DE2441553C3

DE2441553C3 - Device for deflecting a drilling tool connected to a downhole drilling motor via a drive shaft

Info

Publication number: DE2441553C3
Application number: DE19742441553
Authority: DE
Inventors: Henry Allen Ponca City OkIa.; Schroeder Rondon Lee Fairmont W.Va.; Bourne jun. (V.St.A.)
Original assignee: Continental Oil Co., Ponca City, OkIa. (V.St.A.)
Priority date: 1973-11-26
Filing date: 1974-08-30
Publication date: 1977-10-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Bekannte derartige Vorrichtungen (DT-AS 10 36 788, US-PS 28 90 859) benötigen, um in beliebiger Richtung abgelenkt werden zu können, eine Einrichtung, mit der der Stützschuh, der von außen willkürlich nach einer Seite ausrückbar ist, gedreht werden kann, was über ein an die Oberfläche geleitetes Bohrgestänge vorgenommen wird. Ferner haben die bekannten Ablenkvorrichtungen den Mangel, daß sie die Bohrvorrichtung im Bohrloch nur mäßig führen, da der Stützschuh einseitig angeordnet ist.Known such devices (DT-AS 10 36 788, US-PS 28 90 859) need to be deflected in any direction, a device with the the support shoe, which is arbitrarily disengageable to one side from the outside, can be rotated, which is about a drill pipe directed to the surface is made. Furthermore, the known deflectors the lack that they lead the drilling device in the borehole only moderately, since the support shoe is one-sided is arranged.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ablenkvorrichtung zu schaffen, welche eine eigene Drehvorrichtung aufweist, damit auch bei tiefen Bohrungen sowie solchen, die starke Krümmungen haben, kein Gestänge nach außen geführt werden muß, und welche das Bohrwerkzeug im Bohrloch unabhängig davon, ob ein gerades oder ein gekrümmtes Bohrloch gebohrt wird, genauer führt als bisher.The invention is therefore based on the object of creating a deflection device which has its own Has turning device, so even with deep bores and those that have strong curvatures have no rods to be led to the outside, and which the drilling tool in the borehole independently whether a straight or a curved borehole is being drilled, leads more precisely than before.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.This problem is solved with the characterizing features of the main claim.

Bei gegenüber dieser Lösung der Aufgabe abweichenden bekannten Vorrichtungen wird die gesamte Bohreinrichtung zwischen einem Ausrichtabschnitt und dem Bohrmotor geknickt, während bei der Erfindung ein Ablenkschuh benutzt wird, der die Bohrwelle aus ihrer Richtung drückt.In the case of known devices which differ from this solution to the problem, the entire Drilling device kinked between an alignment section and the drill motor, while in the invention a deflector shoe is used which urges the drilling shaft out of its direction.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung könner den Unteransprüchen entnommen werden und werdet anschließend in teils schematisierter Darstellung ar Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigtAdvantageous refinements of the invention can and will be found in the subclaims then explained in detail in a partly schematic representation ar hand of the drawing. It shows

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Horizontalbohrma schine mit Hydraulik-Vorschubantrieb, instrumenten einheit einschließlich Drehsteuerung, Bohrmotor mi dazugehörigem Untersetzungsgetriebe, Richteinhei und Bohrwerkzeug,Fig. 1 is a side view of a Horizontalbohrma machine with hydraulic feed drive, instruments unit including rotary control, drill motor with associated reduction gear, straightening unit and drilling tool,

F i g. 2 eine Querschnittsdarstellung der DrehlagenF i g. 2 shows a cross-sectional view of the rotational positions

steuerung,steering,

pig.3 eine auseinandergezogene Darstellung des Kolbenblocks und des Federblocks der Drehlagensteue-pig.3 is an exploded view of the Piston block and the spring block of the rotary position control

Fig.4 eine Querschnittsdarstellung in der Schnittebene 4-4 in F i g. 2,4 shows a cross-sectional representation in the cutting plane 4-4 in Fig. 2,

Fig.5 eine Querschnittsdarstellung in der Schnittebene 4-4 in Fig.2 mit Veranschaulichung der Wirkungsweise der Drehlagensteuerung,5 shows a cross-sectional representation in the cutting plane 4-4 in Fig. 2 with an illustration of the mode of operation of the rotary position control,

Fig.6 eine Querschnittsdarstellung in der Schnittebene 6-6 in F i g. 2,6 shows a cross-sectional representation in the cutting plane 6-6 in Fig. 2,

Fig.7 eine Querschnittsdarstellung in der Schnittebene 7-7 in Fig. 2,7 shows a cross-sectional representation in the cutting plane 7-7 in Fig. 2,

Fig.8 eine Querschnittsdarstellung der Schleifringanordnung für den elektrischen Teil und der Drehanordnung der Hydraulik für die Drehlagensteuerung,8 shows a cross-sectional view of the slip ring arrangement for the electrical part and the rotary arrangement of the hydraulics for the rotary position control,

Fig.9A, 9B und 9C die Führungskurvtnanordnung für das Einstecken der elektrischen Stecker in Zusammenpassung mit elektrischen Steckern in einer Blindanordnung bei der Einrichtung nach F i g. 8,9A, 9B and 9C show the guide cam arrangement for inserting the electrical plugs in mating with electrical plugs in one Blind arrangement in the device according to FIG. 8th,

F i g. 10 eine Seitenschtiittdarstellung der Richteinheit für die Ablenkung,F i g. 10 a side view of the straightening unit for the distraction,

Fig. Π eine von oben gesehene Schnittdarstellung eines Teils der Richteinheit nach F i g. 10,FIG. Π a sectional view of part of the straightening unit according to FIG. 10,

Fig. 12 eine Querschnittsdarstellung in der Schnittebene 12-12 in Fig. 10,12 shows a cross-sectional illustration in the cutting plane 12-12 in Fig. 10,

F i g. 13 eine andere Ausführungsform der Drehlagensteuerung und Richteinheit,F i g. 13 another embodiment of the rotary position control and straightening unit,

Fig. 14 eine Veranschaulichung der Wirkungsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 12,FIG. 14 an illustration of the mode of operation in the embodiment according to FIG. 12,

Fig. 15 eine Ausführungsform, bei der die Richteinheit zum Horizontalbohren ohne Drehlagensteuerung verwendet wird,15 shows an embodiment in which the straightening unit is used for horizontal drilling without rotational position control,

Fig. 16 eine hydraulische Antriebseinheit und externe Drehlagensteuerung für die Ausführungsform nach Fig. 15,Fig. 16 a hydraulic drive unit and external Rotary position control for the embodiment according to Fig. 15,

Fig-17 eine Stirnansicht der Anordnung nach Fig. 16.FIG. 17 is an end view of the arrangement according to FIG Fig. 16.

