EP4004341B1 - Bohrkopf für das erstellen einer bohrung im boden - Google Patents

Bohrkopf für das erstellen einer bohrung im boden

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EP4004341B1
EP4004341B1 EP20744020.7A EP20744020A EP4004341B1 EP 4004341 B1 EP4004341 B1 EP 4004341B1 EP 20744020 A EP20744020 A EP 20744020A EP 4004341 B1 EP4004341 B1 EP 4004341B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
opening
drill head
suction box
loosened
nozzles
Prior art date
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Active
Application number
EP20744020.7A
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English (en)
French (fr)
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EP4004341A2 (de
EP4004341C0 (de
Inventor
Boris JUNG
Tobias GERHARDT
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Herrenknecht AG
Original Assignee
Herrenknecht AG
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Publication date
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Priority to EP25193214.1A priority patent/EP4617472A3/de
Publication of EP4004341A2 publication Critical patent/EP4004341A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4004341B1 publication Critical patent/EP4004341B1/de
Publication of EP4004341C0 publication Critical patent/EP4004341C0/de
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B10/08—Roller bits
    • E21B10/18—Roller bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
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    • E21B10/26—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers
    • E21B10/32—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools
    • E21B10/34—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools of roller-cutter type
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    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
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    • E21B10/62—Drill bits characterised by parts, e.g. cutting elements, which are detachable or adjustable
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    • E21D1/06—Sinking shafts mechanically, e.g. by loading shovels or loading buckets, scraping devices, conveying screws with shaft-boring cutters
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    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/12—Devices for removing or hauling away excavated material or spoil; Working or loading platforms
    • E21D9/13—Devices for removing or hauling away excavated material or spoil; Working or loading platforms using hydraulic or pneumatic conveying means

Definitions

  • the invention relates to a drill head for creating a substantially vertical borehole in the ground, comprising a body that can be connected to a rotary drive of a drilling device, with drilling tools arranged on the body for loosening the soil at a working face of the borehole, with a suction device for transporting the loosened soil at the working face, which suction device can be connected to a pump, wherein the suction device has an opening region arranged on the body with at least one opening in the region of the drilling tools at the working face, wherein the opening region has an elongated extension, wherein the at least one opening of the opening region is connected to a suction box, which has a connection opening for connection to the pump at an end opposite the opening and which has a width and a height, wherein the width extends parallel to the elongated extension of the opening region and wherein the height extends transversely to the width and parallel to the opening region, and wherein the soil loosened by the drilling tools in the opening region can be sucked through the opening from the
  • Such a drill head is made, for example, of KR10162879B1 ,
  • DE 19626591 C1 shows a drill head for drilling vertical boreholes in the ground and extracting the loosened soil using the airlift method.
  • the drill head has drilling tools and a suction system on its underside to remove the loosened soil.
  • the suction system has a radially extending channel.
  • the channel itself is connected to a suction pipe.
  • the loosened soil, along with the drilling fluid, is sucked from the face via the suction pipe.
  • Directional nozzles are provided, directed into the channel, through which compressed air or fluid is released to assist the suction process.
  • EP 2597249 B1 shows a drilling device for drilling vertical bores in the ground with a drill head rotating on a working face.
  • a suction device is provided with an opening located on the outside of the end of the drill head facing the working face and rotating with the drill head. This removes loosened soil from the borehole.
  • US 3384191 A shows a drill head with roller bits, which also features a suction system for removing the loosened soil.
  • a guide plate is provided, which is located near the suction opening and collects the loosened soil as the drill head rotates and feeds it to the opening.
  • Behind the opening is a slanted channel that opens into a centrally located discharge line.
  • US 4195700 A also discloses a drill head with roller bits, which has a radial opening at the inner end of which a discharge line is provided.
  • the opening is designed as a slot, behind which a conical tube is provided that widens toward the discharge line.
  • US 4200160 A discloses a drill head with a suction system for removing the loosened soil.
  • the suction system features a slot-shaped radial opening that opens into a cylindrical chamber. From this chamber, a channel emerges that leads into the sewer line.
  • WO 2016142910 A1 also discloses a cutter head with roller bits, which has a radial opening with a border that projects beyond the underside of the cutter head toward the face. Behind the opening, a conically shaped chamber is provided that extends across the entire underside of the cutter head. A discharge line is provided at its rear end.
  • the object of the invention is to simplify the extraction of the aforementioned drill heads and at the same time to improve their performance.
  • the object according to the invention is achieved in that the suction box is arranged vertically, that the suction box tapers in width from the opening towards the connection opening, and that the height of the suction box increases from the opening towards the connection opening.
  • the width of the suction box is preferably the longitudinal extent of the opening, particularly preferably radial.
  • the height of the suction box is preferably the transverse extent of the opening, particularly preferably transverse to radial.
  • the vertical arrangement has a positive effect on material transport due to the direct inflow. Surprisingly, it has been shown that this has a positive effect on suction, because less material accumulates in the opening area. Furthermore, this design is easier to implement in the drill head.
  • a further teaching of the invention provides for at least one deflection area behind the opening, preferably before entering the suction box, in which the flow direction of the loosened soil can be redirected. This makes it particularly easy to convey the material to be removed, liquefied, for example, before reaching the opening, and then remove it.
  • a further teaching of the invention provides that at least one tool for loosening the soil, preferably in the form of a toothed rack, is provided in the opening area.
  • This allows rock/soil to be loosened at the working face directly in the opening area.
  • the material thus loosened can be vacuumed off particularly well.
  • This can advantageously be carried out or supported by releasing liquid to liquefy the loosened/extracted soil/rock, for example by at least one liquid jet.
  • the at least one tool is movable to change the distance of the tool from the working face, preferably via at least one hydraulic cylinder, and/or that the at least one tool is pivotable relative to the opening area, preferably via at least one hydraulic cylinder. This makes it easy to influence the penetration depth into the working face. This can be done, for example, depending on the strength of the soil/rock to be loosened.
  • a further teaching of the invention provides that at least one tool for picking up the soil, preferably in the form of a bar, is provided in the opening area. This allows the rock/soil to be picked up at the working face directly in the opening area. The material thus loosened can be sucked out particularly well. This can advantageously be carried out or supported by releasing liquid to liquefy the loosened/extracted soil/rock, for example by at least one liquid jet. It is also advantageous that the at least one tool is movable to change the distance of the tool from the working face, preferably via at least one hydraulic cylinder, and/or that the at least one tool is pivotable relative to the opening area, preferably via at least one hydraulic cylinder.
  • a further teaching of the invention provides that the distance of the opening area from the working face is adjustable. It is advantageous that the distance is adjusted by vertically moving the suction box and/or pivoting the suction box around a pivot point, with a drive, preferably a hydraulic cylinder or a spring mechanism, being provided for the movement or pivoting. This allows the amount of sucked-out material to be directly and easily influenced.
  • a further teaching of the invention provides that at least one cleaning tool, preferably at least one movable element and/or at least one nozzle for dispensing a liquid jet, is provided in the opening area. This allows blockages in the opening area to be either eliminated or prevented. Furthermore, the liquid jet dispensed by the at least one nozzle can also be used to liquefy the dissolved/conveyed material.
  • suction box has a spray nozzle, which is preferably directed from the opening toward the connection opening. This simply improves the material transport within the suction box. Furthermore, the liquefaction of the dissolved material is improved, allowing for improved discharge.
  • a further teaching of the invention provides for the suction box to be replaceable within the drill head. This allows the drill head to be easily adapted to different geological conditions. Furthermore, reversing the direction of rotation is also possible.
  • a further teaching of the invention provides for a classification element to be provided in the opening area.
  • a classification element to be provided in the opening area.
  • This can be, for example, a grid, partition plates that divide the opening area into several openings, or even several openings.
  • a further teaching of the invention provides that the opening extends essentially radially outward from the center point. It is advantageous for the opening to be designed in a slot-like manner. A further teaching of the invention provides that the clear cross-section of the opening changes, preferably increases, radially outward along the opening area. This allows the material intake, the location of the material intake, and the intake quantity to be easily influenced.
  • connection opening of the suction box is offset from a perpendicular bisector of the opening area, preferably outward.
  • the suction strength or flow profile in the suction box or in the opening area can be easily adjusted, thus affecting the amount of material sucked in. For example, by shifting it outward, the flow in the radially outer area of the suction box can be increased in order to more effectively suction off the larger amount of material accumulating there.
  • connection opening of the suction box is pivoted relative to the opening area relative to a perpendicular bisector of the opening area. This allows the suction strength or flow profile in the suction box or in the opening area to be easily influenced, thus affecting the amount of material sucked in. For example, by tilting the connection opening inward, the flow in the radially outer area of the suction box can be increased in order to better suction the larger amount of material accumulating there.
  • a further teaching of the invention provides for nozzles to be provided in the opening area, which are preferably directed into the opening area and/or into the opening. This allows the loosened/extracted material in the opening area to be easily liquefied so that it is sucked into the interior of the suction box. It is particularly advantageous that the suction system is dimensioned such that the opening area remains essentially free of loosened/extracted soil/rock. For this to happen, sufficient liquid must be pumped through the suction box and the conveying line, and the liquefaction of the loosened/extracted material must occur in sufficient quantities.
  • a further teaching of the invention provides for a flow ring extending toward the face in the area of the opening at the outer edge. This makes it easy to prevent a flow short circuit from the rear of the drill head to the opening.
  • a further teaching of the invention provides that, viewed in the direction of rotation of the drill head, at least two nozzles for emitting a jet of a medium, preferably air or a liquid, are provided in front of the opening on the underside of the drill head, said nozzles being directed towards the working face.
  • a medium preferably air or a liquid
  • the nozzles being directed towards the working face.
  • so many nozzles extend along a longitudinal extent that they create a dense jet area.
  • a further teaching of the invention provides that, viewed in the direction of rotation of the drill head, at least two nozzles for emitting a jet of a medium, preferably air or a liquid, are provided behind the opening on the underside of the drill head, said nozzles being directed towards the working face.
  • a medium preferably air or a liquid
  • material can be easily held in the effective area of the opening and/or that the escape of accelerated material, for example, against the direction of rotation can be prevented.
  • the proportion of loosened soil not sucked in which is then reprocessed by the drilling tools of the drill head, can be reduced.
  • a further teaching of the invention provides that the direction of the jet corresponds to a vector which, starting from the nozzle, has a directional component towards the working face and/or a directional component towards the opening.
  • a further teaching of the invention provides that the jets of the at least two nozzles have a blocking effect against movement of the loosened soil against the direction of rotation of the drill head and/or detachment of the loosened soil from the working face and/or acceleration of the loosened soil.
  • a further teaching of the invention provides that the jets of the at least two nozzles have a blocking effect against movement of the loosened soil in the direction of rotation of the drill head and/or detachment of the loosened soil from the working face and/or acceleration of the loosened soil.
  • the nozzles arranged in front of the opening in the direction of rotation it is advantageous for the nozzles arranged in front of the opening in the direction of rotation to have a smaller directional component to the opening and/or be at a greater distance from the opening than the nozzles arranged behind the opening. This enhances the aforementioned advantages.
  • a further teaching of the invention provides that at least one nozzle for discharging a jet of a medium, preferably air or a liquid, is provided on the underside of the drill head, and that the jet causes the loosened soil to move into an area of the working face that is traversed by the opening upon rotation of the drill head.
  • a further teaching of the invention provides that the jet impinges on a guide plate, thereby causing a change in the direction of movement of the loosened soil.
  • the guide plate is arranged as a straight or curved element on the underside of the drill head, and the arrangement is diagonal or at least partially circumferential. This facilitates material distribution.
  • a further teaching of the invention provides for at least one nozzle, preferably at least two nozzles, aligned in opposite directions, to be provided in the center of the underside of the drill head. It has been shown that this allows the loosened soil to be easily removed from the center, which, due to its design, cannot be crossed by the suction opening.
  • a further disclosure provides that, viewed in the direction of rotation of the drill head, at least two nozzles for emitting a jet of a medium, preferably air or a liquid, are provided in front of the opening on the underside of the drill head, said nozzles being directed towards the working face.
  • a medium preferably air or a liquid
  • the direction of the jet corresponds to a vector which, starting from the nozzle, has a directional component towards the working face and/or a directional component towards the opening.
  • the jets of the at least two nozzles have a blocking effect against movement of the loosened soil against the direction of rotation of the drill head and/or detachment of the loosened soil from the face and/or acceleration of the loosened soil.
  • the opening region has an elongated extension, that the at least one opening of the opening region is connected to a suction box which has a connection opening for connection to the pump at an end opposite the opening, that the soil loosened by the drilling tools in the opening region can be sucked through the opening from the pump into the suction box in a flow direction, that the suction box tapers in width from the opening towards the connection opening, and that the height of the suction box increases from the opening towards the connection opening.
  • the jet impinges on a guide plate, causing a change in the direction of movement of the loosened soil.
  • the guide plate is arranged as a straight or curved element on the underside of the drill head, and the arrangement is diagonal or at least partially circumferential. This facilitates material distribution.
  • At least one nozzle preferably at least two nozzles, aligned in opposite directions, are provided in the center of the underside of the drill head. It has been shown that this allows the loosened soil to be easily removed from the center, which, due to its design, cannot be crossed by the suction opening.
