专利名称：用于运行水平钻孔设备的方法和水平钻孔设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行一个水平钻孔设备的方法以及一种水平钻孔设备。
背景技术：
水平钻孔设备用于以不挖开的施工方法将供应和排除管道引入到土壤中或不挖开地替换已敷设的旧管道。存在大量不同的水平钻孔设备。广泛流行的是一些水平钻孔设备，在这些水平钻孔设备中，一个钻头借助一个钻杆并且从一个定位在地面上的钻孔支架开始首先倾斜地钻进到土壤中直到钻头达到要求的钻孔深度。接着使钻头朝水平线转向，以便实施实际的水平钻孔。一种这样的水平钻孔的目标点可以例如处于一个特别为此挖出的目标基坑中或处于一个地下室中或它可以同样亦即如开始点那样处在地面上，从而钻头在一定的钻孔进展 以后朝一个倾斜向上指向的方向转向，以便允许重新在地面上退出钻头。在钻头已达到目标点以后，经常使用一个扩径装置例如一个锥形的扩径体代替钻头，以便在拉回钻杆时借助钻孔支架扩大先前完成的(先导)钻孔。在此可以设定，将一个新的待拉进的管道悬挂到扩径装置上，以便随先导钻孔的扩大同时将其引入到土壤中。水平钻孔设备也用于，不挖开地替换在土壤中敷设的旧管道。为此在一个第一工作步骤中，钻杆被钻孔支架沿旧管道(和特别通过一个旧管)移动，并且在到达一个目标点以后，该目标点例如可以处于通道系统的一个维修竖井中，钻杆的前端部与一个扩径装置连接，通过扩径装置，旧管道在拉回钻杆时破碎或胀裂，其中将破坏的旧管道的各分段径向排挤到周围的土壤中。同时可以将一个新管拉进旧管中。通过旧管的破坏和旧管的各分段的排挤，新管可以具有一个等于旧管外径或甚至大于旧管外径的外径。备选地也存在的可能性是，代替一个扩径装置将一个适配器连接到钻杆的前端部上，该适配器作用在旧管道的后端部上并且在拉回钻杆时将旧管道从土壤中拉出。借此可以阻止，各断裂段或一个被破坏的旧管道留在土壤中，它否则由于尖棱的断裂边缘和由周围的土壤施加的压力可能损坏新管。水平钻孔设备通常具有一个直线驱动装置，借其将钻杆在土壤中推进和拉回。此外通常设置一个旋转驱动装置，借其可以使钻杆(继而与其连接的钻头或扩径头)处于旋转状态。通过钻头或扩径装置的旋转可以改进在土壤中的推进。此外在大多数可控的水平钻孔设备中需要钻头的旋转，以便可以朝要求钻孔方向控制钻头。这样的水平钻孔设备的钻头具有不对称构成的(例如斜切的)钻头前面，它在通过土壤运动期间导致钻头侧向偏转。当钻头与在土壤中推动的同时被旋转驱动时，钻头的不对称构成对直线的钻孔走向没有影响，因为侧向偏转在旋转的措施中得到平衡。相反，如果钻头的旋转停止并且钻头只移动地推进，必要通过由一个集成到钻头中或钻孔支架中的冲击装置施加打击给以支持，则钻头的不对称构成导致(不变的)侧向偏转。由此得到一种弧形的钻孔走向且结果是钻孔方向改变。仅设置用于替换已在土壤中敷设的旧管的水平钻孔设备经常没有附加的旋转驱动装置。其中设置用于在地面上定位的钻孔支架的水平钻孔设备经常只适用于在城市外的地区使用，因为它们由于为达到要求的钻孔深度所需要的钻孔行程而必须有时以相当大的距离远离要将钻孔或新管道引入土壤中或要更换一个已存在的旧管道的区域进行定位。经常在建有房屋的城市地区内没有给出相应的场地情况。这种类型的水平钻孔设备的另一缺点在于，这些通常构成为自走式的钻孔支架的水平钻孔设备产生相当大的地面损害，这些地面损害必须用相应的财政耗费重新消除。由于这些缺点，在建有房屋的地区不挖开的管道建造在很大程度上仍限于旧管的不挖开替换，因为旧管总是在各已存在的地下空间(特别是供应竖井和地下室)之间延伸，这些空间可以用于水平钻孔设备的定位。由此可以在很大程度上避免开挖工作并因此避免地面损害。已开发了一些水平钻孔设备，它们是这样设计的，以致它们可以定位在通道系统的一个供应竖井中。由于经常不是拟沿现有的供应线路敷设新的供应管道，但为了新敷设供应管道，经常可能不动用这些水平钻孔设备。
由DE 196 33 934 Al已知一种水平钻孔设备，它设计为用在小的具有约70cmX40cm的矩形横截面和约Im至I. 5m的深度的基坑中。该水平钻孔设备包括一个框架，其尺寸大致等于基坑的横截面尺寸并且该框架下降到基坑中。在此框架的一部分伸出基坑的上边缘。在框架的处于基坑内的区段中设置一个组合的直线/旋转驱动装置，经由它将一个由各个钻杆节相互拧紧的钻杆推进到土壤中。直线/旋转驱动装置包括一个转动驱动装置，它可以借助由两个液压缸构成的直线驱动装置沿水平方向在框架内进行移动。为了推进钻杆，最后的钻杆节力锁合地固定在转动驱动装置中，为此转动驱动装置具有一些夹爪。逐渐拧紧到已钻进的钻杆的后端部上的各钻杆节经由一个钻杆升降机供给直线/旋转驱动装置，该钻杆升降机将各钻杆节从一个钻杆库输送给直线/旋转驱动装置，钻杆库设置在框架的在基坑的边缘之上延伸的区段中。