Die in F i g. 1 gezeigte Horizontalbohrmaschine weist als wesentlichen Bestandteil einen hydraulischen Vorschubantrieb 10 für das Bohrwerkzeug 11 auf. Der hydraulische Antrieb 10 hat einen Druckzylinder 12, an dessen Außenseite mehrere Druckbacken 13 befestigt sind. Die Druckbacken 13 werden, wenn der Antrieb das Bohrwerkzeug 11 mit Druck beaufschlagt, hydraulisch gegen die Bohrlochwand gedruckt und im Einzieh- oder Rückfahrstadium gelöst. Auf einer Einheit 14 ist ein zweiter Satz von Druckbacken 15 angebracht, die durch hydraulischen Druck während des Rückfahrstadiums selektiv gegen eine Bohrlochwand angestellt werden. Eine Welle 16 durchsetzt den Druckzylinder 12 und ragt in ein lnstrumentengehau.se 17 hinein. Ein Hydraulikoder Druckwasserkolben (nicht gezeigt) ist im Inneren des Druckzylinders 12 starr auf der Welle 16 befestigt. Ein elektrischer Bohrmotor 18 (der auch hydraulisch sein kann) ist am Instrumentengehäuse 17 sowie mit einem Montageende 19 an einer Ablenkvorrichtung 20 für die Bohrwerkzeugablenkung befestigt. Eine Bohrerwelle 21 ist, z. B. mittels konischer Gewinde, starr am Bohrwerkzeug 11 befestigt. Über Druckwasserrohre 27 werden der hydraulische Antrieb 10, die Drehlagensteuerung (nicht gezeigt) und die Ablenkvorrichtung 20 gesteuert. Über elektrische Leitungen 22 werden das Instrumentengehäuse 17 und der Bohrmotor 18 mit Energie gespeist. Über eine Rohrleitung 23 wird das Bohrwerkzeug 11 mit Bohrflüssigkeit versorgt.The in F i g. 1 shown has a hydraulic feed drive as an essential component 10 for the drilling tool 11. The hydraulic drive 10 has a pressure cylinder 12 the outside of which several pressure jaws 13 are attached. The pressure jaws 13 are when the drive Drilling tool 11 pressurized, hydraulically pressed against the borehole wall and in the pull-in or Reversing stage solved. On a unit 14 a second set of pressure jaws 15 is mounted, which through hydraulic pressure can be selectively applied against a borehole wall during the retraction stage. A shaft 16 passes through the pressure cylinder 12 and protrudes into an instrument housing 17. A hydraulic or Pressurized water piston (not shown) is rigidly attached to the shaft 16 inside the pressure cylinder 12. An electric drill motor 18 (which can also be hydraulic) is on the instrument housing 17 as well as with a mounting end 19 attached to a deflector 20 for the boring tool deflection. A drill shaft 21 is e.g. B. rigidly attached to the drilling tool 11 by means of a conical thread. Via pressurized water pipes 27 the hydraulic drive 10, the rotational position control (not shown) and the deflection device 20 controlled. The instrument housing 17 and the drill motor 18 are also connected via electrical lines 22 Energy fed. The drilling tool 11 is supplied with drilling fluid via a pipeline 23.

Die Arbeitsweise der Bohrmaschine nach F i g. 1 ist im wesentlichen wie folgt: Durch den hydraulischen Druck in den Rohren 27 werden die Backen 13 gegen die Bohrlochwand auseinandergedrückt. Im Inneren des Druckzylinders 12 wird der Druckwasserkolben mit zusätzlichem hydraulischem Druck beaufschlagt. DerThe operation of the drill according to FIG. 1 is essentially as follows: By the hydraulic Pressure in the tubes 27, the jaws 13 are pressed apart against the borehole wall. Inside the Pressure cylinder 12, the pressurized water piston is acted upon with additional hydraulic pressure. the

S hydraulische Druck greift sodann an der Welle 16 an, so daß das Bohrwerkzeug in Richtung des Pfeiles 24 gedrückt wird. Wenn der Druckwasserkolben im Druckzylinder 12 maximal nach vorn gefahren ist, werden die Druckbacken 15 gegen die BohrlochwandS hydraulic pressure then acts on the shaft 16, so that the drilling tool moves in the direction of arrow 24 is pressed. When the pressurized water piston in the pressure cylinder 12 has moved forward as much as possible, the pressure jaws 15 are against the borehole wall

ίο auseinandergedrückt, die Druckbacken 13 zurückgezogen, die entgegengesetzte Seite des Kolbens mit Druckwasser beaufschlagt und der Druckzylinder 12 gegen das Bohrwerkzeug 11 zurückgefahren. Der umgekehrte Vorgang schließt sich an, und das Bohrwerkzeug wird erneut in Richtung des Pfeiles 24 angetrieben. Wenn eine Drehlagensteuerung benötigt wird, kann der Drehlagensteuermechanismus über die angeschlossene Rohrleitung 27 mit hydraulischem Druck (160 — 680 kg) je nach der vorhandenen Reibung beaufschlagt werden. Der dadurch betätigte Mechanismus bewirkt, daß das Instrumentengehäuse 17, der Bohrmotor 18, die Ablenkvorrichtung 20 and das Bohrwerkzeug 11 um eine vorbestimmte Anzahl von Graden gedreht werden. Ist eine Ablenkung des Bohrwerkzeugs notwendig, so wird der Drehlagensieuermechanismus weiter mit hydraulischem Druck beaufschlagt, bis durch eine Austrittsöffnung genügend Druckflüssigkeit für die Betätigung der Ablenkvorrichtung 20 fließen kann, so daß diese gegen die Wand des Bohrloches bewegt und dadurch das Bohrwerkzeug 11 abgelenkt wird.ίο pushed apart, the pressure jaws 13 withdrawn, pressurized water is applied to the opposite side of the piston and the pressure cylinder 12 moved back against the drilling tool 11. The reverse process follows, and that The drilling tool is driven again in the direction of arrow 24. When a rotary position control is required is, the rotational position control mechanism via the connected pipeline 27 with hydraulic Pressure (160 - 680 kg) can be applied depending on the existing friction. The mechanism operated by it causes the instrument housing 17, the drill motor 18, the deflector 20 and the Drilling tool 11 can be rotated a predetermined number of degrees. Is a distraction of the Drilling tool is necessary, the rotary position sealer mechanism continues to be subjected to hydraulic pressure, until there is enough hydraulic fluid through an outlet opening to operate the deflection device 20 can flow so that it moves against the wall of the borehole and thereby the drilling tool 11 is distracted.

Es wird jetzt an Hand der Fig.2 bis 7 die Drehlagensteuerung im einzelnen erläutert.
Die Drehlagensteuerung ermöglicht es, daß das Bohrwerkzeug in jeder beliebigen vorbestimmten Richtung abgelenkt werden kann. Außerdem wirkt die Drehlagensteuerung einer etwaigen Drehneigung entgegen, die durch den hydraulischen Vorschubantrieb 10 hervorgerufen wird. Die Ablenkvorrichtung ermöglicht dann eine kontrollierte Ablenkung der Längsachse des Bohrwerkzeugs 11 und der dazugehörigen Geräteteile in einem Bohrloch, so daß die Bohrlochachse entweder horizontal oder um denjenigen Betrag abgelenkt bleibt, der erforderlich ist, um die Horizontalbohrmaschine in einer bestimmten vorgeschriebenen Bahn zu halten.The rotational position control will now be explained in detail with reference to FIGS.
The rotational position control enables the drilling tool to be deflected in any predetermined direction. In addition, the rotational position control counteracts any tendency to rotate which is caused by the hydraulic feed drive 10. The deflection device then enables a controlled deflection of the longitudinal axis of the drilling tool 11 and associated equipment in a borehole so that the borehole axis remains deflected either horizontally or by the amount necessary to maintain the horizontal drilling machine in a particular prescribed path.

