Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung für die Erstellung von Rohrleitungen, vorzugsweise von Kanalisationsrohren, mit einem vorantreibbaren, in einem Maschinenrohr drehbar gelagerten Fräskopf, welcher eine Bohrung durch stirnseitiges Abfräsen von Erdmaterial erzeugt und Rohre hinter dem Fräskopf in die Bohrung einschiebbar sind.
Bei einer gattungsmässigen Mikrotunneling-Vorrichtung nach der EP-A1-0 574 187 weist die Bohrvorrichtung einen in einem Maschinenrohr drehangetriebenen Scheibenfräser auf, welcher an der Stirnseite mit Fräserschneiden und zudem mit Rollschneiden versehen ist. Mit einem solchen Scheibenfräser lassen sich Bohrungen bei verschiedenen Bodenverhältnissen durchführen. Nachteilig ist jedoch, dass bei kiesigem Erdmaterial, bei dem dieses vor nehmlich aus relativ kleinen Steinen zusammengesetzt ist, die Steine vom Scheibenfräser mitgenommen werden und ein Abfräsen damit praktisch verunm²glicht wird. Um die Bohrvorrichtung in einem solchen Fall wieder aus dem Boden herausnehmen zu k²nnen, muss an der betreffenden Stelle ein Loch gegraben werden.
Dies ist mit viel Aufwand verbunden und der mit diesem sogenannten Mikrotunneling erzielte Vorteil, dass bei der Verlegung einer Rohrleitung kein Graben errichtet werden muss, geht unter diesen Umständen verloren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bohrvorrichtung nach der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, mittels der sich auch kiesartiges oder ähnliches Erdmaterial abfräsen lässt, ohne dass die Bohrvorrichtung in ihrem Aufbau bedeutend aufwendiger gestaltet werden müsste. Darüber hinaus soll mit ihr ein sicherer und zuverlässiger Betrieb gewährleistet sein.
Erfindungsgemäss ist die Aufgabe dadurch gel²st, dass eine Injektionseinrichtung mit einer sich durch den Fräskopf erstreckenden Einspritzlanze vorgesehen ist, welche dazu bestimmt ist, in das vor dem Fräskopf befindliche Erdmaterial, insbesondere Lockergestein, selbstverfestigendes Material einzuspritzen.
Mit dieser erfindungsgemässen Bohrvorrichtung k²nnen ohne Weiteres kieshaltige Erdmaterialien durchbohrt werden, die mit einer herk²mmlichen Bohrvorrichtung zu einem unüberwindbaren Hindernis führten. Zudem lässt sich eine solche Injektionseinrichtung mit einfachen Mitteln in eine Bohrvorrichtung integrieren.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Bohrvorrichtung mit einer Injektionseinrichtung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Ersetzen eines bestehenden Rohres,
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Führungseinheit der Vorrichtung gemäss der Linie II-II nach Fig. 2,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Führungseinheit der Vorrichtung gemäss der Linie III-III nach Fig. 2,
Fig. 5 einen Querschnitt unmittelbar vor dem Fräskopf der Vorrichtung gemäss der Linie IV-IV nach Fig. 2 und
Fig. 6 einen Querschnitt unmittelbar hinter dem Fräskopf gemäss der Linie V-V nach Fig. 2 mit einer Variante einer Steuereinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Bohrvorrichtung 10, mittels der eine Bohrung 16 in einem Boden erzeugt wird, in welche eine Rohrleitung mit Rohren 12 eingestossen wird. Mit dieser Bohrvorrichtung werden hauptsächlich Abwasser-Kanalisationsrohre, Hausanschlussrohre und weitere nicht begehbare Kanalrohre verlegt. Die nähere Ausbildung der Bohrvorrichtung ist nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 beschrieben. Diese Bohrvorrichtung 10 weist einen in einem Maschinenrohr 25 drehbar gelagerten Fräskopf 20 auf, welcher die Bohrung 16 durch stirnseitiges Abfräsen des Erdmaterials 15 erzeugt und unmittelbar hinter dem Fräskopf 20 Rohre 12 in diese Bohrung 16 eingeschoben werden.
Erfindungsgemäss ist eine Injektionseinrichtung 70 mit einer sich durch den Fräskopf 20 erstreckenden Einspritzlanze 72 vorgesehen, welche dazu bestimmt ist, in das vor dem Fräskopf 20 befindliche Erdmaterial 15, insbesondere Lockergestein 15 min , 15 min min selbstverfestigendes Material einzuspritzen. Diese Injektionseinrichtung 70 weist eine Einspritzlanze 72 auf, die in dem den Fräskopf 20 drehbar lagernden Maschinenrohr 25 gehalten ist. Die Einspritzlanze 72 ist dabei an eine Versorgungsleitung 73 angeschlossen, welche sich durch die erstellte Rohrleitung 12 erstreckt und von ausserhalb der Bohrung 16 mit einem das selbstverfestigende Material liefernden, nicht näher gezeigten Aggregat verbunden ist.