  • At least one nozzle preferably at least two nozzles, are arranged tangentially on the underside of the drill head. This allows the loosened soil to be easily redirected from the outer area, which cannot be easily crossed by the suction opening, to areas where suction is achieved. This is preferably further supported by a combination of the aforementioned guide vanes.
  • FIG. 1 to Figure 4 show a three-dimensional representation of a drill head 10.
  • the drill head 10 has a body 11 on which drilling tools 12 are arranged on its underside 13.
  • the drill head 10 has a connection 15 for a drive (not shown) of a drilling device (not shown).
  • the drive (not shown) is provided, for example, directly in the drilling device, which is arranged, for example, in a casing pipe (not shown) or in a pile (not shown).
  • a further non-exhaustive alternative can also be a top drive provided on a casing pipe or on a pile, to which the drill head 10 is connected via a rod assembly.
  • Other variants of drives, drilling devices and arrangements in a borehole/pile are also possible.
  • the drill head can also be used in conjunction with a shaft boring machine.
  • the body 11 can have on its circumference 16 fold-out edge cutting tools 17, which in Figure 1 is shown extended. Furthermore, wear elements 18 are provided on the circumference 16 of the body 11, for example.
  • the drilling tools 12 can be, for example, disc bits 12a, planing bits 12b, or roller bits 12c.
  • the selection of the drilling tools 12 depends on the soil/rock to be removed to create the borehole. Shown here are disc bits 12a and planing bits 12c.
  • a centering drilling tool 19 is also provided, which enables centering of the drill head 10.
  • the body 11 has a suction box 20 on its underside 13 in a first embodiment.
  • the suction box 20 is in the Figures 5 to 11 shown in detail. It has an opening area 22 on its front side 21, which has at least one opening 23.
  • the opening 23 of the first embodiment of the suction box 20 has a classification element 24 that divides the opening 23 into opening sections 23a.
  • the classification element 24 determines the grain size of the loosened soil/rock that can enter the interior space 25 of the suction box 20.
  • the interior space 25 is formed by a lid 26 as the top side and a base 27 as the bottom side, which are designed to be flat in one embodiment. Other lid and base shapes are also possible. Furthermore, the suction box 20 has side walls 28, which here extend from the front side 21 along the shape of the lid and base.
  • a funnel is formed, for example and preferably, due to the fact that the width BB of the interior 25 is reduced by the curved shape of the side walls 28, whereby the flow velocity of the announced mixture of dissolved soil/rock and carrier medium increases with decreasing width BB.
  • an opening 29 is provided, at which a connection 30 for a conveying line 31 is provided, which is connected to a pump (not shown) during drilling operation in order to carry out the removal of the loosened soil/rock or the mixture of conveying medium and loosened soil/rock.
  • the height HH of the interior 25 of the suction box 20 can also be varied, in particular increased, starting from the front 21 to the opening 29 at the rear of the suction box 20 in order to counteract blockages of the interior 25 by loosened soil/rock.
  • the suction box 20 shown symmetrically here, asymmetrically, for example by arranging the opening 29 laterally offset (not shown).
  • the opening 29 is offset towards the circumference 16 of the body 11 in order to adapt the flow profile in the areas where more soil/rock is loosened during rotation in the direction of rotation A and enters the interior 25 of the suction box 20 through the opening 23, for example to specifically increase the flow velocity in areas of the interior 25.
  • sliding elements 32 are arranged, which enable the suction box 20 to slide on the working face or at a defined distance from it during drilling or rotation in the direction of rotation A.
  • the opening area 22 has soil loosening tools 33, for example, a scraper blade, in the area of the opening 23, which extends along the front side 21.
  • the soil loosening tools 33 make it possible to selectively loosen or pick up soil/rock in the area of the front side 21 of the suction box 20 and feed it to the opening 23, through which it is then conveyed away.
  • guide plates may also be provided (not shown) to supply the dissolved material, which is not directly sucked in by the flow in flow direction B, to the opening area 22 and then to suck it through the openings 23 into the interior space 25.
  • Nozzles 34 are arranged above the openings 23 on the front side 21 (see example Fig. 9 ), which emit a jet in the direction E of a carrier medium, for example a liquid or air, into the interior space 25, which jet is directed in the direction B of the opening 29, so that material located in the interior space 25 is moved in the direction B towards the opening 29. Furthermore, accumulations of dissolved material can also be dissolved by the jets emitted by the nozzles 34. If a liquid is emitted, this can, for example or alternatively, also be used to liquefy the dissolved/conveyed material in the suction box 20 and/or opening area 22 and thus ensure better conveyance.
  • the conveying flow in the conveying line 31 and/or the liquefaction are designed such that the dissolved/conveyed material does not accumulate in the opening area 22, but rather the opening area 22 remains essentially free.
  • a cleaning element 35 is provided in the opening area 22.
  • the cleaning element 35 has rods 36 that are guided in passages 37, so that when the rods 36 are moved in the cleaning direction C, the rods engage in the opening sections 23a of the openings 23 or in the classifying elements 24 provided there and remove trapped material from them, thus making the opening 23 passable again.
  • the cleaning element 35 is then moved back out of the opening sections 23a in the opposite direction of the arrow C.
  • nozzles 38 can also be provided for cleaning the openings or the classifying elements 24, which emit liquid jets for cleaning in the cleaning direction D, as shown by way of example in Fig. 9 shown.
  • a liquid is discharged, this can, for example, or alternatively, be used to liquefy the dissolved/conveyed material in the suction box 20 and/or opening area and thus ensure better discharge.
  • the flow in the delivery line 31 and/or the liquefaction are designed so that the dissolved/conveyed Material does not accumulate in the opening area 22, but the opening area 22 remains essentially free.
  • Figure 12 to Figure 15 show a three-dimensional representation of a drill head 10.
  • the drill head 10 has a body 11 on which drilling tools 12 are arranged on its underside 13.
  • the drill head 10 has a connection 15 for a drive (not shown) of a drilling device (not shown).
  • the drive (not shown) is provided, for example, directly in the drilling device, which is arranged, for example, in a casing pipe (not shown) or in a pile (not shown).
  • a further non-exhaustive alternative can also be a top drive provided on a casing pipe or on a pile, to which the drill head 10 is connected via a rod assembly.
  • Other variants of drives, drilling devices and arrangements in a borehole/pile are also possible.
  • the drill head can also be used in conjunction with a shaft boring machine.
  • the body 11 can have on its circumference 16 fold-out edge cutting tools 17, which in Figure 1 is shown extended. Furthermore, wear elements 18 are provided on the circumference 16 of the body 11, for example.
  • the drilling tools 12 can be, for example, disc bits 12a, planing bits 12b, or roller bits 12c.
  • the selection of the drilling tools 12 depends on the soil/rock to be removed to create the borehole. Shown here are roller bits 12c and planing bits 12b.
  • a centering drilling tool 19 is also provided, which enables centering of the drill head 10.
  • the body 11 has a suction box 40 on its underside 13 in a second embodiment.
  • the suction box 40 is shown in the Figures 16 to 19 presented in detail.
  • Figure 18 shows a sectional view AA from Figure 16 .
  • Figure 19 shows an enlarged view of the circled area Figure 18 .
  • the suction box 40 has an opening area 42 in the region of its front side 41, which has at least one opening 43.
  • the opening 43 of the second embodiment of the suction box 40 may have a classifying element (not shown here) that divides the opening 43 into opening sections 43a.
  • the classification element determines the grain size of the loosened soil/rock that can enter the interior space 45 of the suction box 20.
  • the interior space 45 is formed by a lid 46 as the top side and a base 47 as the bottom side, which are designed to be flat in one embodiment. Other lid and base shapes are also possible. Furthermore, the suction box 40 has side walls 48, which here extend from the front side 41 along the shape of the lid and base.
  • a funnel is formed, for example and preferably, due to the fact that the width BB of the interior 45 decreases due to the curved shape of the side walls 48, whereby the flow velocity of the desired mixture of loosened soil/rock and carrier medium increases with decreasing width BB.
  • the height HH of the interior 45 of the suction box 40 changes, starting from the front 41 to the opening 49 at the rear of the suction box 40. In the second embodiment, it increases to counteract blockages of the interior 45 by loosened soil/rock. Other height variations are also possible to create specific flow profiles in the interior 45. This also applies to the suction box 20 of the first embodiment.
  • an opening 49 is provided, at which a connection 40 for a conveying line 41 is provided, which is connected to a pump (not shown) during drilling operation in order to carry out the removal of the loosened soil/rock or the mixture of conveying medium and loosened soil/rock.
  • the suction box 40 shown symmetrically here can be designed asymmetrically, for example by arranging the opening 49 laterally offset. In this case, it is particularly useful if the opening 49 is offset towards the circumference 16 of the body 11 in order to specifically increase the flow velocity in the areas where more soil/rock is loosened during rotation in the direction of rotation F and enters the interior 45 of the suction box 40 through the opening 43.
  • connection 40 of the conveying line 41 opens at an incline into the interior space 45.
  • a deflection element 60 which is movably arranged via stop points 61 with the suction box 40, for example on its side walls 48.
  • At least one actuator 62 for example a hydraulic cylinder, is provided to move the deflection element 60.
  • This actuator is connected, for example, to a first stop 63 arranged on the deflection element 60 and to a second stop 64 arranged on the cover 46, so that the pivoting movement can be executed upon actuation of the actuator 62.
  • the deflection element 60 can then be interlaced in the direction of rotation G.
  • the deflection element 60 can have nozzles 66 which, for example, emit a jet in direction E of a carrier medium, for example a liquid or air, into the interior space 45. This allows material located in the interior space 45 to be moved in direction B towards the opening 49. If a liquid is emitted, this can, for example or alternatively, also be used to liquefy the loosened/conveyed material in the suction box 20 and/or opening area 22 and thus ensure better removal.
  • the conveying flow in the conveying line 31 and/or the liquefaction are designed such that the loosened/conveyed material does not accumulate in the opening area 22, but rather the opening area 22 remains essentially free.
  • a sliding element 52 arranged on a base 55 is provided on the bottom 47.
  • An opening gap 67 exists between the base 55 and the soil loosening tool 65, depending on the degree of pivoting of the deflection element 60. Its size determines, for example, the amount of loosened soil/rock material absorbed. Furthermore, the opening gap 67 can also be used for classification to prevent the entry of certain grain sizes of loosened soil/rock.
  • a nozzle 68 can be arranged on the base 55, which acts as a cleaning element and emits a jet of a carrier medium, for example a liquid or air, in the cleaning direction D in order to remove jammed material from the opening gap 67. If a liquid is emitted, this can, for example or alternatively, also be used to liquefy the loosened/conveyed material in the suction box 20 and/or opening area 22 and thus ensure better removal.
  • the conveying flow in the conveying line 31 and/or the liquefaction are designed such that the loosened/conveyed material does not accumulate in the opening area 22, but rather the opening area 22 remains essentially clear.
  • a stop element 69 is shown, which is connected to an actuator (not shown), via which the entire suction box 40 can be moved relative to the body 11 in order to bring the entire suction box 40, for example, closer to the working face or to move it away from it, whereby, for example, the penetration depth into the working face and/or the amount of loosened material taken up can be influenced.
  • the opening 23 of the suction box 20 of the first embodiment thus faces directly toward the direction of rotation A, whereas the opening 43 of the suction box 40 of the second embodiment is not directly reached.
  • the loosened material passing through the opening gap 67 must first be redirected in the flow direction by the deflection element 60 and fed to the opening 43. Liquefaction can then also occur here.
  • the soil loosening tools 65 of the second embodiment are thus pulled across the working face, while the soil loosening tools 33 of the first embodiment are pushed across the working face.
  • FIG 20 to Figure 23b show a three-dimensional representation of a drill head 10 according to the invention.
  • the drill head 10 has a body 11 on which drilling tools 12 are arranged on its underside 13.
  • the drill head 10 has a connection 15 for a drive (not shown) of a drilling device (not shown).
  • the drive (not shown) is provided, for example, directly in the drilling device, which is arranged, for example, in a casing pipe (not shown) or in a pile (not shown).
  • a further non-exhaustive alternative can also be a top drive provided on a casing pipe or on a pile, to which the drill head 10 is connected via a rod assembly.
  • Other variants of drives, drilling devices and arrangements in a borehole/pile are also possible.
  • the drill head can also be used in conjunction with a shaft boring machine.
  • the body 11 can have on its circumference 16 fold-out edge cutting tools 17, which in Figure 20 The individual states of the edge tool 17 are shown in the Figures 29 to 31 shown. Furthermore, wear elements 18 are provided on the circumference 16 of the body 11, for example.
  • the drilling tools 12 can be, for example, disc chisels 12a, planing chisels 12b, or roller chisels 12c.
  • the drilling tools 12 are selected Depending on the soil/rock to be removed to create the borehole. Shown here are disc chisels 12a.
  • a series of disks 12a is provided, which also enable the drilling head 10 to be centered.
  • the body 11 has a suction box 70 in a third embodiment.
  • the suction box 70 is shown in the Figures 24 to 29 shown in detail. It has an opening area 72 which has at least one opening 73.
  • the opening 73 of the third embodiment of the suction box 70 has a classification element 74 that divides the opening 73 into opening sections 73a.
  • the classification element 74 determines the grain size of the loosened soil/rock that can enter the interior space 75 of the suction box 70.