钻杆升降机包括一个换向马达，其马达轴设有一个螺纹轴颈。螺纹轴颈拧入一个设定用于输送给直线/旋转驱动装置的钻杆节的后端部中。通过沿钻杆升降机移动换向马达，然后可以将钻杆节输送到一个与钻孔轴线同心的位置。由DE 196 33 934 Al已知的水平钻孔设备能够从任意的开始位置将钻孔引入到土壤中。因为只需一个较小的基坑用于定位水平钻孔设备并且水平钻孔设备由于紧凑的结构形式还可相当简单地输送，所以其使用联系着较少的地面损害。由DE 196 33 934 Al已知的水平钻孔设备的缺点是，由于换向马达、新的钻杆节和钻杆的同心定向而只能使用(与框架的长度相比)较短的钻杆节。但各个钻杆节越短，越必须经常将新的钻杆节安放到钻杆上，以便将具有所需长度的钻孔引入到土壤中。一个钻杆节的安放或脱开联系着显著的时间上的耗费。由于钻杆在转动驱动装置中的力锁合的固定，可传递到钻杆上的力的大小受到限制。并且钻杆的力锁合固定的前提是使用功率大且昂贵的液压缸，因此提高了用于钻孔设备的成本。
发明内容
从所述现有技术出发，本发明的目的在于，提供一种用于运行一个水平钻孔设备的改进的方法和一种改进的水平钻孔设备。特别是要提供一种用于运行一个水平钻孔设备的方法和一种水平钻孔设备，所述方法能够使用尽可能长的钻杆节，此外所述水平钻孔设备适合于实施所述方法。所述目的通过独立权利要求I和4的主题达到。按照本发明的方法或按照本发明的水平钻孔设备的有利的进一步构成是各相应的从属权利要求的主题并且从本发明的以下的说明书给出。
本发明的中心思想在于，设置尽可能长的用于钻杆的钻杆节，以便将用于钻杆更换(亦即将一个钻杆节安放在钻杆上或从钻杆上脱开)所需要的时间上的耗费限制到一个最小值。在如由DE 196 33 934 Al已知的那样设置在一个具有小尺寸的基坑中的钻孔设备中，钻杆节可以具有的最大长度沿钻孔轴线的方向受基坑尺寸限制。在这样的钻孔设备中，还附加提出在钻杆更换期间钻杆节的处理问题。在DE 196 33 934 Al的钻孔设备中，钻杆节在钻杆更换期间由换向马达保持。由于该换向马达以同心的位置定位在钻杆节之后，所以钻杆节的可能的最大长度至少缩短了换向马达的长度。因此本发明基于，放弃了如在DE 196 33 934 Al的钻孔设备中存在的那样的换向马达，借助旋转驱动装置(经由它在运行钻孔设备时则旋转地驱动所述钻杆)实施钻杆节的钻杆更换。并且由于按照本发明动用一个旋转驱动装置，它不是作用在钻杆节的前端部或后端部上，而是周围嵌接它们(从而作用在相应的钻杆节的外周上)，避免了用于钻杆节的受结构限制的长度损失。因此它们可以构成得尽可能长。一种按照本发明的用于运行一个钻孔设备的方法，该钻孔设备具有一个直线驱动装置、一个借助直线驱动装置可移动的旋转驱动装置和一个钻杆，钻杆由许多相互连接的钻杆节构成为钻杆管路，其中旋转驱动装置构成一个通口，钻杆可插入到所述通口中，并且其中在通口中设置用于将压力和/或拉力和/或转矩传递到钻杆上的传力机构，按照本发明的特征在于，将一个钻杆节固定在钻杆的通口内并且通过旋转驱动装置的直线和/或旋转运动使所述钻杆节与钻杆的后端部连接或从其上脱开。在按照本发明的方法的一种优选的实施形式中可以设定，为钻杆更换设置的钻杆节形锁合地固定在旋转驱动装置的通口中。钻杆节的形锁合固定相对由DE 196 33 934 Al已知的力锁合固定具有的优点是，在高负荷时避免了钻杆滑转的危险，并且还可以避免需要通过使用液压缸构成一个夹紧装置的结构上的耗费。一种相应的水平钻孔设备，它特别适合于按一种按照本发明的方法来运行，该水平钻孔设备具有一个直线驱动装置、一个借助直线驱动装置可移动的旋转驱动装置和一个钻杆，其中旋转驱动装置构成一个通口，钻杆可插入到所述通口中。按照本发明，旋转驱动装置在通口内具有用于将压力和/或拉力和/或转矩形锁合地传递到钻杆上的传力机构。在按照本发明的水平钻孔设备的一种优选的实施形式中设定，传力机构这样构成，以致钻杆在一个第一角度位置(传力机构相对于钻杆)可插入到旋转驱动装置中或从其中可移走，而在一个第二角度位置，产生对钻杆的一种卡锁，按照本发明，在这种卡锁中可以传递压力和/或拉力和/或一个转矩。因此钻杆在旋转驱动装置内的卡锁经由钻杆节相对于旋转驱动装置的传力机构的相对转动实现。钻杆在旋转驱动装置中通过相对转动的卡锁可以优选以这样的方式实现，即传力机构具有一个传力环，该传力环构成一个开口，钻杆可以插过该开口。此外钻杆在至少一个第一区段中具有一个如此地与所述开口的横截面一致的第一横截面，以致钻杆只在第一角度位置可插过传力环的开口。此外钻杆在至少一个第二区段中具有一个不同于第一横截面的第二横截面，第二区段构成为第一区段的分区段，第二横截面这样构成，以致钻杆仅仅在第二角度位置才可扭转，只要第二区段处于传力环的开口内。优选的是可以设定，传力环可更换地设置在旋转驱动装置中。由此用于按照本发明的水平钻孔设备的维修费用保持很少，因为通过与钻杆的卡锁接触受到较大磨损的传力环可以被替换，而不必更换整个的旋转驱动装置。在另一种优选的实施形式中可以设定，钻杆具有一个圆形的基本横截面，其中该圆形的基本横截面在第一区段中至少在一侧被削平(并且优选在两侧具有对置的平行的削平部)。此外优选的是，钻杆随后在第二区段中可以具有至少一个(优选两个)弧形的凹槽，该凹槽通到在侧面的削平部为止。
