DE10146023B4

DE10146023B4 - Steuerung für einen Schlagantrieb

Info

Publication number: DE10146023B4
Application number: DE10146023A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Püttmann
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: GB0221491D0; US20030051889A1; US7048074B2; DE10146023A1; AU2002301130B2; GB2379683A; GB2379683B

Abstract

Steuerung für einen Schlagantrieb eines Erdbohrgeräts mit einem Gehäuse (1), einem Bohrwerkzeug (10), einem Zug- oder Schubantrieb mit Zug oder Schubmitteln, einem Schlagkolben (20, 120), einem Druckraum (25) des Schlagkolbens und einer zu- und abschaltbaren Druckmittelzufuhr für den Betrieb des Schlagkolbens, gekennzeichnet durch Mittel zum Zu- bzw. Abschalten der Druckmittelzufuhr bei Überschreiten bzw. Unterschreiten eines bestimmten Zugs oder Schubs des Zug- oder Schubantriebs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für einen Schlagantrieb, insbesondere für ein Erdbohrgerät mit einem Zug- und Schubantrieb und einer Druckmittelzufuhr für den Betrieb des Schlagantriebs.

Schlagantriebe werden beim dynamischen horizontalen Erdbohren eingesetzt und in der Regel hydraulisch, bisweilen pneumatisch angetrieben. Dabei ist es bekannt, die Geräte in ihrer Vortriebsrichtung umzusteuern, wie dies beispielsweise aus der DE 39 09 567 C2 bekannt ist.

Schlagantriebe werden im Stand der Technik auch in Kombination mit einem statischen Gestängeantrieb eingesetzt. Hierbei besteht jedoch die Gefahr einer Beschädigung des Bohrgestänges oder sogar des Schub- oder Zugantriebs, insbesondere, wenn das Erdreich oder das Altrohr dem Schlagantrieb wenig Widerstand entgegensetzt und das Gestänge nur mit geringer Geschwindigkeit geschoben oder gezogen wird, wobei die Schlagenergie weitgehend vollständig in das Gestänge und den Schub- oder Zugantrieb eingeleitet wird.

Bei längeren Abschnitten geringen Widerstandes kann die Bedienperson, je nach den Bedingungen des zu bohrenden Kanals, den Schlagantrieb abschalten. So können Bohrabschnitte, in denen das Erdreich weniger Widerstand entgegensetzt, rein statisch überwunden werden, während in festerem Erdreich der Schlagantrieb zugeschaltet wird.

Diese Vorgehensweise ist jedoch auf die Reaktion der Bedienperson angewiesen und dabei naturgemäß auf längere Bohrabschnitte mit wenig schwankendem Widerstand beschränkt. Auch bei längeren Bohrabschnitten mit gleichbleibendem Widerstand besteht das Problem, daß das manuelle Zu- und Abschalten zu spät bzw. zu früh erfolgen kann und so übermäßige Belastungen für das Bohrgestänge auch in diesem Fall bestehen bleibt.

In der Praxis ist des weiteren zu beobachten, daß die Anlaufzeit beim Zuschalten des Schlagantriebs zu unerwünschten Verzögerungen führt, da sich das Druckmittelsystem beim manuellen Zuschalten zunächst mit Druckmittel füllen muß, um dann erst den Schlagkolben in Bewegung zu versetzen. Insbesondere für das zuverlässige Anspringen des Kolbens ist es wichtig, daß der Druckaufbau schlagartig erfolgt. So kann es bei den bekannten Schlagantrieben, die manuell oberirdisch zu- und abgeschaltet werden, vorkommen, daß der Schlagkolben beim Abschalten des Druckmittels eine Totlage einnimmt und nicht wieder anspringt, weil der Druckaufbau über die Zuleitung zu langsam erfolgt.

Aus der DE 42 25 701 C1 ist ferner ein Erdbohrgerät bekannt, das an seinem in Bohrrichtung vorderen Ende einen äußeren Bohrkranz und ein in dem Bohrkranz angeordnetes Bohrwerkzeug aufweist. Der Bohrkranz und der Bohrkopf sind derart miteinander verbunden, daß eine Relativdrehzahl der beiden Antriebe zu einer zyklischen, längsaxialen Bewegung des Bohrwerkzeugs relativ zu der Bohrkrone führt. Somit kann durch das Einregeln einer Differenzdrehzahl ein zusätzlicher Schlagantrieb erreicht werden. Das Einstellen einer Differenzdrehzahl der zwei Antriebe bleibt jedoch wiederum einem Bediener überlassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung mit einem Schlagantrieb und ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine automatische Zu- oder Abschaltung des Schlagantriebs für ein Erdbohrgerät vorzusehen.

