DE20120461U1

DE20120461U1 - Device for measuring internal forces and / or moments in the drill string of earth drilling machines

Info

Publication number: DE20120461U1
Application number: DE20120461U
Authority: DE
Original assignee: Max Streicher and Co KG AA GmbH
Current assignee: Max Streicher and Co KG AA GmbH
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2011-12-19

Description

VORRICHTUNG ZUR MESSUNG INNERER KRÄFTE UND/ODER MOMENTE IM BOHRGESTÄNGE VON ERDBOHRMASCHINENDEVICE FOR MEASURING INTERNAL FORCES AND/OR MOMENTS IN THE DRILL ROD OF EARTH DRILLING MACHINES

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Kräften und/oder Momenten, die an einer Stelle zwischen dem vorderen Ende eines Bohrgestänges einer Erdbohrmaschine und einem Drillmotor, insbesondere einem hydraulischen Drillmotor, wirken, insbesondere zur Messung einer Längskraft (Zug-/Druckkraft) und eines Torsionsmoments (Drehmoment in Längsrichtung). Im folgenden werden eine oder mehrere solcher Kräfte und/oder ein oder mehrere solcher Momente einheitlich als Last bezeichnet.The invention relates to a device for measuring forces and/or moments that act at a point between the front end of a drill rod of an earth drilling machine and a drill motor, in particular a hydraulic drill motor, in particular for measuring a longitudinal force (tensile/compressive force) and a torsional moment (torque in the longitudinal direction). In the following, one or more of such forces and/or one or more of such moments are uniformly referred to as load.

Erdbohrmaschinen werden heutzutage vielfältig und auf unterschiedlichsten Gebieten eingesetzt. Neben Vertikalbohrmaschinen, die beispielsweise zu geologischen Untersuchungen, Erdgas- und Erdölförderung etc. dienen, kommen zunehmend auch Horizontalbohrmaschinen, etwa zur Verlegung von Leitungen (Gas, Wasser, Telekommunikation etc.) wie auch zur Sanierung von Altlasten und dergleichen zum Einsatz. Im folgenden wird insbesondere auf Horizontalbohrmaschinen eingegangen, die vorliegende Erfindung ist jedoch gleichermaßen auch bei Vertikalbohrmaschinen verwendbar.Earth drilling machines are used in a wide variety of ways and in a wide range of fields nowadays. In addition to vertical drilling machines, which are used for geological investigations, natural gas and oil production, etc., horizontal drilling machines are also increasingly being used, for example for laying lines (gas, water, telecommunications, etc.) and for remediating contaminated sites and the like. In the following, horizontal drilling machines are discussed in particular, but the present invention can also be used with vertical drilling machines.

Horizontalbohrmaschinen weisen im allgemeinen folgenden Aufbau auf: Auf einer gegen die Horizontale geneigten Grundfläche ("Rig") ist ein Schlitten in Längsrichtung durch einen Vorschubmotor verfahrbar. Auf diesem Schlitten ist eine Bohrantriebseinheit mit einem Drillmotor und einem Getriebe angeordnet, an dessen Abtriebswelle das jeweils hinterste Segment des Bohrgestänges fluchtend, beispielsweise durch Verschrauben, befestigt wird. Die Bohrantriebseinheit kann auch mehrere Drillmotoren mit 5 einem gemeinsamen Getriebe umfassen. In Bohrrichtung vorne an der Grundfläche ist eine Lagerung zur radialenHorizontal drilling machines generally have the following structure: On a base surface inclined against the horizontal ("rig"), a carriage is moved longitudinally by a feed motor. On this carriage is arranged a drilling drive unit with a drill motor and a gearbox, to whose output shaft the rearmost segment of the drill rod is attached in alignment, for example by screwing. The drilling drive unit can also comprise several drill motors with a common gearbox. In the drilling direction at the front of the base surface is a bearing for radial

[File:ANM\ST0407B4.DOC] Beschreibung 18.12.01
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Abstützung des Segments vorhanden. Die einzelnen Segmente sind jeweils paarweise miteinander, beispielsweise durch Verschrauben, verbunden, so daß sie das Bohrgestänge bilden. Am vordersten Segment ist der Bohrkopf (Bohrlanze oder Bohrmeißel) befestigt.Support for the segment is provided. The individual segments are connected to each other in pairs, for example by screwing, so that they form the drill rod. The drill head (drill lance or drill bit) is attached to the front segment.

Aufgrund der hohen Dauerlasten einerseits (beispielsweise Vorschubkräfte von bis zu 4000 kN) und der schwankenden, zum Teil auch stoßhaften Belastung andererseits, die beim Durchbohren unterschiedlicher geologischer Strukturen auftreten, beispielsweise beim Übergang von lockerem Erdreich zu hartem Gestein, werden als Drillmotor in aller Regel hydraulische Drehmotoren eingesetzt, bei denen die Arbeitsbewegung bzw. -kraft durch Druckdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf erzeugt wird. Der Drillmotor kann zwischen seiner Ausgangswelle, in der das Drehmoment erstmals erzeugt wird, und der mit dem Bohrgestänge verbundenen Abtriebswelle verschiedene Getriebestufen, etwa ein Planetengetriebe und/oder ein Stirnradgetriebe, sowie eine Kupplung umfassen.Due to the high continuous loads on the one hand (for example feed forces of up to 4000 kN) and the fluctuating, sometimes shock-like loads on the other hand, which occur when drilling through different geological structures, for example when moving from loose soil to hard rock, hydraulic rotary motors are generally used as drill motors, in which the working movement or force is generated by the pressure difference between the forward and reverse flow. The drill motor can have various gear stages, such as a planetary gear and/or a spur gear, as well as a clutch, between its output shaft, in which the torque is first generated, and the output shaft connected to the drill rod.

Als Vorschubmotoren werden häufig ebenfalls hydraulische Drehmotoren mit entsprechenden Getrieben bzw. Kupplungen oder auch Zwei-Wege-Hydraulikzylinder verwendet.Hydraulic rotary motors with corresponding gears or couplings or two-way hydraulic cylinders are also often used as feed motors.

Alternativ können sowohl für den Drillmotor als auch für den Vorschubmotor entsprechend dimensionierte Elektromotoren, etwa Synchron- oder Asynchronmotoren, Gleichstrommotoren oder dergleichen, gegebenenfalls wiederum mit entsprechenden zwischengeschalteten Getrieben 0 und/oder Kupplungen, verwendet sein.Alternatively, appropriately dimensioned electric motors, such as synchronous or asynchronous motors, direct current motors or the like, possibly again with appropriate intermediate gears 0 and/or couplings, can be used for both the drill motor and the feed motor.

Eine Bohrung läuft im Prinzip folgendermaßen ab: Der Drillmotor erzeugt ein Drehmoment. Dieses wird über seine Abtriebswelle in das Bohrgestänge eingeleitet, von diesem als Tors.j.onsmoment zum Bohrkopf übertragen und liefert dort die notwendigen auf die Bohrfläche wirkendenIn principle, drilling is carried out as follows: The drill motor generates a torque. This is introduced into the drill rod via its output shaft, from which it is transferred as a torsional moment to the drill head, where it delivers the necessary torque acting on the drilling surface.

[File:ANM\ST0407B4.DOC] ^Beschreibung 18.12.01
Gebrauchsmlisttlrigsieldurtg JJJ*; "!It
Max Streiche! .QmOt^ CK^ä^: [File:ANM\ST0407B4.DOC] ^Description 18.12.01
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Max Pranks! .QmOt^ CK^ä ^:

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Schnittkräfte und -momente. Daneben erzeugt der
Vorschubmotor eine Vorschubkraft in Längsrichtung, die ebenfalls über die Abtriebswelle des Drillmotors in das Bohrgestänge eingeleitet und von diesem als Längskraft zum Bohrkopf übertragen wird und an der Schnittfläche die notwendige Anpreßkraft liefert. Darüber hinaus erzeugt der Vorschubmotor durch Verfahren des Schlittens nach
vorne die erforderliche Zustellbewegung.Cutting forces and moments. In addition, the
Feed motor generates a feed force in the longitudinal direction, which is also introduced into the drill rod via the output shaft of the drill motor and is transmitted from there as a longitudinal force to the drill head and provides the necessary contact force on the cutting surface. In addition, the feed motor generates a feed force in the longitudinal direction by moving the slide
the required feed movement at the front.

Wenn der Schlitten an der Lagerung vorne an der
Grundfläche angekommen ist, wird das Bohrgestänge in
dieser Lagerung drehfest geklemmt und die Verbindung zur Abtriebswelle des Drillmotors gelöst, indem beispielsweise mittels des Drillmotors die Verschraubung gelöst wird. Anschließend wird der Schlitten zurückgefahren, ein neues Segment eingesetzt und mit der Abtriebswelle des Drillmotors verbunden. Das vordere Ende des neuen Segments wird am hinteren Ende des geklemmten Bohrgestänges befestigt, beispielsweise wiederum mittels des Drill-If the carriage is mounted on the front of the
Once the base has been reached, the drill rod is
This bearing is clamped in a rotationally fixed manner and the connection to the output shaft of the drill motor is released, for example by loosening the screw connection using the drill motor. The carriage is then moved back, a new segment is inserted and connected to the output shaft of the drill motor. The front end of the new segment is attached to the rear end of the clamped drill rod, for example again using the drill

motors verschraubt. Nach Lösung der Klemmung ist das
Bohrgestänge verlängert und beginnt der Vorgang wieder von vorne.motors. After releasing the clamp, the
The drill rod is extended and the process starts again from the beginning.

