DE19859367A1 - Lenkkopf-Rammbohrgerät - Google Patents
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Abstract
Bei einem Rammbohrgerät mit einem beweglich, beispielsweise drehbar im Gerätegehäuse gelagerten Lenkelement, beispielsweise einem Lenkkopf, ist das Gerätegehäuse drehfest mit einer Druckmittelleitung und drehbar mit einem Hüllrohr verbunden; es läßt sich daher mit geringer Reibung durch Drehen mit Hilfe der Druckmittelleitung gegenüber dem vom Erdreich festgehaltenen Lenkelement verstellen.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rammbohrgerät zum Herstellen von Erd
bohrungen oder zum Verlegen von Leitungen im Erdreich, beispielsweise
gleichzeitig mit dem Herstellen einer neuen oder dem Aufweiten einer bereits
vorhandenen Erdbohrung.
Derartige Geräte sind üblicherweise für ein Geradeaus- oder ein Kurvenboh
ren eingerichtet und besitzen dann einen verstellbaren, beispielsweise um
seine Längsachse in bezug auf das Gerätegehäuse verdrehbaren Lenk-
bzw. Bohrkopf, dessen Winkelstellung bezüglich des Gerätegehäuses die
Bewegungsrichtung des Gerätes bestimmt.
Die Art, wie die relative Lage von Lenkkopf und Gerätegehäuse verstellt und
wie eine Kurvenfahrt bewirkt wird, kann sehr verschieden sein. Beispiele
lenkbarer Rammbohrgeräte finden sich in den US-Patentschriften 5 322 391,
5 350 254, 5 597 046, der europäischen Patentschrift 0 301 287 und in der
PCT-Offenlegungsschrift WO 94105941, deren Inhalt hier ausdrücklich in
Bezug genommen wird.
Bei dem Gerät nach der PCT-Offenlegungsschrift ist der Lenkkopf beispiels
weise als Kegel ausgebildet und drehbar im Gerätegehäuse gelagert; seine
Drehachse verläuft geneigt in bezug auf die Gehäuselängsachse. Gleichzei
tig verlaufen die sich senkrecht zur Drehachse erstreckenden, aneinander
liegenden Berührungsflächen von Lenkkopf und Gehäuse ebenfalls winklig
in bezug auf die Gehäuselängsachse. Auf diese Weise ist es möglich, das
Gerätegehäuse um seine Längsachse zu drehen, während das Erdreich den
Lenkkopf festhält. Durch eine solche Gehäusedrehung läßt sich der Lenk
kopf in eine exzentrische Lage gegenüber dem Gerätegehäuse bringen, in
der eine Kurvenfahrt stattfindet. Den Drehwinkel zwischen dem Lenkkopf
und dem Gerätegehäuse bzw. die beiden Endstellungen des Lenkkopfs
bestimmt ein mit dem Lenkkopf verbundener, in einen kreisförmigen Schlitz
im Gerätegehäuse eingreifender Mitnehmerzapfen. Liegt der Zapfen an dem
einen Ende des Geräteschlitzes an, dann befindet sich der Lenkkopf in
seiner Position für die Geradeausfahrt (Geradeausposition), während er sich
am anderen Ende des Geräteschlitzes in der Position für die Kurvenfahrt
(Lenkposition) befindet. Dabei ist das Gerät so gestaltet, daß der Lenkkopf
einer Tendenz unterliegt, sich stets in eine der beiden Arbeitspositionen zu
bewegen.
Um das Rammbohrgerät von einer Geradeausfahrt auf eine bestimmte Kur
venbahn zu bringen, muß das Gerätegehäuse mit Hilfe des Druckluft
schlauchs so weit gedreht werden, bis das Gerät die erforderliche Winkel
lage (Ausgangslage) für die gewünschte Kurvenbahn erreicht hat.