Das Erdbohrgerät weist dabei einen Zug- oder Schubantrieb mit Zug- oder Schubmitteln, einen Schlagkolben, einen Druckraum des Schlagkolbens und eine zu- und abschaltbare Druckmittelzufuhr für den Betrieb des Schlagkolbens auf, wobei die Druckmittelzufuhr bei Über- bzw. Unterschreiten eines bestimmten Zugs oder Schubs des Zug- oder Schubantriebs zu- oder abgeschaltet wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es so, im Erdreich mit einem statischen Antrieb zu bohren, der gleichzeitig von einem Schlagantrieb unterstützt wird, wobei in Abschnitten geringeren Widerstandes der Schlagantrieb selbsttätig abschaltet, während ab Erreichen eines bestimmten vorgewählten Widerstandes der Schlagantrieb wiederum zugeschaltet wird. Dies erlaubt es, mit einer minimalen Belastung des Bohrgestänges und des Antriebs zu bohren, da nicht nur Prellschläge vermieden werden und so die Schlagenergie immer nur zu einem gewissen Anteil in das Gestänge und den Antrieb eingeleitet werden kann. Dabei wird aber auch eine übermäßige, von dem statischen Antrieb ausgehende Belastung des Gestänges vermieden, indem in Abschnitten höheren Widerstandes automatisch der Schlagantrieb zugeschaltet wird.

Nach der vorliegenden Erfindung kann sowohl der schlagende als auch der nicht schlagende Betrieb in der Grundstellung vorgesehen sein.

Vorzugsweise sind Mittel zum Zu- oder Abschalten der Druckmittelzufuhr in Form einer Druckkammer innerhalb des Gehäuses des Bohrgerätes vorgesehen, wobei die Druckkammer ein Ventil oder eine Durchgangsbohrung als Verbindung von Druckmittelquelle zu dem Druckraum des Schlagkolbens aufweisen kann.

Ferner können die Mittel zum Zu- oder Abschalten der Druckmittelzufuhr über die Zug- oder Schubmittel betätigbar sein. In der Praxis kann dabei das Gestänge als Auslöser des Zu- oder Abschaltens des Schlagantriebs dienen. Die Erfindung kann aber auch über den Zug eines Schlauches, der am Kopf des Erdbohrgerätes angebracht sein kann oder einen Seilzug verwirklicht sein. Andere Zu-/Abschaltmöglichkeiten sind denkbar.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kammer innerhalb des Gehäuses axial zwischen zwei Positionen über die Zug- oder Schubmittel verschiebbar und in Form eines Druckrohres ausgebildet, wobei das Ventil oder die Durchgangsbohrung in einer Position offen und in einer zweiten Position geschlossen ist.

Sofern der Schlagantrieb ein Steuerrohr, beispielsweise zum Umschalten der Vortriebsrichtung des Schlagantriebs aufweist, kann das Druckrohr innerhalb des Steuerrohrs angeordnet sein und das Steuerrohr die Durchgangsbohrung in einer Position freigeben und in einer zweiten Position verschließen.

Vorzugsweise ist das Druckrohr durch ein Federelement in einer Grundstellung mit offenem oder verschlossenem Ventil bzw. offener oder verschlossener Durchgangsbohrung fixiert. So kann je nach Ausgestaltung der Erfindung beim Überwinden der Federkraft der Schlagantrieb zu- oder abgeschaltet werden.

Die Kammer bzw. das Druckrohr kann mit einer dem Schlagkolben zum Bohrwerkzeug durchlaufenden Versorgungsleitung verbunden sein.

Bevorzugt wird das Druckrohr bzw. die Druckkammer permanent mit Druckmittel versorgt, so daß einerseits ein permanenter Druck unmittelbar neben der Druckkammer des Schlagkolbens zur Verfügung steht, ein sicheres schlagartiges Anspringen des Kolbens gewährleistet und darüber hinaus bei Verwendung einer Zuleitung der Druckluft zu dem Bohrwerkzeug auch bei abgeschaltetem Schlagantrieb weiterhin Druckluft als Kühlmittel beim Bohren zur Verfügung steht.

Unter Erdbohrgerät im Sinne dieser Erfindung ist insbesondere jedes Gerät zu verstehen, welches in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal bewegt wird, um eine Pilotbohrung zu erstellen oder aufzuweiten oder ein bestehendes Rohr zerstörend oder nicht zerstörend zu ersetzen, zu reinigen, Leitungen in bestehende Rohre oder andere Langkörper einzuziehen sowie sämtliche Vorrichtungen für Bauarbeiten des unterirdischen Vortriebs. Das Erdbohrgerät im Sinne dieser Erfindung ist von seiner Natur jedoch nicht auf unterirdische Arbeiten beschränkt. So können beispielsweise Leitungen, die von einem Erdbohrgerät gereinigt werden, auch oberirdisch verlaufen.