Die einzelnen Segmente des Bohrgestänges sind zur
stückweisen Verlängerung des Gestänges so ausgebildet, daß das jeweils vordere Ende eines Segments an dem jeweils hinteren Ende eines anderen Segments, beispielsweise durch Verschrauben eines Außen- mit einem Innengewinde in Längsrichtung, lösbar befestigt werden kann. 0 Entsprechend ist bei dem Drillmotor einer Erdbohrmaschine nach dem Stand der Technik die Abtriebswelle so
ausgebildet, daß das hintere Ende eines Segments daran lösbar befestigt werden kann.The individual segments of the drill rod are
piece-by-piece extension of the rods is designed so that the front end of a segment can be releasably attached to the rear end of another segment, for example by screwing an external thread with an internal thread in the longitudinal direction. 0 Accordingly, in the drill motor of an earth drilling machine according to the state of the art, the output shaft is designed so
designed so that the rear end of a segment can be releasably attached to it.

Bei größeren Horizontalbohrungen wird zunächst eine Pilotbohrung mit kleinem Durchmesser, wie vorstehendFor larger horizontal bores, a pilot hole with a small diameter is first drilled, as described above

[File:ANM\ST0407B4.DOC] Beschreibung 18.12.01[File:ANM\ST0407B4.DOC] Description 18.12.01

Gebrauchsrrjjstjrfppieldung j ; j ·; ** J i *&idigr; &Idigr; . J.. ". ', X ". Usagerrjjstjrfpieldung j ; j ·; ** J i *&idigr;&Idigr; . J.. ". ', X ".

Max Streicher_#G«r,eJH ^: Max Streicher _# G«r,eJH ^:

beschrieben, durchgeführt. Anschließend werden rückwärts ein oder mehrere Aufweitwerkzeuge (Schneide-, Räumwerkzeuge etc.) zur Schaffung des endgültigen Durchmessers durchgezogen, wobei der oben beschriebene Bohrvorgang im Prinzip umgekehrt abläuft: Der Vorschubmotor zieht den Schlitten unter gleichzeitiger Drehbewegung des Bohrgestänges durch den Drillmotor zurück. Abschließend kann auf gleiche Weise ein Schutz- oder Produktrohr in den so geschaffenen Kanal eingezogen werden., Hierzu wird nach der Durchbohrung am der Erdbohrmaschine entgegengesetzten Bohrloch der Bohrkopf abgenommen und ein sogenannter Drehwirbel aufgesetzt, an dem das einzuziehende Rohr beispielsweise durch Klemmen befestigt ist. Unter langsamer Drehbewegung wird das Rohr dann eingezogen.described. Then one or more expansion tools (cutting, reaming tools, etc.) are pulled through backwards to create the final diameter, whereby the drilling process described above is essentially reversed: the feed motor pulls the carriage back while the drill rod rotates at the same time. Finally, a protective or product pipe can be pulled into the channel created in this way in the same way. To do this, after drilling through the borehole opposite the earth drilling machine, the drill head is removed and a so-called swivel is put on, to which the pipe to be pulled in is attached, for example by clamps. The pipe is then pulled in with a slow rotating movement.

Zur Führung des Aufweitwerkzeugs kann nach der Pilotbohrung auf der der Erdbohrmaschine abgewandten Seite des Aufweitwerkzeugs ein zweites Bohrgestänge befestigt werden, das beim Zurückziehen des ersten Bohrgestänges in analoger Weise verlängert und so in entgegengesetzter Bohrrichtung hinter dem Aufweitwerkzeug in den gebohrten Kanal eingezogen wird. Nach erfolgter Aufweitung kann daran der Drehwirbel aufgesetzt und in der vorstehend beschriebenen Weise das Rohr eingezogen werden.To guide the expansion tool, a second drill rod can be attached to the side of the expansion tool facing away from the earth drilling machine after the pilot hole has been drilled. This second drill rod is extended in a similar way when the first drill rod is pulled back and is thus pulled into the drilled channel behind the expansion tool in the opposite drilling direction. After expansion has taken place, the swivel can be attached to it and the pipe can be pulled in as described above.

Je nach zu durchbohrendem Bereich und gewünschter Bohrrichtung sind unterschiedliche Drehmomente und Vorschubkräfte vom Drill- bzw. Vorschubmotor aufzubringen. Hierzu werden bislang Hydraulikdrücke in den Hydraulik-0 motoren gemessen, denen entsprechende abgegebene Drehmomente bzw. Vorschubkräfte zugeordnet werden können. Durch Soll-Ist-Vergleich und entsprechende Druckerhöhung/ -erniedr igung können so die erforderlichen Kräfte und Momente eingestellt werden. Diese Regelung 5 anhand der Druckmessung geschieht heute in aller Regel von Hand durch das Bedienpersonal ("Driller").Depending on the area to be drilled through and the desired drilling direction, different torques and feed forces must be applied by the drill or feed motor. To do this, hydraulic pressures in the hydraulic motors have been measured to which the corresponding output torques or feed forces can be assigned. The required forces and moments can be set by comparing the target and actual values and increasing or decreasing the pressure accordingly. This control 5 based on the pressure measurement is now usually carried out manually by the operating personnel ("driller").

[File:ANM\STq407B4..pOC] ^Beschreibung 18..12.01
Gebrauchsrriisteräasneldung &idigr; &iacgr; &iacgr; *I * I I !
Max Streichfj.Grn£tU CikÄä[File:ANM\STq407B4..pOC] ^Description 18..12.01
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Max Streichfj.GreenTU CikÄä

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Dieses Verfahren weist eine Reihe erheblicher Nachteile auf: Die Zuordnung zwischen Hydraulikdruck und Drehmoment/Vorschubkraft hängt von einer Vielzahl unterschiedlicher, sich ständig ändernder Parameter, beispielsweise dem Druckniveau im Hydraulikkreis, der Drehzahl, dem Verhältnis zwischen eingestelltem zu maximalem Schluckvolumen, der Temperatur der Hydraulikflüssigkeit, dem technischen Zustand des Motors etc., ab. Zwischen der tatsächlich vorhandenen Druckdifferenz in einem Hydraulikmotor, die das Drehmoment bzw. die Vorschubkraft bestimmt, und dem gemessenem Vorlaufdruck können Unterschiede auftreten, da beispielsweise aufgrund von Bremsventilen, Bremslöseventilen oder dem Eigengewicht des Schlittens zum Teil erhebliche Drücke im Rücklauf der Hydraulikmotoren auftreten.This method has a number of significant disadvantages: The relationship between hydraulic pressure and torque/feed force depends on a large number of different, constantly changing parameters, such as the pressure level in the hydraulic circuit, the speed, the ratio between the set and maximum displacement volume, the temperature of the hydraulic fluid, the technical condition of the motor, etc. Differences can occur between the actual pressure difference in a hydraulic motor, which determines the torque or feed force, and the measured feed pressure, since considerable pressures can occur in the return line of the hydraulic motors, for example due to brake valves, brake release valves or the weight of the slide.

Aus diesen beiden Gründen kann der Zusammenhang zwischen gemessenem Hydraulikdruck und tatsächlich wirkender Vorschubkraft bzw. tatsächlich wirkendem Drehmoment nur approximiert werden. In der Praxis wird daher vom Bedienpersonal eine über weite Parameterbereiche (Neigung der Grundfläche, Auf- oder Abbewegung des Schlittens etc.) gemittelte Zuordnung zwischen dem gemessenen Vorlaufdruck und den tatsächlich wirkenden Kräfte bzw. Momenten in Form von Tabellen verwendet.For these two reasons, the relationship between the measured hydraulic pressure and the actual feed force or torque can only be approximated. In practice, the operating personnel therefore use a relationship in the form of tables that is averaged over a wide range of parameters (inclination of the base, up or down movement of the slide, etc.) between the measured feed pressure and the actual forces or torques.

Umgekehrt ergeben sich aus den an der Bohrfläche und dem übrigen Bohrgestänge angreifenden Lasten innere Kräfte (Zug-/Druck- und Querkräfte) und Momente (Torsions- und Biegemomente) im Bohrgestänge, die zu entsprechenden Lasten auf die Abtriebswelle des Drillbzw. Vorschubmotors führen. Auch hier führt die Erfassung der im Bohrgestänge wirkenden inneren Kräfte und Momente 5 über die Hydraulikdrücke in den Motoren zu erheblichen Problemen: Aufgrund der zum Teil erheblichen TrägheitenConversely, the loads acting on the drilling surface and the rest of the drill rod result in internal forces (tensile/compressive and transverse forces) and moments (torsional and bending moments) in the drill rod, which lead to corresponding loads on the output shaft of the drill or feed motor. Here too, the detection of the internal forces and moments 5 acting in the drill rod via the hydraulic pressures in the motors leads to considerable problems: Due to the sometimes considerable inertia

[File:ANM\ST04Q7B4OOC] Beschreibung 1812.01[File:ANM\ST04Q7B4OOC] Description 1812.01