Dieses Aggregat weist einen Behälter auf, in dem dieses Material, wie beispielsweise Zement, präpariert und mittels einer Pumpe durch die Versorgungsleitung 73 und durch die mit mehreren \ffnungen 74 versehene Einspritzlanze 72 in das Lockergestein 15 min , 15 min min mit dem notwendigen Druck gepresst wird. Die Einspritzlanze 72 ist längsverschiebbar in einem Verbindungselement 34 gehalten, welches im Innern des Maschinenrohrs 25 fixiert ist. Das Verbindungselement 34 seinerseits ist in einer Hülse 77 ebenfalls längsverschiebbar oder fest gehalten, wobei die Hülse 77 über einen oder mehrere Stege 76 am Maschinenrohr 25 befestigt ist.
Die Einspritzlanze 72 kann durch eine ausserhalb der Bohrung 16 erfolgende Axialbewegung der ihr zugeh²rigen Versorgungsleitung 73 nach vorne in eine Einspritzposition gestossen oder in das Verbindungselement 34 in eine Ausgangsposition zurückgezogen werden. Die Versorgungsleitung 73 ist vorteilhaft in einer Hülle 78 geführt, welche von einer angedeuteten F²rderschnecke 60 im Zentrum derselben gehalten ist. Die Lanze 72 ist am vorderen Ende mit einer Spitze versehen, welche mit Schneidzähnen versehen sein k²nnte.
Der Druck des von der Einspritzlanze 72 injizierten Zementes soll eine solche Stärke aufweisen, dass das aus dieser austretende zähflüssige Material vorzugsweise die zwischen den Ger²llen 15 min gebildeten Leerräume 15 min min bis annähernd zum Aussendurchmesser des Fräskopfes 20 vollständig füllt. Nachdem eine bestimmte Menge, die sich aus Erfahrungswerten ermitteln lässt, durch diese Einrichtung geblasen worden ist, k²nnen die Lanze 72 und deren \ffnungen 74 dann gegebenenfalls mit Wasser gereinigt und in die Ausgangsposition zurückgezogen werden. Sie liesse sich aber auch ganz nach hinten aus der Rohrleitung 12 herausziehen. Wenn folglich das Lockergestein vor dem Fräskopf 20 mit dem Zement gefüllt und letzterer ausgehärtet ist, kann das zu einem Block erstarrte Lockergestein von dem in Richtung der Drehachse mit einem Vorschub versehenen Fräskopf 20 abgetragen werden.
Das mit diesem Fräsvorgang entstehende zerkleinerte Material wird durch den Fräskopf und durch die F²rderschnecke 60 nach hinten aus der Rohrleitung 12 wegtransportiert.
Die Einspritzlanze k²nnte selbstverständlich auch als im Fräskopf 20 feste Düse ausgebildet sein, welche im Prinzip zum Fräskopf nur geringfügig vorstehen muss.
Fig. 2 zeigt die Bohrvorrichtung 10, bei der das neue Rohr 12 gegenüber einem alten Rohr mit einem gleichen oder aber häufiger mit einem gr²sseren Durchmesser versehen wird. Diese Vorrichtung 10 besteht dabei im Wesentlichen aus einem Maschinenrohr 25, einem an dessen Vorderseite achsgleich drehbar gelagerten Fräskopf 20, einer Zentriereinheit 30, einer das Maschinenrohr 25 führenden Steuereinrichtung 50 sowie einer F²rderschnecke 60, mittels der das abgearbeitete Material aus dem Rohr bef²rdert wird. Ferner sind für diese Vorrichtung 10 eine nicht näher gezeigte Versorgungs- und eine Steuereinheit vorgesehen, die sich ausserhalb des Rohres über dem Boden befinden, mittels denen die Vorrichtung gesteuert und angetrieben wird.
Bei dieser Ausführung erstreckt sich anstelle einer Injektionseinrichtung eine Zentriereinheit 30 durch den Fräskopf 20 hindurch, die mit dem diesen Fräskopf 20 drehbar lagernden Maschinenrohr 25 verbunden ist. Diese Zentriereinheit 30 weist einen hohlzylindrischen Zentrierk²rper 32 und ein diesen zum Fräskopf 20 radial einstellbares Verschiebeorgan 33 auf, wobei der Aussendurchmesser des Zentrierk²rpers 32 und der Innendurchmesser des abzubauenden Rohres 11 annähernd gleich sind. Die starre Verbindung der Zentriereinheit 30 mit dem Maschinenrohr 25 ist über ein Verbindungselement 34 bewerkstelligt, welches exzentrisch an der Zentriereinheit 30 befestigt ist, sich koaxial durch den Fräskopf erstreckt, unmittelbar nachfolgend radial nach aussen abgewinkelt und danach im Innern des Maschinenrohrs 25 fixiert ist.