  • the interior space 75 is formed by a cover 76 as the top and the opening 73 as the bottom, as well as side walls 78 and a rear wall 77.
  • a funnel is formed, for example, and preferably, due to the fact that the width BB of the interior 75 (see Figure 26 ) is reduced by the shape and arrangement of the cover 76 and the rear wall 77, whereby the flow velocity of the announced mixture of dissolved soil/rock and carrier medium increases with decreasing width BB.
  • an opening 79 is provided, at which a connection 71 for a conveying line (not shown) is provided, which is connected to a pump (not shown) during drilling operation in order to carry out the removal of the loosened soil/rock or the mixture of conveying medium and loosened soil/rock.
  • the height HH of the interior 75 of the suction box 70 increases from the opening area 72 to the opening 79 on the top side of the suction box 70 in order to counteract blockages of the interior 75 by loosened soil/rock.
  • a nozzle bar 81 in the direction of rotation was provided in front of the opening area 72 and a second nozzle bar 80 in the direction of rotation was provided behind the opening area 72 on the underside 13 of the drill head 10.
  • the nozzle bars 81, 82 have a plurality of nozzles 82, 83 arranged in a row. These nozzles 82, 83 each emit a jet AA, DD M of a flushing medium, preferably a liquid jet or a compressed air jet.
  • the nozzles 82 of the nozzle bar 80 and the nozzles 83 of the nozzle bar 81 are arranged such that they are directed towards the working face and towards the opening region 72.
  • the nozzles 82 are arranged at an angle ⁇ to the vertical on the underside 13 of the drill head 10, and the nozzles 83 are arranged at an angle ⁇ to the vertical on the underside 13 of the drill head 10.
  • Angles ⁇ and ⁇ preferably differ from one another. Particularly preferably, angle ⁇ is smaller than angle ⁇ .
  • the jets AA hit the working face (not shown) and cause the loosened soil to swirl or activate, allowing it to be more easily sucked into the opening 73. Furthermore, the jets AA also create a blocking effect, preventing loosened soil from leaving the area CC between the jet AA and the jet DD in the opposite direction of rotation A.
  • a flow ring 84 is preferably provided on the outer circumference of the underside 13 of the drill head 10.
  • the flow ring 84 extends from the underside 13 toward the working face. It is preferably implemented here as a metal sheet provided on the circumference 16 of the drill head 10. The flow ring 84 ensures that the suction through the opening 73 does not occur in the form of a short circuit from the edge area of the bore.
  • openings 85 are provided here, preferably on the right and left sides of the short side of the opening 73. These openings are connected to a line (not shown) through which the fluid is supplied to the suction area.
  • the preferred, targeted supply in the suction area particularly prevents crossflows from occurring below the drill head 10 in the excavation area, which would otherwise result in uncontrolled material transport. Such uncontrolled material transport leads not only to wear but also to the drilling tools 12 repeatedly passing over already loosened soil.
  • a centralization is preferably provided on the underside 13 of the drill head 10.
  • This centralization consists of guide plates and nozzles with which loosened soil is supplied in specific areas to the area of the working face over which the opening area 72 of the suction box 70 passes. This easily controls the material flow, which also enables optimized material distribution from the areas in which more soil is loosened at the working face to the areas in which less soil is loosened by the drilling tools 12, in order to optimize suction.
  • guide vanes 86 of varying lengths and angles of incidence are provided directly behind drilling tools 12 arranged in specific sections.
  • the guide vanes 86 extend from the underside 13 of the drill head 10 towards the working face. They are arranged diagonally so that the loosened material or loosened soil can be efficiently moved from the outer regions of the underside 13 of the drill head 10 towards the suction area 73.
  • This material transport is achieved by nozzles 87, each of which is provided in a housing 88 on the outside of the underside 13 of the drill head 10.
  • the nozzles 87 emit a tangential jet EE of a flushing medium (liquid or air) which strikes the respective guide vane 87.
  • the edge cutting tools 17 also have guide plates 89, which are also arranged diagonally so that material can be transported along the guide plate 89 from the outside through the production of the drill head 10 to the inner region of the underside 13 of the drill head 10.
  • nozzles 90 are provided in a housing 91, which direct a jet FF of a flushing medium (liquid or air) onto the guide plate 89, so that the flow direction of the jet FF is changed at the guide plate 89, so that it runs parallel to the guide plate 89 in the direction HH.
  • a skiving bit 12b is preferably provided, which cuts and straightens the borehole wall.
  • a nozzle 92 For cooling and flushing the skiving bit 12b, a nozzle 92 is provided, which emits a jet (not shown) of a flushing and cooling medium (liquid or air). The jet is directed along the cutter 12b toward the face area. The loosened material washed away here is then captured by the guide plate 89 and also transported away in the flow direction HH, preferably in combination with the jet FF, from the nozzle 90.
  • a nozzle 92 is provided, which emits a jet (not shown) of a flushing and cooling medium (liquid or air).
  • the jet is directed along the cutter 12b toward the face area.
  • the loosened material washed away here is then captured by the guide plate 89 and also transported away in the flow direction HH, preferably in combination with the jet FF, from the nozzle 90.
  • nozzles 93 are provided parallel to the row in a housing 94, which emit a jet GG of a flushing medium (liquid or air) in the flow direction I parallel to the row of disks 12a, so that the loosened material released by the respective disks 12a is conveyed out of the center by the jets GG.
  • guide plates 95 are provided, which here are circumferential and curved and are arranged on the underside 13 of the drill head 10 in a region of the working face over which the opening region 73 of the suction box 70 passes.
  • the guide plates and nozzles divide the underside 13 of the drill head into different material conveying sections J to M.
  • the guide plates 89 in conjunction with the nozzles 90 in the area of the edge cutting tools 17 cause an outer conveying area J, which Figure 22 is shown.
  • the soil which is loosened by the drilling tools 12 located in these areas is conveyed away by the guide plates 89 in the flow direction HH into the concentrically located further inward areas K1 to K4 to L.
  • the areas K1 to K4 are preferably of different sizes because the respective associated guide plates 86 are preferably designed in different lengths.
  • FIGs 30-32 The movement states of the edge cutting tool 17 are shown. They have a base body 96 that is movable in the direction of arrow N.
  • an actuator 97 is provided, which is preferably designed as a hydraulic cylinder.
  • Figure 30 shows the extended position of the edge cutting tool 17, while Figure 31 shows the retracted position.
  • a piston 98 with its piston rod in the cylinder 99 By moving a piston 98 with its piston rod in the cylinder 99, the base body 96 is retracted or extended into the body 11 of the drill head 10.
  • An emergency solution for recovering the drill head 10 after completion of the drilling work is shown, in which due to a malfunction either the base body is no longer retractable or the actuator 97 has failed.
  • a shear bolt 100 is provided, which in normal In the operating state, it acts as a pivot bearing for the direction of movement N for pivoting the base body 96 into the body 11 of the drill head 10. In the event of a malfunction, this shear pin 100 is sheared off, so that the base body 96 can be pivoted about the stop 101 in the direction of arrow O.
  • the stop 101 is the point of action of the actuator 97 on the base body 96.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf zum Erstellen einer im Wesentlichen vertikalen Bohrung im Boden, mit einem Körper, der mit einem Rotationsantrieb einer Bohrvorrichtung verbindbar ist, mit an dem Körper angeordneten Bohrwerkzeugen zum Lösen des Bodens an einer Ortsbrust der Bohrung, mit einer Absaugung zum Abtransport des gelösten Bodens an der Ortsbrust, die mit einer Pumpe verbindbar ist, wobei die Absaugung einen am Körper angeordneten Öffnungsbereich mit wenigstens einer Öffnung im Bereich der Bohrwerkzeuge an der Ortsbrust aufweist, wobei der Öffnungsbereich eine längliche Erstreckung aufweist, wobei die wenigstens eine Öffnung des Öffnungsbereichs mit einem Saugkasten verbunden ist, der an einem der Öffnung gegenüberliegenden Ende eine Anschlussöffnung für eine Verbindung mit der Pumpe aufweist und der eine Breite und eine Höhe aufweist, wobei sich die Breite parallel zur länglichen Erstreckung des Öffnungsbereichs erstreckt und wobei sich die Höhe quer zur Breite und parallel zum Öffnungsbereich erstreckt, und wobei der von den Bohrwerkzeugen gelöste Boden im Öffnungsbereich durch die Öffnung von der Pumpe in den Saugkasten in einer Strömungsrichtung saugbar ist.
  • Ein solcher Bohrkopf ist beispielsweise aus KR10162879B1 ,
  • DE 19626591 C1 zeigt dabei einen Bohrkopf für das Niederbringen von vertikalen Bohrungen im Erdreich unter Austrag des gelösten Erdreichs nach dem Lufthebeverfahren. Der Bohrkopf weist dabei an seiner Unterseite Bohrwerkzeuge und eine Absaugung zum Abtransport des gelösten Erdreichs auf. Die Absaugung weist dabei eine als einen radial verlaufenden Kanal ausgebildete Ansaugöffnung auf. Der Kanal selbst ist mit einem Absaugrohr verbunden. Der gelöste Boden in Verbindung mit Spülflüssigkeit wird über das Absaugrohr von der Ortsbrust abgesaugt. Zur Unterstützung sind gerichtete Düsen vorgesehen, die in den Kanal hinein gerichtet sind, durch die Druckluft oder Flüssigkeit abgegeben wird, um die Absaugung zu unterstützen.
  • Auch EP 2597249 B1 zeigt eine Bohrvorrichtung für das Niederbringen von vertikalen Bohrungen im Erdreich mit einem Bohrkopf, der auf einer Ortsbrust rotiert. Vorgesehen ist eine Absaugung die eine Öffnung aufweist, die an dem zur Ortsbrust weisenden Ende des Bohrkopfes außen angeordnet ist und mit dem Bohrkopf rotiert. Dabei wird gelöster Boden aus dem Bohrloch abtransportiert.
  • US 3384191 A zeigt einen Bohrkopf mit Rollenmeißeln, der ebenfalls eine Absaugung zum Abtransport des gelösten Bodens aufweist. Hierfür ist ein Führungsblech vorgesehen, dass im Bereich der Öffnung der Ansaugung angeordnet ist und den gelösten Boden bei der Rotation des Bohrkopfes sammelt und der Öffnung zuführt. Hinter der Öffnung ist ein schräger Kanal angeordnet, der in eine mittig angeordnete Abförderleitung mündet.
  • US 4195700 A offenbart ebenfalls einen Bohrkopf mit Rollenmeißeln, der eine radiale Öffnung aufweist, an dessen inneren Ende eine Abförderleitung vorgesehen ist. Die Öffnung ist als Schlitz ausgeführt, hinter dem ein kegelförmig ausgeformtes Rohr vorgesehen ist, dass sich zur Abförderleitung hin verbreitert.
  • US 4200160 A offenbart einen Bohrkopf mit einer Absaugung zum Abtransport des gelösten Bodens. Die Absaugung sieht eine schlitzförmige radiale Öffnung vor, die in einen zylinderförmigen Raum mündet. Aus diesem geht ein Kanal hervor, der in die Abwasserleitung führt.
  • WO 2016142910 A1 offenbart ebenfalls einen Bohrkopf mit Rollenmeißeln, der eine radiale Öffnung mit einer Umrandung aufweist, die hin zur Ortsbrust über die Unterseite des Bohrkopfes übersteht. Hinter der Öffnung ist ein konisch ausgeformter Raum vorgesehen, der sich über die gesamte Unterseite des Bohrkopfes erstreckt. An seinem hinteren Ende ist eine Abförderleitung vorgesehen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Absaugung bei den zuvor genannten Bohrköpfen zu vereinfachen und gleichzeitig in ihrer Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch, dass der Saugkasten vertikal angeordnet ist, dass sich der Saugkasten von der Öffnung hin zur Anschlussöffnung in der Breite verjüngt, und dass sich die Höhe des Saugkastens von der Öffnung hin zur Anschlussöffnung vergrößert.
  • Die Breite des Saugkastens ist dabei bevorzugt die Längserstreckung der Öffnung, besonders bevorzugt radial. Die Höhe des Saugkastens ist dabei bevorzugt die Quererstreckung der Öffnung, besonders bevorzugt quer zu radial.
  • Hierdurch wird es auf überraschend einfache Weise möglich, die Absaugleitung deutlich zu erhöhen. Gleichzeitig wird das Risiko von Blockaden im Saugbereich auf einfache Weise deutlich reduziert.