Wie F i g. 2 in Verbindung mit F i g. 3 zeigt, ist ein Dorn 31 an der Welle 16 mittels Gewinde 33 über einen Endteil 32 befestigt. Ein Kolbenblock 34 ist am Dorn 31 mittels Kopfschrauben 35 befestigt. Auf dem Dorn 31 sitzt gleitbar ein Federblock 36. Die gesamte Blockanordnung mit dem Kolbenblock 34 und dem Federblock 36 wird auf dem Dorn 31 mittels einer Mutter 37, die am Dorn 31 durch Gewinde 38 befestigt ist, festgehalten.
Das offene Ende des Kolbenblocks 34 ist so geformt daß es zwei gegeneinanderstehende Quadranten 40 unc 41 mit je einem eingeschlossenen Winkel von 90^c aufweist. Das offene Ende des Federblockes 36 ist se geformt, daß zwei gegenüberstehende Quadranten 4! und 43 mit je einem eingeschlossenen Winkel von 83' übrig bleiben. Wenn somit der Federblock 36 von Kolbenblock 34 auf dem Dorn 31 drehbar erfaßt wird, si besteht zwischen den beiden Blöcken 36 und 34 ein Drehfreiheit von 7°. Der Kolbenblock 34 hat an sech Stellen Bohrungen und Gegenbohrungen zur Aufnahm von sechs Kolben 47. Der Federblock 36 hat an sech Stellen Bohrungen für die Aufnahme von sechs Feder 48, die nach ihrem Einbau auf Druck vorgespannt un mittels Federkloben 49 befestigt sind, die ihrerseiiAs in F i g. 2 in connection with F i g. 3 shows a mandrel 31 is attached to the shaft 16 by means of threads 33 via an end portion 32. A piston block 34 is attached to the mandrel 31 by means of cap screws 35. A spring block 36 is slidably seated on the mandrel 31. The entire block arrangement with the piston block 34 and the spring block 36 is held on the mandrel 31 by means of a nut 37 which is fastened to the mandrel 31 by threads 38.
The open end of the piston block 34 is shaped so that it has two opposing quadrants 40 and 41, each with an included angle of 90 ^c . The open end of the spring block 36 is shaped so that two opposing quadrants 4! and 43 remain, each with an included angle of 83 '. Thus, when the spring block 36 is rotatably grasped by the piston block 34 on the mandrel 31, there is a freedom of rotation of 7 ° between the two blocks 36 and 34. The piston block 34 has bores and counterbores at six points for receiving six pistons 47. The spring block 36 has bores at six points for receiving six springs 48, which are preloaded under pressure after installation by means of spring clamps 49 which are attached

durch eine Halterstange 50 festgehalten werden, die durch Löcher 51 im Federbiock 36 und Löcher 52 in den Federkloben 49 hindurchgreift. Jeder Federkloben hat außerdem einen Gewindeteil 53, mittels dessen die Federn beim Zusammenbau der Anordnung zusammengedruckt werden, so daß die Halterstange 50 in die Löcher 52 eingeschoben werden kann (s. F i g. 4 und 5). Am den Quadranten 42 und 43 entgegengesetzten Ende des Federblocks 36 sind neun Stifte 61 angeordnet, die im Paßsitz in um 40° versetzten Löchern sitzen, die in das Ende des Federblocks 36 gebohrt sind (siehe F i g. 6 und 7). Neun Sperrklinken 62 sind drehbar auf den Stiften 61 angeordnet und werden nach einwärts gegen ein Klink- oder Sperrad 63 durch ein elastisches Glied 64 gedrückt, das die Sperrklinken 62 umschließt und gegen das Sperrad 63 drückt, indem es Druck auf einen Stift 65 ausübt, der senkrecht zur Oberfläche der Klinken 62 starr befestigt ist. Die Stifte 65 sitzen im Paßsitz in Löchern, die in die Klinken 62 eingebohrt sind. Das Sperrad 63 sitzt drehbar über dein Dorn 31 und ist drehschlüssig mit einem Lagergehäuse 66 durch eine Anzahl von Klinkenstiften 67 verbunden, die im Paßsitz in Löchern im Lagergehäuse 66 sitzen. Das Lagergehäuse 66 ist durch vier versenkte Kopfschrauben 68 axial und drehbar in bezug auf das Instrumentengehäuse 17 befestigt. Ein eine Drehung verhinderndes Sperrad 76 sitzt auf dem Dorn 31 und ist mit diesem durch einen Keil 77 verkeilt. Mehrere Klinken 78 sind an einer entsprechenden Anzahl von Klinkenstiften 79 schwenkbar befestigt. Die Klinkenstifte 79 sitzen im Preßsitz in einer Lagergehäusekappe 80, die am Lagergehäuse 66 mittels Schrauben 81 befestigt ist. Jede Klinke 78 trägt einen Stift 65. Ein elastisches Glied 82 umschließt die Klinken und erfaßt die Stifte 65 so, daß die Klinken in Eingriff mit dem Sperrad 76 gedrückt werden.be held in place by a holder rod 50 which engages through holes 51 in the spring block 36 and holes 52 in the spring block 49. Each spring block also has a threaded portion 53 by means of which the springs are compressed when the arrangement is assembled so that the holder rod 50 can be pushed into the holes 52 (see FIGS. 4 and 5). At the end of the spring block 36 opposite the quadrants 42 and 43, nine pins 61 are arranged, which sit in a snug fit in holes offset by 40 ° which are drilled in the end of the spring block 36 (see FIGS. 6 and 7). Nine pawls 62 are rotatably mounted on the pins 61 and are urged inwardly against a ratchet or ratchet 63 by a resilient member 64 which surrounds the pawls 62 and presses against the ratchet 63 by exerting pressure on a pin 65 , the is rigidly attached perpendicular to the surface of the pawls 62. The pins 65 are snugly in holes drilled in the pawls 62. The ratchet wheel 63 is rotatably seated over the mandrel 31 and is rotatably connected to a bearing housing 66 by a number of pawl pins 67 which are snugly seated in holes in the bearing housing 66 . The bearing housing 66 is fastened axially and rotatably with respect to the instrument housing 17 by four countersunk head screws 68. A rotation-preventing ratchet wheel 76 is seated on the mandrel 31 and is wedged therewith by a wedge 77. A plurality of pawls 78 are pivotally attached to a corresponding number of pawl pins 79. The latch pins 79 sit in a press fit in a bearing housing cap 80 which is fastened to the bearing housing 66 by means of screws 81. Each pawl 78 carries a pin 65. A resilient member 82 surrounds the pawls and engages the pins 65 so that the pawls are urged into engagement with the ratchet 76.

Ein Axiallagerring 83 und ein Radiallagerring 84 ermöglichen eine freie Dreh- und Schubbewegung des Gehäuses in bezug auf den Dorn 31. Der gesamte Drehlagensteuermechanismus ist am Dorn mittels einer Stirnplatte 84 und eines Rohrgehäuses 85 befestigt. Ein Radiallager 86 sorgt für Bewegungsfreiheit des Domes in bezug auf das Außengehäuse. Über die gesamte Einheit verteilte Dichtungen 87 verhindern das Eindringen von Bohrflüssigkeit in den Drehlagensteuermechanismus. Mittels Schrauben 88 ist das Gehäuse 85 an der Stirnplatte 84 befestigt. Die gesamte Einheit ist in einem zweiten Rohrgehäuse 89 eingeschlossen. Die Flüssigkeitsströmung in und aus der Einheit erfolgt durch verschiedene Durchlässe und Kanäle. Die Flüssigkeitsbewegung besteht in der Hauptsache in der Druckwassereingabe für die Steuerung des Drehlagensteuermechanismus und der Ablenkvorrichtung 20 und im Bohrflüssigkeitsdurchlauf für die Belieferung des Bohrwerkzeugs mit Flüssigkeit, so daß das Bohrklein bei fortschreitendem Bohrvorgang vom Bohrwerkzeug weg- und aus dem Bohrloch herausgewaschen wird. Für die Druckwasserzuführung dient ein Rohr 90, das mit einer öffnung 91 in eine Umfangsnut 92 am Dorn 31 mündet. Die Nut 92 hat einen Durchlaß 93 in einen Kanal 94, der über Durchlässe 95 und 96 mit einem Kanal 97 in Verbindung steht, welcher über einen Kanal 98 in den Kolben 47 und über einen Kanal 99 in ein Rohr 100 führt, das mit der Ablenkvorrichtung verbunden ist. Die Bohrflüssigkeit tritt über Löcher 106 in ein Rohr 105 (.5 ein und fließt durch Löcher 108 in einen Kanal 107 sowie in den Raum 109 zwischen dem Gehäuse 89 und dem Gehäuse 85. A thrust bearing ring 83 and a radial bearing ring 84 allow the housing to rotate freely and thrust relative to the mandrel 31. The entire rotational position control mechanism is attached to the mandrel by means of an end plate 84 and a tubular housing 85. A radial bearing 86 ensures freedom of movement of the dome with respect to the outer housing. Seals 87 distributed throughout the unit prevent drilling fluid from entering the rotational position control mechanism. The housing 85 is fastened to the face plate 84 by means of screws 88. The entire unit is enclosed in a second tubular housing 89. Fluid flow into and out of the unit is through various passages and channels. Fluid movement consists primarily in the pressurized water input to control the rotational position control mechanism and deflector 20 and in the drilling fluid passageway for supplying fluid to the drilling tool so that the cuttings are washed away from the drilling tool and out of the borehole as the drilling progresses. A pipe 90, which opens with an opening 91 into a circumferential groove 92 on the mandrel 31, is used for the supply of pressurized water. The groove 92 has a passage 93 into a channel 94 which communicates via passages 95 and 96 with a channel 97 which leads via a channel 98 into the piston 47 and via a channel 99 into a tube 100 which is connected to the deflection device connected is. The drilling fluid enters a tube 105 (.5 through holes 106 and flows through holes 108 into a channel 107 and into the space 109 between the housing 89 and the housing 85.