Im Grunde genommen k²nnte die Zentriereinheit 30 auch koaxial am Verbindungselement 34 befestigt sein. Mit der dargestellten exzentrischen Befestigung ist jedoch ein sohlengleiches Verlegen des neuen Rohres 12 zum alten m²glich, d.h., das untere Niveau des Rohrinnern ist vom alten zum neuen gr²sseren identisch, was in der Praxis sehr vorteilhaft ist. Dieses Verbindungselement 34 ist vorzugsweise fest mit dem Maschinenrohr 25, dagegen mit der Zentriereinheit 30 über ein l²sbares Befestigungsmittel verbunden, damit diese Zentriereinheit problemlos weggenommen werden kann, beispielsweise, um eine andere gr²ssere Zentriereinheit - einem andern Durchmesser des Rohres 12 angepasste - zu verwenden, oder bei einem Wechsel des Fräskopfes 20.
In diesem Verbindungselement 34 ist überdies eine Durchgangs²ffnung 35 vorgesehen, durch welche angedeutete Leitungen 36, Kabel oder dergleichen von der Zentriereinheit 30 durch die Vorrichtung 10 und durch das neue Rohr nach hinten geführt sind. Damit entsteht ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemässen Ausführung, denn mit der M²glichkeit der durch die Vorrichtung 10 verlegbaren Leitungen müssen diese nicht mehr - wie bei der eingangs gewürdigten bekannten Vorrichtung - vorne durch das bestehende Rohr geführt werden, sondern sie sind, wie die übrigen Leitungen für den Fräskopf-Antrieb etc., hinten durchs neue Rohr 12 bis zu der ausserhalb diesem stationierten Versorgungseinheit geführt.
Um dies zu erm²glichen, ist die F²rderschnecke 60 mit ihrer Längsachse zu derjenigen des Maschinenrohrs 25 bzw. des neuen Rohres 12 gegen die Achse des abzuarbeitenden Rohres 11 hin versetzt, womit für die Leitungen 36 ausreichend Platz geschaffen ist. Die F²rderschnecke 60 k²nnte selbstverständlich auch konzentrisch zum Maschinenrohr 25 angeordnet sein.
Der Aussendurchmesser des Fräskopfes 20 ist vorteilhaft annähernd gleich gross wie derjenige des hinter diesem nachgeführten neuen Rohres 12 gewählt. Auch derjenige des Maschinenrohres 25 ist gleich gross vorgesehen, wodurch dieses in der durch den Fräskopf 20 erzeugten zylindrischen Bohrung gewissermassen geführt ist.
An der Frontseite der Zentriereinheit 30 ist zweckmässigerweise eine nicht dargestellte TV-Kamera und ein Signalempfänger für einen Lasermessstrahl installiert, mittels denen die Führung der Vorrichtung 10 im alten Rohr 11 überwacht und gesteuert werden kann. Dessen Leitungen k²nnen ebenfalls durch die besagte Durchgangs²ffnung 35 zu einem Kontrollraum geführt werden.
Die Zentriereinheit 30 ihrerseits hat als zentrales Element einen Zentrierk²rper 32, der hohlzylindrisch ausgebildet ist und mit seinein Aussenmantel in dem abzubauenden Rohr 11 geführt ist. Der Zentrierk²rper 32 ist über einen Gelenkhebel 27 an einem mit dem Verbindungselement 34 koppelbaren Basisstück 22 angelenkt. Zwischen den Zentrierk²rper 32 und das Basisstück 22 ist ein deformierbarer Puffer 28 geklemmt, welcher erlaubt, dass der Zentrierk²rper 32 über das als Kolben/Zylinder-Einheit ausgebildete Verschiebeorgan 33 gegenüber dem Fräskopf 20 radial verstellbar ist, jedoch in einer bestimmten Position, wie bspw. in der gezeigten, radial annähernd fixiert ist.
Der in der Ausgangsstellung annähernd parallel zur Längsachse der Vorrichtung 10 verlaufende Gelenkhebel 27 ist am einen Ende 27 min im vorderen Bereich des Zentrierk²rpers 32 und am anderen Ende 27 min min im Basisstück 22 um je eine Achse 29 gelenkig gelagert. Der im Zentrierk²rper 32 senkrecht zu dessen Längserstreckung befestigte Kolben 33 min ist in dem letzteren umschliessenden Zylinder 33 min min verschiebbar gehalten. Dieser Zylinder 33 min min seinerseits ist beidseitig über einen Nocken 37 in einer Längsnut 38 des Gelenkhebels 27 positioniert. Bei einer radialen Verstellung der Zentriereinheit 30 bewegt der Kolben 33 min den Zentrierk²rper 32 entweder gegen die Drehachse des Fräskopfes 20 hin oder aber von dieser weg. Infolgedessen wird der Gelenkhebel 27 um die Achse 29 beim Basisstück 22 in der einen oder andern Richtung geschwenkt.
Dadurch kann die Exzentrizität dieser Zentriereinheit 30 zum Fräskopf 20 respektive zum neuen Rohr 12 eingestellt werden und es wird dadurch die erwähnte Sohlengleichheit herbeigeführt.
Bei einer Vorrichtung für gr²ssere Durchmesser kann auch auf den flexiblen Puffer 28 verzichtet werden und anstelle von diesem eine entsprechende radiale Führung vorgesehen sein, welche ebenfalls ein radiales Verschieben der Zentriereinheit 30 gegenüber dem Fräskopf 20 erlaubt.
