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Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät zum Herstellen von insbesondere im Wesentlichen horizontal verlaufenden Erdbohrungen, mit einem Bohrgestänge, einer das Bohrgestänge aufnehmenden Bohrlafette und mit einem der Bohrlafette zugeordnetem Antrieb zur Erzeugung eines auf das Bohrgestänge ausgeübten Vorschubs.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 195 28 620 A1 bekannt. Das mit solchen Vorrichtungen zu Erstellung der Erdbohrung in das Erdreich eingebrachte Bohrgestänge, dass an seinem vorderen Ende mit einer Bohrkrone oder dergleichen versehen ist, wird meist von einem hydraulischen Drehantrieb in Rotation gebracht und von einem hydraulischen Vorschubantrieb vorgeschoben. Dabei wird die Erdbohrung häufig nach dem Spülbohrverfahren erzeugt, bei dem eine Spülflüssigkeit in das Innere des Bohrgestänges zur Bohrkrone gepumpt wird und dort das Lösen des Erdreichs unterstützt und dieses zurück durch die hergestellte Bohrung abfördert.
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Beim Durchörtern des Bodens zur Erstellung der Erdbohrung trifft die Bohrkrone des Bohrgestänges in der Regel nicht auf ein homogenes Material, sondern weiche und harte Bestandteile wechseln sich in unvorhersehbarer Weise ab. Die für den Vorschub des Erdbohrers erforderlichen Vorschubkräfte sind somit nicht konstant. Vielmehr kommt es oft dazu, dass beispielsweise beim Bohren durch ein grundsätzlich weiches, leicht durchörterbares Material, was grundsätzlich mit einer vergleichsweise großen Vorschubgeschwindigkeit erfolgen kann, die Bohrkrone unverhofft auf einen großen Stein o.dgl. und damit auf einen schlagartig ansteigenden Widerstand stößt. Dies führt zu einem entsprechend schlagartigen Anstieg der dem Vorschub entgegenwirkenden Längskraft im Bohrgestänge. Diese schlagartig auftretende Belastung schlägt dann zurück bis in den Vorschubantrieb des Bohrgeräts durch und stellt für diesen eine hohe, mechanische Belastung dar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Vorschubantrieb des Bohrgeräts besser vor derartigen Belastungen zu schützen.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird mit der Erfindung dadurch gelöst, dass der Antrieb über einen in Axialrichtung des Bohrgestänges wirkenden Federspeicher und/oder -puffer mit dem Gestänge wirkverbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass der Antrieb für den Vorschub mit dem Federspeicher bzw. -puffer vom Bohrgestänge insoweit entkoppelt ist, dass schlagartig auftretende Belastungen, die infolge eines von der Bohrkrone im Erdreich getroffenen Hindernisses durch das Bohrgestänge zurück auf das Bohrgerät wirken, nicht unmittelbar, also entsprechend schlagartig in den Antrieb abgesetzt werden. Vielmehr werden die auftretenden Stöße von dem oder den im Federspeicher/-puffer vorgesehenen Federelement(en) zunächst in Form von Federenergie absorbiert. Der Vorschubantrieb wird hierdurch besser vor den Belastungen geschützt, darüber hinaus bewirkt die Anordnung, dass die von dem Antrieb erzeugte Vorschubbewegung, die zunächst mit einer meist konstanten, voreingestellten Geschwindigkeit erzeugt wird, automatisch an die momentane Beschaffenheit des durchbohrten Erdreichs angepasst wird. Kommt es in einem sonst eher weichen Boden nämlich dazu, dass die Bohrkrone auf ein hartes Hindernis trifft, das naturgemäß nicht so schnell durchbohrt werden kann wie beispielsweise ein Ton- oder Sandboden, bewirkt der höhere Widerstand in dem Federspeicher, dass dessen Federelement(e) gespannt werden und dementsprechend die in Längsrichtung wirkende Vorschubkraft im Gestänge erhöhen, so dass der Stein o.dgl. besser bzw. schneller zerkleinert wird.
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Eine besonders einfache und robuste Ausgestaltung der Erfindung erhält man, wenn der Federspeicher und/oder -puffer mindestens eine mechanische Druckfeder aufweist. Auch hat es sich als in der Praxis besonders zuverlässig erwiesen, wenn der Federspeicher und/oder -puffer mittels eines vom Antrieb betätigten Triebstockgetriebes beaufschlagbar ist.