Die elektrischen Anschlüsse an das Instrumentengehäuse 17 und den Bohrmotor 18 verlaufen durch ein Rohr 110 zur Innenseite 111 des Domes 31, die durch ein Rohr 112gebildet ist.The electrical connections to the instrument housing 17 and the drill motor 18 run through a Tube 110 to the inside 111 of the dome 31 through a Tube 112 is formed.

Es wird jetzt die Wirkungsweise der Drehlagensteuerung erläutert. Wenn das Instrumentengehäuse 17 mit dem Bohrmotor 18, der Ablenkvorrichtung 20 und dem Bohrwerkzeug 11 gedreht werden soll, wird das Rohr 90 mit hydraulischem Druck beaufschlagt, der über die öffnung 91, die Umfangsnut 92, die Durchlässe bzw. Kanäle 93, 94, 95, 96, 97 und 98 auf die Rückseite der Kolben 47 übertragen wird. Das System ist so konstruiert, daß bei ungefähr 24,5 kg/cm² die Vorkompression der Federn 48 überwunden wird und die Blockquadranten 42 und 43, die mit dem Federblock 36 verbunden sind, sich zu drehen beginnen (siehe F i g. 5) Der volle hydraulische Druck von 35 kg/cm² bewirkt eine volle Drehung des Federblocks 36 um 7° gegenüber dem Kolbenblock 34. Das System ist so bemessen, daß mit bis zu 105 kg/cm² gearbeitet werden kann, um bei im Bohrloch befindlicher Bohreinheit eine für die Überwindung der Reibung ausreichende Drehkraft zu erzeugen. Die 7°-Drehung des Federblocks 36 wird durch die Klinkenstiftc 61 auf die Sperrklinken 62 übertragen. Drei der neun Sperrklinken 62 (siehe Fig. 6), die im Abstand von 120° angeordnel sind, werden vOm Sperrad 63 erfaßt, so daß dieses über einen Winkel von 7° in Gegenuhri'eigerrichtung gedreht wird. Die 7°-Drehung des Sperrades 63 wird über die Klinkenstifte 67 auf das Lagergehäuse 66 und über die Bolzen 68 auf das Instrumentengehäuse 17 übertragen. Die 7°-Drehung wird außerdem über die Bolzen 81 auf die Lagergehäusekappe 80, die Klinkenstifte 79 und die Klinken 78 übertragen (s. Fig. 7). An₁ Ende des 7° -Drehungshubes werden zwei der Klinkenstifte 79 (Fig.6). die einen Abstand von 180° haben vom Sperrad 76 erfaßt, das durch den Keil 77 drehschiüssig mit dem Dorn 31 verbunden ist. Wenn der hydraulische Druck im Rohr 90 und anschließend im Kanal 98 von 35 kg/cm² auf ungefähr 26,25 kg/cnv erniedrigt wird, nehmen die Innenteile wieder den in F i g. 5 gezeigten Zustand an. Bei weiterer Druckerniedrigung bewirken die Federn 48, daß der Federblock 36 um 7° in Uhrzeigerrichtung in die in Fig.4 gezeigte Lage gedreht wird, wobei die Kolben 47 in ihre Ausgangslage zurückgekehrt sind. Die Sperrklinken 62 bewegen sich gegenüber dem Sperrad 63 in Uhrzeiger richtung. Die Zähne des Sperrades 63 werden nunmchi von einem anderen Satz von Sperrklinken 62 erfaßt.The mode of operation of the rotational position control will now be explained. When the instrument housing 17 with the drilling motor 18, the deflection device 20 and the drilling tool 11 is to be rotated, the pipe 90 is acted upon with hydraulic pressure, which via the opening 91, the circumferential groove 92, the passages or channels 93, 94, 95, 96, 97 and 98 is transferred to the rear of the piston 47. The system is designed so that at approximately 24.5 kg / cm ² the pre-compression of the springs 48 is overcome and the block quadrants 42 and 43, which are connected to the spring block 36, begin to rotate (see FIG. 5). The full hydraulic pressure of 35 kg / cm ² causes a full rotation of the spring block 36 by 7 ° with respect to the piston block 34. The system is dimensioned so that up to 105 kg / cm ² can be used with the drilling unit in the borehole to generate a torque sufficient to overcome the friction. The 7 ° rotation of the spring block 36 is transmitted to the pawls 62 by the pawl pins 61. Three of the nine pawls 62 (see FIG. 6), which are arranged at a distance of 120 °, are detected by the ratchet wheel 63, so that it is rotated counterclockwise over an angle of 7 °. The 7 ° rotation of the ratchet wheel 63 is transmitted to the bearing housing 66 via the pawl pins 67 and to the instrument housing 17 via the bolts 68. The 7 ° rotation is also transmitted via the bolts 81 to the bearing housing cap 80, the pawl pins 79 and the pawls 78 (see FIG. 7). ₁ to the end of the 7 ° -Drehungshubes two of the latch pins 79 (Fig.6). which are at a distance of 180 ° from the ratchet 76, which is rotatably connected to the mandrel 31 by the wedge 77. When the hydraulic pressure in the pipe 90 and then in the channel 98 is ^{reduced from 35 kg / cm 2} to approximately 26.25 kg / cnv, the internal parts again assume the position shown in FIG. 5. When the pressure is further reduced, the springs 48 have the effect that the spring block 36 is rotated 7 ° in a clockwise direction into the position shown in FIG. 4, the pistons 47 having returned to their starting position. The pawls 62 move relative to the ratchet 63 in a clockwise direction. The teeth of the ratchet wheel 63 are now engaged by a different set of ratchet pawls 62.