Der Fräskopf 20 umfasst im Wesentlichen einen mit einem Lager 40 verbundenen und von einem nicht näher gezeigten Antrieb drehbaren Ring 42, einen an letzterem l²sbar befestigten Stirnfrä ser 44 und einen diesen umgebenden rohrf²rmigen Fräsk²rper 45. Der Stirnfräser 44 hat eine Durchgangs²ffnung, durch welche sich das Verbindungselement 34 berührungslos erstreckt und somit als weiterer erfindungsgemässer Vorteil bewirkt ist, dass sich m²gliche radial auf die Zentriereinheit 30 wirkenden Kräfte nicht auf den Stirnfräser 44 oder umgekehrt übertragen und nebst dem der Zentriereinheit 30 eine beschränkte Nachgiebigkeit in radialer Richtung zugeteilt ist. Das als Bestandteil des Maschinenrohrs 25 vorgesehene Lager 40 ist auf an sich bekannte Art konstruiert und daher nicht mehr in jedem Detail erläutert.
Der rohrf²rmige Fräsk²rper 45, der in der Art eines Kernbohrers ausgebildet ist, wird insbesondere dann an der Frontseite des Stirnfräsers 44 befestigt, wenn das das Rohr umschliessende Bodenmaterial 15 nicht hart ist, zum Beispiel sand- oder kiesf²rmig. Dieser Fräsk²rper 45 hat während des Abfräsens die Funktion eines Frässchildes, und es wird mit diesem verhindert, dass eben solches weiches Bodenmaterial 15 nicht in grossen Mengen durch die \ffnungen 44 min im Stirnfräser 44 und anschliessend durch die F²rderschnecke 60 abgeführt wird, denn dies k²nnte dazu führen, dass die über dem Rohr befindliche Erde einbrechen k²nnte.
Dem Maschinenrohr 25 ist ferner auf der dem Fräskopf 20 gegenüberliegenden Stirnseite ein koaxial zu diesem angeordneter Rohrteil 46 und eine darin befestigte hydraulische Steuereinrichtung 50 zugeordnet, mittels der das Maschinenrohr 25 und mit ihm der Fräskopf 20 gegebenenfalls zur Längsachse der neu eingeführten Rohre 12 um einen gewissen Winkel verstellt werden k²nnen. Zu diesem Zwecke weist diese Steuereinrichtung 50 zwei zur genannten Längsachse parallel angeordnete, um 180 DEG zueinander versetzte Kolben/Zylinder-Einheiten 52 auf, die individuell verstellbar sind und eine Winkeleinstellung des Maschinenrohrs 25 zu den neuen Rohren 12 in zwei Ebenen erm²glichen. Mit der oberen Kolben/Zylinder-Einheit 52 kann das mit dieser gelenkig verbundene Maschinenrohr 25 gegenüber dem Rohrteil 46 um eine vertikale und mit der unteren um eine horizontale Ebene geschwenkt werden.
Eine solche Steuereinrichtung 50 ist an sich im sogenannten Mikrotunneling bereits bekannt und diese ist beim Einsatz der Vorrichtung nicht zwingend notwendig. Mit ihr k²nnen jedoch leichte Abweichungen vom geraden Verlauf des alten Rohres ausgeglichen werden.
Am Rohrteil 46 ist im !brigen koaxial zu diesem eine ringf²rmige Nabe 49 befestigt, welche ihrerseits am vorderen Ende des Rohres 12 zentriert ist.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung 10 geschieht dermassen, dass diese vorerst von aussen in einen nicht näher dargestellten Schacht abgesenkt und nachfolgend dessen Zentriereinheit achsgleich in das zu entfernende Rohr 11 eingeführt wird, welches sich beispielsweise in einer Tiefe zwischen einem und mehreren Metern unter dem Boden in horizontaler oder in geneigter Richtung erstreckt. Sodann beginnt der in seinem Durchmesser gegenüber dem Rohr 11 gr²ssere Fräskopf 20 mit dem stirnseitigen Abfräsen dieses Rohres 11 wie auch des letzteres umgebenden Bodenmaterials, wenn, wie dargestellt, das alte mit einem neuen gr²sseren Rohr ersetzt wird. Dieser Fräskopf 20 wird mit dem ihn lagernden Maschinenrohr 25 über einen ebenfalls nicht gezeigten Hydraulikkolben oder dergleichen, welcher sich in dem besagten Schacht befindet, vorwärtsgeschoben.