  • Durch das vertikale Anordnen ist der Materialtransport durch die direkte Einströmung positiv beeinflusst. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass hierdurch das Einsaugen positiv beeinflusst wird, weil sich im Bereich der Öffnung weniger Material ansammelt. Weiterhin ist diese Bauform einfacher im Bohrkopf zu realisieren.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass hinter der Öffnung wenigstens ein Umlenkbereich, bevorzugt vor dem Eintritt in den Saugkasten, vorgesehen ist, in dem die Strömungsrichtung des gelösten Bodens umlenkbar ist. Hierdurch lässt sich das abzufördernde Material besonders einfach der Abförderung zuführen, verflüssigen, beispielsweise bereits vor der Öffnung, und anschließend abfördern.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass im Öffnungsbereich wenigstens ein Werkzeug zum Lösen des Bodens, bevorzugt in Form einer Zahnleiste, vorgesehen ist. Hierdurch kann ein Lösen von Gestein/Boden an der Ortsbrust direkt im Öffnungsbereich vorgenommen werden. Das so gelöste Material lässt sich besonders gut absaugen. Dieses kann vorteilhafterweise durch ein Abgeben von Flüssigkeit zur Verflüssigung des gelösten/geförderten Bodens/Gesteins beispielsweise durch wenigstens einen Flüssigkeitsstrahl erfolgen bzw. unterstützt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, dass das wenigstens eine Werkzeug zur Veränderung des Abstands des Werkzeugs zur Ortsbrust bewegbar ist, bevorzugt über wenigstens einen Hydraulikzylinder, und/oder dass das wenigstens eine Werkzeug gegenüber dem Öffnungsbereich verschwenkbar ist, bevorzugt über wenigstens einen Hydraulikzylinder. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise die Eindringtiefe in die Ortsbrust hinein beeinflussen. Dieses kann beispielsweise in Abhängigkeit der Festigkeit des zu lösenden Bodens/Gesteins erfolgen.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass im Öffnungsbereich wenigstens ein Werkzeug zum Aufnehmen des Bodens, bevorzugt in Form einer Leiste, vorgesehen ist. Hierdurch kann das Aufnehmen von Gestein/Boden an der Ortsbrust direkt im Öffnungsbereich vorgenommen werden. Das so gelöste Material lässt sich besonders gut absaugen. Dieses kann vorteilhafterweise durch ein Abgeben von Flüssigkeit zur Verflüssigung des gelösten/geförderten Bodens/Gesteins beispielsweise durch wenigstens einen Flüssigkeitsstrahl erfolgen bzw. unterstützt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, dass das wenigstens eine Werkzeug zur Veränderung des Abstands des Werkzeugs zur Ortsbrust bewegbar ist, bevorzugt über wenigstens einen Hydraulikzylinder, und/oder dass das wenigstens eine Werkzeug gegenüber dem Öffnungsbereich verschwenkbar ist, bevorzugt über wenigstens einen Hydraulikzylinder.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Abstand des Öffnungsbereichs zur Ortsbrust verstellbar ist. Dabei ist vorteilhaft, dass das Verstellen des Abstands über ein vertikales Bewegen des Saugkastens und/oder über ein Verschwenken des Saugkastens um einen Drehpunkt erfolgt, wobei für das Bewegen oder für das Verschwenken ein Antrieb, bevorzugt ein Hydraulikzylinder oder ein Federmechanismus, vorgesehen ist. Hierdurch wird direkt auf einfache Weise die Menge des abgesaugten Materials beeinflussbar.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Öffnungsbereich wenigstens ein Reinigungswerkzeug, bevorzugt wenigstens ein bewegbares Element und/oder wenigstens eine Düse zum Abgeben eines Flüssigkeitsstrahls, vorgesehen ist. Hierdurch können Verschlüsse im Öffnungsbereich entweder beseitigt oder verhindert werden. Weiterhin kann der durch die wenigstens eine Düse abgegebene Flüssigkeitsstrahl auch zur Verflüssigung des gelösten/geförderten Materials verwendet werden.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Saugkasten eine Bedüsung aufweist, die bevorzugt von der Öffnung hin zur Anschlussöffnung gerichtet ist. Hierdurch wird der Materialtransport innerhalb des Saugkastens auf einfache Weise verbessert. Weiterhin wird die Verflüssigung des gelösten Materials verbessert, so dass ein verbesserter Austrag erfolgen kann.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Saugkasten wechselbar im Bohrkopf vorgesehen ist. Hierdurch kann der Bohrkopf auf einfache Weise an unterschiedliche geologische Bedingungen angepasst werden. Weiterhin ist auch eine Umkehr der Drehrichtung möglich.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ein Klassierungselement im Öffnungsbereich vorgesehen ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Gitter, Trennbleche, die den Öffnungsbereich in mehrere Öffnungen aufteilen, oder auch mehrere Öffnungen handeln.
  • Hierdurch wird es auf einfache Weise möglich eine Korngrößenbegrenzung des Angesaugten Materials zu erreichen.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass sich der Öffnungsbereich vom Mittelpunkt gesehen im Wesentlichen radial nach außen erstreckt. Dabei ist vorteilhaft, dass die Öffnung schlitzartig ausgeführt ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht dabei vor, dass sich der lichte Querschnitt der Öffnung entlang des Öffnungsbereichs radial nach außen gesehen verändert, bevorzugt vergrößert. Hierdurch lassen sich die Materialaufnahme, der Ort der Materialaufnahme sowie die Aufnahmemenge auf einfache Weise beeinflussen.
  • Weiterhin ist dabei vorteilhaft, dass die Anschlussöffnung des Saugkastens in Bezug auf den Öffnungsbereich gegenüber einer Mittelsenkrechten des Öffnungsbereichs versetzt angeordnet ist, bevorzugt nach außen. Dadurch wird der Saugkasten asymmetrisch aufgebaut. Es lässt sich auf einfache Weise die Ansaugstärke bzw. das Strömungsprofil im Saugkasten oder im Öffnungsbereich beeinflussen, so dass die angesaugte Materialmenge beeinflussbar ist. So kann beispielsweise durch ein Verschieben nach Außen die Strömung im radial gesehen äußeren Bereich des Saugkastens erhöht werden, um die dort anfallende größere Materialmenge besser absaugen zu können.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Anschlussöffnung des Saugkastens in Bezug auf den Öffnungsbereich gegenüber einer Mittelsenkrechten des Öffnungsbereichs verschwenkt angeordnet ist. Es lässt sich auf einfache Weise die Ansaugstärke bzw. das Strömungsprofil im Saugkasten oder im Öffnungsbereich beeinflussen, so dass die angesaugte Materialmenge beeinflussbar ist. So kann beispielsweise durch ein Verkippen der Anschlussöffnung nach Innen die Strömung im radial gesehen äußeren Bereich des Saugkastens erhöht werden, um die dort anfallende größere Materialmenge besser absaugen zu können.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass im Öffnungsbereich Düsen vorgesehen sind, die bevorzugt in den Öffnungsbereich und/oder in die Öffnung hinein gerichtet sind. Hierdurch kann das gelöste/geförderte Material im Öffnungsbereich auf einfache Weise so verflüssigt werden, dass ein Ansaugen in den Innenraum des Saugkastens hinein erfolgt. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Absaugung so dimensioniert ist, dass der Öffnungsbereich im Wesentlichen frei von gelöstem/geförderten Boden/Gestein bleibt. Dafür muss hinreichend Flüssigkeit durch den Saugkasten und die Förderleitung gefördert werden und die Verflüssigung des gelösten/geförderten Materials in hinreichender Menge erfolgen.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass im Bereich der Öffnung am äußeren Rand der ein sich zur Ortsbrust hin erstreckender Strömungskranz vorgesehen ist. Hiermit kann auf einfache Weise ein Strömungskurzschluss von der Rückseite des Bohrkopfes hin zu Öffnung vermieden werden.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass in Drehrichtung des Bohrkopfes gesehen vor der Öffnung an der Unterseite des Bohrkopfes wenigstens zwei Düsen zur Abgabe eines Strahls eines Mediums, bevorzugt Luft oder eine Flüssigkeit, vorgesehen sind, die zur Ortsbrust gerichtet sind. Besonders bevorzugt erstrecken sich entlang einer Längserstreckung so viele Düsen, dass diese einen dichten Strahlenbereich bewirken. Hierdurch hat sich überraschend gezeigt, dass Material auf einfache Weise im Wirkbereich der Öffnung gehaltenwerden kann und/oder dass ein Rückfluss beispielsweise von beschleunigtem Material in der Drehrichtung verhindert werden kann. Weiterhin kann auch ein Ablösen des gelösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens erfolgen, so dass dieser leichter in die Öffnung eingesaugt werden kann.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass in Drehrichtung des Bohrkopfes gesehen hinter der Öffnung an der Unterseite des Bohrkopfes wenigstens zwei Düsen zur Abgabe eines Strahls eines Mediums, bevorzugt Luft oder eine Flüssigkeit, vorgesehen sind, die zur Ortsbrust gerichtet sind. Besonders bevorzugt erstrecken sich entlang einer Längserstreckung so viele Düsen, dass diese einen dichten Strahlenbereich bewirken. Hierdurch kann auf einfache Weise ein Ablösen des gelösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens erfolgen, so dass dieser leichter in die Öffnung eingesaugt werden kann. Weiterhin hat sich überraschenderweise gezeigt, dass Material auf einfache Weise im Wirkbereich der Öffnung gehalten werden kann und/oder dass ein Austritt beispielsweise von beschleunigtem Material entgegen der Drehrichtung verhindert werden kann. Weiterhin wird der Anteil an nicht angesaugtem gelöstem Boden, der dann erneut von den Bohrwerkzeugen des Bohrkopfes bearbeitet wird, reduziert werden kann.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das die Richtung des Strahls einen Vektor entspricht, der ausgehend von der Düse eine Richtungskomponente zur Ortsbrust und/oder eine Richtungskomponente zur Öffnung aufweist.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Strahlen der wenigstens zwei Düsen ein Sperrwirkung gegen ein Bewegen des gelösten Bodens gegen die Drehrichtung des Bohrkopfes und/oder ein Ablösen des gelösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens bewirken.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Strahlen der wenigstens zwei Düsen ein Sperrwirkung gegen ein Bewegen des gelösten Bodens in die Drehrichtung des Bohrkopfes und/oder ein Ablösen des gelösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens bewirken.
  • Sind vor und hinter der Öffnung Düsenreihen vorgesehen, ist es vorteilhaft, dass die Düsen, die in Drehrichtung vor der Öffnung angeordnet sind, eine geringere Richtungskomponente zur Öffnung aufweisen und/oder einen größeren Abstand zur Öffnung aufweisen als die hinter der Öffnung angeordneten Düsen. Hierdurch werden die zuvor genannten Vorteile verstärkt.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass an der Unterseite des Bohrkopfes wenigstens eine Düse zur Abgabe eines Strahls eines Mediums, bevorzugt Luft oder eine Flüssigkeit, vorgesehen ist, und dass der Strahl eine Bewegung des gelösten Bodens in einen Bereich der Ortsbrust bewirkt, der bei Rotation des Bohrkopfs von der Öffnung überquert wird. Hierdurch kann überraschenderweise auf einfache Weise eine Materialverteilungssteuerung des gelösten Bodens bewirkt werden, so dass es nicht zu einer Überlastung bestimmter Bereiche der Ansaugöffnung kommt.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Strahl auf eine Leitblech auftrifft, wodurch eine Änderung der Bewegungsrichtung des gelösten Bodens bewirkt wird, und dass das Leitblech als gerades oder geschwungenes Element an der Unterseite des Bohrkopfes angeordnet ist, und dass die Anordnung diagonal oder wenigstens teilweise zirkumferrentiel ist. Hierdurch wird die Materialverteilung erleichtert.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Düse, bevorzugt wenigstens zwei Düsen, die gegenläufig ausgerichtet sind, im Zentrum der Unterseite des Bohrkopfes vorgesehen sind. Es hat sich gezeigt, dass der gelöste Boden hierdurch auf einfache Weise aus dem Zentrum entfernbar, der konstruktiv nicht mit der Ansaugöffnung überfahrbar ist.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Düse, bevorzugt wenigstens zwei Düsen tangential ausgerichtet an der Unterseite des Bohrkopfes vorgesehen sind. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise der gelöste Boden aus dem äußeren Bereich, der konstruktiv nicht ohne Weiteres mit der Ansaugöffnung überfahrbar ist, in Bereich in denen eine Absaugung erfolgt, umleiten. Dieses wird bevorzugt noch mit einer Kombination der zuvor genannten Leitbleche unterstützt.
  • Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass radial verstellbare Randschneidwerkzeuge vorgesehen sind.
  • Eine weitere Offenbarung sieht vor, dass in Drehrichtung des Bohrkopfes gesehen vor der Öffnung an der Unterseite des Bohrkopfes wenigstens zwei Düsen zur Abgabe eines Strahls eines Mediums, bevorzugt Luft oder eine Flüssigkeit, vorgesehen sind, die zur Ortsbrust gerichtet sind. Besonders bevorzugt erstrecken sich entlang einer Längserstreckung so viele Düsen, dass diese einen dichten Strahlenbereich bewirken. Hierdurch hat sich überraschend gezeigt, dass Material auf einfache Weise im Wirkbereich der Öffnung gehaltenwerden kann und/oder dass ein Rückfluss beispielsweise von beschleunigtem Material in der Drehrichtung verhindert werden kann. Weiterhin kann auch ein Ablösen des gelösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens erfolgen, so dass dieser leichter in die Öffnung eingesaugt werden kann.