Das Anlricbsspcrnid 63 und das eine Drehung verhin dernde Sperrad 76 haben je dreißig Zähne im gegenseitigen Abstand von 12°. Die Klinken 62 de? Antriebssperrades haben einen Winkelabstand von 40° Folglich kommen während jedes Arbeitszyklus immer nur drei Klinken 62, die einen Abstand von 120° haben mit dem Antriebssperrad 63 in Eingriff. Bei jeder weiteren Drehung wird somit ein neuer Satz von Klinken 62 erfaßt. Ebenso sind, wie in Fig. 7 gezeigt drei Paare von Sperrklinken 78 vorhanden, wobei die Klinken jedes Paares einen Abstand von 120° haben Jedes Paar hat daher von seinen Nachbarpaaren einen Winkelabstand von 40", so daß jedes Paar jeweils während jedes dritten Zyklus erfaßt wird. Obwohl jeder Arbeitszyklus eine Relativdrehung zwischen cism Kolbenblock 34 und dem Federblock 36 von 7° erzeugt, werden von den 7° nur 4" erfaßt und vor dem Einsetzen des nächsten Zyklus festgehalten. Bei jedem Arbeitszyklus wird diiher diis lnstrumentcni?ehaii«,e 17 um 4"The Anlricbsspcrnid 63 and a rotation preventing ratchet wheel 76 each have thirty teeth at a mutual distance of 12 °. The latches 62 de? Drive lock wheel have an angular distance of 40 °. Consequently, only three pawls 62, which are at a distance of 120 °, come into engagement with the drive lock wheel 63 during each working cycle. With each further rotation, a new set of pawls 62 is thus detected. There are also three pairs of pawls 78 , as shown in FIG. 7, the pawls of each pair being 120 ° apart. Each pair is therefore 40 "apart from its neighboring pairs, so that each pair engages during every third cycle Although each working cycle produces a relative rotation of 7 ° between the piston block 34 and the spring block 36, only 4 "of the 7 ° are recorded and recorded before the start of the next cycle. With each working cycle, the instrument is increased by 4 "

gegenüber dem Dorn 31 gedreht. Die Verwendung von sechs Kraftkolben ist erforderlich, um die gewünschte Drehkraft im Drehmechanismus für die Überwindung des Reibungswiderstand des Instrumentengehäuses 17, des Bohrmotors 18, der Ablenkvorrichtung 20 und des Bohrwerkzeugs 11 zu erhalten. Die resultierende Drehkraftabgabe bei einem hydraulischen Druck von 105 kg/cm² (nach Abzug der für das weitere Zusammendrücken der Federn 48 erforderlichen Drehkraft) beträgt ungefähr 40 mkg.rotated with respect to the mandrel 31. The use of six power pistons is required to obtain the desired torque in the rotating mechanism for overcoming the frictional resistance of the instrument housing 17, drill motor 18, deflector 20 and drill bit 11. The resulting torque output at a hydraulic pressure of 105 kg / cm ² (after subtracting the torque required to further compress the springs 48) is approximately 40 mkg.

Es wird jetzt die Schleifringanordnung beschrieben. Für das Instrumentengehäuse wird sowohl eine Betriebsenergiequelle als auch eine Rückverbindung für die Übertragung von Mehrfachinformation vom Instrumentengehäuse zu der Bedienungsperson für die Bohrmaschine benötigt. Da der die elektrische Energie durch das Rohr 110 in das Rohr 100 liefernde Dorn (siehe F i g. 2) ortsfest angeordnet ist, und da das Instrumentengehäuse 17 durch den zuvor beschriebenen Drehlagensteuermechanismus gedreht werden kann, muß irgendeine Schleifringanordnung für die Übertragung von Druckflüssigkeit durch die Einheit zur Ablenkvorrichtung 20 sowie für die Speisung des Instrumentengehäuses mit elektrischer Energie und für die Rückleitung von Signalen vom lnstrumentengehäuse vorgesehen sein. Die hierfür dienende Anordnung ist in den F i g. 8,9A, 9B und 9C gezeigt. Ein Problem beim Zusammenbau des Drehlagensteuermechanismus und der Schleifringeinheit ist die Unzugänglichkeit der letzteren. Es wird somit die in F i g. 8 gezeigte Einheit im wesentlichen »blind« zusammengebaut. Das Rohr 100 wird in einen Montageblock 115 durch eine in dessen Mitte befindliche öffnung 116 eingesetzt. Das Rohr 100 hat ein zugespitztes Ende 117, um das blinde Einsetzen in die Öffnung 116 zu erleichtern. Druckflüssigkeit aus dem Inneren des Rohres 100 strömt durch ein Loch 118 in der Rohrwandung aus und in eine Umfangsnut 119. Ein Kanal 120 führt zu einer hydraulischen Kupplung 121 und einem Rohr 122, das mit der Ablenkvorrichtung 20 verbunden ist. Der elektrische Anschluß erfolgt an eine Schleifringeinheit 123 mittels einer Buchse 124 und eines Steckers 125. Drähte 126 vom Stecker 125 sind mit einer Anzahl von Schleifringen 127 verbunden. Bürsten 128 in Kontakt mit den Schleifringen 127 sind mit mehreren Drähten 129 an das Instrumentengelläuse angeschlossen. Damit die Buchse 124 mit dem Stecker 125 blind zusammengesteckt werden kann, ist eine Führungsanordnung, dargestellt in F i g. 9A, 9B und 9C, vorgesehen.The slip ring assembly will now be described. Both a Operating energy source as well as a return connection for the transmission of multiple information from the instrument housing needed to the operator for the drill. Because of the electrical energy through the pipe 110 in the pipe 100 delivering mandrel (see Fig. 2) is arranged stationary, and since the Instrument housing 17 can be rotated by the rotation position control mechanism described above must have some slip ring arrangement for the transfer of hydraulic fluid through the unit to Deflection device 20 and for supplying the instrument housing with electrical energy and for the return of signals from the instrument housing can be provided. The arrangement used for this is in fig. 8,9A, 9B and 9C. A problem with assembling the rotational position control mechanism and the slip ring unit is the inaccessibility of the latter. It is thus the in F i g. 8 unit shown in essentially "blindly" assembled. The tube 100 is in a mounting block 115 by one in its Opening 116 located in the middle is inserted. The pipe 100 has a pointed end 117 for blind insertion into opening 116 to facilitate. Pressurized fluid from the interior of the tube 100 flows through a hole 118 in the pipe wall and into a circumferential groove 119. A channel 120 leads to a hydraulic coupling 121 and a pipe 122 connected to the deflector 20. The electrical connection is made at a slip ring unit 123 by means of a socket 124 and a plug 125. Wires 126 from plug 125 are connected to a number of slip rings 127 connected. Brushes 128 in contact with slip rings 127 are with several wires 129 connected to the instrument case. So that the socket 124 with the plug 125 can be plugged together blindly, is a guide arrangement shown in FIG. 9A, 9B and 9C, intended.

Ein erstes Führungsteil 128, welches das Fassungs- so oder Buchsenteil 124 trägt, ist an einem Ansatz 129 des Rohres 112 starr befestigt. Das Steckerteil 125 ist an einem Führungsteil 130 befestigt, das seinerseits an einem die Schleifringe 127 tragenden Montagerohr 131 befestigt ist. Zwischen dem Montagerohr 131 und dem Steckerteil 125 sind Schrauben 132 angebracht. Die beiden Führungsteile 128 und 130 werden durch das Rohr 100, angedeutet durch die gestrichelten Linien in F i g. 9A, 9B und 9C, axial geführt. Jedes der Führungsteiie 128 und 130 hat eine Führungsfläche 133 bzw. 134. So wird, wenn die Führungsfläche 133 die Führungsfläche 134 erfaßt, das Führungsteil 130 in der einen oder der anderen Richtung (angedeutet durch den Pfeil 135) gedreht, bis die in F i g. 9C gezeigte Enlage erreicht ist, in der das Buchsenteil und das Steckerteil richtig zusammengesteckt sind.A first guide part 128, which the version so or bushing part 124 is rigidly attached to an extension 129 of the tube 112. The plug part 125 is on attached to a guide part 130, which in turn is attached to a mounting tube 131 carrying the slip rings 127 is attached. Screws 132 are attached between the mounting tube 131 and the plug part 125. the both guide parts 128 and 130 are through the tube 100, indicated by the dashed lines in FIG F i g. 9A, 9B and 9C, guided axially. Each of the guide parts 128 and 130 has a guide surface 133 and 134, respectively. Thus, when the guide surface 133 engages the guide surface 134, the guide member 130 in one or both of them the other direction (indicated by arrow 135) rotated until the in F i g. 9C is reached, in which the socket part and the plug part are properly plugged together.