在按照本发明的水平钻孔设备的一种优选的实施形式中，钻杆由许多相互连接的钻杆节构成为钻杆管路，其中每个钻杆节具有至少两个第一区段和至少两个第二区段。由此可以确保，旋转驱动装置或旋转驱动装置的传力机构可以作用在每个钻杆节的两个(沿钻杆节的纵向方向隔开距离的)位置上。在按照本发明的方法的一种优选的实施形式中，通过旋转驱动装置作用在每个钻杆节的至少两个位置上，为了钻杆更换，可以将钻杆节固定在一个第一位置，而为了钻杆的钻进则将其固定在一个第二位置。这能够将钻杆节构成得长于直线驱动装置的最大行程，它由于结构上的原因一般总是必须明显地短于基坑的长度(沿钻孔轴线的方向)。优选的是可以设定，分别一个第一和一个第二区段处于每个钻杆节的两个端部的区域内，其中在它们之间设置至少一个第三区段，该第三区段具有比两个第一区段更小的弯曲刚度。经由该第三区段的一个确定的弯曲刚度可以匹配单个的钻杆节继而整个钻杆的总弯曲刚度。按照本发明的水平钻孔设备的旋转驱动装置优选具有一个内齿轮传动机构，它包括一个经由一个马达驱动的锥齿轮，其中锥齿轮与一个齿圈啮合，齿圈又与传力机构抗扭地连接。该实施形式能够将旋转驱动装置的马达沿垂直方向(即垂直于钻孔轴线)设置在基坑内，借此可以总体上保持旋转驱动装置尽可能短(沿钻孔轴线的方向)。通过一个尽可能短的旋转驱动装置，在很窄的场地情况下可以为移动旋转驱动装置的直线驱动实现一个尽可能较大的行程。按照本发明的水平钻孔设备的直线驱动装置优选构成为一个或多个驱动缸的形式(优选液压或气动地运行)。于是通过将直线驱动装置与所述驱动缸的缸套连接的方式，旋转驱动装置可以与直线驱动装置连接。
下面借助一个在附图中示出的实施例更详细地说明本发明。在附图中图I按照本发明的水平钻孔设备的透视图；图2图I的水平钻孔设备的第二透视图；图3按图2的视图的一个放大的部分；
图4按图I至3的水平钻孔设备的下区段的透视图；图5在水平钻孔设备的另一运行位置的按图4的视图；图6水平钻孔设备的旋转驱动装置的隔离图的透视图；图7a水平钻孔设备的钻杆接纳机构在第一运行位置的隔离图的透视图；图7b水平钻孔设备的钻杆接纳机构在第一运行位置的隔离图的剖分侧视图；图8a水平钻孔设备的钻杆接纳机构在第二运行位置的隔离图的透视图；图Sb水平钻孔设备的钻杆接纳机构在第二运行位置的隔离图的剖分侧视图；图9a包括一个钻杆节在内的旋转驱动装置的带动环在第一运行位置的隔离图 的等轴视图；图9b在图9a中所示的带动环和钻杆节的前视图；图IOa包括一个钻杆节在内的旋转驱动装置的带动环在第二运行位置的隔离图的等轴视图；图IOb在图IOa中所示的带动环和钻杆节的前视图；图11钻杆接纳机构以及钻杆升降机的下区段的隔离的等轴视图。
具体实施例方式图I示出一个按照本发明的水平钻孔设备I在将一个先导钻孔引入到土壤中时的等轴视图。水平钻孔设备包括一个圆筒形壳体2，它部分地经由一个圆筒形外套3封闭。功能上将水平钻孔设备I或水平钻孔设备I的壳体2分成两个区段，亦即一个称为“基坑区段”的下区段，它处于一个特别为接纳水平钻孔设备I挖出的基坑4内。在水平钻孔设备I的基坑区段中，壳体2基本上完全由外套3封闭。这阻止从基坑4的壁上松脱的土壤落入到由壳体2构成的空腔中，在那里设有水平钻孔设备I的其他的功能元件和特别是一个组合的直线/旋转驱动装置5。否则落到空腔中的土壤可能污染这些功能元件，由此可能损害水平钻孔设备I的功能。在水平钻孔设备I的上区段中，按照本发明也称为“表面区段”，壳体2构成为部分敞开的，以便为操作人员提供一个通向一直延伸到该区域的钻杆升降机6的入口。水平钻孔设备1“吊挂式”定位在基坑4内，亦即它不是支承在基坑4的底面上，而是更确切地说经由一个总共具有三个支腿7的支承装置，这些支腿在水平钻孔设备I的表面区段的区域内固定在壳体2的各纵梁8上。其中每个支腿7在相应的纵梁8上可以固定在总共五个不同的位置上。由此可以实现吊挂到基坑4中的水平钻孔设备I的高度调整。这种高度调整是重要的，以便例如将处在基坑区段内的直线/旋转驱动装置5定位在用于将先导钻孔引入到土壤中的正确的高度上。支腿7沿纵梁8在不同位置的固定分别经由一个横销9实现，该横销插过在相应支腿7以及壳体2的相应纵梁8的一个横梁10中的通孔并接着固定。