Richtung der Pfeile sackförmig ausgeweitet. Ein im Expansionsabteil der Druckluftkammer 3 entstehen- der Impuls überträgt sich somit über den Kolben 5 und das Volumen 7 an flüssigem Medium sowie die Membran 8 auf das umgebende die Wände der Bohrung bildende Gut.

In Darstellung c ist gezeigt, wie die Membran 8 in Richtung der Pfeile zurückgeführt ist, sei es durch die elastischen Rückstellkräfte der Membran 8, sei es durch die aktive Rückführung des Kolbens 5 über auf den Kolben 5 einwirkende Druckluft, die zunächst den Kolben hebt und dann das Speicherabteil der Druckluftkammer füllt.

In Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in drei Darstellungen gezeigt, nämlich a) vor dem Erzeugen eines Impulses

b) bei der Expansion c) bei der Kontraktion Die Einzelheiten sind im wesentlichen gleich und werden gemeinsam beschrieben.

Ein zylindrisches Gehäuse 10', das in ein Bohrgestänge integriert werden kann, hat eine an ein Bohrloch angepaßte längliche zylindrische Form. An dieses Gehäuse 10'sind eine Druckluftzu- führungsleitung 1 und eine Steuerungsleitung 2 angeschlossen. Innerhalb des Gehäuses be- findet sich eine Druckluftkammer 3, die von einem Kolben 5 begrenzt wird. Im einzelnen um- faßt die Druckluftkammer 3 ein Speicherabteil und ein Expansionsabteil, die durch Öffnen eines Steuerventils miteinander verbunden werden können. Das Steuerventil kann über die Steuerungsleitung 2 betätigt werden. Der Kolben 5 begrenzt ein Volumen 7 an flüssigem Me- dium, das ebenfalls im Gehäuse 10'eingeschlossen ist. Dieses Volumen 7 ist im wesentlichen in einer Kammer 4 von festen Wänden eingeschlossen, jedoch sind im zylindrischen Gehäuse 10'radiale Öffnungen 6'vorgesehen, die von einer elastischen manschettenförmigen Mem- bran 8'abgeschlossen sind. Die Membran 8'ist mit Spannbändern 9 auf dem Gehäuse 10' festgelegt.

In Darstellung a hat die Druckluftkammer 3 ihr kleinstes und die feste Kammer 4 ihr größtes Volumen. Der Kolben 5 nimmt seine höchste Position ein. Die Druckluft befindet sich noch im Speicherabteil der Druckluftkammer 3.

In Darstellung b ist gezeigt, wie die Druckluftkammer 3 wesentlich vergrößert ist und der Kol- ben 5 dadurch unter Verdrängung des Volumens 3 an flüssigem Medium nach unten verscho- ben ist, nachdem die Druckluft aus dem Speicherabteil in das Expansionsabteil überströmen kann. Durch die Verdrängung des flüssigen Mediums hat sich die Membran 8'in Richtung der Pfeile ringwulstförmig ausgedehnt. Ein in der Druckluftkammer 3 entstehender Impuls über- trägt sich somit über den Kolben 5 und das Volumen 7 an flüssigem Medium sowie die Mem- bran 8'auf das umgebende die Wände der Bohrung bildende Gut.

In Darstellung c ist gezeigt, wie die Membran 8'in Richtung der Pfeile zurückgeführt ist, sei es durch die elastischen Rückstellkräfte der Membran 8', sei es durch die aktive Rückführung des Kolbens 5.

In den beiden vorgenannten Ausführungen der Vorrichtung kann die Stärke des Impulses durch Einregulierung des Gasdrucks der zugeführten Druckluft oder durch Einstellung der die verschiedenen Abteile der Druckluftkammer verbindenden Querschnitte erfolgen.