  • Dabei ist vorgesehen, dass in Drehrichtung des Bohrkopfes gesehen hinter der Öffnung an der Unterseite des Bohrkopfes wenigstens zwei Düsen zur Abgabe eines Strahls eines Mediums, bevorzugt Luft oder eine Flüssigkeit, vorgesehen sind, die zur Ortsbrust gerichtet sind. Besonders bevorzugt erstrecken sich entlang einer Längserstreckung so viele Düsen, dass diese einen dichten Strahlenbereich bewirken. Hierdurch kann auf einfache Weise ein Ablösen des gelösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens erfolgen, so dass dieser leichter in die Öffnung eingesaugt werden kann. Weiterhin hat sich überraschenderweise gezeigt, dass Material auf einfache Weise im Wirkbereich der Öffnung gehalten werden kann und/oder dass ein Austritt beispielsweise von beschleunigtem Material entgegen der Drehrichtung verhindert werden kann. Weiterhin wird der Anteil an nicht angesaugtem gelöstem Boden, der dann erneut von den Bohrwerkzeugen des Bohrkopfes bearbeitet wird, reduziert werden kann.
  • Dabei ist vorgesehen, dass das die Richtung des Strahls einen Vektor entspricht, der ausgehend von der Düse eine Richtungskomponente zur Ortsbrust und/oder eine Richtungskomponente zur Öffnung aufweist.
  • Dabei ist vorgesehen, dass die Strahlen der wenigstens zwei Düsen ein Sperrwirkung gegen ein Bewegen des gelösten Bodens gegen die Drehrichtung des Bohrkopfes und/oder ein Ablösen des gelösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens bewirken.
  • Dabei ist vorgesehen, dass die Strahlen der wenigstens zwei Düsen ein Sperrwirkung gegen ein Bewegen des gelösten Bodens in die Drehrichtung des Bohrkopfes und/oder ein Ablösen des gelösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens bewirken.
  • Sind vor und hinter der Öffnung Düsenreihen vorgesehen, ist es vorteilhaft, dass die Düsen, die in Drehrichtung vor der Öffnung angeordnet sind, eine geringere Richtungskomponente zur Öffnung aufweisen und/oder einen größeren Abstand zur Öffnung aufweisen als die hinter der Öffnung angeordneten Düsen. Hierdurch werden die zuvor genannten Vorteile verstärkt.
  • Dabei ist vorgesehen, dass der Öffnungsbereich eine längliche Erstreckung aufweist, dass die wenigstens eine Öffnung des Öffnungsbereichs mit einem Saugkasten verbunden ist, der an einem der Öffnung gegenüberliegenden Ende eine Anschlussöffnung für eine Verbindung mit der Pumpe aufweist, dass der von den Bohrwerkzeugen gelöste Boden im Öffnungsbereich durch die Öffnung von der Pumpe in den Saugkasten in einer Strömungsrichtung saugbar ist, dass sich der Saugkasten von der Öffnung hin zur Anschlussöffnung in der Breite verjüngt, und dass sich die Höhe des Saugkastens von der Öffnung hin zur Anschlussöffnung vergrößert.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass diese Offenbarung mit weiteren zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung genannten Merkmalen kombiniert wird.
  • Eine weitere Offenbarung sieht vor, dass an der Unterseite des Bohrkopfes wenigstens eine Düse zur Abgabe eines Strahls eines Mediums, bevorzugt Luft oder eine Flüssigkeit, vorgesehen ist, und dass der Strahl eine Bewegung des gelösten Bodens in einen Bereich der Ortsbrust bewirkt, der bei Rotation des Bohrkopfs von der Öffnung überquert wird. Hierdurch kann überraschenderweise auf einfache Weise eine Materialverteilungssteuerung des gelösten Bodens bewirkt werden, so dass es nicht zu einer Überlastung bestimmter Bereiche der Ansaugöffnung kommt.
  • Dabei ist vorgesehen, dass der Strahl auf eine Leitblech auftrifft, wodurch eine Änderung der Bewegungsrichtung des gelösten Bodens bewirkt wird, und dass das Leitblech als gerades oder geschwungenes Element an der Unterseite des Bohrkopfes angeordnet ist, und dass die Anordnung diagonal oder wenigstens teilweise zirkumferrentiel ist. Hierdurch wird die Materialverteilung erleichtert.
  • Dabei ist vorgesehen, dass wenigstens eine Düse, bevorzugt wenigstens zwei Düsen, die gegenläufig ausgerichtet sind, im Zentrum der Unterseite des Bohrkopfes vorgesehen sind. Es hat sich gezeigt, dass der gelöste Boden hierdurch auf einfache Weise aus dem Zentrum entfernbar, der konstruktiv nicht mit der Ansaugöffnung überfahrbar ist.
  • Dabei ist vorgesehen, dass wenigstens eine Düse, bevorzugt wenigstens zwei Düsen tangential ausgerichtet an der Unterseite des Bohrkopfes vorgesehen sind. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise der gelöste Boden aus dem äußeren Bereich, der konstruktiv nicht ohne Weiteres mit der Ansaugöffnung überfahrbar ist, in Bereich in denen eine Absaugung erfolgt, umleiten. Dieses wird bevorzugt noch mit einer Kombination der zuvor genannten Leitbleche unterstützt.
  • Dabei ist vorgesehen, dass radial verstellbare Randschneidwerkzeuge vorgesehen sind.
  • Dabei ist vorgesehen, dass der Öffnungsbereich eine längliche Erstreckung aufweist, dass die wenigstens eine Öffnung des Öffnungsbereichs mit einem Saugkasten verbunden ist, der an einem der Öffnung gegenüberliegenden Ende eine Anschlussöffnung für eine Verbindung mit der Pumpe aufweist, dass der von den Bohrwerkzeugen gelöste Boden im Öffnungsbereich durch die Öffnung von der Pumpe in den Saugkasten in einer Strömungsrichtung saugbar ist, dass sich der Saugkasten von der Öffnung hin zur Anschlussöffnung in der Breite verjüngt, und dass sich die Höhe des Saugkastens von der Öffnung hin zur Anschlussöffnung vergrößert.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass diese Offenbarung mit weiteren zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung genannten Merkmalen kombiniert wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 bis 11 Ansichten und Details zu einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes,
    • Fig. 12 bis 19 Ansichten und Details zu einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes, und
    • Fig. 20 bis 32 Ansichten und Details zu einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes
  • Dabei zeigen die Figuren eine erste Ausführungsform einer Offenbarung:
    • Figur 1
    eine räumliche Ansicht der Unterseite eines Bohrkopfs einer ersten Ausführungsform,
    Figur 2
    eine Seitenansicht zu Figur 1,
    Figur 3
    eine Draufsicht auf die Unterseite zu Figur 1,
    Figur 4
    eine Draufsicht auf die Oberseite zu Figur 1,
    Figur 5
    eine räumliche Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Saugkastens,
    Figur 6
    eine Frontalansicht zu Figur 5,
    Figur 7
    eine Unteransicht zu Figur 5,
    Figur 8
    eine räumliche Darstellung der unter Ansicht zu Figur 7,
    Figur 9
    eine teilgeschnittene Seitenansicht zu Figur 5 mit ausgefahrenem Reinigungselement,
    Figur 10
    eine analoge Ansicht zu Figur 9 mit eingefahrenem Reinigungselement,
    Figur 11
    eine räumlich nach unten gekippte Frontalansicht zu Figur 5.
  • Dabei zeigen die Figuren zur zweiten Ausführungsform einer Offenbarung:
    • Figur 12
    eine räumliche Ansicht der Unterseite eines Bohrkopfs der zweiten Ausführungsform,
    Figur 13
    eine Seitenansicht zu Figur 12,
    Figur 14
    eine Draufsicht auf die Unterseite zu Figur 12,
    Figur 15
    eine Draufsicht auf die Oberseite zu Figur 12,
    Figur 16
    eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines Saugkastens,
    Figur 17
    eine Unteransicht zu Figur 16,
    Figur 18
    eine teilgeschnittene Seitenansicht zu Figur 16 entlang A-A, und
    Figur 19
    ein vergrößerter Ausschnitt zu Figur 18.
  • Dabei zeigen die Figuren eine erfindungsgemäße Ausführungsform:
    • Figur 20
    eine Draufsicht auf die Unterseite des erfindungsgemäßen Bohrkopfs der dritten Ausführungsform,
    Figur 21
    eine Draufsicht auf die Oberseite zu Figur 12,
    Figur 22
    Figur 20 mit dargestellten Materialförderbereichen,
    Figur 23a
    Figur 20 mit dargestellten von von Düsen abgegebenen Mediumsstrahlen zum Materialtransport,
    Figur 23b
    ein vergrößerter Teilausschnitt zu Fig. 23a,
    Figur 24
    eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Ansaugbereich,
    Figur 25
    eine Seitenansicht auf eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Saugkastens,
    Figur 26
    eine erste Schnittansicht zu Figur 25 in Richtung der Breite des Saugkastens,
    Figur 27
    eine räumliche Ansicht zu Figur 25,
    Figur 28
    eine Draufsicht zu Figur 25,
    Figur 29
    ein zweite Schnittansicht zu Figur 25 quer Figur 26,
    Figur 30
    ein vergrößerter Teilausschnitt zu Fig. 20 mit einem ausgefahrenen Randschneidwerkzeug
    Figur 31
    das Randschneidwerkzeug von Figur 30 in eingefahrenem Zustand, und
    Figur 32
    das Randschneidwerkzeug von Figur 30 in Notfallzustand.
  • Figur 1 bis Figur 4 zeigen in räumlicher Darstellung einen Bohrkopf 10. Der Bohrkopf 10 weist einen Körper 11 auf, an dem an seiner Unterseite 13 Bohrwerkzeuge 12 angeordnet sind. An seiner Oberseite 14 weist der Bohrkopf 10 einen Anschluss 15 für einen Antrieb (nicht dargestellt) einer Bohrvorrichtung (nicht dargestellt) auf. Der nicht dargestellte Antrieb ist dabei beispielsweise direkt in der Bohrvorrichtung, die beispielsweise in einem Casingrohr (nicht dargestellt) oder in einem Pfahl (nicht dargestellt) angeordnet ist, vorgesehen. Eine weitere nicht abschließende Alternative kann auch ein auf einem Casingrohr oder auf einem Pfahl vorgesehener Topdrive sein, mit dem der Bohrkopf 10 über ein Gestänge verbunden ist. Weitere Varianten von Antrieben, Bohrvorrichtungen und Anordnungen in einem Bohrloch/Pfahl sind ebenfalls möglich. Alternativ ist auch der Einsatz des Bohrkopfes in Verbindung mit einer Schachtbohrmaschine möglich.
  • Um beispielsweise einen Unterschnitt unter einem Casingrohr oder Pfahl zu ermöglichen, kann der Körper 11 an seinem Umfang 16 ausklappbare Randschneidwerkzeuge 17 aufweisen, die in Figur 1 ausgefahren dargestellt ist. Weiterhin sind am Umfang 16 am Körper 11 beispielhaft Verschleißelemente 18 vorgesehen.
  • Bei den Bohrwerkzeugen 12 kann es sich beispielsweise um Diskenmeißel 12a, Schählmeißel 12b, oder Rollenmeißel 12c handeln. Die Auswahl der Bohrwerkzeuge 12 erfolgt in Abhängigkeit des zu lösenden Bodens/Gesteins zum Erstellen der Bohrung. Dargestellt sind hier Diskenmeißel 12a und Schählmeißel 12c.
  • Im Zentrum der Unterseite 13 ist hier beispielsweise ebenfalls ein Zentrierbohrwerkzeug 19 vorgesehen, das eine Zentrierung des Bohrkopfes 10 ermöglicht.
  • Weiterhin weist der Körper 11 an seiner Unterseite 13 einen Saugkasten 20 in einer ersten Ausführungsform auf. Der Saugkasten 20 ist in den Figuren 5 bis 11 im Detail dargestellt. Er weist an seiner Vorderseite 21 einen Öffnungsbereich 22 auf, der wenigstens eine Öffnung 23 aufweist.
  • Die Öffnung 23 der ersten Ausführungsform des Saugkastens 20 weist ein Klassierungselement 24 auf, das die Öffnung 23 in Öffnungsabschnitte 23a unterteilt. Durch das Klassierungselement 24 wird die Korngröße des gelösten Bodens/Gesteins bestimmt, die in den Innenraum 25 des Saugkasten 20 eintreten kann.
  • Der Innenraum 25 wird gebildet durch einen Deckel 26 als Oberseite und einen Boden 27 als Unterseite, die hier als eine Ausführungsform plan ausgeführt sind. Andere Formen von Deckel und Boden sind ebenfalls möglich. Weiterhin weist der Saugkasten 20 Seitenwände 28 auf, die sich hier von der Vorderseite 21 aus entlang der Form des Deckels und des Bodens erstrecken.
  • Bedingt durch die Form des Deckels 26, des Bodens 27 und den Seitenwände 28 bildet sich beispielsweise und bevorzugt ein Trichter bedingt dadurch, dass sich die Breite BB des Innenraums 25 durch die geschwungene Form der Seitenwände 28 verkleinert, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit des angesagten Gemisches aus gelöstem Boden/Gestein und Trägermedium mit abnehmender Breite BB erhöht.
  • An der Rückseite des Innenraums 25 ist eine Öffnung 29 vorgesehen, an der ein Anschluss 30 für eine Förderleitung 31 vorgesehen ist, die mit einer Pumpe (nicht dargestellt) im Bohrbetrieb verbunden wird, um die Abförderung des gelösten Bodens/Gesteins bzw. des Gemisches aus Fördermedium und gelösten Boden/Gestein vorzunehmen.