其中每个支腿7还具有一个螺纹支柱，它经由一个铰链与相应支腿7的横梁10连接。螺纹支柱包括一个螺纹杆11，它在其脚端部具有一个支脚12。在螺纹杆11的对置于支脚12的端部设置一个手柄13，螺纹杆11经由该手柄可以绕其纵轴线转动，借此实现相对于围绕螺纹杆的螺纹壳体14的纵向移动。在已通过将各支腿7固定在壳体2的各纵梁8上实现第一高度定位之后，各螺纹支柱用于将水平钻孔设备I在基坑4内精确地定向。在图I中可以看出，如同水平钻孔设备I的壳体2那样，基坑4具有一个(在很大程度上)圆筒形的形状，并且其内径基本上等于水平钻孔设备的壳体2的外径。因此水平钻孔设备I的外套3在基坑区段的区域内或多或少直接贴紧基坑4的壁。通过基坑4的内径和壳体2的外径在很大程度上一致不仅可以将待挖出的基坑4的尺寸限制到最小值，而且可以同时实现水平钻孔设备I在基坑4内的一种尽可能大面积的和均匀的支承。并且通过基坑4和壳体2的圆形横截面，支承不受(绕水平钻孔设备的纵轴线)相应的旋转的定向的影响。通过首先用一个星状钻头(未示出)将一个具有所需要的(外)直径的环形凹槽引入到表面保护层(浙青外层)中，移走这样暴露的圆盘形浙青盖并接着借助一个吸入式挖掘机(未示出)吸走处在其下面的土壤。为此使用的吸入式挖掘机包括一个吸入嘴，它同样具有一个圆形的横截面。比所需要稍深地挖出基坑4，以便能够实现吊挂式支承的水平钻孔设备I在基坑4内的高度调整，而不导致水平钻孔设备I的下端部无意地落到基坑底面上。 在挖出基坑4以后，借助一个吊车(未示出)将水平钻孔设备I下沉到基坑4中，直到先前已固定在壳体2的各纵梁8上的各支腿7接触到地面为止。然后水平钻孔设备I借助吊车还旋转地在基坑内定向，通过的方式为，使其如此程度地绕其纵轴线旋转，直到由设置在水平钻孔设备I的基坑区段内的直线/旋转驱动装置确定的钻孔轴线指向所要求的用于先导钻孔的开始方向为止。然后经由各螺纹支柱还可以实现对水平钻孔设备I的工作高度的精调以及在一定限度内对水平钻孔设备I相对于垂直线的倾斜度的精调。由于基坑4的壁，当它借助一个吸入式挖掘机挖出时尤其如此，通常并不是构成为均匀圆筒形的，按照本发明的水平钻孔设备I在基坑区段的区域内总共具有四个以均匀的分布在圆周上分布的支承元件15。这些支承元件15包括支承板16，这些支承板在一个拉回位置分别构成水平钻孔设备的圆筒形外套3的一部分。各支承板16可以分别借助一个液压缸17沿径向方向向外偏转，以便建立水平钻孔设备I与基坑4的壁的直接的接触，以便将其可靠地支承在基坑4内。在图3中可清楚地看出这些支承元件15的各个组成部分，其中每个支承板16经由一个第一铰链18与一个偏转杠杆19的第一端部连接，它又借助一个第二铰链21可旋转地支承在水平钻孔设备I的壳体2上。偏转杠杆19的第二端部与液压缸17的一个活塞杆20的头部连接。因此液压缸17的移出或移入引起偏转杠杆19绕铰链21的部分转动，由此可以使相应的支承板16径向偏转或将其重新拉回。各端部止挡22阻止支承板16在液压缸17移入时进入由壳体外套确定的内腔中。图2示出整个水平钻孔设备I的相应于图I的视图，但其中在基坑区段中去除了外套3的一部分，以便使设置在其中的各功能元件是可见的。图3至5示出水平钻孔设备I的所述区段的不同视图的放大图。可看出，组合的直线/旋转驱动装置5在水平钻孔设备I的下端部设置在壳体2内。直线/旋转驱动装置用于将一个由各个钻杆节23组成的钻杆24旋转地推进到土壤中。图6示出直线/旋转驱动装置5的一个与水平钻孔设备I的其余的元件隔离的局部剖视图。直线驱动装置由两个液压缸25构成。两个液压缸25的活塞杆26完全穿过相应的缸套27并且以其两个端部与水平钻孔设备I的壳体2连接。各活塞杆26分别具有一个中心设置的活塞(未示出)，该活塞将分别构成在缸套27与活塞杆26之间的环形腔分成两个工作室，它们可以分别经由一个液压管道66供以液压油。根据供给各个工作室的液压油的压力实现相应缸套27在活塞杆26上朝一个或另一方向的运动。在此直线驱动装置的两个液压缸25的运动是同步的。旋转驱动装置设置在构成直线驱动装置的各液压缸25的两个缸套27之间并且固定在其上。旋转驱动装置包括一个法兰连接在一个内齿轮传动机构28上的马达29 (特别是一个液压马达或一个电机)。马达29的驱动轴30与一个锥齿轮31连接，该锥齿轮又与一个齿圈32啮合，该齿圈又经由螺丝连接33与一个驱动套筒34连接。驱动套筒34经由两个滚动轴承35旋转地支承在内齿轮传动机构28的壳体36内。因此马达29的驱动轴30的转动引起驱动套筒34绕其纵轴线的转动。该纵轴线基本上相当于保持在其中的钻杆24的纵轴线并因此也相当于钻孔轴线，亦即一个待引入的先导钻孔的开始方向或在基坑4的壁中开出的钻孔或旧管的纵轴线。