In Figur 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Zylindergehäuse 10"gezeigt, das am unteren Ende radiale Öffnungen 6"hat, die von einer Manschette 8 abgedeckt sind. Durch radiale Pfeile ist die Wirkung der Expansion angedeutet. Im Zylindergehäuse 10"befindet sich ein Tauchkolben 11, der mit einem Kurbelantrieb 12 verbunden ist. Dieser steht auf seinem oberen Totpunkt, so dass die Manschette 8"vollkommen kontrahiert ist. Unterhalb des Tauchkolbens 11 ist eine Kammer 4 mit einem Volumen 7 an flüssigem Medium. Die Vorrich- tung befindet sich hier in einem Bohrloch in anstehendem Gut 13. Die Lagerung und der An- triebsmotor des Kurbelantriebs 12 und der obere Abschluß des Zylindergehäuses 10"sind nicht im einzelnen dargestellt. Auch diese erfindungsgemäße Vorrichtung soll im wesentlichen ein abgeschlossenes System darstellen, bei dem ausschließlich ein Druckausgleich hinter dem Tauchkolben 11 zum Bohrloch möglich ist.

In Figur 4 ist ein hinten offenes zylindrisches Gehäuse 10"'gezeigt, in dem ein Fallgewicht 14 geführt ist, das über ein Seil 15 anhebbar ist. Wie eine Querschnittsdarstellung oben zeigt, hat das Fallgewicht 14 umfangsverteilt drei Führungsbereiche 16 und drei Druckausgleichskanäle 17. Das Fallgewicht 14 sitzt auf einem Kolben 18, der sich über Druckfeder 19 auf einem Ge- häuseabsatz 20 abstützt. Der Kolben 18 begrenzt eine Kammer 4 mit einem Volumen 7 an flüssigem Medium. Im Zylindergehäuse 10"'sind auch hier radiale Öffnungen 6"'vorgesehen, die von einer Ringmanschette 8"'abgedeckt sind. Das Gehäuse ist oben nicht vollständig dar- gestellt und bildet bevorzugt ein nach oben weitgehend geschlossenes System, das aus- schließlich eine Seildurchführung auffassen muß. Das anstehende Gut ist auch hier mit 13 bezeichnet.

In Figur 5, Teilabbildungen A-D, wird zunächst mit dem Bohrgerät 21 durch ein Bohrgestänge 22 (Rig-site) eine Horizontalbohrung 29 mit Austritt (pipe site) erstellt (A). Anschließend wird beim Zurückziehen des Gestänges 22 eine zugfeste Leitung 23 z. B."Coiled-Tubing"in die Bohrung 29 eingezogen (B). Mit Austritt der Leitung 23 am Bohrgerät 21 (Rig-Site) wird eine Pulsationsvorrichtung 24 an die Leitung 23 angeschlossen (C). In dieser Leitung 23 können sämtliche notwendigen Versorgungsleitungen wie Druckluft und Steuerleitungen integriert sein.

Die Druckluft wird einem Kompressor 25 und/oder einem Druckspeicher entnommen und gelangt über die Leitung 23 zur Vorrichtung 24. Sie wird nun durch Zurückziehen der Leitung 23, z. B. Aufwickeln mittels einer Winde 26, in die Bohrung 29 eingezogen (D).

Durch die"in-situ"-Arbeitsweise der Vorrichtung wird die Möglichkeit ferngesteuerter periodi- scher Pulsationsvorgänge geschaffen. Die Verdichtung kann sowohl während des Zurückzie-

hens der Leitung 23 als auch im Stillstand erfolgen. Der Einbau mehrerer Pulsationsvorrich- tungen ist möglich. Unverdichtetes Gut ist mit 27, verdichtetes Gut mit 28 bezeichnet. Mit 30 ist ein Verdichtungsstoß bezeichnet.

In einer weiteren Ausführung nach Figur 6, Teilabbildungen A-D entspricht der Bohrvorgang dem in Figur 5 (A). Nach Beendigung des Bohrvorganges wird beim Zurückziehens des Bohr- gestänges 22 die Pulsationsvorrichtung 24 und daran angeschlossene Versorgungsleitungen 23 in das Bohrloch 29 eingezogen. Hierbei kann sowohl während des Ziehvorganges als auch bei Stillstand verdichtet werden (B). Die Versorgung der Vorrichtung 24 erfolgt über die Lei- tung 23. Nach dem Ausbau des Bohrgestänges 22 wird die Vorrichtung 24 von der Leitung 23 getrennt (C). Die Leitung wird danach zurückgezogen (D). Der Einbau mehrerer Vorrichtungen ist möglich. Unverdichtetes Gut ist mit 27, verdichtetes Gut mit 28 bezeichnet. Mit 30 ist ein Verdichtungsstoß bezeichnet.