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und Totzeiten in den hydraulischen Systemen, die in den Hydraulikmotoren, den Leitungen, den Ventilen, den Drucksensoren etc. entstehen, werden plötzlich auftretende sprunghafte Be1astungsänderungen nur verzögert und ungenau erkannt. Frißt beispielsweise der Bohrkopf, so wirkt sich dies als starker Anstieg des an der Abtriebswelle des Drillmotors wirkenden Drehmoments aus. Bis die Hydraulikanzeige dieses anzeigt und das Bedienpersonal hierauf mit einem Stoppen des Motors reagiert, kann das Bohrgestänge bereits so stark tordiert sein, daß es bricht, was zum Verlust des Bohrgestänges führt und eine komplett neue Bohrung erforderlich macht. Es ist zudem keine eindeutige Zuordnung möglich, ob eine Änderung des Hydraulikdruckes aus einer Belastung des Bohrgestänges oder einem Vorgang im Hydraulikkreis, beispielsweise dem Versagen eines Ventils, resultiert, was zu falschen Reaktionen des Bedienpersonals führen kann. Auch ist die Aufzeichnung der auftretenden Kräfte und Momente zu Analyse- oder Dokumentationszwecken nur schwer möglich: Hierzu müßte das analoge Drucksignal kontinuierlich abgegriffen, A/D-gewandelt und weiterverarbeitet werden. Schließlich ist eine automatische Überwachung der auftretenden Kräfte und Momente, beispielsweise mittels geeigneter Computer und Software, nicht oder nur schwer möglich.and dead times in the hydraulic systems, which arise in the hydraulic motors, the lines, the valves, the pressure sensors, etc., sudden, sudden changes in load are only detected with a delay and inaccurately. If, for example, the drill head seizes, this results in a sharp increase in the torque acting on the output shaft of the drill motor. By the time the hydraulic display shows this and the operating personnel reacts by stopping the motor, the drill rod may already have twisted so much that it breaks, which leads to the loss of the drill rod and makes a completely new bore necessary. In addition, it is not possible to clearly determine whether a change in hydraulic pressure is the result of a load on the drill rod or a process in the hydraulic circuit, such as the failure of a valve, which can lead to incorrect reactions by the operating personnel. It is also difficult to record the forces and moments that occur for analysis or documentation purposes: To do this, the analog pressure signal would have to be continuously tapped, A/D converted and further processed. Finally, automatic monitoring of the forces and moments that occur, for example using suitable computers and software, is not possible or is difficult.

Bei Hydraulik- wie auch bei Elektromotoren, bei denen die tatsächlich abgegebenen Kräfte bzw. Momente ebenfalls nur aus den elektrischen Leistungswerten und den sich 0 teilweise während des Betriebs ändernden Wirkungsgraden der Motoren und Getriebe approximiert werden können, ergibt sich schließlich noch ein weiteres Problem: Die an der Ausgangswelle des Drillmotors wirkenden Lasten lassen nur begrenzt Rückschlüsse auf die an verschiedenen Stel-5 len des Bohrgestänges bzw. direkt am Werkzeug (Bohrkopf, Aufweitwerkzeug oder Drehwirbel) wirkenden Lasten zu. ZuIn the case of hydraulic and electric motors, where the actual forces or torques can also only be approximated from the electrical power values and the efficiency of the motors and gears, which sometimes change during operation, there is another problem: the loads acting on the output shaft of the drill motor only allow limited conclusions to be drawn about the loads acting at various points on the drill rod or directly on the tool (drill head, expansion tool or swivel).

Beschreibung 18.12&Oacgr;1
Gebrauchsriusfe&rvTieldt/hg &idigr;&iacgr;!*&iacgr; *&iacgr;&idigr;&Igr;
Max Streich^ ßnit}U.& &igr;Description 18.12&Oacgr;1
Usage riusfe&rvTieldt/hg &idigr;&iacgr;!*&iacgr;*&iacgr;&idigr;&Igr;
Max Streich^ ßnit}U.&&igr;

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den an der Ausgangswelle des Drillmotors wirkenden Lasten kommen noch Getriebereibung, Streckenlasten aus der Reibung des Bohrgestänges im Erdreich, elastische Kräfte und Momente aufgrund der Zug-, Biege- und Torsionselastizität des Bohrgestänges sowie Trägheitskräfte, die zusammen jeweils die Lasten an einer bestimmten Stelle des Bohrgestänges, etwa direkt hinter dem Bohrkopf oder zwischen Bohrgestänge und Abtriebswelle, ergeben. Zwischen den Lasten an einer Stelle des Bohrgestänges, etwa den Lasten direkt am Bohrkopf, die den gerade wirkenden Kräften und Momenten an der Schnittfläche entsprechen, und den zwischen der Ausgangswelle und dem Bohrgestänge wirkenden Kräften, die momentan unter den oben beschriebenen Einschränkungen gemessen bzw. approximiert werden, können daher zum Teil erhebliche Differenzen auftreten: Diese können beispielsweise dazu führen, daß sich der Bohrkopf bereits festfrißt, dies jedoch aufgrund der Trägheit, Elastizität und Reibung im bzw. am Bohrgestänge an der Ausgangswelle des Drillmotors erst viel zu spät bemerkt wird, so daß das Bohrgestänge am vorderen Ende fest ist und am hinteren Ende weiter tordiert wird, was zum Bruch des Gestänges führen kann.In addition to the loads acting on the output shaft of the drill motor, there is also gear friction, line loads from the friction of the drill rod in the ground, elastic forces and moments due to the tensile, bending and torsional elasticity of the drill rod, as well as inertial forces, which together result in the loads at a specific point on the drill rod, for example directly behind the drill head or between the drill rod and the output shaft. There can therefore be considerable differences between the loads at one point on the drill rod, such as the loads directly on the drill head, which correspond to the forces and moments currently acting on the cutting surface, and the forces acting between the output shaft and the drill rod, which are currently measured or approximated under the restrictions described above. These can, for example, lead to the drill head seizing up, but this is not noticed until much later due to the inertia, elasticity and friction in or on the drill rod on the output shaft of the drill motor, so that the drill rod is stuck at the front end and is further twisted at the rear end, which can lead to the rod breaking.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung für Erdbohrmaschinen zur Verfügung zu stellen, mit der wenigstens an einer Stelle zwischen dem vorderen Ende des Bohrgestänges und dem Drillmotor wirkenden Lasten möglichst präzise und verzögerungsfrei erfaßt und gegebenenfalls einer Weiterverarbeitung zur 0 Aufzeichnung und/oder Regelung zugeführt werden können.The object of the present invention is therefore to provide a device for earth drilling machines with which loads acting at least at one point between the front end of the drill rod and the drill motor can be detected as precisely and without delay as possible and, if necessary, fed to further processing for recording and/or control.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The problem is solved by the features of claim 1.

[File:ANM\ST0407B4.DOC] Beschreibung 18.12.01
Gebrauchsmjjstjrarjmeldung ; ·"; ·· ·**; ;**;[File:ANM\ST0407B4.DOC] Description 18.12.01
Usage mjjstjrarjnotification ; ·"; ·· ·**; ;**;

Max Streichs* GmE)H & Co. KtB i/K, &dgr;44&phgr; Deogenäori:
··· ···· ···· ·· ··· tv% · ·· Max Streichs* GmE)H & Co. KtB i/K, &dgr;44&phgr; Deogeneori:
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ein Übertragungselement und eine auf dem Übertragungselement befestigte Dehnmeßanordnung.A device according to the invention comprises a transmission element and a strain gauge arrangement attached to the transmission element.

Das Übertragungselement weist ein vorderes und ein hinteres Ende auf, wobei sich "vorne" bzw. "hinten" auf die Richtung der Bohrung beziehen. An seinem hinteren Ende ist das Übertragungselement an der Ausgangswelle des Drillmotors, an einer Last übertragenden Welle eines Getriebes des Drillmotors, insbesondere der Abtriebswelle der Bohrantriebseinheit, und/oder einem vorderen Ende eines Segments des Bohrgestänges befestigbar. An seinem vorderen Ende ist das Übertragungselement an einer Last übertragenden Welle eines Getriebes des Drillmotors, einem hinteren Ende eines Segments des Bohrgestänges und/oder an einem am Bohrgestänge befestigbaren Werkzeug, insbesondere an einem Bohrkopf, einem Aufweitwerkzeug oder einem Drehwirbel, befestigbar.The transmission element has a front and a rear end, with "front" and "rear" referring to the direction of the drilling. At its rear end, the transmission element can be fastened to the output shaft of the drill motor, to a load-transmitting shaft of a gearbox of the drill motor, in particular the output shaft of the drilling drive unit, and/or to a front end of a segment of the drill rod. At its front end, the transmission element can be fastened to a load-transmitting shaft of a gearbox of the drill motor, to a rear end of a segment of the drill rod and/or to a tool that can be fastened to the drill rod, in particular to a drill head, an expansion tool or a swivel.

0 Dadurch kann das Übertragungselement im Lastfluß zwischen Ausgangswelle des Drillmotors und dem vorderen Ende des Bohrgestänges bzw. eines daran befestigten Werkzeug angeordnet werden. Mittels der Dehnmeßanordnung können dann die an dieser Stelle wirkenden Lasten, insbesondere ein Torsionsmoment und/oder eine Zug-/Druckkraft ermittelt werden.0 This means that the transmission element can be arranged in the load flow between the output shaft of the drill motor and the front end of the drill rod or a tool attached to it. The loads acting at this point, in particular a torsional moment and/or a tensile/compressive force, can then be determined using the strain gauge arrangement.

Vorzugsweise ist das hintere Ende des Übertragungselements an der Abtriebswelle des hydraulischen Drill-0 motors der Erdbohrmaschine befestigbar, sein vorderes Ende ist lösbar am hinteren Ende des Bohrgestänges befestigbar. Damit können die vom Drillmotor auf das Bohrgestänge wirkenden Lasten erfaßt werden.Preferably, the rear end of the transmission element can be attached to the output shaft of the hydraulic drill motor of the earth drilling machine, and its front end can be detachably attached to the rear end of the drill rod. This allows the loads acting on the drill rod from the drill motor to be detected.