一个带动环37用于将驱动套筒34的旋转运动以及由直线驱动装置的各液压缸25 产生的纵向运动传递到保持在驱动套筒34中的钻杆24上，该带动环在钻杆24在带动环37内一个运行位置上形锁合地固定钻杆24。带动环37形锁合地支承在驱动套筒34内并且可以在磨损时按简单的方式进行更换，通过的方式为，首先从一个在驱动套筒34的内面中的相应的槽中移走卡圈63并且接着从驱动套筒中拉出一间隔环64。然后可以无困难地从驱动套筒34中拉出带动环37。图9a和9b以及图IOa和IOb分别以两个视图中示出钻杆24在带动环37内的两个对于运行水平钻孔设备I来说重要的运行位置。这两个运行位置的区别在于带动环37绕其纵轴线相对于钻杆24的90°相对转动。在图9a和9b所示的运行位置，钻杆24卡锁在带动环中。这种卡锁通过钻杆24的钻杆节23的特殊的外周形状和带动环37的中心开口的与其匹配的形状实现。钻杆24的每个钻杆节23具有一个圆筒形的基本形状，该基本形状具有一个直径较小的中间区段38和两个直径较大的端部区段39a、39b。在一个钻杆节23的每个端部区段39a、39b中设置两个平行的削平部40，由此产生一种具有两个平行的直侧面和两个对置的弧形的侧面的横截面。带动环37构成一个与该横截面一致的通口，从而如果带动环37和在其中引导的钻杆节23按在图IOa和IOb中所示的旋转的定向相互设置，则可以将钻杆节23插入带动环37的通口中并且在其中自由地(沿纵向方向)使其移动。为了将钻杆节23卡锁在带动环37中，使其如此程度地在通口内移动，直到两个弧形的卡锁凹槽41处于带动环37内，两个卡锁凹槽构成在钻杆节23的每个端部区段39a、39b中。这些卡锁凹槽能够使带动环37沿顺时针方向朝图9a和9b中所示的运行位置(卡锁位置)相对转动90°。以这样的方式阻止大于90°的转动，即两个绕钻杆节23的纵轴线相互位错180°设置的卡锁凹槽41只在一个90°的角度区段中是弧形的并且此后直着慢慢结束。由此构成两个凸台42，它们的距离大于带动环37的通口的窄的宽度(等于带动环的通口的两个直的边缘的距离)。这些凸台42在图9a和9b所示的卡锁位置挡在带动环37的各边缘上并因此阻止继续扭转(沿顺时针方向)。在钻杆节23在带动环37中的卡锁位置，可以经由带动环37将纵向力(沿钻杆节轴线的纵向方向)以及一个转矩(在图9a至IOb中沿顺时针方向)传递到钻杆节或整个钻杆上。每个钻杆节23的中间区段38具有一个减小的外径，以便实现相对端部区段39a、39b较小的(确定的)弯曲刚度。由此应该能够使用一个可控的倾斜钻头。通过钻头43在土壤中的转向实现一种逐步弧形的钻孔走向。钻杆24必须匹配这样的弧形钻孔走向，这导致相应的弯曲应力。每个钻杆节23的直径减小的继而相对端部区段39a、39b较易弯曲的中间区段38用于总体上保持钻杆节23易弯曲，但同时刚性地构成端部区段39a、39b，它们由于螺纹是特别易断裂的。由于组合的直线/旋转驱动装置5设置在水平钻孔设备I的基坑区段的下端部以及由于水平钻孔设备I的小的外部尺寸(壳体2具有的最大直径约60cm)，各个钻杆节23不能手工供给直线/旋转驱动装置5。更确切地说为此设置一个自动化的钻杆供给装置，它包括一个设置在直线/旋转驱动装置5的高度上的钻杆接纳机构44和所述钻杆升降机6。在图4和5的总图中以及隔离地在图7a、7b、8a和8b的视图中示出了钻杆接纳机构44。钻杆接纳机构44的中心元件是一个接纳心轴45，它支承在一个桥46中，该桥与两 个另外的液压缸48的缸套47连接。液压缸48也涉及这样的，即其中活塞杆49在两侧从缸套47中伸出。两个活塞杆49的两个自由端部与水平钻孔设备I的壳体2连接，从而通过用液压油对各液压缸48的相应的加载，可以使各缸套47在固定的各活塞杆49上移动并因此使钻杆接纳机构44沿水平方向移动。钻杆接纳机构44的接纳心轴45绕一条水平轴线可偏转地支承在桥46内，其中在一方面在图7a、7b和另一方面在图8a、8b中所示的终端位置之间的偏转是可能的。经由另一液压缸50实现该偏转，另一液压缸经由各相应的液压接头65供以液压油。按在图7a、7b中所示的定向，接纳心轴45以及套装到其上的钻杆节23的纵轴线同心于旋转驱动装置的驱动套筒34的纵轴线并且因此指向水平钻孔设备I的钻孔方向。按在图8a、8b中所示的垂直的继而相对于按图7a和7b的运行位置偏转90°的定向，接纳心轴45以及套装到其上的钻杆节23定位在钻杆升降机6的一个导轨51内。在接纳心轴45的这个运行位置，一个钻杆节23可以由钻杆升降机6套装到接纳心轴45上或由其取出。在钻杆升降机6的导轨51内可移动地引导一个接纳滑座52，它可以接纳一个钻杆节23，其中接纳滑座52固定在一个传动带53的一个回行段上，该传动带在导轨51之外并且与其平行地延伸。传动带53的一个上驱动轮与一个马达(未示出)连接，以便对其进行驱动。