Unter Kanal im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jede Art von Erdbohrung oder Erdleitung oder Rohrleitung, die sich durch Einsatz eines entsprechenden Werkzeugs aufweiten, zerstören, aufschneiden oder reinigen läßt, zu verstehen.

Der Begriff Werkzeug im Sinne dieser Erfindung umfaßt jedes beliebige Aufweit-, Schneide-, Berst- oder Schabwerkzeug, welches an beliebiger Stelle eines Bohrgerätes oder Gestänges angeordnet sein kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Hammerbohrlanze in der Grundstellung für den nicht schlagenden Betrieb;
2 die Hammerbohrlanze der 1 mit eingeschaltetem Schlagantrieb;
3 ein erfindungsgemäß ausgestalteter Backreamer in Grundstellung für den schlagenden Betrieb und
4 der Backreamer gemäß 2 mit abgeschaltetem Schlagantrieb.
In einem Gehäuse 1 mit einem Bohrwerkzeug 10 und einem Schlagkolben 20 ist ein Druckrohr 30 mit einer Durchgangsbohrung 40 zwischen zwei Endpositionen verschiebbar angeordnet. Das Druckrohr ist in einem Steuerrohr 35 für die Umsteuerung der Betriebsrichtung des Bohrgerätes angeordnet.
Über eine Zuleitung 50 wird ein Betriebsmittel für den Schlagkolben und/oder ein Bohrmedium zur Verfügung gestellt. Das Betriebsmittel, vorzugsweise Druckluft, liegt in einer Druckkammer 60 des Druckrohrs 30 an und wird in der in der 1 dargestellten Grundstellung des Druckrohrs über eine Zuleitung 70 dem Bohrkopf bzw. dem Bohrwerkzeug 10 zugeleitet. Die Durchgangsbohrung 40 ist in diesem Falle durch das Steuerrohr 35 verschlossen.
Das Druckrohr 30 behält die in 1 dargestellte Grundstellung durch eine Feder 80 bei.
In der beschriebenen Ausführungsform wird das Bohrgerät über einen gestängevermittelten Schubantrieb durch das Erdreich bewegt, wobei die Schubkraft über einen Gestängeadapter 90 auf das Bohrgerät übertragen wird. Übersteigt der Gegendruck, beispielsweise aufgrund eines zu großen Widerstandes in der Ortsbrust, einen bestimmten, durch die Feder 80 vorgegebenen Wert wird die Feder 80 durch den im Gehäuse 1 verschiebbaren Gestängeadapter 90 zusammenge drückt und das Druckrohr 30 auf diesem Wege innerhalb des Gehäuses axial verschoben, so daß die Durchgangsbohrung 40 freigegeben und die Druckkammer 60 mit dem Druckraum 25 des Schlagkolbens verbunden wird. Da der Druck für den Betrieb des Schlagkolbens 20 beim Verschieben des Druckrohrs 30 bereits in der Druckkammer 60 des Druckrohrs vorliegt, wird der Schlagkolben aufgrund des schlagartigen Druckaufbaus in der Druckkammer 25 schlagartig in Betrieb genommen, so daß ein sicheres Anspringen des Kolbens gewährleistet ist.
Sobald der Vortriebsdruck des Schubgestänges den durch die Feder 80 festgelegten Wert wieder unterschreitet, führt die Expansion der Feder 80 das Druckrohr 30 in seine Grundstellung zurück, wodurch die Druckmittelzufuhr zu dem Schlagkolben 20 bzw. zu dessen Druckkammer 25 wieder unterbrochen wird. In den 1 und 2 sind diese beiden Funktionsstellungen dargestellt.
Während des gesamten Vorgangs wird dem Bohrkopf 10 Druckluft und/oder Bohrflüssigkeit über den Kanal 70 zugeleitet, so daß auch bei abgeschaltetem Schlagantrieb keine Überhitzung des Werkzeugs 10 erfolgt und ein Abtransport des Bohrkleins gewährleistet werden kann.
Bei einer anderen in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist die Erfindung in einer Art "Notabschaltung" verwirklicht. Dabei weist das Gehäuse 1 einen Schlagkolben 120, ein Druckrohr 130 und Durchgangsbohrungen 140 auf. Das Druckrohr besitzt eine Druckkammer 160, die über eine Zuleitung 150 mit Druckluft versorgt wird. Bei dieser Ausführungsform ist das Druckrohr zwar ebenfalls axial innerhalb des Gehäuses 1 verschiebbar, beläßt jedoch in seiner Grundstellung die Durchgangsbohrungen 140 als Verbindung zur Druckkammer 125 des Schlagkolbens 120 offen.
Bei dieser Ausführungsform wird das Erdbohrgerät in Form eines Backreamers über ein Zuggestänge durch das Erdreich bewegt, wobei die Zugkraft über einen Gestängeadapter 190 auf das Gehäuse 1 übertragen wird. Während des statischen Vortriebs wird der Backreamer in seiner Grundstellung von dem Schlagantrieb unterstützt. Durch Axialverschiebung des Druckrohrs 130 wird die Durchgangsbohrung 140 in dem Fall verschlossen, indem der Widerstand in der Ortsbrust einen bestimmten Wert unterschreitet. Dies verhindert, daß der Schlagan trieb die volle Schlagkraft auf das Gestänge oder den statischen Antrieb überträgt oder im Falle eines Zugseils oder -schlauches dieses bzw. diesen in Zugeinrichtung überfährt. Das Federelement ist so eingestellt, daß bereits ein geringer Zug ausreicht, um den Schlagkolben in Betrieb zu nehmen. Die Grundstellung des Betriebs ist dabei durch eine geöffnete Durchgangsbohrung 140 und ein vorgespanntes Federelement gekennzeichnet, da die Ortsbrust den zum Kontrahieren des Federelements erforderlichen Druck im Grundbetrieb zur Verfügung stellt. Läßt dieser Druck nach, entspannt sich die Feder, so daß – wie beschrieben – die Axialverschiebung des Druckrohrs 130 ein Verschließen der Durchgangsbohrungen 140 bewirkt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel liegt bei verschlossener Durchgangsbohrung 140 ein permanenter Druck in dem Druckraum 160 des Druckrohrs 130 an, so daß ein unproblematisches Anfahren des Schlagantriebs gewährleistet ist.
In beiden Fällen kann der Schlagkolben 120 auf dem Druckluft- bzw. Bohrmedienkanal 130, 70 gleiten.
Mit der beschriebenen Erfindung läßt sich ein schlagendes Bohrgerät auf betriebssichere Art und Weise mit einem statischen Schub- oder Zugantrieb kombinieren, ohne daß die Gefahr einer Schädigung des Schub- oder Zugantriebs oder dessen Schub- oder Zugelementen besteht.