In den Fig. 10, 11 und 12 sind Einzelheiten der Ablenkvorrichtung gezeigt. Die Ablenkvorrichtung, die zwischen dem Bohrmotor 18 und dem Bohrwerkzeug 11 angeordnet ist, veranlaßt auf mechanischem Wege das Bohrwerkzeug, geradeaus, nach oben, nach unten oder in irgendeiner anderen vorbestimmten Richtung zu bohren. Die Ablenkvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Hauptkörper 140, der mittels Schraubbolzen 142 am Lagergehäuse 141 festgeschraubt ist. Der Bohrmotor 18 hat eine Antriebswelle 143 mit einem aufgeschraubten Wellenansatz 144, der mit einem zweiten Wellensatz 145 verbunden ist, der durch Gewinde (nicht gezeigt) mit dem Bohrwerkzeug 11 gekuppelt ist. Das rohrförmige Außengehäuse 89 ist gegen das Lagergehäuse 141 durch mehrere O-Ringdichtungen 87 abgedichtet. Durch Lager 148 ist der Wellenansatz 144 drehbar im Lagergehäuse 141 gelagert. Der obere Teil des Hauptkörpers 140 hat einen zylindrischen Abschnitt 149 mit einer Bohrung zur Aufnahme einer Feder 150. Der untere Teil des Hauptkörpers hat einen zylindrischen Abschnitt 151, der konzentrisch zum zylindrischen Abschnitt 149 ist. Auf dem zylindrischen Abschnitt 141 sitzt ein Stützschuh 152, der durch eine O-Ringdichtung 153 abgedichtet ist. Auf dem zylindrischen Abschnitt 149 sitzt ein Stützschuh 154, der durch eine O-Ringdichtung 155 abgedichtet ist. Die Stützschuhe 152 und 154 arbeiten als Druckbacken für die Ablenkvorrichtung. Mittels Schrauben 157 befestigte Seitenplatten bilden eine Gleitführung 156 (siehe Fig. 12) und kuppeln den Stützschuh 154 mit dem Stützschuh 152 Dieser wird aus dem Rohr 122 über eine Kupplung 158, einen Durchlaß 159, eine Kupplung 160, ein Rohr 161, eine Kupplung 162 und einen Durchlaß 163 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt. Der Abstand zwischen der Oberseite des Stützschuhs 154 und der Unterseite des Stützschuhs 152 ist etwas kleiner als das vom Bohrwerkzeug 11 gebohrte Loch.Referring to Figures 10, 11 and 12, details of the deflector are shown. The deflector that between the drilling motor 18 and the drilling tool 11 is arranged, causes the drilling tool by mechanical means, straight ahead, upwards, downwards or to drill in any other predetermined direction. The deflector consists essentially a main body 140 which is screwed to the bearing housing 141 by means of screw bolts 142. the Drilling motor 18 has a drive shaft 143 with a screwed-on shaft extension 144, which with a second set of shafts 145 is connected to the drilling tool 11 by threading (not shown) is coupled. The tubular outer housing 89 is against the bearing housing 141 by a plurality of O-ring seals 87 sealed. The shaft extension 144 can be rotated in the bearing housing 141 by means of bearings 148 stored. The upper part of the main body 140 has a cylindrical portion 149 with a bore for Receiving a spring 150. The lower part of the main body has a cylindrical portion 151 which is concentric with the cylindrical portion 149. A support shoe is seated on the cylindrical section 141 152, which is sealed by an O-ring seal 153. A support shoe is seated on the cylindrical section 149 154, which is sealed by an O-ring seal 155. The support shoes 152 and 154 work as Pressure jaws for the deflector. Side plates attached by screws 157 form one Slide guide 156 (see FIG. 12) and couple the support shoe 154 with the support shoe 152. This is disengaged the pipe 122 via a coupling 158, a passage 159, a coupling 160, a pipe 161, a coupling 162 and a passage 163 acted upon with hydraulic fluid. The distance between the top of the Support shoe 154 and the underside of support shoe 152 is slightly smaller than that drilled by drilling tool 11 Hole.

Die Arbeitsweise der Ablenkvorrichtung ist wie folgt: Durch geeignete Regulierung des hydraulischen Drukkes, mit dem der Hohlraum zwischen dem zylindrischen Abschnitt 151 und dem Stützschuh 152 beaufschlagt wird, kann mittels des Stützschuhs 152 auf die Bohrlochwand ein die Richtung des Bohrlochs beeinflussender Druck ausgeübt werden. Wegen der Schwerkraft hat eine Bohreinheit normalerweise die Neigung, nach abwärts zu bohren. Durch geeignet bemessene Beaufschlagung des Stützschuhs 152 mit Druckflüssigkeit wird der Bohrmeißel in der richtigen Orientierung längs einer geraden Achse gehalten. Soll nach abwärts gebohrt werden, so erniedrigt man den hydraulischen Druck. Die von der Feder 150 ausgeübte Kraft und die Schwerkraft aufgrund der freitragenden Lasten des Instrumentengehäuses 17, des Motors 18 und des Bohrwerkzeugs 11 bewirken, daß das Bohrwerkzeug nach abwärts bohrt. Umgekehrt bewirkt eine Erhöhung des kontrollierten hydraulischen Druckes, daß der Stützschuh 152 gegen den Boden des Bohrloches drückt und die Achse der Bohrerwelle oder Bohrspindel 145 gegen die Kraft der Feder 150 nach oben verschiebt, se daß das Bohrwerkzeug 11 nach aufwärts bohrt Soll de; Azimutwinkel des Bohrloches verändert werden, se kann man die gesamte Bohranordnung mit Hilfe de oben beschriebenen Drehlagensteuerung verdrehen, se daß der untere Stützschuh 152 gegen einen beliebige) gewünschten Teil der Bohrlochwand angestellt wird.The function of the deflection device is as follows: By suitable regulation of the hydraulic pressure, acted upon by the cavity between the cylindrical section 151 and the support shoe 152 the direction of the borehole can be influenced by means of the support shoe 152 on the borehole wall Pressure to be exerted. Because of the force of gravity, a drilling unit usually has the incline to drill downwards. By suitably dimensioned application of pressure fluid to the support shoe 152 the drill bit is held in the correct orientation along a straight axis. Should go down are drilled, the hydraulic pressure is lowered. The force exerted by the spring 150 and the Gravity due to the cantilevered loads of the instrument housing 17, the motor 18 and the Drill tool 11 cause the drill bit to drill downward. Conversely causes an increase the controlled hydraulic pressure that the support shoe 152 presses against the bottom of the borehole and the axis of the drill shaft or drill spindle 145 moves upwards against the force of the spring 150, se that the drilling tool 11 drills upwards Soll de; Azimuth angle of the borehole can be changed, see you can rotate the entire drilling arrangement with the help of the rotary position control described above, se that the lower support shoe 152 is positioned against any desired part of the borehole wall.