一个下转向轮54支承在一个轴55上，该轴在其两个端部分别在一个螺纹杆56上且分别在一个槽57中引导。通过各螺纹杆56的转动可以改变下转向轮54的垂直位置，以便张紧传动带53。借助传动带53，接纳滑座52可以在导轨51内上升或下降。按这种方式可以将一个由操作人员装入到在水平钻孔设备I的表面区段中的一个供料站58中的钻杆节23输送到在基坑区段中的钻杆接纳机构44，和反之。图11以一个隔离的视图示出钻杆接纳机构44以及包括接纳滑座52在内的钻杆升降机6的下部分，一个钻杆节23保持在接纳滑座中。接纳滑座52构成一个通口，钻杆节23可以由操作人员在供料站58的区域内从侧面装入到该通口中。装入的钻杆节23吊挂式支承在接纳滑座52中，也就是两对突出部59分别构成一个自由空间，该自由空间只稍宽于钻杆节23的中间区段38的直径而窄于钻杆节的端部区段39a、39b的较宽的侧面。其中一个成对突出部在此嵌入前端部区段39a的卡锁凹槽41中，而第二个成对突出部嵌入钻杆节23的中间区段38中。经由接纳滑座52的两个成对突出部，固定在其中的钻杆节23保持形锁合(沿垂直的和侧面的方向)。当然也有可能，为了将钻杆节23保持在接纳滑座52内，只使用一个成对突出部或也只使用一个单个的突出部。通过使接纳滑座52在钻杆升降机6的导轨51内下沉，保持在接纳滑座52中的钻杆节23套装到垂直定向的接纳心轴45上(参见图5 [未示出接纳滑座]和图8a、8b)。接着接纳心轴偏转90°到在图4和图7a、7b所示的水平的运行位置，钻杆节23因此朝侧向方向从接纳滑座52中转出。然后接纳滑座52可以重新移动到供料站58，从而可以装入另一个钻杆节23。水平钻孔设备I设计用于实施湿式钻孔，亦即经钻杆24将钻孔液体供给在前面设置在钻杆24上的钻头43，所述钻孔液体通过在前面和侧面的排出口排出。为了能够给钻头43供给钻孔液体，钻杆24的各个钻杆节23构成为贯通空心的。钻孔液体经由接纳心轴45供给钻杆24，为此同样构成为差不多贯通空心的。该接纳心轴只在后端部亦即从一个接上的钻杆节23中伸出的端部借助一个旋塞60封闭。经由一个同样空心构成的轴给由空心的接纳心轴45构成的内腔供给钻孔液体，接纳心轴45可旋转地支承在该轴上。在接纳心 泄漏。由此可以按简单的方式实现可偏转的接纳心轴45到钻孔液体源的一种可靠的和结构上简单的连接。相反，经由柔性供应软管实现到钻孔液体源的连接同时保留接纳心轴的可偏转性，在结构上是更耗费的，因为以其给这样的钻杆24供给钻孔液体的高压需要使用极其压力稳定的且因此弹性很小的供给软管，它又妨碍接纳心轴45的摆动运动，因此为了偏转需要一个较大的和性能卓越的液压缸50。为完成一个先导钻孔，水平钻孔设备I的使用如下进行还在水平钻孔设备下沉到基坑4中之前，将在图I中所示的钻头43通过一个构成在壳体2中的用于钻杆的通过口 61插入到旋转驱动装置的驱动套筒34中。这是必要的，因为钻头具有一个集成的用于借助一个所谓的行进接收器确定位置的发射器并且因此长于钻杆节23。钻头具有一个(后)端部区段62，它在几何形状方面与钻杆节23的端部区段39a、39b—致。在具有圆筒形的、在两个对置侧面设有平行的削平部的基本形状的端部区段62中引入两个弧形的卡锁凹槽，带动环37通过沿顺时针方向90°转动可以转入到卡锁凹槽中，由此钻头43卡锁在旋转驱动装置中。旋转驱动装置在此处于最后面的位置，在该位置，借助直线驱动装置移动旋转驱动装置，使其尽可能远地离开通过口 61。接着使水平钻孔设备I下沉、定向和支承到基坑4中，如已述的那样。于是通过使用直线/旋转驱动装置5，大体将钻头43尽可能钻入土壤中。由于钻头43的长度，钻进以直线驱动装置的两个行程进行，在第一行程时，带动环37处在两个平行的削平部的前端部，从而经由在那里构成的台阶传递压力并且经由用作为扳手面的平行的削平部传递转矩。在第一行程以后，移回直线驱动装置，从而带动环37可以嵌入卡锁凹槽并且卡锁钻头43。接着使直线驱动装置重新向前运动一个工作行程，借此钻头43完全钻进。于是旋转驱动装置处于例如在图4和5中所示的最前面的位置。接着向下移动一个设置在通口的区域内的卡锁叉(未示出)。卡锁叉的叉宽度等于钻头43的两个平行的削平部的距离以及两个卡锁凹槽的距离。首先钻头43借助旋转驱动装置这样定向，以致端部区段的两个削平部垂直定向，从而卡锁叉可以越过钻头43的端部区段(在各卡锁凹槽之前的一个区段中)，由此借助一种形锁合的固定暂时阻止钻头43的转动。在钻头43推进到土壤中期间，一个第一钻杆节23已由操作人员装入到接纳滑座52中并且通过 移动钻杆升降机6套装到接纳心轴45上。在接纳心轴45以及套装到其上的钻杆节23朝其水平的定向偏转90°以后，钻杆节23处于一个与已钻进的钻头43在很大程度上同心的位置。