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Der Federspeicher und/oder -puffer kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mindestens zwei paarweise parallel und symmetrisch neben dem Bohrgestänge angeordnete Druckfedern aufweisen, die über ein das Bohrgestänge wenigstens teilweise umfassendes und axialfest an diesem festlegbares Drucklager am Bohrgestänge bzw. einem diesem am rückwärtigen Ende zugeordneten Gestängeendstück angreifen. Durch die paarweise Anordnung der Federn wird eine weitgehend biegemomentenfreie Kraftübertragung zwischen Bohrgestänge und Federspeicher/-puffer auf einfache Weise gewährleistet.
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Der Antrieb für das Bohrgestänge umfasst in an sich bekannter Weise zweckmäßig mindestens einen Vorschubantrieb zur Erzeugung des Vorschubs und einen Drehantrieb zur Erzeugung einer am Bohrwerkzeug wirksamen Drehbewegung. Die Anordnung ist dabei bevorzugt so getroffen, dass der Federspeicher und/oder -puffer zwischen dem Vorschubantrieb und dem Drehantrieb angeordnet ist, so dass das vom Drehantrieb bewirkte Drehmoment, dass auf das Gestänge wirkt, nicht zu sonst möglichen Querkräften an den Federelementen des Federspeichers/-puffers führt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Antrieb für das Bohrgestänge an der Bohrlafette, insbesondere an einem rückwärtigen Bereich von dieser angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Bohrlafette höhen- und winkelverstellbar an einem Lafettenträger angeordnet, insbesondere einem fahrbaren Lafettenträger. Die Ausgestaltung ist auch vorzugsweise so getroffen, dass das am Bohrgestänge angeordnete Drucklager oder ein anderer Angriffspunkt für den Federspeicher und/oder -puffer in verschiedenen Positionen am Bohrgestänge festlegbar ist. Als besonders vorteilhafte Konstruktion hat es sich dabei erwiesen, wenn der Drehantrieb an einem entlang einer an der Bohrlafette angeordneten Führung verschieblichen Vorschubschlitten angeordnet, wobei dann der Federspeicher und/oder -puffer zwischen dem Vorschubschlitten und einem ebenfalls entlang der Führung verschieblichen Triebstocks des Triebstockgetriebes angeordnet sein kann.
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Dem Federspeicher und/oder -puffer kann eine Kraftmesseinrichtung zur Ermittlung der Federkraft zugeordnet sein. Wenn mit der Kraftmesseinrichtung ein plötzlicher Anstieg der Federkraft festgestellt wird, weist dies auf einen entsprechend höheren Widerstand beim Vorschub des Bohrgestänges und damit auf ein Hindernis im Bohrweg hin. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine von der Kraftmesseinrichtung beaufschlagte Antriebssteuerung oder -regelung für den Antrieb in Abhängigkeit von der ermittelten Federkraft vorgesehen ist, so dass bei einer Veränderung des Bohrwiderstands beispielsweise bei Auftreten eines Hindernisses die Vorschubgeschwindigkeit automatisch angepasst werden kann.
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Die mindestens eine Druckfeder des Federspeichers und/oder -puffers kann eine Schraubendruckfeder sein, die von einer Führungsstange durchsetzt ist. Mittels der Führungsstange wird wirksam verhindert, dass die Feder seitlich ausknicken kann, selbst wenn sie außermittig in Längsrichtung beaufschlagt wird. Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, dass die Schraubendruckfeder auf der Führungsstange mittels eines einstellbaren Widerlagers vorgespannt angeordnet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand eines Beispiels näher illustriert ist. Es zeigt:
- 1 eine Erdbohrvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Bohrgerät in einer schematisierten, vereinfachten Darstellung in einer Seitenansicht mit der Bohrlafette in Ruheposition;
- 2 den Gegenstand der 1 im Arbeitszustand in Position an einer Startgrube der herzustellenden Erdbodenbohrung; d
- 3 die Vorrichtung der 1 und 2 in einer vereinfachten Draufsicht; und
- 4 den rückwärtigen Bereich des Bohrgeräts im Bereich seines Antriebs mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Federspeicher und/oder -puffer in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht.