In der Ausführung nach Fig. 7, Teilabbildungen A-C, wird nach Beendigung des Bohrvorgan- ges die Pulsationsvorrichtung 24 an das Bohrgestänge 22 angeschlossen (A). Das Gestänge 22 dient als Führung für die Versorgungsleitungen. Anschließend wird das Bohrgestänge 22 zurückgezogen. Es kann sowohl während des Ziehvorganges als auch im Stillstand verdichtet werden (B). Nach Ausbau der letzen Gestängeteile wird die Vorrichtung 24 ausgebaut (C). Die Versorgung erfolgt gemäß Variante 1 bzw. 2. Der Einbau von mehreren Vorrichtungen ist mög- lich. Unverdichtetes Gut ist mit 27, verdichtetes Gut mit 28 bezeichnet. Mit 30 ist ein Verdich- tungsstoß bezeichnet.

Figur 8 verdeutlicht die Ausführung des Verfahrens in Kombination mit gesteuerten Horizon- talbohrungen ohne Austrittspunkt. Nach Beendigung des Bohrvorgangs wird das Gestänge 22 aus der Bohrung 23 zurückgezogen. Anschließend wird die Pulsationsvorrichtung 24 in das Bohrloch eingeführt. Diese Aufgabe kann mittels des Bohrgestänges 22 erfolgen. Nachdem die Vorrichtung 24 ihre Position im Bohrloch erreicht hat, wird beim Zurückziehen verdichtet.

Es ist ebenfalls möglich, durch Integration der Vorrichtung 24 im Bohrgestänge die Pulsation auch während des Bohrvorganges auszulösen.

Figur 9 zeigt die Ausführung des Verfahrens in Kombination mit schrägen Bohrungen. Sie sind ähnlich den gesteuerten Horizontalbohrungen ohne Austrittpunkt, wobei in diesem Fall die Bohrung in der Hauptsache schräg nach unten verläuft. Auch hierbei kann die Pulsation beim Bohrvorgang bzw. nach dessen Beendigung beim Zurückziehen des Gestänges 22 abgegeben werden. Es sind die gleichen Bezeichnungen wie in den vorangehenden Figuren verwendet.

Figur 10 verdeutlicht die Ausführung des Verfahrens in Kombination mit vertikalen Bohrungen.

Die Bohrvorrichtung wird in der dargestellten Ausführung aus Sicherheitsgründen, z. B. bei Rutschung bzw. Sackungsgefahr, an einem Kran 31 mit Ausleger montiert. Der Pulsationsvor- richtung 24 kann im Bohrstrang 22 integriert werden, so dass während des Bohrvorganges oder nach Beendigung des Bohrvorganges beim Zurückziehen des Bohrgestänges 22 Pulsatio- nen erfolgen. Das Verfahren kann ebenfalls in einem vorher erstellten Bohrloch durchgeführt werden. Der Einbau von mehreren Pulsationsvorrichtungen ist in allen Varianten möglich.

Figur 11 zeigt eine Prinzipdarstellung mit einem doppelt wirkenden Kolben 32. Der Kolben 32 wird von einem Elektromotor 33 über eine Getriebe 34 und eine Kolbenstange 35 in oszillie- rende Bewegung versetzt. Zur Abdichtung der Kolbenstange ist ein Simmerring 46 vorgese- hen. Der Kolben 32 bewegt sich also sowohl innerhalb eines oberen Zylinderraums 36 als auch eines unteren Zylinderraums 37 und verdrängt dabei das in diesen Räumen befindliche Medium, z. B. Wasser. Bei jedem aufwärts gerichteten Hub preßt der Kolben 32 das Wasser gegen eine obere Membran 38, die sich daraufhin ausstülpt, und bei jedem abwärts gerichte- ten Hub preßt der Kolben 32 das Wasser gegen eine untere Membran 39, die sich ebenfalls ausstülpt.