5 Gleichermaßen kann das Übertragungselement zwischen der Ausgangswelle des Drillmotors und der Abtriebswelle5 Similarly, the transmission element between the output shaft of the drill motor and the output shaft

GebrauchsrriistfcrJiunelduftg J J J *i * &idigr; &idigr; &iacgr; I . &idigr;.. *&iacgr; I I "» _{Max r} ..·-··..-- ..·_·.·..-·-_ · ·. » ···· · Usage rriistfcrJiunelduftg YJJ *i * &idigr;&idigr;&iacgr; I. &idigr;.. *&iacgr; II "» _{Max r} ..·-··..-- ..·_·.·..-·-_ · ·. » ···· ·

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in einem Getriebe des Drillmotors angeordnet sein, indem es jeweils an einer Last übertragenden Welle des Getriebes befestigt ist. Hierdurch können das Übertragungselement besonders geschützt und kompakt im Getriebe angeordnet und ebenfalls die vom Drillmotor auf das Bohrgestänge wirkenden Lasten erfassen werden.be arranged in a gearbox of the drill motor by attaching it to a load-transmitting shaft of the gearbox. This allows the transmission element to be arranged in a particularly protected and compact manner in the gearbox and also to detect the loads acting on the drill rod from the drill motor.

Gleichermaßen kann das Übertragungselement mit seinem hinteren Ende an einem vorderen Ende eines Segments des Bohrgestänges und mit seinem vorderen Ende am hinteren Segment des vorhergehenden Bohrgestänges lösbar befestigt werden, wodurch die an dieser Stelle im Bohrgestänge wirkenden Lasten erfaßt werden können.Similarly, the transmission element can be releasably attached with its rear end to a front end of a segment of the drill rod and with its front end to the rear segment of the preceding drill rod, whereby the loads acting at this point in the drill rod can be detected.

Gleichermaßen kann das Übertragungselement mit seinem hinteren Ende an einem vorderen Ende des vordersten Segments des Bohrgestänges und mit seinem vorderen Ende an einem Werkzeug, insbesondere einem Bohrkopf, einem Aufweitwerkzeug oder einem Drehwirbel, befestigt werden, wodurch die an dieser Stelle im Bohrgestänge wirkenden Lasten, insbesondere die äußeren Lasten an der Schnittfläche, direkt erfaßt werden können.Likewise, the transmission element can be fastened with its rear end to a front end of the foremost segment of the drill rod and with its front end to a tool, in particular a drill head, an expansion tool or a swivel, whereby the loads acting at this point in the drill rod, in particular the external loads on the cutting surface, can be directly detected.

Die Dehnmeßanordnung umfaßt einen oder mehrere auf dem Übetragungselement befestigte Dehnmeßstreifen und eine Signalübertragungsvorrichtung. An die Dehnmeßstreifen sind jeweils geeignete Spannungen angelegt. Anhand der Widerstandsänderungen der Dehnmeßstreifen aufgrund von Verformungen des Übertragungselements und der darauf 0 befestigten Dehnmeßstreifen ergeben sich entsprechende Meßsignale, beispielsweise unterschiedliche elektrische Spannungen, die von der Signalübertragungsvorrichtung zu einer Meßwerterfassungsvorrichtung übertragen werden. Aus diesen Meßsignalen können dann die im Übertragungselement wirkenden Kräfte, insbesondere Zug-/Druckkräfte, und/oder Momente, insbesondere Torsionsmomente, ermittelt werden.The strain gauge arrangement comprises one or more strain gauges attached to the transmission element and a signal transmission device. Suitable voltages are applied to each of the strain gauges. The resistance changes of the strain gauges due to deformations of the transmission element and the strain gauges attached to it result in corresponding measurement signals, for example different electrical voltages, which are transmitted from the signal transmission device to a measurement value acquisition device. The forces acting in the transmission element, in particular tensile/compressive forces, and/or moments, in particular torsional moments, can then be determined from these measurement signals.

[File:ANM\ST0407B4.DOC] Beschreibung 18.12.01
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Max Streicher^dnbhH & Co^fcfe ä/V 6446gMax Streicher^dnbhH & Co^fcfe ä/V 6446g

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Diese entsprechen den erfindungsgemäß zu erfassenden Kräften, insbesondere einer Vorschubkraft bzw. Momenten, insbesondere Torsionsmomenten, die an der Stelle, an der das Übertragungselement im Lastfluß angeordnet ist, wirken.These correspond to the forces to be detected according to the invention, in particular a feed force or moments, in particular torsional moments, which act at the point at which the transmission element is arranged in the load flow.

Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung werden somit die an einer Stelle zwischen dem vorderen Ende des Bohrgestänges und der Ausgangswelle wirkenden Lasten direkt, präzise und verzögerungsfrei gemessen. Sie können darüber hinaus einfach geeignet weiterverarbeitet werden, beispielsweise in einer Überwachungseinrichtung, die das Überschreiten bestimmter Grenzwerte erfaßt und entsprechend, beispielsweise durch Warnsignale oder Abschaltung der Motoren, reagiert. Ebenso können die Signale, gegebenenfalls nach einer entsprechenden Weiterverarbeitung (A/D-Wandelung, Filterung, Triggerung etc.), als Ist-Werte einer Regelung verwendet werden, die somit automatisch gewünschte Vorschub- und/oder Drehmomentverläufe 0 erzeugt.A device according to the invention thus measures the loads acting at a point between the front end of the drill rod and the output shaft directly, precisely and without delay. They can also be easily processed further, for example in a monitoring device that detects when certain limit values are exceeded and reacts accordingly, for example by issuing warning signals or switching off the motors. The signals can also be used as actual values of a control system, if necessary after appropriate further processing (A/D conversion, filtering, triggering, etc.), which automatically generates the desired feed and/or torque curves 0.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik auf: Sie ermöglicht die präzise Erfassung der wirkenden Lasten unabhängig von den Parametern der Motor- und Getriebesysteme. Daneben ermöglicht sie die verzögerungsfreie Erfassung dieser Lasten; die Trägheiten bzw. Totzeiten sind gegenüber einer Messung von Hydraulikdrücken deutlich kleiner. Sie ermöglicht die einfache Aufzeichnung 0 von Kraft- bzw. Momentenverläufen zu Dokumentations- oder Analysezwecken. Die von der Vorrichtung gelieferten Meßsignale sind gut in einer Überwachung oder Regelung verwendbar. Schließlich gewährt die Vorrichtung eine kostengünstigere, wartungsärmere und ausfallsicherere 5 Meßdatenerfassung durch Elektronik im Gegensatz zur bestehenden Messung mittels Hydraulik, bei der kostspie-A device according to the invention has a number of advantages over the state of the art: It enables the precise detection of the loads acting, regardless of the parameters of the engine and transmission systems. In addition, it enables the detection of these loads without delay; the inertia or dead times are significantly smaller than when measuring hydraulic pressures. It enables the simple recording of force or torque curves for documentation or analysis purposes. The measurement signals provided by the device can be used well in monitoring or control. Finally, the device provides a more cost-effective, low-maintenance and fail-safe 5 measurement data acquisition using electronics, in contrast to existing measurement using hydraulics, where costly

[Füe:ANM\ST0407B4.DOC] Beschreibung 18.12.01 GebrauchsnjestßiiftitnelduiiS·, .**. .: .··. .**. : .** . Max Streicher &phgr;^*&EEgr; & Co. J«5 JA,^44^9 Deggerjjorj ···'·";[Füe:ANM\ST0407B4.DOC] Description 12/18/01 NutznjestßiiftitnelduiiS·, .**. .: .··. .**. : .** . Max Streicher &phgr;^*&EEgr;& Co. J«5 JA,^44^9 Deggerjjorj ···'·";

ligere und anfälligere Drucksensoren notwendig sind und Leckagen, Ablagerungen in den Hydraulikkreisen etc. das Meßsystem beeinträchtigen können. Bestehende Anlagen können durch ein wie ein Bohrgestängesegment zwischengeschaltetes erfindungsgemäßes Übertragungselement problemlos nachgerüstet werden.more complex and more vulnerable pressure sensors are required and leaks, deposits in the hydraulic circuits, etc. can affect the measuring system. Existing systems can be easily retrofitted with a transmission element according to the invention, which is interposed like a drill rod segment.

Je nach Anordnung des Übertragungselements im Getriebe des Drillmotors, zwischen Abtriebswelle des Drillmotors und dem Bohrgestänge, zwischen zwei Segmenten des Bohrgestänges oder zwischen Bohrgestänge und daran befestigtem Werkzeug können gezielt die an dieser Stelle auftretenden Lasten erfaßt werden. Vorteilhafterweise können gleichzeitig auch mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen verwendet werden, um Lasten an verschiedenen Stellen zu erfassen, beispielsweise am Bohrkopf und an der Abtriebswelle, um so Belastungen des Bohrgestänges zu ermitteln.Depending on the arrangement of the transmission element in the gearbox of the drill motor, between the output shaft of the drill motor and the drill rod, between two segments of the drill rod or between the drill rod and the tool attached to it, the loads occurring at this point can be specifically detected. Advantageously, several devices according to the invention can also be used simultaneously to detect loads at different points, for example on the drill head and on the output shaft, in order to determine loads on the drill rod.

Das vordere Ende des Übertragungselements ist bevorzugt so ausgebildet, daß es jeweils an einem hinteren Ende eines Bohrgestängesegments lösbar befestigt werden kann. Vorzugsweise weist hierzu das vordere Ende des Übertragungselements ein Außen- bzw. Innengewinde auf, das mit einem entsprechenden Innen- bzw. Außengewinde am hinteren Ende des jeweiligen Segments verschraubt werden kann.The front end of the transmission element is preferably designed such that it can be detachably attached to a rear end of a drill rod segment. For this purpose, the front end of the transmission element preferably has an external or internal thread that can be screwed to a corresponding internal or external thread at the rear end of the respective segment.