  • Zusätzlich und hier nicht dargestellt im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform des Saugkastens 20 kann auch die Höhe HH des Innenraums 25 des Saugkasten 20 ausgehend von der Vorderseite 21 hin zur Öffnung 29 an der Rückseite des Saugkastens 20 variiert, insbesondere vergrößert, werden, um Verstopfungen des Innenraums 25 durch gelösten Boden/Gestein entgegenzuwirken.
  • Weiterhin ist es ebenfalls möglich, den hier symmetrisch dargestellten Saugkasten 20 asymmetrisch auszuführen, indem beispielsweise die Öffnung 29 seitlich versetzt angeordnet wird (nicht dargestellt). Hierbei ist es insbesondere sinnvoll, wenn die Öffnung 29 hin zum Umfang 16 des Körpers 11 versetzt angeordnet ist, um in den Bereichen, in denen bei der Rotation in Rotationsrichtung A mehr Boden/Gestein gelöst wird und durch die Öffnung 23 in den Innenraum 25 des Saugkastens 20 eintritt, das Strömungsprofil anzupassen, beispielsweise um die Strömungsgeschwindigkeit in Bereichen des Innenraums 25 gezielt zu erhöhen.
  • Gleiches ist auch möglich, in dem der Anschluss 30 der Förderleitung 31, wie beispielsweise in Figur 5 dargestellt ist, unter einem Einfallen in den Innenraum 25 geneigt mündet.
  • Auf der Unterseite des Bodens 27 sind Gleitelemente 32 angeordnet, die es ermöglichen, dass der Saugkasten 20 während des Bohrens bzw. des Rotierens in Rotationsrichtung A auf der Ortsbrust bzw. in einem definierten Abstand zu ihr gleiten kann.
  • Der Öffnungsbereich 22 weist im Bereich der Öffnung 23, die sich entlang der Vorderseite 21 erstreckt, Bodenlösewerkzeuge 33, hier beispielsweise ein Schählmesser, auf. Durch die Bodenlösewerkzeuge 33 ist es möglich, gezielt Boden/Gestein im Bereich der Vorderseite 21 des Saugkastens 20 zu lösen oder aufzunehmen und der Öffnung 23 zuzuführen, in der dann die Abförderung erfolgt.
  • Zusätzlich oder alternativ können auch Leitbleche vorgesehen sein (nicht dargestellt), das gelöste Material, das nicht direkt von der Strömung in Strömungsrichtung B angesaugt wird, dem Öffnungsbereich 22 zuzuführen, und dann durch die Öffnungen 23 in den Innenraum 25 anzusaugen.
  • Oberhalb der Öffnungen 23 sind Düsen 34 an der Vorderseite 21 angeordnet (siehe beispielhaft Fig. 9), die in den Innenraum 25 hinein einen Strahl in Richtung E aus einem Trägermedium, beispielsweise eine Flüssigkeit oder Luft, abgeben, die in Richtung B der Öffnung 29 gerichtet sind, sodass Material, das sich im Innenraum 25 befindet, in Richtung B zu der Öffnung 29 bewegt wird. Weiterhin können auch durch die von den Düsen 34 abgegebenen Strahlen Ansammlungen von gelöstem Material aufgelöst werden. Wird eine Flüssigkeit abgegeben, kann diese beispielsweise oder alternativ auch verwendet werden, das gelöste/geförderte Material im Saugkasten 20 und/oder Öffnungsbereich 22 zu verflüssigen und damit eine besser Abförderung zu gewährleisten. Vorteilhafterweise sind dabei der Förderstrom in der Förderleitung 31 und/oder die Verflüssigung so ausgelegt, dass das gelöste/geförderte Material sich nicht im Öffnungsbereich 22 staut, sondern der Öffnungsbereich 22 im Wesentlichen frei bleibt.
  • Zusätzlich ist im Öffnungsbereich 22 ein Reinigungselement 35 vorgesehen. Das Reinigungselement 35 weist Stäbe 36 auf, die in Durchlässen 37 geführt sind, sodass, wenn die Stäbe 36 in Reinigungsrichtung C bewegt werden, die Stäbe in die Öffnungsabschnitte 23a der Öffnungen 23 bzw. in die dort vorgesehenen Klassierelemente 24 eingreifen und festgesetztes Material aus diesen entfernen und damit die Öffnung 23 wieder durchgängig machen. Anschließend wird das Reinigungselement 35 entgegen der Pfeilrichtung C wieder aus den Öffnungsabschnitten 23a hinausbewegt. Alternativ können zur Reinigung der Öffnungen bzw. des der Klassierelemente 24 auch Düsen 38 vorgesehen sein, die Flüssigkeitsstrahlen zur Reinigung in Reinigungsrichtung D abgeben, wie beispielhaft in Fig. 9 dargestellt. Wird eine Flüssigkeit abgegeben, kann diese beispielsweise oder alternativ auch verwendet werden, das gelöste/geförderte Material im Saugkasten 20 und/oder Öffnungsbereich zu verflüssigen und damit eine besser Abförderung zu gewährleisten. Vorteilhafterweise sind dabei der Förderstrom in der Förderleitung 31 und/oder die Verflüssigung so ausgelegt, dass das gelöste/geförderte Material sich nicht im Öffnungsbereich 22 staut, sondern der Öffnungsbereich 22 im Wesentlichen frei bleibt.
  • Figur 12 bis Figur 15 zeigen in räumlicher Darstellung einen Bohrkopf 10 in. Der Bohrkopf 10 weist einen Körper 11 auf, an dem an seiner Unterseite 13 Bohrwerkzeuge 12 angeordnet sind. An seiner Oberseite 14 weist der Bohrkopf 10 einen Anschluss 15 für einen Antrieb (nicht dargestellt) einer Bohrvorrichtung (nicht dargestellt) auf. Der nicht dargestellte Antrieb ist dabei beispielsweise direkt in der Bohrvorrichtung, die beispielsweise in einem Casingrohr (nicht dargestellt) oder in einem Pfahl (nicht dargestellt) angeordnet ist, vorgesehen. Eine weitere nicht abschließende Alternative kann auch ein auf einem Casingrohr oder auf einem Pfahl vorgesehener Topdrive sein, mit dem der Bohrkopf 10 über ein Gestänge verbunden ist. Weitere Varianten von Antrieben, Bohrvorrichtungen und Anordnungen in einem Bohrloch/Pfahl sind ebenfalls möglich. Alternativ ist auch der Einsatz des Bohrkopfes in Verbindung mit einer Schachtbohrmaschine möglich.
  • Um beispielsweise einen Unterschnitt unter einem Casingrohr oder Pfahl zu ermöglichen, kann der Körper 11 an seinem Umfang 16 ausklappbare Randschneidwerkzeuge 17 aufweisen, die in Figur 1 ausgefahren dargestellt ist. Weiterhin sind am Umfang 16 am Körper 11 beispielhaft Verschleißelemente 18 vorgesehen.
  • Bei den Bohrwerkzeugen 12 kann es sich beispielsweise um Diskenmeißel 12a, Schählmeißel 12b, oder Rollenmeißel 12c handeln. Die Auswahl der Bohrwerkzeuge 12 erfolgt in Abhängigkeit des zu lösenden Bodens/Gesteins zum Erstellen der Bohrung. Dargestellt sind hier Rollenmeißel 12c und Schählmeißel 12b
  • Im Zentrum der Unterseite 13 ist hier beispielsweise ebenfalls ein Zentrierbohrwerkzeug 19 vorgesehen, das eine Zentrierung des Bohrkopfes 10 ermöglicht.
  • Weiterhin weist der Körper 11 an seiner Unterseite 13 einen Saugkasten 40 in einer zweiten Ausführungsform auf. Der Saugkasten 40 ist in den Figuren 16 bis 19 im Detail dargestellt. Figur 18 zeigt eine Schnittansicht nach A-A aus Figur 16. Figur 19 zeigt dabei eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Bereichs aus Figur 18. Der Saugkasten 40 weist im Bereich seiner Vorderseite 41 einen Öffnungsbereich 42 auf, der wenigstens eine Öffnung 43 aufweist.
  • Die Öffnung 43 der zweiten Ausführungsform des Saugkastens 40 kann ein Klassierungselement aufweisen (hier nicht dargestellt), dass die Öffnung 43 in Öffnungsabschnitte 43a unterteilt. Durch das Klassierungselement wird die Korngröße des gelösten Bodens/Gesteins bestimmt, die in den Innenraum 45 des Saugkasten 20 eintreten kann.
  • Der Innenraum 45 wird gebildet durch einen Deckel 46 als Oberseite und einen Boden 47 als Unterseite, die hier als eine Ausführungsform plan ausgeführt sind. Andere Formen von Deckel und Boden sind ebenfalls möglich. Weiterhin weist der Saugkasten 40 Seitenwände 48 auf, die sich hier von der Vorderseite 41 aus entlang der Form des Deckels und des Bodens erstrecken.
  • Bedingt durch die Form des Deckels 46, des Bodens 47 und den Seitenwände 48 bildet sich beispielsweise und bevorzugt ein Trichter bedingt dadurch, dass sich die Breite BB des Innenraums 45 durch die geschwungene Form der Seitenwände 48 verkleinert, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit des angesagten Gemisches aus gelöstem Boden/Gestein und Trägermedium mit abnehmender Breite BB erhöht. Zusätzlich ändert sich die Höhe HH des Innenraums 45 des Saugkasten 40 ausgehend von der Vorderseite 41 hin zur Öffnung 49 an der Rückseite des Saugkastens 40. In der zweiten Ausführungsform vergrößert sie sich, um Verstopfungen des Innenraums 45 durch gelösten Boden/Gestein entgegenzuwirken. Andere Höhenvariationen sind ebenfalls möglich, um bestimmte Strömungsprofile im Innenraum 45 zu erzeugen. Dieses gilt auch für den Saugkasten 20 der ersten Ausführungsform.
  • An der Rückseite des Innenraums 45 ist eine Öffnung 49 vorgesehen, an der ein Anschluss 40 für eine Förderleitung 41 vorgesehen ist, die mit einer Pumpe (nicht dargestellt) im Bohrbetrieb verbunden wird, um die Abförderung des gelösten Bodens/Gesteins bzw. des Gemisches aus Fördermedium und gelösten Boden/Gestein vorzunehmen.
  • Zusätzlich und hier nicht dargestellt im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform des Saugkastens 40 den hier symmetrisch dargestellten Saugkasten 40 asymmetrisch auszuführen, indem beispielsweise die Öffnung 49 seitlich versetzt angeordnet wird. Hierbei ist es insbesondere sinnvoll, wenn die Öffnung 49 hin zum Umfang 16 des Körpers 11 versetzt angeordnet ist, um in den Bereichen, in denen bei der Rotation in Rotationsrichtung F mehr Boden/Gestein gelöst wird und durch die Öffnung 43 in den Innenraum 45 des Saugkastens 40 eintritt, die Strömungsgeschwindigkeit gezielt zu erhöhen.
  • Gleiches ist alternativ auch möglich, in dem der Anschluss 40 der Förderleitung 41 unter einem Einfallen in den Innenraum 45 geneigt mündet.
  • Der Öffnung 43 vorgelagert ist ein Umlenkungselement 60, das über Anschlagpunkte 61 mit dem Saugkasten 40, beispielsweise an dessen Seitenwänden 48, beweglich angeordnet ist.
  • Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Drehbewegung in Rotationsrichtung G um die Anschlagspunkte 61. Zur Bewegung des Umlenkungselement 60 ist wenigstens ein Aktuator 62, beispielsweise ein Hydraulikzylinder, vorgesehen. Dieser ist beispielsweise mit einem am Umlenkungselement 60 angeordneten ersten Anschlag 63 und mit einem zweiten am Deckel 46 angeordneten Anschlag 64 verbunden, sodass die Schwenkbewegung bei Betätigung des Aktuators 62 ausgeführt werden kann. Das Umlenkungselement 60 kann dann in Rotationsrichtung G verschränkt werden.
  • Am dem ersten Anschlag 63 gegenüberliegenden Ende des Umlenkungselements 60 ist wenigstens ein Bodenlösewerkzeug 65 angeordnet. Weiterhin kann das Umlenkungselement 60 Düsen 66 aufweisen, die beispielsweise einen Strahl in Richtung E aus einem Trägermedium, beispielsweise einer Flüssigkeit oder Luft, in den Innenraum 45 hinein abgeben. Hierdurch kann Material, das sich im Innenraum 45 befindet in Richtung B zu der Öffnung 49 bewegt werden. Wird eine Flüssigkeit abgegeben, kann diese beispielsweise oder alternativ auch verwendet werden, das gelöste/geförderte Material im Saugkasten 20 und/oder Öffnungsbereich 22 zu verflüssigen und damit eine besser Abförderung zu gewährleisten. Vorteilhafterweise sind dabei der Förderstrom in der Förderleitung 31 und/oder die Verflüssigung so ausgelegt, dass das gelöste/geförderte Material sich nicht im Öffnungsbereich 22 staut, sondern der Öffnungsbereich 22 im Wesentlichen frei bleibt.
  • An dem Boden 47 ist ein an einer Basis 55 angeordnetes Gleitelement 52 vorgesehen.