然后通过移动钻杆接纳机构44的两个液压缸48，可以将钻杆节23的前面的螺纹插头移近到钻头43的后面的螺纹套筒旁。随后带动环37从钻头43的各卡锁凹槽中脱开并且直线/旋转驱动装置5这样远地移回，以致它处于第一钻杆节23的前端部区段39a的一个确定的区域内。通过操纵旋转驱动装置，将第一钻杆节23与通过卡锁叉沿转动方向固定的钻头43拧紧。其中转矩经由平行的削平部40传递。由于带动环37仍未卡锁在卡锁凹槽41中，钻杆节在拧紧时可以沿纵轴向方向相对于带动环37移动。由此可以在没有耗费的、通过直线驱动装置实现的长度补偿情况下实现钻杆节23的为拧紧钻杆节23所需要的纵向运动。在拧紧期间，旋转驱动装置的位置这样选择，以致前端部区段39a的各卡锁凹槽41在钻杆节23与钻头43完全拧紧以后处在带动环43内，从而带动环通过90°转动直接地也就是不需要另外移动直线驱动装置就可以嵌入各卡锁凹槽41中，以便也沿纵向方向固定钻杆节23。然后如此程度地钻进钻孔管路，直到旋转驱动装置再次到达其前终端位置为止。此后，旋转驱动装置通过带动环的90°转动(沿相反的方向)被解锁并且借助直线驱动装置的液压缸25如此程度地移回，直到带动环37可以嵌入第一钻杆节23的后端部区段39b的各卡锁凹槽41中为止；在那里带动环37再次通过90°转动被卡锁。随后包括钻头43和第一钻杆节23的钻孔管路通过使用直线/旋转驱动装置5以直线驱动装置的一个另外工作行程继续推进到土壤中。只要旋转驱动装置到达其前终端位置，就将钻杆接纳机构44再次移回到后面的位置并且将接纳心轴45偏转到垂直位置，在该位置它可以接纳一个已由操作人员装入移到供料站58的接纳滑座52中的第二钻杆节23。在直线驱动装置的工作行程结束以后，第一钻杆节23的前端部区段39a的各卡锁凹槽41处在卡锁叉的下方，随后可以将卡锁叉向下移动，以便固定钻孔管路，同时将第二钻杆节23旋紧到存在的钻孔管路上。为此借助钻杆接纳机构44将第二钻杆节23移近到第一钻杆节23的后端部旁。同时旋转驱动装置从第一钻杆节23上脱开并且如此程度地向下移动，以致它可以作用在第二钻杆节23的前端部区段39a中的各平行的削平部40上。然后通过使用直线/旋转驱动装置5，将第二钻杆节23与第一钻杆节23拧紧，其中在完成拧紧以后，带动环37再次卡锁在第二钻杆节的前端部区段39a的各卡锁凹槽41中并且钻孔管路再次被钻进直到达到(直线驱动装置的)前终端位置为止。然后直线/旋转驱动装置5通过带动环37的90°相对转动从第二钻杆节23上脱开并重新向下移动，以便在后端部区段39b中卡锁第二钻杆节23并且将钻孔管路再次以一个另外的工作行程推进到土壤中。与在钻头43中不同，卡锁叉总是嵌入各钻杆节23的各卡锁凹槽41中，以便不仅防止它们或所述钻孔管路转动，而且还防止沿纵向方向的运动。由此可以防止钻孔管路由于压缩的土壤和通过负荷压紧的或伸长的钻杆的弹性恢复而意外地偏移。接着按相同的方式和方法实现另外的钻杆节23的安放和钻进。
在完成先导钻孔以后，可以设定，通过一个扩径装置(未示出)代替钻头43，以便在拉回钻杆期间扩大钻孔。必要时可以将一个新管(未示出)或一个同时与扩径装置一起拉进到钻孔中的其他的供应管道(未示出)悬挂到扩径头上。在拉回钻杆24时，该钻杆逐步地每次缩短一个钻杆节23。这按以下方式和方法进行。旋转驱动装置的带动环37卡锁在最后的钻杆节23的后端部区段39b的各卡锁凹槽41中。旋转驱动装置通过直线驱动装置的液压缸25的移动而向下移动。接着卡锁叉向下移动并固定倒数第二钻杆节23，通过的方式为，卡锁叉嵌入该钻杆节23的后端部区段39b的各卡锁凹槽41中。然后直线/旋转驱动装置通过带动环的90°转动从钻杆节23上脱开并再次向前移动，直到带动环37可以嵌入最后的钻杆节23的前端部区段39a的各卡锁凹槽中。钻杆24通过直线驱动装置的一个另外的工作行程如此远地从土壤中拉出，以致卡锁叉在前端部区段39a中可以卡锁倒数第二钻杆节23。最后的钻杆节23然后可以通过转动驱动套筒34反时针方向从倒数第一钻杆节23上拧出。通过钻杆节在各端部区段的区域内的特殊形状，可以传递用于脱开螺纹连接的转矩，而没有带动环37也沿纵轴向方向固 定在卡锁凹槽41中。由此带动环37可以在拧出钻杆节23时按照螺纹螺距在钻杆节上滑动，借此可以避免经由直线驱动装置的长度补偿。同时钻杆接纳机构44向前移动，以便接纳拧出的最后的钻杆节23。随后钻杆接纳机构44再次移到其最后面的位置并且直线/旋转驱动装置5同时向前移动，从而它可以作用在接着最后的(先前倒数第二的)钻杆节23的后端部区段39b上。拧出的钻杆节23随后完全从驱动套筒34中移出并且可以通过接纳心轴45朝垂直位置的偏转装入到钻杆升降机6的接纳滑座52中。接纳滑座52接着可以向上朝供料站58移动，在那里可以由操作人员取出该钻杆节。全部的钻杆节按相同的方式和方法依次从钻杆上脱开并且从水平钻孔设备中移走。所示的水平钻孔设备特别适用于在城市内的地区内使用并且特别适用于在供应区域内建造房屋管线(特别是煤气、水、电、玻璃纤维等)。可以引入达至少20m长度的钻孔，它们然后用于拉入外径达63mm的管子或电缆。