Das hintere Ende des Übertragungselements kann mit 0 der Abtriebswelle des hydraulischen Drillmotors unlösbar verbunden werden, beispielsweise durch Verschweißen. Alternativ kann das hintere Ende des Übertragungselements auch lösbar, beispielsweise durch Verschrauben, mit der Abtriebswelle verbunden werden. Da die Abtriebswelle eines Drillmotors nach dem Stand der Technik so ausgebildet ist, daß das hintere Ende eines BohrgestängesegmentsThe rear end of the transmission element can be permanently connected to the output shaft of the hydraulic drill motor, for example by welding. Alternatively, the rear end of the transmission element can also be detachably connected to the output shaft, for example by screwing. Since the output shaft of a drill motor is designed according to the state of the art in such a way that the rear end of a drill rod segment

[File:ANM\ST0407B4.DOC] Beschreibung 18.12.01
GebrauchsrrjusterenrnelduBig ..... · J J ;
Max Streich* GMrtH & Co_; KG äA S44S9[File:ANM\ST0407B4.DOC] Description 18.12.01
User manual ..... · JJ ;
Max Streich* GMrtH & Co _; KG äA S44S9

daran, beispielsweise durch Verschrauben, lösbar befestigt werden kann, ist in einer vorteilhaften Ausführung das hintere Ende des Übertragungselements analog zu einem hinteren Ende eines Bohrgestängesegments ausgebildet. Analog ist bevorzugt das vordere Ende des Übertragungselements wie das vordere Ende eines Bohrgestängesegments ausgebildet, so daß das Übertragungselement auch mit bereits vorhandenen Drillmotoren einfach verwendet werden kann. Überdies kann das Übertragungselement somit auch zwischen zwei beliebigen Segmente des Bohrgestänges bzw. zwischen Bohrgestänge und Werkzeug befestigt werden.can be detachably attached thereto, for example by screwing, in an advantageous embodiment the rear end of the transmission element is designed analogously to a rear end of a drill rod segment. Analogously, the front end of the transmission element is preferably designed like the front end of a drill rod segment, so that the transmission element can also be easily used with existing drill motors. In addition, the transmission element can also be attached between any two segments of the drill rod or between the drill rod and the tool.

Das Übertragungselement ist vorzugsweise so ausgebildet, daß es definierte Torsions- und/oder Längsdehnungseigenschaften hat, so daß durch auf dem Element applizierte Dehnungsmeßstreifen Längsdehnungen und/oder Torsionen einfach und direkt meßbar sind. Beispielsweise ist das Übertragungselement zumindest teilweise in Form eines Rohres ausgebildet.The transmission element is preferably designed such that it has defined torsional and/or longitudinal expansion properties, so that longitudinal expansions and/or torsions can be measured easily and directly using strain gauges applied to the element. For example, the transmission element is designed at least partially in the form of a tube.

Die Dehnmeßanordnung kann einen oder mehrere Dehnmeßstreifen umfassen. Hierbei ist es vorteilhaft, Dehnmeßstreifen so auf dem Übertragungselement zu befestigen, daß bestimmte Verformungen besonders gut erfaßbar sind.The strain gauge arrangement can comprise one or more strain gauges. It is advantageous to attach strain gauges to the transmission element in such a way that certain deformations can be detected particularly well.

Beispielsweise können Dehnmeßstreifen unter 45° zur Längsachse des Übertragungselements angeordnet sein, um die bei Torsion auftretenden Verformungen zu erfassen. Gleichermaßen können Dehnmeßstreifen in Längsrichtung des Übertragungselements angeordnet sein, um die bei 0 Zug/Druck auftretenden Verformungen zu erfassen. Senkrecht dazu angeordnete Dehnmeßstreifen längen sich bei Druck aufgrund der Querkontraktion und ermöglichen besonders die Erfassung von Druckkräften.For example, strain gauges can be arranged at 45° to the longitudinal axis of the transmission element in order to record the deformations that occur during torsion. Likewise, strain gauges can be arranged in the longitudinal direction of the transmission element in order to record the deformations that occur at 0 tension/compression. Strain gauges arranged perpendicular to this lengthen when compressed due to the transverse contraction and enable the recording of compressive forces in particular.

Die Widerstandsänderung der Dehnmeßstreifen kann beispielsweise durch Messung der Stärke des Stroms erfolgen,The resistance change of the strain gauges can be measured, for example, by measuring the strength of the current,

GebrauchsmtttedMfekJuntf*. .". .'. .". .". ·,:"·· · · ·&diams; Max Streichet G&eH*& Co. li©*4v f446g Degflfen<iorf: "I' Vl i \ \ I Use mtttedMfekJuntf*. .". .'. .". .". ·,:"·· · · ·&diams; Max Streichet G&eH*& Co. li©*4v f446g Degflfen<iorf: "I' Vl i \ \ I

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der bei bekannter Spannung durch die Dehnmeßstreifen fließt. Für die Messung der an den Dehnmeßstreifen auftretenden kleinen Widerstandsänderungen werden jedoch bevorzugt Meßbrücken verwendet, denen das Prinzip der Wheatstoneschen Brücke zugrundeliegt. Vorzugsweise sind diese Brücken im unbelasteten, d.h. unverformten Zustand abgeglichen, die WiederStandsänderung ergibt sich aus der Änderung der Spannung im Nullzweig.which flows through the strain gauges when the voltage is known. However, to measure the small resistance changes occurring at the strain gauges, it is preferable to use measuring bridges based on the Wheatstone bridge principle. These bridges are preferably calibrated in the unloaded, i.e. undeformed, state; the change in resistance results from the change in voltage in the zero branch.

Um den Meßeffekt zu vergrößern, sind vorzugsweise mehrere Dehnmeßstreifen in Halb- bzw. Vollbrücke zusammengeschaltet. Hierdurch ist es auch möglich, Störeinflüsse, etwa Temperaturdehnungen, Dehnungen aufgrund von Biegemomenten oder aufgrund des Druckes einer durch das Bohrgestänge fließenden Flüssigkeit zu kompensieren. Es kann hierzu jede zur Messung von Torsionsmomenten und/oder Zug-/Druckkräften geeignete Dehnmeßschaltung verwendet sein. .To increase the measuring effect, several strain gauges are preferably connected together in a half or full bridge. This also makes it possible to compensate for disturbing influences, such as temperature expansion, expansion due to bending moments or due to the pressure of a liquid flowing through the drill rod. Any strain gauge circuit suitable for measuring torsional moments and/or tensile/compressive forces can be used for this purpose.

Die Signalübertragungsvorrichtung überträgt Meßsignale von den Dehnmeßstreifen bzw. den Meßbrücken zu der Meßwerterfassungsvorrichtung. Die Meßwerterfassungsvorrichtung ist-dabei vprteilhafterweise nicht am sich drehenden Übertragungselement befestigt, sondern bezuglieh der Umgebung rotationsfest. Beispielsweise ist sie am Gehäuse des Drillmotors oder am Schlitten befestigt.The signal transmission device transmits measurement signals from the strain gauges or the measuring bridges to the measurement value acquisition device. The measurement value acquisition device is advantageously not attached to the rotating transmission element, but is rotationally fixed with respect to the environment. For example, it is attached to the housing of the drill motor or to the carriage.

Daher umfaßt die Signalübertragungsvorrichtung vorzugsweise Schleifringkontakte zwischen dem sich 0 drehenden Übertragungselement und der bezüglich der Anlage rotationsfesten Meßwerterfassungsvorrichtung. Die Meßsignale, werden dann, beispielsweise in Form von Spannungen, bevorzugt über elektrische Leitungen an den Dehnmeßstreifen bzw. Meßbrücken aufgenommen und an einen fest am Außenumfang des Übertragungselements angeordneten inneren Schleifring jeweils eines Schleifringkontaktes,Therefore, the signal transmission device preferably comprises slip ring contacts between the 0 rotating transmission element and the measurement value acquisition device which is rotationally fixed with respect to the system. The measurement signals are then received, for example in the form of voltages, preferably via electrical lines on the strain gauges or measuring bridges and are fed to an inner slip ring fixedly arranged on the outer circumference of the transmission element, each of a slip ring contact.

[FileiANMVSTOWB-l.DOC^ Beschreibung J 8.12.01
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Max StreicjierfembH & C.cj.'tjd3/?, ^^ [FileiANMVSTOWB-l.DOC^ Description J 8.12.01
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von diesem auf einen damit in elektrischem Kontakt stehenden äußeren Schleifring des Schleifringkontaktes und von dort über elektrische Leitungen zur Meßwerterfassungsvorrichtung übertragen. Jedem Meßsignal ist daher jeweils ein Schleifringkontakt zugeordnet, eine Spannung wird entsprechend über zwei Pole, zwei elektrische Leitungen und zwei Schleifringkontakte übertragen.from there to an outer slip ring of the slip ring contact that is in electrical contact with it and from there via electrical lines to the measured value acquisition device. Each measurement signal is therefore assigned a slip ring contact, and a voltage is transmitted accordingly via two poles, two electrical lines and two slip ring contacts.