  • Zwischen der Basis 55 und dem Bodenlösewerkzeug 65 besteht je nach Verschwenkungsgrad des Umlenkungselements 60 ein Öffnungsspalt 67. Dessen Größe bestimmt beispielsweise die aufgenommene Materialmenge an gelöstem Boden/Gestein. Weiterhin kann mit dem Öffnungsspalt 67 auch eine Klassierung erfolgen, um den Eintritt bestimmter Korngrößen an gelöstem Boden/Gestein zu unterbinden.
  • Weiterhin kann an der Basis 55 eine Düse 68 angeordnet sein, die als Reinigungselement einen Strahl aus einem Trägermedium, beispielsweise einer Flüssigkeit oder Luft, in Reinigungsrichtung D abgibt, um verklemmtes Material aus dem Öffnungsspalt 67 zu entfernen. Wird eine Flüssigkeit abgegeben, kann diese beispielsweise oder alternativ auch verwendet werden, das gelöste/geförderte Material im Saugkasten 20 und/oder Öffnungsbereich 22 zu verflüssigen und damit eine besser Abförderung zu gewährleisten. Vorteilhafterweise sind dabei der Förderstrom in der Förderleitung 31 und/oder die Verflüssigung so ausgelegt, dass das gelöste/geförderte Material sich nicht im Öffnungsbereich 22 staut, sondern der Öffnungsbereich 22 im Wesentlichen frei bleibt.
  • Weiterhin ist beispielsweise in Figur 19 ein Anschlagselement 69 dargestellt, das mit einem nicht dargestellten Aktuator verbunden ist, über den der gesamte Saugkasten 40 gegenüber dem Körper 11 bewegbar ist, um den gesamten Saugkasten 40 beispielsweise näher an die Ortsbrust heranzubringen oder von dieser zu entfernen, wodurch beispielsweise die Eindringtiefe in die Ortsbrust und/oder die Aufnahmemenge gelösten Materials beeinflussbar ist.
  • Die Öffnung 23 des Saugkastens 20 der ersten Ausführungsform ist somit direkt der Rotationsrichtung A zugewandt, wohingegen die Öffnung 43 des Saugkastens 40 der zweiten Ausführungsform nicht direkt erreicht wird. Das gelöste Material, das durch den Öffnungsspalt 67 hindurchtritt, muss erst durch das Umlenkungselement 60 in der Strömungsrichtung umgelenkt werden und der Öffnung 43 zugeführt werden. Hier kann dann entsprechend auch eine Verflüssigung erfolgen. Die Bodenlösewerkzeuge 65 der zweiten Ausführungsform werden somit über die Ortsbrust gezogen, während die Bodenlösewerkzeuge 33 der ersten Ausführungsform über die Ortsbrust geschoben werden.
  • Figur 20 bis Figur 23b zeigen in räumlicher Darstellung einen erfindungsgemäßen Bohrkopf 10. Der Bohrkopf 10 weist einen Körper 11 auf, an dem an seiner Unterseite 13 Bohrwerkzeuge 12 angeordnet sind. An seiner Oberseite 14 weist der Bohrkopf 10 einen Anschluss 15 für einen Antrieb (nicht dargestellt) einer Bohrvorrichtung (nicht dargestellt) auf. Der nicht dargestellte Antrieb ist dabei beispielsweise direkt in der Bohrvorrichtung, die beispielsweise in einem Casingrohr (nicht dargestellt) oder in einem Pfahl (nicht dargestellt) angeordnet ist, vorgesehen. Eine weitere nicht abschließende Alternative kann auch ein auf einem Casingrohr oder auf einem Pfahl vorgesehener Topdrive sein, mit dem der Bohrkopf 10 über ein Gestänge verbunden ist. Weitere Varianten von Antrieben, Bohrvorrichtungen und Anordnungen in einem Bohrloch/Pfahl sind ebenfalls möglich. Alternativ ist auch der Einsatz des Bohrkopfes in Verbindung mit einer Schachtbohrmaschine möglich.
  • Um beispielsweise einen Unterschnitt unter einem Casingrohr oder Pfahl zu ermöglichen, kann der Körper 11 an seinem Umfang 16 ausklappbare Randschneidwerkzeuge 17 aufweisen, die in Figur 20 ausgefahren dargestellt ist. Die einzelnen Zustände des Randwerkzeugs 17 sind in den Figuren 29 bis 31 gezeigt. Weiterhin sind am Umfang 16 am Körper 11 beispielhaft Verschleißelemente 18 vorgesehen.
  • Bei den Bohrwerkzeugen 12 kann es sich beispielsweise um Diskenmeißel 12a, Schählmeißel 12b, oder Rollenmeißel 12c handeln. Die Auswahl der Bohrwerkzeuge 12 erfolgt in Abhängigkeit des zu lösenden Bodens/Gesteins zum Erstellen der Bohrung. Dargestellt sind hier Diskenmeißel 12a.
  • Im Zentrum der Unterseite 13 ist alternativ zu dem zuvor beschriebenen ein Zentrierbohrwerkzeug 19 einen Reihe Disken 12a vorgesehen, die ebenfalls eine Zentrierung des Bohrkopfes 10 ermöglichen.
  • Weiterhin weist der Körper 11 einen Saugkasten 70 in einer dritten Ausführungsform auf. Der Saugkasten 70 ist in den Figuren 24 bis 29 im Detail dargestellt. Er weist einen Öffnungsbereich 72 auf, der wenigstens eine Öffnung 73 aufweist.
  • Die Öffnung 73 der dritten Ausführungsform des Saugkastens 70 weist ein Klassierungselement 74 auf, das die Öffnung 73 in Öffnungsabschnitte 73a unterteilt. Durch das Klassierungselement 74 wird die Korngröße des gelösten Bodens/Gesteins bestimmt, die in den Innenraum 75 des Saugkasten 70 eintreten kann.
  • Der Innenraum 75 wird gebildet durch einen Deckel 76 als Oberseite und die Öffnung 73 als Unterseite, sowie Seitenwänden 78 und einer Rückwand 77.
  • Bedingt durch die Form des Deckels 76, der Rückwand 77 und den Seitenwände 78 bildet sich beispielsweise und bevorzugt ein Trichter bedingt dadurch, dass sich die Breite BB des Innenraums 75 (siehe Figur 26) durch die Form und Anordnung des Deckels 76 und der Rückwand 77 der verkleinert, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit des angesagten Gemisches aus gelöstem Boden/Gestein und Trägermedium mit abnehmender Breite BB erhöht.
  • An der Rückseite des Innenraums 75 ist eine Öffnung 79 vorgesehen, an der ein Anschluss 71 für eine Förderleitung (nicht dargestellt) vorgesehen ist, die mit einer Pumpe (nicht dargestellt) im Bohrbetrieb verbunden wird, um die Abförderung des gelösten Bodens/Gesteins bzw. des Gemisches aus Fördermedium und gelösten Boden/Gestein vorzunehmen.
  • Zusätzlich vergrößert sich die Höhe HH des Innenraums 75 des Saugkasten 70 ausgehend vom Öffnungsbereich 72 hin zur Öffnung 79 an der Oberseite des Saugkastens 70, um Verstopfungen des Innenraums 75 durch gelösten Boden/Gestein entgegenzuwirken.
  • Parallel zum Öffnungsbereich 72 bzw. zur Öffnung 73 sind an der Unterseite 13 des Bohrkopfes 10 eine Düsenleiste 81 in Drehrichtung war vor dem Öffnungsbereich 72 und eine zweite Düsenleiste 80 in Drehrichtung war hinter dem Öffnungsbereich 72 vorgesehen. Die Düsenleisten 81,82 weisen eine Vielzahl von in Reihe angeordneten Düsen 82, 83 auf. Diese Düsen 82, 83 geben jeweils einen Strahl AA, DD M eines Spülmediums, bevorzugt einen Flüssigkeitsstrahlen oder ein Druckluftstrahl ab. Die Düsen 82 der Düsenleiste 80 und die Düsen 83 der Düsenleiste 81 sind so angeordnet, dass sie auf die Ortsbrust und hin zum Öffnungsbereich 72 ausgerichtet sind. Dabei sind die Düsen 82 in einem Winkel α gegenüber der Lotrechten auf der Unterseite 13 des Bohrkopfs 10 und die Düsen 83 unter dem Winkel β gegenüber der Lotrechten auf der Unterseite 13 des Bohrkopfs 10 angeordnet. Bevorzugt weichen Winkel α und Winkel β voneinander ab. Besonders bevorzugt ist Winkel β dabei kleiner als Winkel α. Die Strahlen AA Treffen war dabei auf die Ortsbrust (nicht dargestellt) auf und bewirken ein auf Wirbeln bzw. Aktivieren des gelösten Bodens, sodass dieser in die Öffnung 73 besser eingesaugt werden kann. Weiterhin entsteht auch eine Sperrwirkung durch die Strahlen AA, sodass gelöster Boden nach Möglichkeit den Bereich CC zwischen dem Strahl AA und dem Strahl DD nicht entgegen der Rotationsrichtung A verlassen kann. Die Sperrwirkung wird verbessert, je größer der Winkel α, β bis zur Lotrechten zur Ortsbrust ist. Die Lösungs-/Beschleunigungswirkung des gelösten Bodens hingegen verbessert sich bis zum einem optimal zu bestimmenden Winkel α, β, wenn der Winkel α, β kleiner wird.
  • Der Strahl DD, der im Vergleich zu dem Strahl AA gerader auf die Ortsbrust gerichtet ist, bewirkt im Wesentlichen eine Sperrwirkung, damit Material bzw. gelöster Boden, der vom Strahl AA aktiviert wurde und damit in Rotationsrichtung beschleunigt wurde, den Bereich CC nicht in Rotationsrichtung A verlassen kann.
  • Weiterhin ist im Bereich des Saugkastens 70 hier bevorzugt ein Strömungskranz 84 am äußeren Umfang der Unterseite 13 des Bohrkopfs 10 vorgesehen. Der Strömungskranz 84 erstreckt sich ausgehend von der Unterseite 13 hin zur Ortsbrust. Er ist hier bevorzugt als ein am Umfang 16 des Bohrkopfs 10 vorgesehenes Blech realisiert. Der Strömungskranz 84 bewirkt, dass das Ansaugen durch die Öffnung 73 nicht in Form eines Kurzschlusses aus dem Randbereich der Bohrung her erfolgt.
  • Um die angesaugte Flüssigkeit unterhalb des Burgkopfes 10 aufzufüllen, sind Öffnungen 85 hier bevorzugt rechts und links an der kurzen Seite der Öffnung 73 vorgesehen, die mit einer Leitung (nicht dargestellt) verbunden sind, über die Flüssigkeit dem Ansaugbereichs zugeführt wird. Durch das bevorzugte gezielte Zuführung im Ansaugbereich wird insbesondere vermieden, dass Querströmungen unterhalb des Bohrkopfs 10 im Abbaubereich entstehen, wodurch unkontrollierter Materialtransport stattfinden würde. Solch unkontrollierter Materialtransport führt neben Verschleiß auch zu mehrfachem Überfahren von bereits gelöstem Boden mit den Bohrwerkzeugen 12.
  • Um einen optimalen Materialtransport des gelösten Bodens zum Öffnungsbereich 72 des Saugkastens 70 zu bewirken, ist bevorzugt auf der Unterseite 13 des Bohrkopfs 10 bevorzugt eine Zentralisierung vorgesehen. Diese Zentralisierung besteht aus Leitblechen und Düsen, mit denen gelöster Boden in bestimmten Bereichen dem Bereich des der Ortsbrust zugeführt wird, der vom Öffnungsbereich 72 des Saugkastens 70 überfahren wird. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Steuerung des Materialflusses bewirkt, mit dem auch eine optimierte Materialverteilung von den Bereichen, in denen mehr Boden an der Ortsbrust gelöst wird hin zu den Bereichen, in denen weniger Boden von den Bohrwerkzeugen zwölf gelöst wird, erreichbar ist, um die Absaugung zu optimieren.
  • Hierfür vorgesehen sind Leitbleche 86 von unterschiedlicher Länge und Einfallwinkel direkt hinter in bestimmten Abschnitten angeordneten Bohrwerkzeugen 12 vorgesehen sind. Die Leitbleche 86 erstrecken sich dabei von der Unterseite 13 des Bohrkopfs 10 hin zur Ortsbrust. Sie sind diagonal angeordnet, sodass das das gelöste Material bzw. der gelöste Boden von den Außenbereichen der Unterseite 13 des Bohrkopfs 10 hin zum Ansaugbereich 73 effizient zu bewegen. Dieser Materialtransport wird durch Düsen 87 bewirkt, die jeweils an der Außenseite der Unterseite 13 des Bohrkopfs 10 in einem Gehäuse 88 vorgesehen sind. Die Düsen 87 geben dabei einen tangentialen Strahl EE eines Spülmediums (Flüssigkeit oder Luft) ab, der auf das jeweilige Leitblech 87 trifft. Am Leitblech 87 wird der Strahl EE dann in Strömungsrichtung HH parallel zum Leitblech 87 umgelenkt. Das Material, das von den Bohrwerkzeugen 12 vor dem jeweiligen Leitblech 86 gelöst wird, wird dann von diesen spülen Mediums Strom in Richtung HH transportiert.