Im Hinblick auf eine bequeme Handhabung be gleichzeitiger Verwendung sowohl der Drehsteuerun; als auch der Ablenkvorrichtung ist die Anbringung eine Düse 113 mit einem parallelen Rückschlagventil irIn view of convenient handling when using both the rotary control at the same time; as well as the deflection device, the attachment is a nozzle 113 with a parallel check valve ir

709 643/33709 643/33

Rohr 122 erwünscht Die Düse sorgt dafür, daß die Druckflüssigkeit (öl) den Stützschuh 152 erreicht, jedoch mit einer Geschwindigkeit, die normalerweise länger als 4 Sekunden beansprucht. Es wurde gefunden, daß eine Zeit von ungefähr 4 Sekunden ausreicht, um die Drehlagensteuerung zu betätigen. So wird bei einer Druckbeaufschlagung mit mindestens 227 kg, vorausgesetzt, daß keine übermäßige Reibung vorhanden ist, der Drehlagensteuermechanismus betätigt. Der Öldruck wird auch über das Rohr 122 auf den Stützschuh 152 übertragen. Gewöhnllich erhält dieser genügend Druck, um während des Arbeitens der Drehlagensteuerung die Ablenkvorrichtung gerade zu zentrieren. Wenn der Öldruck abfällt, so wird durch das Rückschlagventil der Düse 113 sofort der Druck in der Serie von Rohren und Kanälen zwischen der Düse 113 und dem Stützschuh 152 abgelassen.Tube 122 desired The nozzle ensures that the pressure fluid (oil) reaches the support shoe 152, but at a speed that normally takes more than 4 seconds. It was found, that a time of approximately 4 seconds is sufficient to actuate the rotary position control. So is the case with a Pressurization of at least 227 kg provided that there is no excessive friction, the Rotation position control mechanism actuated. The oil pressure is also applied to the support shoe 152 via the pipe 122 transfer. Usually, this receives enough pressure to control the rotation position while the Deflector straight to center. When the oil pressure drops, the non-return valve causes the Nozzle 113 immediately the pressure in the series of pipes and Channels between the nozzle 113 and the support shoe 152 drained.

Fig. 13 und 14 zeigen eine andersartige Anbringung der Ablenkvorrichtung 20. In Fig. 13 ist der hydraulische Vorschubantrieb 10 mit einer Drehlagen- und Ablenkungssteuereinheit 136 verbunden, welche die Vorrichtung 20 enthält. Die Einheit 136 ist mit dem Bohrmotor 18 über ein Universalgelenk 137 gekuppelt. Der Bohrmotor 18 ist direkt mit dem Bohrwerkzeug 11 gekuppelt. Auf dem Bohrmotor 18 nahe dessen bohrerseitigem Ende ist ein Stabilisator 138 angeordnet, der als Drehlager für den Ablenkvorgang wirkt.13 and 14 show a different type of attachment of deflector 20. In Figure 13, the hydraulic Feed drive 10 connected to a rotational position and deflection control unit 136, which the Device 20 includes. The unit 136 is coupled to the drill motor 18 via a universal joint 137. The drilling motor 18 is coupled directly to the drilling tool 11. On the drill motor 18 near this At the end of the drill, a stabilizer 138 is arranged, which acts as a pivot bearing for the deflection process.

Die Wirkungsweise wird an Hand der Fig. 14 erläutert Wenn die Ablenkvorrichtung 20 sich in Richtung des Pfeiles 139 bewegt, drückt das Universalgelenk 137 den Bohrmotor 18 in Richtung des Pfeiles 146 um den Stabilisator 138 nach unten, wodurch das Bohrwerkzeug nach oben gedrückt wird, wie durch den Pfeil 147 angedeutet Da die Ablenkvorrichtung durch die Drehsteuerung in jeder beliebigen Richtung bewegt werden kann, kann die Bohrmotorachse ebenfalls in jede gewünschte Richtung verschoben werden.The mode of operation is explained with reference to FIG. 14 Moved in the direction of arrow 139, the universal joint 137 pushes the drill motor 18 in the direction of the arrow 146 down around the stabilizer 138, forcing the drilling tool upward, as through the Arrow 147 indicated As the deflection device moves in any direction by the rotary control the drill motor axis can also be moved in any desired direction.

Fig. 15 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform, bei der die Drehlagen- und Kraftsteuereinheit 164 sich außerhalb des Bohrloches befindet. Das Instrumentengehäuse 17, der Bohrmotor 18, die Ablenkvorrichtung 20 und das Bohrwerkzeug 11 sind wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 angeordnet. Jedoch ist das Instrumentengehäuse 17 mit der Drehlagen- und Kraftsteuereinheit 164 über mehrere Hohlrohr-Bohrstangen 165 verbunden, die im Bohrloch gewünschtenfalls durch Stabilisatoren 166 abgestützt sind. Die Hydraulikrohre 37 sind mit einer hydraulischen Steuerung 167 und mit der Ablenkvorrichtung 20 verbunden. Ein elektrisches Steuersystem 168 ist über elektrische Leitungen 22 mit dem Instrumentengehäuse15 illustrates a further embodiment in which the rotational position and force control unit 164 is outside the borehole. The instrument housing 17, the drill motor 18, the deflector 20 and the drilling tool 11 are arranged as in the embodiment according to FIG. 1. However is the instrument housing 17 with the rotational position and force control unit 164 via several hollow pipe boring bars 165 connected, which are supported by stabilizers 166 in the borehole, if desired. the Hydraulic pipes 37 are connected to a hydraulic control 167 and to the deflection device 20 connected. An electrical control system 168 is connected to the instrument housing via electrical lines 22

17 und mit dem mit Energie zu speisenden Bohrmotor17 and with the drill motor to be fed with energy

18 verbunden. Die Bohrflüssigkeit wird durch das Rohr 23 und das Bohrgestänge 165 über den Bohrmotor 18 dem Bohrwerkzeug 11 angeliefert.18 connected. The drilling fluid is through the pipe 23 and the drill rod 165 are delivered to the drilling tool 11 via the drilling motor 18.

Der Drehlagen- und Kraftsteuermechanismus 164 für die Anordnung nach Fig. 15 ist im einzelnen in Fig. 16 und 17 gezeigt und besteht im wesentlichen aus einem Druckzylinder 170 mit einer Kolbenstange 171, die mit dem Rohrgestänge 165 verbunden ist. Der Drehlagensteuermechanismus weist einen Motor 172 auf, der mittels eines Gleitlagers 174 auf zwei Schienen oder Stangen 173 gelagert ist. Die Stangen 173 sind an einem geeigneten Gestell 175 befestigt. Der Motor 172 ist über Zahnräder 176 und 177 mit der Kolbenstange 17i gekuppelt. Die Kolbenstange 171 ist von einer Längsbohrung 178 durchsetzt, die mit der Innenbohrung des Bohrgestänges 165 und mit einer Drehkupplung 179 verbunden ist, die ihrerseits an das Bohrflüssigkeitsrohr 23 angeschlossen ist. Hydraulikrohre 180 und 181 sind an eine hydraulische Steuereinheit 167 angeschlossen. Die Stangen 173 können durch Falthüllen 182 gegen Schmutz und andere Fremdstoffe geschützt sein. Eine hydraulisch betätigte Zwinge 183 hat einen Zylinder 184 mit Hydraulikleitungen 185, die an die hydraulischeThe rotational position and force control mechanism 164 for the arrangement according to FIG. 15 is shown in detail in FIGS. 16 and 17 and consists essentially of a pressure cylinder 170 with a piston rod 171 which is connected to the pipe rod 165. The rotational position control mechanism has a motor 172 which is mounted on two rails or rods 173 by means of a slide bearing 174. The rods 173 are attached to a suitable frame 175. The motor 172 is coupled to the piston rod 17i through gears 176 and 177. The piston rod 171 is penetrated by a longitudinal bore 178, which is connected to the inner bore of the drill rod 165 and to a rotary coupling 179, which in turn is connected to the drilling fluid pipe 23. Hydraulic pipes 180 and 181 are connected to a hydraulic control unit 167. The rods 173 can be protected from dirt and other foreign matter by folding sleeves 182. A hydraulically operated clamp 183 has a cylinder 184 with hydraulic lines 185, which are connected to the hydraulic

ίο Steuereinheit 167 angeschlossen sind. Ein Kolben 186 sitzt mit geeigneter Abdichtung auf der Kolbenstange 171.ίο Control unit 167 are connected. A piston 186 sits on the piston rod 171 with a suitable seal.