Gleichermaßen können die Meßsignale jedoch auch per elektrischem oder optischem Leiter oder drahtlos, beispielsweise über elektromagnetische (beispielsweise Funk) oder hydrodynamische (beispielsweise Schall in der Bohrflüssigkeit im Inneren des Bohrgestänges) Wellen zur Meßwerterfassungsvorrichtung übermittelt werden. Hierzu kann die Signalübertragungsvorrichtung einen Sender im Übertragungselement und einen Empfänger bei der Meßwerter fas sungsvorrichtung umfassen, wobei der Sender die von den Dehnmeßstreifen gelieferten Meßsignale umwandelt und an den Empfänger überträgt, der sie wiederum an die Meßwerterfassungsvorrichtung übermittelt. Somit können beispielsweise die Meßsignale einer Vorrichtung erfaßt werden, die am Bohrkopf angeordnet ist. Hierzu werden die Spannungen der Dehnmeßanordnung auf dem Übertragungselement, das zwischen Bohrkopf und Bohrgestänge befestigt ist, vom Sender der Signalübertragungsvorrichtung erfaßt, in Schallsignale umgewandelt und diese in Bohrflüssigkeit abgestrahlt, die durch das Innere des Bohrgestänges strömt. Ein Empfänger am Ende des Bohrgestänges erfaßt 0 diese Schallsignale in der Bohrflüssigkeit und gibt sie an die Meßwerterfassungsvorrichtung weiter.However, the measurement signals can also be transmitted to the measurement recording device via an electrical or optical conductor or wirelessly, for example via electromagnetic (for example radio) or hydrodynamic (for example sound in the drilling fluid inside the drill rod) waves. For this purpose, the signal transmission device can comprise a transmitter in the transmission element and a receiver in the measurement recording device, whereby the transmitter converts the measurement signals supplied by the strain gauges and transmits them to the receiver, which in turn transmits them to the measurement recording device. In this way, for example, the measurement signals of a device arranged on the drill head can be recorded. For this purpose, the voltages of the strain gauge arrangement on the transmission element, which is attached between the drill head and the drill rod, are recorded by the transmitter of the signal transmission device, converted into sound signals and these are emitted into drilling fluid that flows through the interior of the drill rod. A receiver at the end of the drill rod detects these sound signals in the drilling fluid and transmits them to the data acquisition device.

Die Spannungsquellen für die einzelnen Dehnmeßstreifen bzw. die Schaltungen können direkt, beispielsweise in Form von Batterien, Akkumulatoren etc. auf dem Übertragungselement angeordnet sein. Gleichermaßen können dieThe voltage sources for the individual strain gauges or the circuits can be arranged directly on the transmission element, for example in the form of batteries, accumulators, etc. Likewise, the

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MaxStreicSerfejnbJH&CcjVclaf?, 94469

Spannungen analog zu den Meßsignalen mittels Schleifringkontakten von außen auf das Übertragungselement und mittels elektrischer Leitungen auf dem Übertragungselement an die einzelnen Pole der Schaltungen angelegt sein.Voltages analogous to the measuring signals can be applied from the outside to the transmission element by means of slip ring contacts and to the individual poles of the circuits by means of electrical lines on the transmission element.

Von der Meßwerterfassungsvorrichtung werden die Meßwerte zu einer Auswertevorrichtung übertragen. Diese Übertragung kann beispielsweise über elektrische oder optische Leiter, aber auch drahtlos, beispielsweise mittels Infrarot, Radiosignalen oder dergleichen übertragen werden.The measured values are transmitted from the measurement acquisition device to an evaluation device. This transmission can be carried out via electrical or optical conductors, for example, but also wirelessly, for example by means of infrared, radio signals or the like.

Die Auswertevorrichtung kann bezüglich des Schiittens, der Grundfläche oder der Umgebung fest oder auch mobil sein und umfaßt vorzugsweise einen Computer bzw. ein Laptop mit geeigneten Datenschnittstellen und Verarbeitungssoftware. The evaluation device can be fixed or mobile with respect to the slide, the base area or the environment and preferably comprises a computer or a laptop with suitable data interfaces and processing software.

Die Meßsignale können in der Meßwerterfassungsvorrichtung und/oder in der Auswertevorrichtung weiterverarbeitet werden. Beispielsweise können die analogen Spannungswerte digitalisiert, gefiltert, gespeichert, optisch und/oder akkustisch dargestellt, analysiert bzw. einer Überlastüberwachung oder Regelung zugeführt werden. In einer Überlastüberwachung, die in der Auswertevorrichtung implementiert sein kann, wird überprüft, ob ein Wert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und eine entsprechende Reaktion auslöst, beispielsweise ein Warn-0 signal oder dergleichen. In einer automatischen Regelung werden die Ist-Werte mit Soll-Werten verglichen und aufgrund der Differenz zwischen Soll- und Ist-Werten entsprechende Steuerbefehle gegeben, beispielsweise der Druck in einem Hydraulikmotor verändert, bis ein vorgege-5 benes Drehmoment und/oder eine vorgegebene Vorschubkraft erreicht wird. Dabei können je nach Anordnung des Über-The measurement signals can be further processed in the measurement value acquisition device and/or in the evaluation device. For example, the analog voltage values can be digitized, filtered, stored, displayed optically and/or acoustically, analyzed or fed into an overload monitor or control system. In an overload monitor, which can be implemented in the evaluation device, it is checked whether a value exceeds a specified limit value and triggers a corresponding reaction, for example a warning signal or the like. In an automatic control system, the actual values are compared with target values and corresponding control commands are given based on the difference between the target and actual values, for example the pressure in a hydraulic motor is changed until a specified torque and/or a specified feed force is reached. Depending on the arrangement of the overload monitor, the

[File:ANM\ST04Q7B4.DOC] Beschreibung 18.12.01[File:ANM\ST04Q7B4.DOC] Description 18.12.01

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tragungselements beispielsweise die von den Motoren aufzubringenden Lasten oder die am Bohrkopf aufzubringenden Lasten, die den Kräften und Momenten auf die Schnittfläche entsprechen, geregelt werden. 5For example, the loads to be applied by the motors or the loads to be applied to the drill head, which correspond to the forces and moments on the cutting surface, can be regulated by the load-bearing element. 5

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den Ausführungsbeispielen. Im Ausführunsgbeispiel wird exemplarisch die Anordnung des Übertragungselements zwischen Abtriebswelle eines hydraulischen Drillmotors und dem hinteren Ende des Bohrgestänges erläutert.Further features, advantages and advantageous embodiments emerge from the subclaims and the embodiments. In the embodiment, the arrangement of the transmission element between the output shaft of a hydraulic drill motor and the rear end of the drill rod is explained as an example.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Erdbohrmaschine mit einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht;Fig. 1 shows an earth drilling machine with an embodiment of the device according to the invention in side view;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Teilquerschnitt; und 20Fig. 2 is an enlarged view of the embodiment of the device according to the invention in partial cross-section; and 20

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Teil der Dehnmeßanordnung und den Schleifringkontakten.Fig. 3 is an enlarged view of a part of the device according to the invention with a part of the strain gauge arrangement and the slip ring contacts.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt eine Erdbohrmaschine 100 zur Horizontalbohrung eine Grundfläche 101, das sogenannte Rig, und einen darauf durch einen hydraulischen Vorschubmotor 102 in Längsrichtung verschieblichen Schlitten 103. Zur LängsVerschiebung ist der hydraulische Vorschubmotor 0 102 beispielsweise ein auf dem Schlitten befestigter hydraulischer Drehmotor, auf dessen Abtriebswelle ein Zahnrad befestigt ist, das mit einer auf der Grundfläche 101 befestigten Zahnstange kämmt. Durch Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung des hydraulischen Vorschubmotors wird 5 der Schlitten 103 auf der Grundfläche 101 vorwärts oder rückwärts bewegt. Auf dem Schlitten ist ein hydraulischerAs shown in Fig. 1, an earth drilling machine 100 for horizontal drilling comprises a base 101, the so-called rig, and a carriage 103 which can be moved longitudinally thereon by a hydraulic feed motor 102. For longitudinal displacement, the hydraulic feed motor 102 is, for example, a hydraulic rotary motor mounted on the carriage, on whose output shaft a gear is mounted which meshes with a rack mounted on the base 101. By rotating the hydraulic feed motor forwards or backwards, the carriage 103 is moved forwards or backwards on the base 101. A hydraulic

[File:ANM\ST0407B4.DOC] Beschreibung 18.12_;01 [File:ANM\ST0407B4.DOC] Description 18.12 _; 01

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Drillmotor 104 befestigt, dessen Abtriebswelle 104a mit der Längsachse des Bohrgestänges 105 fluchtet. Zur besseren Übersichtlichkeit ist ein normalerweise vorhandenes Getriebe, bestehend aus einem Planetengetriebe und nachgeschaltetem Strinradgetriebe, hier nicht dargestellt, so daß die Abtriebswelle zugleich die Ausgangswelle 104a des hydraulischen Drillmotors ist. Das Bohrgestänge 105 besteht aus mehreren, an ihren Enden miteinander verschraubten Segmenten 105-i mit i=l, 2 etc. Das hinterste Segment 105-1 wird durch ein Lager 106 radial abgestützt und kann in diesem Lager auch drehfest geklemmt werden. Zwischen dem hydraulischen Drillmotor 104 und dem hintersten Segment 105-1 des Bohrgestänges 105 ist ein Übertragungselement 10 angeordnet.Drill motor 104 is attached, the output shaft 104a of which is aligned with the longitudinal axis of the drill rod 105. For better clarity, a normally present gear consisting of a planetary gear and a downstream spur gear is not shown here, so that the output shaft is also the output shaft 104a of the hydraulic drill motor. The drill rod 105 consists of several segments 105-i with i=l, 2 etc. screwed together at their ends. The rearmost segment 105-1 is supported radially by a bearing 106 and can also be clamped in this bearing in a rotationally fixed manner. A transmission element 10 is arranged between the hydraulic drill motor 104 and the rearmost segment 105-1 of the drill rod 105.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Erfindung ein rohrförmiges Übertragungselement 10 und eine Dehnmeßanordnung 20.According to Fig. 2, the invention comprises a tubular transmission element 10 and a strain gauge arrangement 20.