Unmittelbar hinter dem Maschinenrohr 25 wird ein neues Rohr in das aufgebohrte Loch eingeschoben, welches einen Aussendurchmesser aufweist, der annähernd demjenigen des Fräskopfes 20 entspricht. Die Vorrichtung 10 befindet sich daher zwischen dem alten und dem hinter ihr nachgeführten neuen Rohr, über welches die Vorschubkraft von dem Hydraulikkolben erfolgt. Nach einer gewissen Distanz ist wiederum ein von aussen begehbarer Schacht ausgehoben, bis dahin die Vorrichtung das alte Rohr ersetzt. Diese Art von Kanalrohrsanierung hat grundsätzlich den grossen Vorteil, dass nicht, wie herk²mmlich, ein Graben über die gesamte Länge des zu ersetzenden Rohres ausgehoben werden muss, sondern die über dem Rohr befindliche Umgebung kann v²llig intakt und unberührt belassen werden.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Zentrierk²rper 32 und das diesen senkrecht zur Längsachse des Rohres verstellbare Verschiebeorgan 33. Der Kolben 33 min von letzterem ist senkrecht in dem Zentrierk²rper 32, indessen der Zylinder 33 min min über die beidseitig an diesem angebrachten Nocken 37 in den Längsnuten 38 des den Zylinder 33 min min umgreifenden Gelenkhebels 27 gehalten. Bei Betätigung des Verschiebeorgans 33 wird der Kolben 33 min und mit ihm der Zentrierk²rper 32 gegenüber dem Fräskopf 20 wahlweise nach oben oder nach unten um einen einstellbaren Verstellweg verschoben.
Ferner ist in Fig. 3 vom Fräskopf 20 der äussere rohrf²rmige Fräsk²rper 45 strichliniert veranschaulicht, welcher sich aus einem Frässchild und an der vorderen Stirnseite von letzterer bestückter Abbauwerkzeuge 45 min , bspw. Hartmetalleinsätze, zusammensetzt, wobei letztere eine Ringfläche beschreiben, die gr²sser als diejenige des Frässchildes ist und mit diesen dadurch ein !berschnitt erzeugt wird, damit der Frässchild beim Vorwärtsbewegen nicht seitlich klemmt und infolgedessen stets steuerbar ist. Vom Stirnfräser 44 sind die Schneidzähne nicht näher dargestellt, jedoch die vier \ffnungen 44 min , durch welche das abgefräste Rohr- und Bodenmaterial weggeführt wird.
Aus der Fig. 4 ist der deformierbare Puffer 28, der in diesem am einen Ende um die Achse 29 gelenkig gehaltene Gelenkhebel 27 und zwei den Puffer 28 beidseitig schützende Segmente 39 ersichtlich. Zudem ist die den Puffer 28 durchquerende Durchgangs²ffnung 35 verdeutlicht, durch welche die Versorgungsleitungen, unter anderem der Hydraulikschlauch für das Verschiebeorgan 33, TV-Leitungen oder hnliches geführt sind. Ferner ist eine in der einen \ffnung 44 min des Stirnfräsers 44 verschiebbar gehaltene Scheibe 54 strichpunktiert angedeutet, welche so ausgestaltet ist, dass diese in der \ffnung hin- und herverschiebbar geführt ist und bewirkt, dass die \ffnung 44 min einen verkleinerten Durchlass hat, oder aber voll ge²ffnet ist.
Wenn alle vier \ffnungen mit je einer solchen Scheibe 54 ausgerüstet sind, kann somit erreicht werden, dass die abzuführende Menge des abgefrästen Materials steuerbar ist. Diese Scheiben 54 k²nnen beispielsweise so angeordnet sein, dass sie in der einen Drehrichtung des Fräskopfes 20 voll ge²ffnet, dagegen in der anderen Drehrichtung den erwähnten verkleinerten Durchlass haben und damit eine zweistufige Steuerung vorgesehen ist.
In dem in Fig. 5 gezeigten Querschnitt durch die Vorrichtung 10 sind die Verschraubungen des Stirnfräsers 44 mit dem Ring 42 aussen und des Verbindungselementes 34 mit dem Maschinenrohr 25 innen, das Verbindungselement 34 sowie das exzentrisch angeordnete äussere Rohr der F²rderschnecke 60 dargestellt. Das Verbindungselement 34 ist exzentrisch mit der Zentriereinheit 30 wie mit dem Maschinenrohr 25 verbunden.
Fig. 6 zeigt insbesondere die Anordnung der oben ausführlich erläuterten Steuereinrichtung 50, bei welcher drei Kolben/Zylinder-Einheiten 52 im äusseren Umfangsbereich des Rohrteils 46 um je 120 DEG versetzt angeordnet sind. Dies erm²glicht eine Winkeleinstellung des Maschinenrohrs 25 zum Rohrteil 46 und damit zum neuen Rohr 12 quasi in dreidimensionaler Richtung, währenddem bei der Vorhersehung von bloss zwei Kolben/Zylinder-Einheiten eine Winkeleinstellung in zwei Ebenen erfolgt.
Mit dem Ausführungsbeispiel ist die Erfindung genügend dargetan. Selbstverständlich liesse sie sich noch in anderen Konstruktionen verwirklichen. So k²nnte beispielsweise zwischen dem Stirnfräser 44 und dem Verbindungselement 34 anstelle der Berührungsfreiheit eine Lagerung vorgesehen sein.
The invention relates to a drilling device for the creation of pipelines, preferably sewer pipes, with a drivable milling head mounted rotatably in a machine pipe, which produces a hole by milling ground material on the end face and pipes can be inserted into the hole behind the milling head.