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Bei der in der Zeichnung insgesamt 10 bezeichneten Erdbohrvorrichtung handelt es sich um eine besonders kompakt bauende Vorrichtung, mit der auch bei beengten Platzverhältnissen, bspw. im innerstädtischen Bereich, im Wesentlichen horizontal verlaufende Erdbohrungen hergestellt werden können. Die Maschine eignet sich besonders für solche Anwendungsfälle, bei denen es notwendig oder jedenfalls wünschenswert ist, ohne aufwendige Tiefbauarbeiten beispielsweise einen Zugang zu einem Kellerfundament eines Gebäudes zu schaffen, z.B. um dieses mit einem neuen Hausanschluss für eine Wasser- oder Gasleitung, ein Elektrokabel oder einen Glasfaseranschluss auszustatten.
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Die Bohrvorrichtung 10 weist ein Fahrgestell 11 auf, dass mit zwei Raupenfahrwerken 12 versehen ist, die das Fahrgestell 11 rechts- und linksseitig der Vorrichtung 10 begrenzen. Mit den Raupenfahrwerken kann die Vorrichtung verfahren und ortgenau an einen Einsatzort gebracht werden.
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Auf dem Fahrgestell 11 ist ein Bohrgerät 13 nach der Erfindung angeordnet, mit dem Bohrungen im Erdreich hergestellt werden können, wie dies bekannt ist. Das Bohrgerät 13 weist eine relativ zum Fahrgestell 11 höhen- und winkelverstellbar angeordnete Bohrlafette 14 auf. An deren rückwärtigen Ende 15 ist ein hydraulischer Dreh- und Vorschubantrieb 16 angeordnet, der in bekannter Weise ein Bohrgestänge 17 antreiben kann, mit dem die gewünschte Erdbohrung erzeugt wird. Bei dem Bohrgerät 13 handelt es sich in vorteilhafter Weise um eine Spülbohreinrichtung, mit der eine durch das Bohrgestänge hindurch eingeleitete Spülflüssigkeit am vorderen Gestängeende an dem dort ausgebildeten Bohrkopf austritt und das Lösen und Abfördern des gelösten Erdreichs bewirkt, wie dies bei Spülbohrverfahren üblich ist. Der Antrieb 16 für die Drehung des Bohrgestänges und dessen Vorschub erfolgt hydraulisch mit einem Hydraulikmedium, das von einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten, separaten Hydraulikstation über Hydraulikleitungen dem Antrieb zugeleitet wird, ähnlich wie auch die Spülflüssigkeit zum hydraulischen Lösen und/oder Ausspülen des Erdreichs von einer separat von der Vorrichtung 10 angeordneten Mischanlage aufbereitet und mittels Pumpen der Vorrichtung zugeführt wird.
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Die Vorrichtung 10 zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise aus, die einen Einsatz auch bei beengten Platzverhältnissen ermöglicht. Dies wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass die Bohrlafette 14 so an dem Fahrgestell 11 angeordnet ist, dass ihr vorderes, zu einem Einstichpunkt 18 der Erdbohrung 19 weisendes Ende 20 seitlich neben dem links- bzw. rechtsseitigen Fahrwerk 12, bei der dargestellten Ausführungsform zwischen diesen beiden absenkbar ist. Wie man insbesondere aus 2 erkennen kann, kann man durch diese besonders vorteilhafte Gestaltung den Abstand zwischen dem vorderen, abgesenkten Ende 20 der Bohrlafette 14 und dem Einstichpunkt 18 in Horizontalrichtung auf ein sehr geringes Maß verkürzen und es ist möglich, das Fahrgestell 11 der Vorrichtung 10 in entsprechend geringem Abstand vor einer vorhandenen Begrenzung, bspw. vor einem Grundstückszaun 21 zu platzieren. Damit eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders für den Einsatz bei beengten Platzverhältnissen, beispielsweise auf einem Gehweg 22 vor einem Vorgarten eines (nicht dargestellten) Gebäudes, ohne den auf der benachbarten Straßenfläche 23 stattfindenden Verkehr zu behindern.