Das Übertragungselement 10 weist an seinem hinteren Ende an seinem inneren Umfang ein Innengewinde 11 auf, das mit einem entsprechenden Außengewinde auf der Abtriebswelle 104a des hydraulischen Drillmotors 104 verschraubt ist. An seinem vorderen Ende ist in analoger Weise das hintere Ende des letzten Bohrgestängesegments 105-1 befestigt, d.h. das Segment 105-1 weist an seinem hinteren Ende ein Innengewinde auf, das dem Innengewinde 11 des Übertragungselements entspricht, und das Übertragungselement weist an seinem vorderen Ende ein Außengewinde auf, das dem Außengewinde am vorderen Ende der 0 Antriebswelle 104a des hydraulischen Drillmotors 104 entspricht (nicht näher dargestellt). Dadurch kann das Übertragungselement problemlos bei bestehenden Erdbohrmaschinen verwendet werden, indem es wie ein (kurzes) zusätzliches Bohrgestängesegment verschraubt wird.The transmission element 10 has an internal thread 11 on its rear end on its inner circumference, which is screwed to a corresponding external thread on the output shaft 104a of the hydraulic drill motor 104. The rear end of the last drill rod segment 105-1 is attached to its front end in an analogous manner, i.e. the segment 105-1 has an internal thread on its rear end that corresponds to the internal thread 11 of the transmission element, and the transmission element has an external thread on its front end that corresponds to the external thread on the front end of the drive shaft 104a of the hydraulic drill motor 104 (not shown in more detail). This means that the transmission element can easily be used in existing earth drilling machines by screwing it like a (short) additional drill rod segment.

[File:ANM\ST0407B4.DOC] Beschreibung 18.12.01
Gebrauchs&fti^Srifneldung. .**. .'. .**. .". | _p j*[File:ANM\ST0407B4.DOC] Description 18.12.01
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Die Dehnmeßanordnung 20 umfaßt vier über den Umfang verteilte identische Teilanordnungen von je sechs Dehnmeßstreifen, von denen eine Teilanordnung im Teilschnitt der Fig. 2 veranschaulicht ist. Die übrigen identischen Teilanordnungen sind redundant und dienen der Absicherung der Meßwerte bzw. als Ersatz bei Ausfall einer Teilanordnung. Im folgenden wird daher eine erfindungsgemäße Dehnmeßanordnung 2 0 anhand der in Fig. 2 gezeigten Teilanordnung erläutert.The strain gauge arrangement 20 comprises four identical sub-arrangements distributed over the circumference, each with six strain gauges, of which one sub-arrangement is illustrated in the partial section in Fig. 2. The other identical sub-arrangements are redundant and serve to safeguard the measured values or as a replacement in the event of a sub-arrangement failing. In the following, a strain gauge arrangement 20 according to the invention is therefore explained using the sub-arrangement shown in Fig. 2.

Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, umfaßt die Dehnmeßanordnung 20 zwei unter 45° nach oben zur Längsachse des Übertragungselements 10 geneigte Dehnmeßstreifen 21 bzw. 23, zwei unter 45° nach unten zur Längsachse des Übertragungselements 10 geneigte Dehnmeßstreifen 22 bzw. 24, einen parallel zur Längsachse angeordneten Dehnmeßstreifen 25 und einen senkrecht zur Längsachse angeordneten Dehnmeßstreifen 26, die sämtlich auf den Außenumfang des Übertragungselements 10 geklebt sind. Zum Schutz der 0 Dehnmeßanordnungen vor den Umgebungsbedingungen (Schmutz, Stöße etc.) ist das Übertragungselement 10 außen mit einer Abdeckung 12 verkleidet, die die Dehnmeßanordnung 20 bedeckt. Zwischen Übertragungselement 10 und Abdeckung 12 ist eine Klebeschicht 13 vorhanden, in die die Dehnmeßanordnung 2 0 eingebettet ist und mit der die Abdeckung 12 am Übertragungselement 10 befestigt ist.As shown in particular in Fig. 3, the strain gauge arrangement 20 comprises two strain gauges 21 and 23 inclined at 45° upwards to the longitudinal axis of the transmission element 10, two strain gauges 22 and 24 inclined at 45° downwards to the longitudinal axis of the transmission element 10, a strain gauge 25 arranged parallel to the longitudinal axis and a strain gauge 26 arranged perpendicular to the longitudinal axis, all of which are glued to the outer circumference of the transmission element 10. To protect the strain gauge arrangements from the ambient conditions (dirt, impacts, etc.), the transmission element 10 is lined on the outside with a cover 12 which covers the strain gauge arrangement 20. Between the transmission element 10 and the cover 12 there is an adhesive layer 13 in which the strain gauge arrangement 20 is embedded and with which the cover 12 is fastened to the transmission element 10.

Die vier geneigt angeordneten Dehnmeßstreifen 21, 22, 23 und 24 sind als Vollbrücke miteinander verschaltet und dienen zur Messung eines Torsionsmoments im Übertragungselement 10. Der parallele Dehnmeßstreifen 25 und der senkrechte Dehnmeßstreifen 26 sind als Halbbrücke geschaltet und dienen zur Messung von Zug-/Druckkräften im Übertragungselement 10. An die Meßbrücke ist jeweils mittels eines Akkumulators eine geeignete Speisespannung angelegt (nicht näher dargestellt).The four inclined strain gauges 21, 22, 23 and 24 are connected to one another as a full bridge and are used to measure a torsional moment in the transmission element 10. The parallel strain gauge 25 and the vertical strain gauge 26 are connected as a half bridge and are used to measure tensile/compressive forces in the transmission element 10. A suitable supply voltage is applied to the measuring bridge by means of an accumulator (not shown in detail).

[File:ANM\ST0407B4.DOC] Beschreibung J8.1Z01[File:ANM\ST0407B4.DOC] Description J8.1Z01

Gebrauchfrist Jt4nmeldM*n3 J!*! '&iacgr;&iacgr;&iacgr;
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Die Meßsignale der Dehnmeßanordnung 20 werden über eine Signalübertragungsvorrichtung 3 0 zu einer Meßwerterfassungsvorrichtung 40 übertragen. Die Signalübertragungsvorrichtung 30 umfaßt für jedes zu übertragende Spannungssignal I je zwei erste elektrische Leitungen 31-I, 32-1, je zwei Schleifringkontakte 33-1, 34-1 und je zwei zweite elektrische Leitungen 35-1, 36-1. Jeder der Schleifringkontakte 33-1 bzw. 34-1 umfaßt je einen inneren Schleifring 33a-I bzw. 34a-I, der jeweils auf dem Übertragungselement befestigt ist und mit der ersten elektrischen Leitung 31-1 bzw. 32-1 elektrisch verbunden ist, und je einen äußeren Schleifring 33b-I bzw. 34b-I, der mit der zweiten elektrischen Leitung 35-1 bzw. 36-1 elektrisch verbunden ist. Innerer Schleifring 33a-I bzw. 34a-I und äußerer Schleifring 33b-I und 34b-I sind in elektrischem Kontakt zueinander. Der Übersichtlichkeit halber sind lediglich die Vorrichtungen zur Übertragung des Spannungssignals der Vollbrücke dargestellt.The measurement signals of the strain gauge arrangement 20 are transmitted to a measurement value acquisition device 40 via a signal transmission device 30. The signal transmission device 30 comprises, for each voltage signal I to be transmitted, two first electrical lines 31-I, 32-1, two slip ring contacts 33-1, 34-1 and two second electrical lines 35-1, 36-1. Each of the slip ring contacts 33-1 and 34-1 comprises an inner slip ring 33a-I and 34a-I, respectively, which is fastened to the transmission element and is electrically connected to the first electrical line 31-1 and 32-1, respectively, and an outer slip ring 33b-I and 34b-I, respectively, which is electrically connected to the second electrical line 35-1 and 36-1, respectively. The inner slip ring 33a-I or 34a-I and the outer slip ring 33b-I and 34b-I are in electrical contact with each other. For the sake of clarity, only the devices for transmitting the voltage signal of the full bridge are shown.

Die Schleifringe 33a-I, 33b-I, 34a-I, 34b-I befinden sich gemäß Fig. 3 in unmittelbarer Nähe der Dehnmeßanordnung 20, können aber auch außerhalb des Übertragungselements 10 angeordnet sein, vorzugsweise angrenzend an das hintere Ende des Übertragungselements 10. Auch kann ein Schleifring, vorzugsweise der ortsfeste äußere Schleifring, durch Kontaktbürsten ersetzt sein, die mit dem anderen Schleifring in elektrischem Kontakt sind.The slip rings 33a-I, 33b-I, 34a-I, 34b-I are located in the immediate vicinity of the strain gauge arrangement 20 according to Fig. 3, but can also be arranged outside the transmission element 10, preferably adjacent to the rear end of the transmission element 10. Also, a slip ring, preferably the stationary outer slip ring, can be replaced by contact brushes which are in electrical contact with the other slip ring.

Die zweiten elektrischen Leitungen 35-1 bzw. 36-1 sind elektrisch mit Eingangsschnittstellen 41-1 bzw. 42-1 der Meßwerterfassungsvorrichtung 4 0 verbunden. Dadurch werden in der Meßwerterfassungsvorrichtung 4 0 die Spannungssignale I erfaßt. Die analogen Spannungssignale I 5 werden in digitale Werte umgewandelt, die, wie Fig. 1 zeigt, durch Kabel zu einer Auswertevorrichtung 5 0 über-The second electrical lines 35-1 and 36-1 are electrically connected to input interfaces 41-1 and 42-1 of the measurement value acquisition device 4 0. As a result, the voltage signals I are acquired in the measurement value acquisition device 4 0. The analog voltage signals I 5 are converted into digital values which, as shown in Fig. 1, are transmitted by cable to an evaluation device 5 0.

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tragen werden. Die Übertragung kann in geeigneter Weise auch drahtlos erfolgen.The transmission can also be carried out wirelessly if appropriate.