In the case of a generic microtunneling device according to EP-A1-0 574 187, the drilling device has a disk milling cutter which is driven in rotation in a machine tube and which is provided on the end face with cutter blades and also with roller blades. Such a side milling cutter can be used to drill holes in various soil conditions. It is disadvantageous, however, that in the case of gravelly earth material, in which it is mainly composed of relatively small stones, the stones are taken away by the side milling cutter and milling is thus practically impossible. In order to be able to remove the drilling device from the ground in such a case, a hole must be dug at the relevant point.
This involves a lot of effort and the advantage achieved with this so-called microtunneling, that no trench has to be built when a pipeline is laid, is lost under these circumstances.
It is therefore an object of the present invention to provide a drilling device of the type described in the introduction, by means of which gravel-like or similar earth material can also be milled off without the drilling device having to be designed in a significantly more complex manner. In addition, it should ensure safe and reliable operation.
According to the invention the object is achieved in that an injection device is provided with an injection lance extending through the milling head, which is intended to inject self-hardening material into the earth material located in front of the milling head, in particular loose rock.
With this drilling device according to the invention, gravel-containing earth materials can easily be drilled through, which led to an insurmountable obstacle with a conventional drilling device. In addition, such an injection device can be integrated into a drilling device using simple means.
The invention and further advantages thereof are explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
1 shows a longitudinal section through a drilling device according to the invention with an injection device,
2 shows a longitudinal section through a device for replacing an existing pipe,
3 shows a cross section through the guide unit of the device along the line II-II according to FIG. 2,
4 shows a cross section through the guide unit of the device along the line III-III according to FIG. 2,
Fig. 5 shows a cross section immediately before the milling head of the device according to the line IV-IV of Fig. 2 and
Fig. 6 shows a cross section immediately behind the milling head along the line V-V of Fig. 2 with a variant of a control device.
Fig. 1 shows a drilling device 10, by means of which a bore 16 is created in a floor, into which a pipe with pipes 12 is pushed. With this drilling device mainly sewage pipes, house connection pipes and other non-accessible sewer pipes are laid. The detailed design of the drilling device is described below in the exemplary embodiment according to FIG. 2. This drilling device 10 has a milling head 20 which is rotatably mounted in a machine tube 25 and which produces the bore 16 by milling the earth material 15 on the end face and pipes 12 are inserted into this bore 16 directly behind the milling head 20.
According to the invention, an injection device 70 is provided with an injection lance 72 which extends through the milling head 20 and which is intended to inject self-hardening material into the earth material 15 located in front of the milling head 20, in particular loose rock for 15 minutes, 15 minutes. This injection device 70 has an injection lance 72 which is held in the machine tube 25 which rotatably supports the milling head 20. The injection lance 72 is connected to a supply line 73 which extends through the pipe 12 which has been created and is connected from outside the bore 16 to an assembly which does not show the self-hardening material, is shown in more detail.
This unit has a container in which this material, such as cement, is prepared and pressed by means of a pump through the supply line 73 and through the injection lance 72 provided with a plurality of openings 74 into the loose rock at the necessary pressure for 15 minutes, 15 minutes becomes. The injection lance 72 is held in a longitudinally displaceable manner in a connecting element 34 which is fixed in the interior of the machine tube 25. The connecting element 34, in turn, is also longitudinally displaceable or fixed in a sleeve 77, the sleeve 77 being fastened to the machine tube 25 via one or more webs 76.
The injection lance 72 can be pushed forward into an injection position by an axial movement of the supply line 73 belonging to it, outside of the bore 16, or can be withdrawn into the starting element in the connecting element 34. The supply line 73 is advantageously guided in a sheath 78, which is held in the center by an indicated screw conveyor 60. The lance 72 is provided with a tip at the front end, which could be provided with cutting teeth.
The pressure of the cement injected by the injection lance 72 should be of such a strength that the viscous material emerging from it preferably completely fills the empty spaces formed between the bars 15 minutes 15 minutes to approximately the outside diameter of the milling head 20. After a certain amount, which can be determined from empirical values, has been blown through this device, the lance 72 and its openings 74 can then optionally be cleaned with water and pulled back into the starting position. However, it could also be pulled out of the pipe 12 completely to the rear. If, consequently, the loose rock in front of the milling head 20 is filled with the cement and the latter has hardened, the loose rock which has solidified into a block can be removed from the milling head 20 provided with a feed in the direction of the axis of rotation.
The comminuted material resulting from this milling process is transported back out of the pipeline 12 through the milling head and through the auger 60.
The injection lance could of course also be designed as a fixed nozzle in the milling head 20, which in principle only has to protrude slightly from the milling head.
Fig. 2 shows the drilling device 10, in which the new pipe 12 is provided with an identical or more often with a larger diameter compared to an old pipe. This device 10 essentially consists of a machine tube 25, a milling head 20 which is rotatably mounted on its front side with the same axis, a centering unit 30, a control device 50 guiding the machine tube 25 and a screw conveyor 60 by means of which the processed material is conveyed out of the tube. Furthermore, a supply unit and a control unit (not shown in more detail) are provided for this device 10, which are located outside the pipe above the floor and by means of which the device is controlled and driven.