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Wie man insbesondere den 2 und 3 entnehmen kann, weist das Fahrgestell 11 eine sich zwischen den Fahrwerken 12 erstreckende Tragkonstruktion 24 für das Bohrgerät 13 mit einem Schwenkgelenk 25 auf, um das die Bohrlafette geschwenkt und dabei mit ihrem vorderen Ende 20 abgesenkt werden kann. Die Tragkonstruktion 24 ist an der zum Einstichpunkt 18 der Erdbohrung 19 weisenden Vorderseite 26 mit einer zwischen den Fahrwerken ausgebildeten Aussparung 27 versehen, die nach unten, hin zur Aufstellfläche 28, auf der die Vorrichtung 10 für ihren Einsatz platziert ist, offen ist. Bei dieser Anordnung ist das vordere Ende 20 der Lafette 14 beim Schwenken um das Schwenkgelenk 25 in diese Aussparung 27 absenkbar. Das vordere Ende 20 der Bohrlafette steht somit in dem in 2 gezeigten, abgesenkten Zustand nicht oder jedenfalls nicht nennenswert vor die Vorderseite 26 der Tragkonstruktion 24 bzw. des Fahrgestells 11 der Vorrichtung vor. Der vordere Abschnitt der Bohrlafette, der abgesenkt wird, befindet sich dann also zwischen den beiden Raupenfahrwerken 12 und der gesamte von der Vorrichtung eingenommene Aufstellplatz ist im Betrieb der Vorrichtung nicht oder jedenfalls nicht nennenswert größer als die vom Fahrgestell mit den beiden Raupenfahrwerken eingenommene Fläche.
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Um die Bohrlafette 14 in ihre in 2 gezeigte Arbeitsposition zu bringen, ist an dem rückwärtigen Teil der Tragkonstruktion 24 ein Hydraulikzylinder 29 liegend angeordnet, der sich zylinderseitig im Bereich des Schwenkgelenks 25 abstützt. Mit seiner Kolbenstange wirkt der Hydraulikzylinder 29 auf einen längsverschieblich gelagerten Lagerbock 30, an dem eine Stütze 31 mit einem ersten Ende gelenkig angeschlossen ist. Das andere Ende der Stütze 31 ist am rückwärtigen Ende 15 der Lafette 14 schwenkbeweglich gelagert. Um die Lafette aus der in 1 gezeigten Ruheposition in die in 2 gezeigte Arbeitsposition aufzustellen, wird der Hydraulikzylinder 29 betätigt, sodass die ausfahrende Kolbenstange den Lagerbock 30 auf der Tragkonstruktion 24 nach hinten verschiebt und dadurch die Stütze 31 aufstellt. Diese hebt das hintere Ende 15 der Lafette an und verschwenkt diese um das Schwenkgelenk 25, sodass das vordere Ende 20 der Lafette in der Aussparung 27 zwischen den beiden Fahrwerken abgesenkt wird.
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Am vorderen Ende 20 der Bohrlafette 14 ist diese unterseitig mit einem austauschbaren Widerlagerelement 32 versehen, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Stahlwinkel besteht. Dieser hat einen ersten, im Wesentlichen vertikalen Schenkel und einem im rechten Winkel dazu verlaufenden, horizontalen Schenkel, wobei die Anordnung hier so ist, dass der Stahlwinkel zum rückwärtigen Ende des Fahrgestells hin offen ist. Das Widerlagerelement 32 dient dazu, die Vorrichtung im Betrieb bei Erstellen der Horizontalbohrung in Horizontalrichtung abzustützen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem gemäß 2 sich der Einstichpunkt 18 der Erdbohrung 19 in einer Vorderseite 33 einer Startgrube 34 befindet, liegt der horizontale Schenkel des Widerlagerelements am rückwärtigen Rand 35 der Grube 34 auf, während sich der vertikale Schenkel des Widerlagerelements 32 an der Rückseite 36 der Startgrube abstützt und die aus dem Bohrvorgang resultierenden, im Bohrgestänge 17 wirksamen Längskräfte aufnimmt. Auf diese Weise wird der Horizontalanteil der aus dem Bohrvorgang resultierenden Reaktionskräfte in das die Startgrube begrenzende Erdreich jedenfalls teilweise absetzt, sodass diese Reaktionskräfte jedenfalls nicht ausschließlich über die Fahrwerke der Vorrichtung in den Untergrund abgeleitet werden müssen.