Die Auswertevorrichtung 5 0 umfaßt einen Computer 51 mit entsprechender Auswertesoftware, der aus den von der Meßwerterfassungsvorrichtung 40 übertragenen digitalen Spannungswerten in bekannter Weise Verformungen und daraus die im Übertragungselement 10 wirkenden Lasten, insbesondere die Längskraft (Zug/Druck) und das Torsionsmoment, ermittelt. Hierzu werden aus den Spannungsänderungen die Widerstandsänderungen, aus den Widerstandsänderungen die Dehnungen der Dehnmeßstreifen und aus den Dehnungen die Kräfte und Momente im Übertragungselement berechnet. Die Umrechnungen finden sich in Tabellenwerken und Standardwerken, wobei bestimmte Parameter auch anhand einer Eichmessung der Dehnmeßanordnung 20 ermittelt und im Computer 51 abgespeichert werden können.The evaluation device 50 comprises a computer 51 with corresponding evaluation software, which determines deformations in a known manner from the digital voltage values transmitted by the measurement value acquisition device 40 and from this the loads acting in the transmission element 10, in particular the longitudinal force (tension/pressure) and the torsional moment. For this purpose, the resistance changes are calculated from the voltage changes, the strains of the strain gauges from the resistance changes and the forces and moments in the transmission element from the strains. The conversions can be found in tables and standard works, whereby certain parameters can also be determined using a calibration measurement of the strain gauge arrangement 20 and stored in the computer 51.

Die so ermittelten Vorschubkräfte und Drehmomente, die zwischen der Abtriebswelle 104a des hydraulischen Drillmotors 104 und dem Bohrgestänge 105 wirken, können, wie oben dargelegt, auf verschiedene Weise weiterverarbeitet werden.The feed forces and torques thus determined, which act between the output shaft 104a of the hydraulic drill motor 104 and the drill rod 105, can be further processed in various ways, as explained above.

Die momentanen Ist-Werte für Vorschubkraft und Drehmoment können auf dem Computer 51 graphisch dargestellt werden. Das Bedienpersonal kann dann die Hydraulikdrücke des hydraulischen Vorschubmotors 102 bzw. des hydraulischen Drillmotors 104 entsprechend so steuern, daß die 0 gewünschten Soll-Werte für Vorschubkraft und Drehmoment erreicht werden. Diese Regelung kann auch automatisch durch den Computer 51 erfolgen.The current actual values for feed force and torque can be graphically displayed on the computer 51. The operating personnel can then control the hydraulic pressures of the hydraulic feed motor 102 or the hydraulic drill motor 104 accordingly so that the desired target values for feed force and torque are achieved. This control can also be carried out automatically by the computer 51.

Des weiteren können zur Dokumentation und Analyse des Bohrvorgangs die Werte über der Zeit aufgezeichnet und abgespeichert werden, beispielsweise für einen bestimmtenFurthermore, for documentation and analysis of the drilling process, the values can be recorded and stored over time, for example for a specific

[File:ANM\ST04Q784.DOC] Beschreibung 18.12.01
Gebrauchs^iJät^rVhrneldvT)^. ."*. .'. .". .**. ·,;*)·· \ \ ". [File:ANM\ST04Q784.DOC] Description 18.12.01
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Zeitbereich oder den gesamten Bohrvorgang. Die Last-Zeitverläufe können auch graphisch am Computer 51 dargestellt werden, wobei zusätzlich kritische Bereich markiert werden können.
5Time range or the entire drilling process. The load-time curves can also be displayed graphically on the computer 51, whereby critical areas can also be marked.
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Das so ermittelte, tatsächliche momentan wirkende Torsionsmoment kann vorteilhaft auch dazu verwendet werden, beim Einsetzen eines neuen Segments in das Bohrgestänge dieses mit einem vorgegebenen definierten Anzugsmoment zu verschrauben.The actual, instantaneous torsional moment determined in this way can also be used advantageously to screw a new segment into the drill rod with a predetermined, defined tightening torque when inserting it.

GebrauchsiFßsietälVrielduflg. ··, .: ·"::'*: · . ;'.*. '\ \ &iacgr; *&idigr;Use the function "return" to the original. ··, .: ·"::'*: · . ;'.*. '\ \ &iacgr;*&idigr;

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Claims

1. Device for measuring at least one force and/or one moment acting at a point between the front end of a drill rod ( 105 ) of an earth drilling machine ( 100 ) facing the drill head and the output shaft ( 104 a) of a drill motor ( 104 ), in particular a hydraulic drill motor, the device comprising:
a transmission element ( 10 ), with
a rear end which can be fastened to the output shaft ( 104a ) of the drill motor, to a load-transmitting shaft of a gearbox of the drill motor, in particular the output shaft of a drill drive unit, and/or to a front end of a segment of the drill rod, and
a front end which can be fastened to a load-transmitting shaft of a gearbox of the drill motor, a rear end of a segment of the drill rod and/or to a tool which can be fastened to the drill rod, in particular to a drill head, an expansion tool or a swivel, and
a strain gauge arrangement ( 20 ) attached to the transmission element ( 10 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the strain gauge arrangement ( 20 ) comprises one or more strain gauges ( 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 ) fastened to the transmission element ( 10 ) and a signal transmission device ( 30 ).

3. Device according to claim 2, characterized in that suitable voltages are applied to the strain gauges ( 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 ) and measurement signals corresponding to resistance changes of the strain gauges ( 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 ) are transmitted from the signal transmission device ( 30 ) to a measurement value acquisition device ( 40 ) and from there to an evaluation device ( 40 ).

4. Device according to claim 3, characterized in that in the evaluation device ( 50 ) the forces acting in the transmission element ( 10 ), in particular tensile/compressive forces, and/or moments, in particular torsional moments, are determined from the measuring signals.

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the evaluation device ( 50 ) comprises a monitoring device which detects the exceeding of certain limit values in the measurement signals or the determined forces and/or moments.

6. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the evaluation device ( 50 ) comprises a device for automatically controlling or regulating at least one motor, in particular a hydraulic motor, by controlling or regulating the pumps and/or control blocks of the earth drilling machine ( 100 ), which uses the measurement signals or the determined forces and/or moments as actual values for feed force and/or torque.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rear end of the transmission element ( 10 ) can be permanently connected to the output shaft ( 104a ) of the drill motor, a load-transmitting shaft of a gearbox of the drill motor, in particular the output shaft of the drill drive unit, or a front end of a segment of the drill rod.

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rear end of the transmission element is detachably connectable to the output shaft ( 104a ) of the drill motor, a load-transmitting shaft of a gearbox of the drill motor, in particular the output shaft of the drill drive unit, or a front end of a segment of the drill rod.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the transmission element ( 10 ) is at least partially designed in the form of a tube.

10. Device according to one of claims 2 to 9, characterized in that at least one strain gauge ( 21 , 22 , 23 , 24 ) is arranged at 45° to the longitudinal axis of the transmission element ( 10 ).

11. Device according to one of claims 2 to 9, characterized in that at least one strain gauge ( 25 ) is arranged parallel to the longitudinal axis of the transmission element ( 10 ).

12. Device according to one of claims 2 to 9, characterized in that at least one strain gauge ( 26 ) is arranged perpendicular to the longitudinal axis of the transmission element ( 10 ).

13. Device according to one of claims 2 to 12, characterized in that at least one strain gauge is arranged in a measuring bridge.

14. Device according to one of claims 2 to 12, characterized in that at least two strain gauges are arranged in a half-bridge.

15. Device according to one of claims 2 to 12, characterized in that at least four strain gauges are arranged in a full bridge.

16. Device according to one of claims 2 to 15, characterized in that the signal transmission device ( 30 ) comprises at least one slip ring contact (33-I, 34-I) which comprises an inner slip ring (33a-I, 34a-I) arranged fixedly on the outer circumference of the transmission element ( 10 ) and an outer slip ring (33b-I, 34b-I) which is in electrical contact therewith and which is rotationally fixed with respect to the measured value acquisition device ( 40 ), and in that the inner slip ring (33a-I, 34a-I) is electrically connected to at least one strain gauge and the outer slip ring (33b-I, 34b-I) is electrically connected to the measured value acquisition device ( 40 ).

17. Device according to one of claims 2 to 15, characterized in that the signal transmission device ( 40 ) comprises at least one slip ring contact (33-I, 34-I) which comprises a slip ring (33a-I, 34a-I) arranged fixedly on the outer circumference of the transmission element ( 10 ) and grinding brushes which are in electrical contact therewith and which are rotationally fixed with respect to the measured value acquisition device ( 40 ), and in that the slip ring (33a-I, 34a-I) is electrically connected to at least one strain gauge and the grinding brushes are electrically connected to the measured value acquisition device ( 40 ).

18. Device according to one of claims 3 to 17, characterized in that the measurement signals are transmitted from the measurement value acquisition device ( 40 ) to the evaluation device via electrical or optical conductors or wirelessly.

19. Device according to one of claims 2 to 18, characterized in that the evaluation device ( 50 ) comprises a computer ( 51 ) or a laptop with suitable data interfaces and processing software.

20. . Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal transmission device comprises a transmitter and a receiver, wherein
the transmitter detects measuring signals from the strain gauge arrangement ( 20 ) and transmits them to the receiver and
the receiver transmits these measuring signals to the measured value acquisition device ( 40 ).

21. Device according to claim 20, characterized in that the transmission between transmitter and receiver takes place by means of an electrical and/or optical conductor.

22. Device according to claim 20, characterized in that the transmission between transmitter and receiver is wireless, in particular by means of sound, ultrasound, infrared or radio signals.

23. Device for measuring forces and/or moments acting at different points between the front end of a drill rod ( 105 ) of an earth drilling machine ( 100 ) facing the drill head and the output shaft ( 104a ) of a drill motor ( 104 ), in particular a hydraulic drill motor, characterized in that it comprises several devices according to one of the preceding claims, which are arranged at different points between the front end of the drill rod ( 105 ) and the output shaft ( 104a ) of the drill motor ( 104 ).