Figur 12 zeigt noch einige weitere Details einer Ausführungsform mit doppelt wirkendem Kol- ben 32. Gleiche Teile wie in Figur 11 sind gleich bezeichnet. Das Getriebe 34 besteht hier aus einem Kegelradantrieb 40, der auf eine Exzenterwelle 41 wirkt. Unter 42 sind Versorgungslei- tungen für den Elektromotor sowie Luft-und/oder Wasserleitungen zur Unterstützung des Versenkens und der Verdichtung dargestellt. Um eine ausreichende Stabilität der Gesamtvor- richtung während des Vortriebs zu gewährleisten, sind die obere und die untere Membran 38, 39 mehrteilig ausgeführt, wobei die einzelnen Membranteile oder Membranen sich aus schlitz- förmigen Öffnungen im zylindrischen Gehäuse hervorwölben. Der Abstand der einzelnen Membranteile kann dabei variabel sein.

Es ist gemäß einer anderen Ausführungsform auch möglich, den Antrieb eines doppelt wir- kenden Kolbens 32 als hydraulischen Antrieb auszubilden, wie das Schaltschema Figur 13 zeigt. Der Kolben 32 wird über eine Kolbenstange 35 von einem hydraulischen Antriebszylin- der 43 angetrieben. Als Hydraulikflüssigkeit kann z. B. Wasser dienen, dass aus einer Hoch- druckwasserpumpe 46 über ein elektrisches Steuerventil 44 in die jeweiligen Kammern des Antriebszylinders 43 einströmt. Mit 45 ist der Rücklauf (Spülwasser) bezeichnet.

Die Funktionsweise des vorgesehenen Verdichtungsgerätes unter Verwendung eines doppelt- wirkenden Kolbens und zwei Membranen kann anhand eines Arbeitstaktes beschrieben wer- den (vgl. Figur 14) : 1) Oberer Totpunkt des Kolbens : a) Obere Membran ist vollständig expandiert b) Untere Membran ist in ihrer Ruhelage (flach) 2) Unterer Totpunkt des Kolbens : a) Untere Membran ist vollständig expandiert b) Obere Membran ist in ihrer Ruhelage (flach) Eine erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt typischerweise über folgende technische Daten, die jedoch im Einzelfall auch stark abweichen können : Länge ca. 4-6 m Durchmesser, außen ca. 300 mm Frequenz regelbar bis 50 Hz Motorleistung 60-100 kW Membranlänge stufenlos variierbar bis etwa 500 mm Abstand der Membranen ist variabel Verdrängungsmedium in Zylinder und Membranen : Wasser Unterstützungsmedium beim Versenken : Wasser und/oder Luft

BEZUGSZIFFERNLISTE Druckluftzufüh ru ngsleitung 2 Steuerungsleitung 3 Druckluftkammer 4 Kammer 5 Kolben 6 Öffnung 7 Volumen eines flüssigen Medium 8 Membran 9 Spannbändern 10 Gehäuse 11 Tauchkolben 12 Kurbelantrieb 13 anstehendes Gut 14 Faligewicht 15 Seil 16 Führungsbereiche 17 Druckausgleichskanäle 18 Kolben 19 Druckfeder 20 Gehäuseabsatz 21 Bohrgerät 22 Bohrgestänge 23 zugfeste Leitung 24 Pulsationsvorrichtung 25 Kompressor 26 Winde 27 unverdichtetes Gut 28 verdichtetes Gut 29 Bohrgestänge 30 Verdichtungsstoß 31 Kran 32 doppelt wirkender Kolben 33 Elektromotor

34 Getriebe 35 Kolbenstange 36 oberer Zylinderraum 37 unterer Zylinderraum 38 obere Membran 39 untere Membran 40 Kegelradantrieb 41 Exzenterwelle 42 Versorgungsleitungen 43 Antriebszylinder 44 elektrisches Steuerventil 45 Rücklauf 46 Simmerring