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4 zeigt in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht das erfindungsgemäß ausgestaltete Bohrgerät 13 im Antriebsbereich am rückwärtigen Ende 15 der Bohrlafette 14. Wie man dort am besten erkennen kann, umfasst der Antrieb 16 einen Vorschubantrieb 16A und einen Drehantrieb 16B für das Bohrgestänge 17. Der Drehantrieb 16B ist fest an einem Vorschubschlitten 38 angeordnet, welcher an einer an der Bohrlafette 14 oberseitig ausgebildeten Führung 39 längsverschieblich gelagert ist. Der Vorschubantrieb 16A umfasst einen ortsfest an der Lafette 14 aufgehängten Getriebemotor 40 mit einem Antriebszahnrad 40A, das mit einer Triebstock-Zahnstange 41 ein Triebstockgetriebe bildet. Die Zahnstange 41 ist gleichfalls an der Führung 39 längsverschieblich geführt und wird durch Betätigung des Getriebemotors 40 von dessen Antriebszahnrad 40A in Richtung auf den Vorschubschlitten 38 mit dem daran angeordneten Drehantrieb 16B bewegt.
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Am vorderen Ende der Triebstock-Zahnstange 41 ist diese mit einer Konsole 42 im Abstand von der Rückseite 43 des Vorschubschlittens 38 versehen. Zwischen der Konsole 42 und der Rückseite 43 des Schlittens 38 ist ein Federspeicher/-puffer 44 angeordnet, der mindestens zwei paarweise übereinander angeordnete Schraubendruckfedern 45 sowie Führungsstangen 46 für die Federn 45 aufweist, die mit ihren rückwärtigen Enden an der Konsole befestigt und mit ihren vorderen Enden in Stangenführungen 47 im Schlitten 38 an dessen Rückseite 43 einführbar sind.
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Der Vorschubantrieb 16A ist somit über den in Axialrichtung 48 des Bohrgestänges 17 wirkenden Federspeicher 44 mittelbar über den Vorschubschlitten 38 und den daran angeordneten Drehantrieb 16B wirkverbunden. Wenn der Vorschubantrieb 16A betätigt wird und über sein Antriebszahnrad 40 die Triebstockzahnstange 41 in Längsrichtung 48 nach vorne in Richtung auf das vordere Ende 20 der Lafette 14 verschiebt, wird diese Antriebsbewegung über die Federn 45 des Federspeichers auf den Schlitten übertragen. In Abhängigkeit von dem Bohrwiderstand in Längsrichtung des Gestänges werden die Federn dabei mehr oder weniger gespannt. Je stärker die Federn komprimiert werden, umso größer wird die in Längsrichtung wirkende Vorschubkraft, die entlang des Bohrgestänges auf die an dessen vorderen Ende montierte Bohrkrone wirkt. Da der Federspeicher/-puffer die vom Vorschubantrieb ausgeübte Bewegung abpuffern kann, diese also nicht als Zwangsbewegung 1:1 auf das Bohrgestänge übertragen wird, sondern Druckspitzen durch Speicherung von deren Energie in den Federn abgefangen werden, wird die auf das Gestänge wirkende Belastung vergleichmäßigt und die Standzeit der Bohreinrichtung, insbesondere von deren Bohrgestänge und Bohrkrone verbessert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel stützt sich die untere der beiden gezeigten Schraubenfedern 45 rückseitig über eine Druckmessdose 49 an der Konsole 42 ab. Mit der Druckmessdose kann die wirksame Federkraft bestimmt werden. Die Druckmessdose ist über eine Steuerleitung 50 und eine (nicht näher dargestellte/bezeichnete) Steuerungselektronik mit dem Vorschubmotor 16A verbunden, so dass ihr Signal zur Steuerung/Regelung des Antriebs verwendet werden kann. Insbesondere kann damit eine automatisch auslösende Überlastschaltung realisiert werden, die den Vorschub stilllegt, sobald die Federkraft in den Schraubenfedern einen voreingestellten Wert übersteigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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