In this embodiment, instead of an injection device, a centering unit 30 extends through the milling head 20 and is connected to the machine tube 25 which rotatably supports this milling head 20. This centering unit 30 has a hollow cylindrical centering body 32 and a displacement member 33 which is radially adjustable relative to the milling head 20, the outside diameter of the centering body 32 and the inside diameter of the pipe 11 to be dismantled being approximately the same. The rigid connection of the centering unit 30 to the machine tube 25 is accomplished via a connecting element 34, which is attached eccentrically to the centering unit 30, extends coaxially through the milling head, immediately angled radially outward, and is then fixed inside the machine tube 25.
Basically, the centering unit 30 could also be attached coaxially to the connecting element 34. With the eccentric fastening shown, however, laying the new pipe 12 at the same level as the old one is possible, i.e. the lower level of the inside of the pipe is identical from the old to the new larger one, which is very advantageous in practice. This connecting element 34 is preferably firmly connected to the machine tube 25, on the other hand to the centering unit 30 via a releasable fastening means, so that this centering unit can be easily removed, for example in order to use a different larger centering unit - adapted to a different diameter of the tube 12, or when changing the milling head 20.
In this connecting element 34 there is also a through-opening 35 through which indicated lines 36, cables or the like are guided from the centering unit 30 through the device 10 and through the new pipe to the rear. This results in a further significant advantage of this embodiment according to the invention, because with the possibility of the lines which can be laid by the device 10, they no longer have to be routed through the existing pipe at the front, as in the known device recognized at the outset, but are like the other lines for the milling head drive, etc., led through the new pipe 12 to the outside of the supply unit located outside.
In order to make this possible, the screw conveyor 60 is offset with its longitudinal axis to that of the machine pipe 25 or the new pipe 12 against the axis of the pipe 11 to be processed, which creates sufficient space for the lines 36. The auger 60 k² could of course also be arranged concentrically to the machine tube 25.
The outside diameter of the milling head 20 is advantageously chosen to be approximately the same size as that of the new pipe 12 following behind it. That of the machine tube 25 is also provided of the same size, as a result of which this is guided to a certain extent in the cylindrical bore produced by the milling head 20.
On the front of the centering unit 30, a TV camera (not shown) and a signal receiver for a laser measuring beam are expediently installed, by means of which the guidance of the device 10 in the old tube 11 can be monitored and controlled. Whose lines can also be led through said passage opening 35 to a control room.
The centering unit 30, in turn, has a centering element 32 as a central element, which is hollow-cylindrical and is guided with its outer jacket in the pipe 11 to be dismantled. The centering body 32 is articulated via an articulated lever 27 to a base piece 22 which can be coupled to the connecting element 34. A deformable buffer 28 is clamped between the centering body 32 and the base piece 22, which allows the centering body 32 to be radially adjustable relative to the milling head 20 via the displacement member 33 designed as a piston / cylinder unit, but in a specific position, such as, for example, is radially approximately fixed in the shown.
The articulated lever 27, which runs approximately parallel to the longitudinal axis of the device 10 in the starting position, is articulated at one end 27 min in the front region of the centering body 32 and at the other end 27 min in the base piece 22 about an axis 29 each. The piston 33 min fixed in the centering body 32 perpendicular to its longitudinal extension is held in the cylinder enclosing the latter for 33 min min. This cylinder 33 min in turn is positioned on both sides via a cam 37 in a longitudinal groove 38 of the articulated lever 27. When the centering unit 30 is adjusted radially, the piston moves the centering body 32 either for 33 minutes against the axis of rotation of the milling head 20 or away from it. As a result, the articulated lever 27 is pivoted about the axis 29 at the base piece 22 in one direction or the other.
As a result, the eccentricity of this centering unit 30 relative to the milling head 20 or the new tube 12 can be adjusted, and the aforementioned sole equality is thereby brought about.
In the case of a device for larger diameters, the flexible buffer 28 can also be dispensed with and instead of this a corresponding radial guide can be provided, which likewise allows the centering unit 30 to be displaced radially relative to the milling head 20.
The milling head 20 essentially comprises a ring 42 connected to a bearing 40 and rotatable by a drive (not shown in more detail), a face milling cutter 44 detachably fastened to the latter and a tubular milling cutter body 45 surrounding the latter. The face milling cutter 44 has a passage opening through which the Connecting element 34 extends contactlessly and is thus brought about as a further advantage according to the invention that m² possible forces acting radially on the centering unit 30 are not transmitted to the end mill 44 or vice versa and, in addition to that of the centering unit 30, a limited flexibility is assigned in the radial direction. The bearing 40 provided as part of the machine tube 25 is constructed in a manner known per se and is therefore no longer explained in every detail.