Claims

Steuerung für einen Schlagantrieb eines Erdbohrgeräts mit einem Gehäuse (1), einem Bohrwerkzeug (10), einem Zug- oder Schubantrieb mit Zug oder Schubmitteln, einem Schlagkolben (20, 120), einem Druckraum (25) des Schlagkolbens und einer zu- und abschaltbaren Druckmittelzufuhr für den Betrieb des Schlagkolbens, gekennzeichnet durch Mittel zum Zu- bzw. Abschalten der Druckmittelzufuhr bei Überschreiten bzw. Unterschreiten eines bestimmten Zugs oder Schubs des Zug- oder Schubantriebs.
Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zu- oder Abschalten der Druckmittelzufuhr als Druckkammer (60, 160) innerhalb des Gehäuses (1) vorgesehen sind, wobei die Druckkammer ein Ventil oder eine Durchgangsbohrung als Verbindung von der Druckmittelquelle zu dem Druckraum (25) des Schlagkolbens aufweist.
Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zu- oder Abschalten der Druckmittelzufuhr über die Zug- oder Schubmittel betätigbar sind.
Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (60, 160) als innerhalb des Gehäuses (1) axial zwischen zwei Positionen über die Zug- oder Schubmittel verschiebbar gelagertes Druckrohr (30, 130) ausgebildet ist, wobei das Ventil oder die Durchgangsbohrung (40, 140) in einer Position offen und in einer zweiten Position geschlossen ist.
Steuerung nach Anspruch 4 mit einem Steuerrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (30, 130) innerhalb eines Steuerrohrs (35) angeordnet ist und das Steuerrohr die Durchgangsbohrung in einer Position freigibt und in einer zweiten Position verschließt.
Steuerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (30, 130) durch ein Federelement (80) in einer Grundstellung mit verschlossenem Ventil bzw. verschlossener Durchgangsbohrung (40, 140) gehalten wird.
Steuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (60, 160) bzw. das Druckrohr (30, 130) mit einer den Schlagkolben (20, 120) zum Bohrwerkzeug (10) durchlaufenden Versorgungsleitung verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb eines Bohrgerätes mit einem Schlagantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (60, 160) bzw. das Druckrohr (30, 130) permanent mit Druckmittel versorgt werden.