  • Weiterhin weisen auch die Randschneidwerkzeuge 17 Leitblech 89 auf, die ebenfalls so diagonal angeordnet sind, dass Material entlang des Leitblech 89 von außen durch die Produktion des Bohrkopfs 10 hin zum inneren Bereich der Unterseite 13 des Bohrkopfs 10 transportierbar ist. Auch hier sind wiederum Düsen 90 in einem Gehäuse 91 vorgesehen, die einen Strahl FF eines Spülungsmediums (Flüssigkeit oder Luft) auf das Leitblech 89 lenken, sodass am Leitblech 89 die Strömungsrichtung des Strahls FF geändert wird, dass diese parallel zum Leitblech 89 in Richtung HH verläuft. An der Außenseite des Leitblech 89 des Randschneidwerkzeugs 17 ist bevorzugt ein Schälmeißel 12b vorgesehen, der die Bohrlochwand schneidet und begradigt. Zur Kühlung und Spülung des Schälmeißels 12b ist eine Düse 92 vorgesehen, die einen Strahl (nicht dargestellt) eines Spülungs- und Kühlmediums (Flüssigkeit oder Luft) abgibt. Der Strahl ist dabei entlang des Schälmeißels 12b hin zum Ortsbrustbereich gerichtet. Das hier weggespülte gelöste Material wird dann von dem Leitblech 89 erfasst und ebenfalls in Strömungsrichtung HH in Kombination bevorzugt mit dem Strahl FF aus der Düse 90 abtransportiert.
  • Im Bereich des Zentrums, in dem das Zentrierbohrwerkzeug 19, dass hier bevorzugt als eine Diskenreihe aus Disken 12a ausgeführt ist, sind parallel zur Reihe Düsen 93 in einem Gehäuse 94 vorgesehen, die einen Strahl GG eines Spülungsmediums (Flüssigkeit oder Luft) in Strömungsrichtung I parallel zur Reihe der Disken 12a abgibt, sodass das gelöste Material, das von den jeweiligen Disken 12a gelöst wird, durch die Strahlen GG aus dem Zentrum heraus abgefördert wird. Zur Begrenzung dieses Materialflusses sind Leitbleche 95 vorgesehen, die hier zirkumferrentiel und gebogen ausgeführt an der Unterseite 13 des Bohrkopfes 10 in einem Bereich der Ortsbrust angeordnet sind, der von dem Öffnungsbereich 73 des Saugkastens 70 überfahren wird.
  • Durch die Leitbleche und Düsen wird die Unterseite 13 des Bohrkopfs verschiedene Materialförderabschnitte J bis M aufgeteilt. Die Leitbleche 89 in Verbindung mit den Düsen 90 im Bereich der Randschneidwerkzeuge 17 bewirken einen äußeren Förderbereich J, der in Figur 22 gezeigt ist. Der Boden, der von den in diesen Bereichen liegenden Bohrwerkzeugen 12 gelöst wird, wird durch die Leitbleche 89 in Strömungsrichtung HH in die dazu konzentrisch weiter nach innen befindlichen Bereichen K1 bis K4 bis L abgefördert. Die Bereiche K1 bis K4 sind dabei bevorzugt unterschiedlich groß, weil die jeweils dazugehörigen Leitblech 86 bevorzugt in unterschiedlicher Länge ausgeführt sind. Hierdurch wird eine gezielte Materialverteilung in den Ringbereich L oder in einen außerhalb davon gelegenen Bereich K4, die dann von dem Saugkasten 70 überfahren werden, wodurch eine Abförderung des gelösten Bodens erfolgt. Diese Bereiche sind ebenfalls in Figur 22 gezeigt. Innerhalb des Ringbereichs L befindet sich das Zentrum M, aus dem das dort gelöste Material in Strömungsrichtung I gegen die Leitbleche 95 in den Bereich L hinein gefördert werden. Dabei kommt es zu einer gezielten Materialverteilung dergestalt, dass der Hauptteil des geförderten Materials vom inneren Teil des Öffnungsbereichs 73 aufgenommen werden kann, sodass der Materialabtransport bzw. die Ansaugung dadurch deutlich verbessert wird.
  • In den Figuren 30-32 sind die Bewegungszustände des Randschneidwerkzeug 17 gezeigt. Sie weisen dabei einen Grundkörper 96 auf, der in Pfeilrichtung N bewegbar ist. Hierfür ist ein Aktuator 97 vorgesehen, der hier bevorzugt als Hydraulikzylinder ausgeführt ist. Figur 30 zeigt die ausgefahrene Stellung des Randschneidwerkzeug 17, während Figur 31 die eingefahrene Stellung zeigt. Durch Bewegen eines Kolbens 98 mit seiner Kolbenstange im Zylinder 99 wird der Grundkörper 96 in den Körper 11 des Bohrkopfs 10 eingezogen oder ausgefahren. In Figur 32 ist eine Notfalllösung zum Bergen des Bohrkopfs 10 nach Beendigung der Bohrarbeiten gezeigt, bei dem aufgrund einer Störung entweder der Grundkörper nicht mehr einfahrbar ist oder der Aktuator 97 ausgefallen ist. Hierfür ist ein Scherbolzen 100 vorgesehen, der im normalen Betriebszustand als Drehlager für die Bewegungsrichtung N zum Einschwenken des Grundkörpers 96 in den Körper 11 des Bohrkopfs 10 fungiert. Im Störungsfall wird dieser Scherbolzen 100 abgeschoren, sodass der Grundkörper 96 um den Anschlag 101 in Pfeilrichtung O verschwenkbar ist. Bei dem Anschlag 101 handelt es sich um den Angriffspunkt des Aktuators 97 am Grundkörper 96. Bezugszeichenliste:
    10 Bohrkopf 43 Öffnung
    11 Körper 45 Innenraum
    12 Bohrwerkzeug 46 Deckel
    12a Diskenmeißel 47 Boden
    12b Schählmeißel 48 Seitenwand
    12c Rollenmeißel 49 Öffnung
    13 Unterseite 50 Anschluss
    14 Oberseite 51 Förderleitung
    15 Anschluss 52 Gleitelement
    16 Umfang 53 Bodenlösewerkzeug
    17 Randschneidwerkezug 54 Düse
    18 Verschleißelement 55 Basis
    19 Zentrierbohrwerkzeug 60 Umlenkelement
    20 Saugkasten 61 Anschlagpunkt
    21 Vorderseite 62 Aktuator/Hydraulikzylinder
    22 Öffnungsbereich 63 erster Anschlag
    23 Öffnung 64 zweiter Anschlag
    23a Öffnungsabschnitt 65 Bodenlösewerkzeug
    24 Klassierelement 66 Düse
    25 Innenraum 67 Öffnungsspalt
    26 Deckel 68 Düse
    27 Boden 69 Anschlagselement
    28 Seitenwand 70 Saugkasten
    29 Öffnung 71 Anschluss
    30 Anschluss 72 Öffnungsbereich
    31 Förderleitung 73 Öffnung
    32 Gleitelement 73a Öffnungsabschnitt
    33 Bodenlösewerkzeug 74 Klassierelement
    34 Düse 75 Innenraum
    35 Reinigungselement 76 Deckel
    36 Stab 77 Rückwand
    37 Durchlass 78 Seitenwand
    40 Saugkasten 79 Öffnung
    41 Vorderseite 80 Düsenleiste Primärdüsen
    42 Öffnungsbereich 81 Düsenleiste Sekundärdüsen
    82 Düse E Abgaberichtung
    83 Düse F Rotationsrichtung
    84 Strömungskranz G Rotationsrichtung
    85 Öffnung H Strömungsrichtung
    86 Leitblech I Strömungsrichtung
    87 Düse J Bereich
    88 Gehäuse K Bereich
    89 Leitblech K1-K4 Unterbereiche zu Bereich K
    90 Düse L Ringbereich
    91 Gehäuse M Zentrum
    92 Düse N Bewegungsrichtung
    93 Düse O Schwenkrichtung
    94 Gehäuse
    95 Leitblech α Einfallwinkel
    96 Grundkörper β Einfallwinkel
    97 Aktuator
    98 Kolben AA Strahl
    99 Zylinder BB Breite
    100 Scherbolzen CC Bereich
    101 Anschlagspunkt DD Strahl
    EE Strahl
    A Rotationsrichtung FF Strahl
    B Strömungsrichtung GG Strahl
    C Reinigungsrichtung HH Höhe
    D Reinigungsrichtung

Claims (15)

  1. Bohrkopf zum Erstellen einer im Wesentlichen vertikalen Bohrung im Boden, mit einem Körper (11), der mit einem Rotationsantrieb einer Bohrvorrichtung verbindbar ist, mit an dem Körper (11) angeordneten Bohrwerkzeugen (12) zum Lösen des Bodens an einer Ortsbrust der Bohrung, mit einer Absaugung zum Abtransport des gelösten Bodens an der Ortsbrust, die mit einer Pumpe verbindbar ist, wobei die Absaugung einen am Körper angeordneten Öffnungsbereich (72) mit wenigstens einer Öffnung (73) im Bereich der Bohrwerkzeuge (12) an der Ortsbrust aufweist, wobei der Öffnungsbereich (72) eine längliche Erstreckung aufweist, wobei die wenigstens eine Öffnung (73) des Öffnungsbereichs (72) mit einem Saugkasten (70) verbunden ist, der an einem der Öffnung (73) gegenüberliegenden Ende eine Anschlussöffnung für eine Verbindung mit der Pumpe aufweist und der eine Breite (BB) und eine Höhe (HH) aufweist, wobei sich die Breite (BB) parallel zur länglichen Erstreckung des Öffnungsbereichs (72) erstreckt und wobei sich die Höhe (HH) quer zur Breite (BB) und parallel zum Öffnungsbereich (72) erstreckt, und wobei der von den Bohrwerkzeugen (12) gelöste Boden im Öffnungsbereich (72) durch die Öffnung (73) von der Pumpe in den Saugkasten (70) in einer Strömungsrichtung saugbar ist, ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugkasten (70) vertikal angeordnet ist, dass sich der Saugkasten (70) von der Öffnung (73) hin zur Anschlussöffnung (79) in der Breite (BB) verjüngt, und dass sich die Höhe (HH) des Saugkastens (70) von der Öffnung (73) hin zur Anschlussöffnung (79) vergrößert.
  2. Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Öffnungsbereichs (73) zur Ortsbrust verstellbar ist.
  3. Bohrkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen des Abstands über ein vertikales Bewegen des Saugkastens (70) und/oder über ein Verschwenken des Saugkastens (70) um einen Drehpunkt erfolgt, wobei für das Bewegen oder für das Verschwenken ein Antrieb vorgesehen ist.
  4. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Öffnungsbereich (72) vom Mittelpunkt gesehen im Wesentlichen radial nach außen erstreckt, und/oder dass die Öffnung (73) schlitzartig ausgeführt ist.
  5. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung des Bohrkopfes (10) gesehen vor der Öffnung (73) an der Unterseite des Bohrkopfes (10) wenigstens zwei Düsen (82) zur Abgabe eines Strahls eines Mediums vorgesehen sind, die zur Ortsbrust gerichtet sind.
  6. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung des Bohrkopfes gesehen hinter der Öffnung an der Unterseite des Bohrkopfes wenigstens zwei Düsen (83) zur Abgabe eines Strahls eines Mediums vorgesehen sind, die zur Ortsbrust gerichtet sind.
  7. Bohrkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Richtung des Strahls einen Vektor entspricht, der ausgehend von der Düse (82, 83) eine Richtungskomponente zur Ortsbrust und/oder eine Richtungskomponente zur Öffnung aufweist.
  8. Bohrkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen der wenigstens zwei Düsen (83) ein Sperrwirkung gegen ein Bewegen des gelösten Bodens gegen die Drehrichtung des Bohrkopfes (10) und/oder ein Ablösen des gelösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens bewirken.
  9. Bohrkopf nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen der wenigstens zwei Düsen (82) ein Sperrwirkung gegen ein Bewegen des gelösten Bodens in die Drehrichtung des Bohrkopfes (10) und/oder ein Ablösen des lösten Bodens von der Ortsbrust und/oder Beschleunigen des gelösten Bodens bewirken.
  10. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Bohrkopfes (10) wenigstens eine Düse (87) zur Abgabe eines Strahls eines Mediums vorgesehen ist, und dass der Strahl eine Bewegung des gelösten Bodens in einen Bereich der Ortsbrust bewirkt, der bei Rotation des Bohrkopfs von der Öffnung überquert wird.
  11. Bohrkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl auf eine Leitblech (86) auftrifft, wodurch eine Änderung der Bewegungsrichtung des gelösten Bodens bewirkt wird, und dass das Leitblech (86) als gerades oder geschwungenes Element an der Unterseite des Bohrkopfes angeordnet ist, und dass die Anordnung diagonal oder wenigstens teilweise zirkumferrentiel ist.
  12. Bohrkopf nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass t wenigstens zwei Düsen (93) , die gegenläufig ausgerichtet sind, im Zentrum der Unterseite des Bohrkopfes (10) vorgesehen sind.
  13. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Düse (87, 93) tangential ausgerichtet an der Unterseite des Bohrkopfes (10) vorgesehen ist.
  14. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Medium um eine Flüssigkeit oder Luft handelt.
  15. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass radial verstellbare Randschneidwerkzeuge (17) vorgesehen sind.
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