The tubular milling body 45, which is designed in the manner of a core drill, is particularly fastened to the front of the end mill 44 if the soil material 15 surrounding the tube is not hard, for example sand or gravel-shaped. This milling body 45 has the function of a milling shield during milling, and it is used to prevent such soft soil material 15 from being removed in large quantities through the openings 44 min in the end mill 44 and then through the auger 60, because this could happen cause the earth above the pipe to collapse.
The machine tube 25 is also assigned on the end face opposite the milling head 20 a coaxial tube part 46 arranged thereon and a hydraulic control device 50 fastened therein, by means of which the machine tube 25 and with it the milling head 20 optionally to the longitudinal axis of the newly introduced tubes 12 by a certain amount Angle can be adjusted. For this purpose, this control device 50 has two piston / cylinder units 52, which are arranged parallel to the longitudinal axis and offset by 180 ° relative to one another, and which are individually adjustable and enable the machine tube 25 to be adjusted in angle to the new tubes 12 in two planes. With the upper piston / cylinder unit 52, the machine tube 25, which is articulated with it, can be pivoted relative to the tube part 46 about a vertical plane and with the lower one about a horizontal plane.
Such a control device 50 is already known per se in so-called microtunneling and this is not absolutely necessary when the device is used. With it, however, slight deviations from the straight course of the old pipe can be compensated.
On the tube part 46, an annular hub 49 is attached coaxially to it, which in turn is centered on the front end of the tube 12.
The device 10 operates in such a way that it is initially lowered from the outside into a shaft (not shown in more detail) and then its centering unit is inserted axially into the pipe 11 to be removed, which is horizontal, for example, at a depth of between one and several meters below the ground or extends in an inclined direction. Then the milling head 20, which is larger in diameter compared to the tube 11, begins with the end milling of this tube 11 as well as the soil material surrounding the latter, if, as shown, the old one is replaced with a new larger tube. This milling head 20 is pushed forward with the machine tube 25 supporting it via a hydraulic piston or the like, also not shown, which is located in the said shaft.
Immediately behind the machine tube 25, a new tube is inserted into the drilled hole, which has an outer diameter that approximately corresponds to that of the milling head 20. The device 10 is therefore located between the old pipe and the new pipe that follows it, via which the feed force from the hydraulic piston occurs. After a certain distance, a manhole accessible from the outside is excavated until the device replaces the old pipe. Basically, this type of sewer pipe renovation has the great advantage that it is not necessary, as is customary, to dig a trench over the entire length of the pipe to be replaced, but the surrounding area above the pipe can be left completely intact and untouched.
3 shows a cross section through the centering body 32 and the displacement member 33 which is adjustable perpendicularly to the longitudinal axis of the tube. The piston 33 minutes from the latter is vertical in the centering body 32, but the cylinder 33 minutes via the cams 37 attached to both sides thereof the longitudinal grooves 38 of the articulated lever 27 encompassing the cylinder 33 min min. When the displacement member 33 is actuated, the piston is moved 33 min and with it the centering body 32 relative to the milling head 20 either up or down by an adjustable adjustment path.
Also shown in FIG. 3 by the milling head 20 is the outer tubular milling body 45, which is composed of a milling plate and on the front end face of which the latter has 45 min of the milling cutter and thus creates an overlap so that the milling cutter does not jam sideways when moving forward and is therefore always controllable. The cutting teeth of the end mill 44 are not shown in detail, but the four openings 44 min through which the milled pipe and base material is carried away.
4 shows the deformable buffer 28, the articulated lever 27 which is articulated at one end about the axis 29 and two segments 39 which protect the buffer 28 on both sides. In addition, the passage opening 35 crossing the buffer 28 is illustrated, through which the supply lines, including the hydraulic hose for the displacement element 33, TV lines or the like, are guided. Furthermore, a disk 54, which is displaceably held in the one opening 44 min of the end mill 44, is indicated by dash-dotted lines, which is designed in such a way that it is guided so that it can be pushed back and forth in the opening and has the effect that the opening 44 min has a reduced passage , or is fully open.
If all four openings are each equipped with such a disk 54, it can thus be achieved that the amount of the milled material to be removed can be controlled. These disks 54 can, for example, be arranged in such a way that they are fully open in one direction of rotation of the milling head 20, while in the other direction of rotation they have the reduced passage mentioned and thus a two-stage control is provided.
5 shows the screw connections of the end mill 44 with the ring 42 outside and the connecting element 34 with the machine tube 25 inside, the connecting element 34 and the eccentrically arranged outer tube of the auger 60. The connecting element 34 is connected eccentrically to the centering unit 30 as to the machine tube 25.
6 shows in particular the arrangement of the control device 50 explained in detail above, in which three piston / cylinder units 52 are arranged offset by 120 ° in the outer peripheral region of the tube part 46. This enables the machine tube 25 to be angularly adjusted to the tube part 46 and thus to the new tube 12 in a three-dimensional direction, whereas when only two piston / cylinder units are predicted, an angle is adjusted in two planes.
With the embodiment, the invention is sufficiently demonstrated. Of course, it could also be implemented in other constructions. For example, a bearing could be provided between the end mill 44 and the connecting element 34 instead of the freedom from contact.