Die Wirkungsweise des Mechanismus ist wie folgt: Bei Beaufschlagung des Rohres 180 mit hydraulischem Druck entsteht zwischen der Stirnwand und dem Kolben 186 ein Druck, durch den die Kolbenstange 171 nach vorwärts gedrückt wird. Die auf der Kolbenstange 171 befestigte und auf den Stangen oder Schienen 173 gleitbare Drehsteuereinheit 164 wird zusammen mit der Kolbenstange 171 nach vorwärts geschoben. Der Vorschub der Kolbenstange 171 wird auf das Bohrgestänge 165 und anschließend auf das Bohrwerkzeug 11 übertragen. Wenn die Kolbenstange so weit vorgeschoben ist, daß die Anschlußstelle 187 nahezu die Zwinge 183 erreicht, wird ein entsprechender Schalter betätigt, wodurch hydraulischer Druck über die Rohre 185 bewirkt, daß der Zylinder 184 die Backen der Zwinge 183 schließt. Der Drehsteuerungsmotor 172 dreht über die Zahnräder 176 und 177 die Kolbenstange 171, wodurch die Verbindung 187 unterbrochen wird. Die Kolbenstange 171 wird dann durch Beaufschlagen mit hydraulischem Druck über das Rohr 181 zurückgefahren. Ein neues Bohrgestänge wird eingesetzt, und der Drehsteuerungsmotor wird in seiner Drehrichtung umgekehrt, so daß das Bohrgestänge angezogen wird woraufhin die Zwinge 183 gelöst wird.The mode of operation of the mechanism is as follows: When the pipe 180 is pressurized with hydraulic Pressure is created between the end wall and the piston 186, through which the piston rod 171 is pushed forward. The one fixed on the piston rod 171 and on the rods or rails 173 Slidable rotation control unit 164 is pushed forward together with the piston rod 171. the The piston rod 171 is advanced onto the drill rod 165 and then onto the drilling tool 11 transfer. When the piston rod is advanced so far that the connection point 187 is almost the clamp 183 is reached, a corresponding switch is actuated, whereby hydraulic pressure via the pipes 185 causes cylinder 184 to close the jaws of ferrule 183. The rotation control motor 172 is over-revving the gears 176 and 177 the piston rod 171, whereby the connection 187 is interrupted. the The piston rod 171 is then retracted through the pipe 181 by applying hydraulic pressure. A new drill pipe is inserted and the rotation control motor is turned in its direction of rotation reversed so that the drill pipe is tightened, whereupon the ferrule 183 is released.

Während dieser Vorgänge hat die Zwinge verhindert daß der Bohrmeißel fehlorientiert wird. Durch Betätigung eines entsprechenden Schalters wird der Bohrmotor dann auf den Drehbetrieb zurückgeschaltet, wofür zusätzliche Zahnräder benötigt werden (nicht gezeigt).During these operations the ferrule prevented the drill bit from becoming misoriented. By actuation With a corresponding switch, the drill motor is then switched back to rotary operation, for which purpose additional gears are required (not shown).

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Steuereinrichtung für die Winkellage und Ablenkung einer Horizontalbohrmaschine lassen sich in verschiedener Hinsicht abwandeln und anders ausgestalten. The embodiments of the control device for the angular position and deflection described above a horizontal drilling machine can be modified in various ways and designed differently.

Die beschriebene Verbindung zwischen der Winkeloder Drehlagensteuerung und der Richteinheit ermöglicht es, daß die Drehlagensteuerung im wesentlicher unabhängig von der Richteinheit und die Richteinheil unabhängig von der Drehlagensteuerung arbeiten.The described connection between the angle or rotational position control and the straightening unit is made possible it that the rotational position control is essentially independent of the straightening unit and the Richteinheil work independently of the rotational position control.

Es können die Drehlagensteuerung außerhalb und die Richteinheit innerhalb des Bohrloches angeordnet sein wobei die Richteinheit entweder beim Bohrwerkzeug oder an einer anderen Stelle der Bohrmaschine angebracht ist.The rotational position control can be arranged outside and the straightening unit inside the borehole the straightening unit either at the drilling tool or at another location on the drilling machine is appropriate.

Die bevorzugte Anwendung der Erfindung ist bei einer Horizontalbohrmaschine. Es ist aber klar, daß die erfindungsgemäße Steuereinrichtung auch beim Senkrechtbohren anwendbar ist. Ferner können an Stelle von Druckflüssigkeit auch andere Arbeitsmedien, beispielsweise Luft, verwendet werden. Auch die Anordnung der Richteinheit und/oder der Drehlagensteuerung in bezug auf die Horizontalbohrmaschine kann verändert werden. The preferred application of the invention is in a horizontal drilling machine. But it is clear that the Control device according to the invention can also be used for vertical drilling. Furthermore, instead of Hydraulic fluid, other working media, such as air, can also be used. Also the arrangement of the The straightening unit and / or the rotational position control in relation to the horizontal drilling machine can be changed.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for deflecting a drilling tool connected via a drive shaft to a deep-hole drilling motor, in which at least one support shoe, which can be disengaged transversely to the borehole axis, is supported on a component of the motor or drilling tool and is rotatable in any circumferential position, characterized in that the deflection device (20) is formed from two opposing support shoes (152, 154) held on a sliding guide (156) between the drilling tool (11) and the drilling motor (18), the support surfaces of which are spaced approximately the diameter of the drilling tool (U) from one another and from which one support shoe (152) can be acted upon on its inside by a pressure medium, and that a rotational position control is provided for rotating the sliding guide (156) about the longitudinal axis of the drilling motor (18).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that one of the support shoes (152) is designed as a movable cylinder of a cylinder-piston unit, a tension spring (150) loads this support shoe (152) against the borehole axis and a control device for controllable loading of the support shoe (152) is provided with the print medium.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a channel (94) is connected to the rotational position control and a tube (100, 122) leads from the channel (94) to the deflection device (20).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that a nozzle (113) switched on in the pipe (100, 122) releases the pressure built up in the deflection device (20) when the pressure drops in the hydraulic channel (94) and its flow rate is so dimensioned is that it allows full operation of the rotary position control without a significant build-up of pressure in the deflection device (20).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotational position control is designed as a one-way driving, hydraulically driven stepper motor with the non-rotating part of the drilling motor (18) is connected.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the rotary position control has a piston block (34) and a spring block (36) each with cylindrical tube parts which are formed from opposing quadrants (40, 41 ; 42, 43) , each of the quadrants (42, 43) of the spring block (36) with the cylinder axis forms an angle of at least 83 ° that the quadrants (40, 41; 42, 43) of the piston block (34) and the spring block (36) are supported so that a substantially continuous tube surface is formed that in at least one of the quadrants (40, 41) of the piston block (34) provided pistons (47) are in contact with one of the quadrants (42 _; 43) of the spring block (36) that one in at least one of the quadrants (42, 43) of the spring block (36) accommodated spring (48) in contact with one of the quadrants (40, 41) of the piston block (34) is that the pistons (47) can be acted upon by a pressure medium, and that one of the blocks (34, 36) with the hydraulic drive ieb (1 °) connected and the other block (36, 34) is coupled to the non-rotating part of the drilling motor (18).

7. Apparatus according to claim 5, characterized in that with the non-rotating part of the Drill motor (18) a drive ratchet wheel (63) is rigidly connected and several with the stepper motor associated pawls (62) are coupled, and that a rotation preventing ratchet wheel (76) rigidly with the hydraulic drive (10) is connected and rigidly several with respect to the drilling motor (18) associated pawls (78) are supported.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection device (20) is inserted between the rotational position control and the drill motor (18), wherein a flexible coupling is inserted between the deflection device (20) and the drilling motor (18).

9. Apparatus according to claim 8, characterized by a stabilizer (138) arranged between the flexible coupling and the drilling tool (11).

10. The device according to claim 9, characterized in that the stabilizer (138) is attached to the drill motor (18).