权利要求
1.用于运行水平钻孔设备(I)的方法，其中水平钻孔设备(I)具有一个直线驱动装置、一个借助直线驱动装置可移动的旋转驱动装置和一个钻杆(24)，该钻杆由许多相互连接的钻杆节(23)构成为钻杆管路，其中旋转驱动装置构成一个通口，钻杆可插入到所述通口中，其中在通口中设置用于将压力和/或拉力和/或转矩传递到钻杆(24)上的传力机构，其特征在于，将钻杆节(23)固定在旋转驱动装置的通口内，并且通过旋转驱动装置的直线和/或旋转运动使所述钻杆节与钻杆(24)的后端部连接或从钻杆(24)上脱开。
2.按照权利要求I所述的方法，其特征在于，将钻杆节(23)形锁合地固定在旋转驱动装置的通口内。
3.按照权利要求I或2所述的方法，其特征在于，为了连接/脱开，将钻杆节(23)在通口内固定在一个第一位置，而为了钻杆(24)的钻进，将钻杆节固定在一个沿纵轴向方向与第一位置隔开距离的第二位置。
4.水平钻孔设备(1)，具有一个直线驱动装置，一个借助直线驱动装置可移动的旋转驱动装置和一个钻杆(24)，其中旋转驱动装置构成一个通口，钻杆(24)可插入到所述通口中，其特征在于，旋转驱动装置包括用于将压力和/或拉力和/或转矩形锁合地传递到钻杆上的传力机构。
5.按照权利要求4所述的水平钻孔设备(I)，其特征在于，传力机构这样构成，以致在传力机构相对于钻杆(24)的第一角度位置，钻杆(24)可插入到旋转驱动装置中或从其中可移走，而在第二角度位置，产生对钻杆(24)的一种卡锁，在这种卡锁中可传递压力和/或拉力和/或转矩。
6.按照权利要求5所述的水平钻孔设备(I)，其特征在于，传力机构包括一个传力环，该传力环构成一个开口，钻杆(24)可插过该开口并且钻杆(24)在至少一个第一区段中具有一个如此地与所述开口的横截面一致的第一横截面，以致钻杆(24)只在第一角度位置可插过所述开口，并且在至少一个第二区段中具有一个不同于第一横截面的第二横截面，第二区段构成为第一区段的分区段，从而钻杆(24)仅仅在第二角度位置才可扭转，只要第二区段处于传力环的开口内。
7.按照权利要求6所述的水平钻孔设备(I)，其特征在于，传力环可更换地设置在旋转驱动装置中。
8.按照权利要求6或7所述的水平钻孔设备(I)，其特征在于，钻杆(24)具有一个圆形的基本横截面并且在第一区段中具有至少一侧面的削平部(40)。
9.按照权利要求8所述的水平钻孔设备(I)，其特征在于，钻杆(24)在第二区段中具有至少一个弧形的凹槽，该凹槽通到在侧面的削平部为止。
10.按照权利要求6至9之一所述的水平钻孔设备(1)，其特征在于，钻杆(24)由许多相互连接的钻杆节(23)构成为钻杆管路，其中每个钻杆节(23)具有至少两个第一区段和至少两个第二区段。
11.按照权利要求10所述的水平钻孔设备(1)，其特征在于，分别一个第一和一个第二区段处于每个钻杆节(23)的两个端部的区域内，其中在它们之间配置至少一个第三区段，该第三区段具有比各第一区段更小的弯曲刚度。
12.按照权利要求4至11之一所述的水平钻孔设备(1)，其特征在于，旋转驱动装置具有一个内齿轮传动机构(28),该内齿轮传动机构包括一个经由马达(29)驱动的锥齿轮(31)，其中锥齿轮(31)与一个齿圈(32)啮合，齿圈与传力机构抗扭地连接。
13.按照权利要求4至12之一所述的水平钻孔设备(I)，其特征在于，旋转驱动装置与直线驱动装置的至少一个驱动缸的缸套(27)连接。
14.钻杆(24)，用于按照上述权利要求之一所述的水平钻孔设备。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行水平钻孔设备的方法，水平钻孔设备具有一个直线驱动装置、一个借助直线驱动装置可移动的旋转驱动装置和一个钻杆，该钻杆由许多相互连接的钻杆节构成为钻杆管路，其中旋转驱动装置构成一个通口，钻杆可插入到所述通口中，其中在通口中设置用于将压力和/或拉力和/或转矩传递到钻杆上的传力机构，其特征在于，将钻杆节固定在旋转驱动装置的通口内，并且通过旋转驱动装置的直线和/或旋转运动使所述钻杆节与钻杆的后端部连接或从钻杆上脱开。
文档编号E21B7/04GK102918225SQ201180017119
公开日2013年2月6日 申请日期2011年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者E·科赫, S·菲舍尔, A·J·汉泽斯 申请人:Tracto技术有限责任两合公司, 苏伊士环能