Diese Drehbewegung kann sich aus zwei Phasen zusammensetzen. In die
sem Falle besteht die erste Phase darin, daß zunächst nur das Gerätege
häuse gedreht wird, bis der Mitnehmerzapfen über den gesamten Differenz
winkel aus der Geradeausposition in die Lenkposition gelangt ist. Sobald das
geschehen ist, sind der Lenkkopf und das Gerätegehäuse für die weitere
Drehbewegung miteinander gekuppelt, d. h. das Gerätegehäuse und der
Lenkkopf drehen sich gemeinsam, bis die Ausgangslage für die Kurvenfahrt
erreicht ist.
Befindet sich der Mitnehmerzapfen hingegen von Anfang an in seiner Lenk
position, dann ist mit einer Schlauchdrehung gleichzeitig eine gemeinsame
Drehung des Gerätegehäuses und des Lenkkopfs verbunden. Dieser Fall tritt
beispielsweise ein, wenn der Lenkkopf beim Geradeausbohren ungewollt in
die Lenkposition gelangt und daher eine Korrekturbewegung des Ge
rätegehäuses erforderlich ist, oder wenn während einer Kurvenfahrt eine
Richtungskorrektur erforderlich ist.
Unabhängig davon, wie im konkreten Einzelfall die Ausgangslage für eine
Änderung der Bohrrichtung ist, bedarf eine Richtungsänderung in jedem
Falle eines Drehens des Gerätegehäuses um dessen Längsachse bei fest
stehendem Lenkkopf.
Ein solches Drehen ist nur mit Hilfe des am rückwärtigen Geräteende ange
schlossenen Druckluftschlauchs möglich. Das bringt jedoch erhebliche Pro
bleme mit sich, weil der Druckluftschlauch nicht biegesteif sein darf und da
her auch nicht torsionsfest sein kann. Hinzu kommt, daß das Rammbohr
gerät beim Drehen - auch mit Hilfe eines Rohrgestänges für die Druckmittel
zufuhr - die auf sein Gehäuse wirkende Erdreichreibung überwinden muß.
Diese Reibung kann - je nach der Bodenbeschaffenheit sowie am Außen
durchmesser und der Länge des Geräts - sehr erheblich sein, so daß es bei
einer fortgeschrittenen Bohrung bzw. beim Drehen an einer dementspre
chend langen Druckmittelleitung (Druckluftschlauch) häufig gar nicht mehr
möglich ist, das Gehäuse im Erdreich zu drehen oder die dafür erforderlichen
Kräfte aufzubringen.
Die Reibung zwischen Gehäuse und Erdreich läßt sich zwar vermeiden,
wenn der vordere Teil des Gerätes einen größeren Durchmesser besitzt als
der Rest des Gehäuses. Das scheitert jedoch daran, daß die Reibung zwi
schen Gehäuse und Erdreich unerläßlich ist, damit das Erdreich die entge
gen der Bohrrichtung gerichteten Reaktionskräfte aufnehmen kann.
Ein weiterer Nachteil besteht bei den bekannten Geräten mit Druckluft
schlauch darin, daß sich infolge der Torsion des Druckluftschlauchs von
außerhalb der Erdbohrung nicht, zumindest nicht mit der notwendigen Ge
nauigkeit feststellen läßt, wann sich das Rammbohrgerät zu drehen beginnt,
um welchen Winkel es sich tatsächlich dreht und nach welchem Winkel die
Drehung beendet ist.
Da ein zielgenaues Bohren jedoch nur dann möglich ist, wenn der Lenkkopf
oder ein verstellbares Lenkelement eine vorgegebene Winkelstellung zum
Gehäuse des Rammbohrgeräts einnimmt, kommt es in der Praxis entschei
dend darauf an, das Gerätegehäuse jeweils nur solange und soweit zu dre
hen, bis der vorgegebene Lenkwinkel erreicht ist.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Rammbohrgerät mit
drehbar im Gerätegehäuse gelagertem Lenkkopf oder Lenkelement zu
schaffen, das ein möglichst genaues Drehen des Gehäuses um einen be
stimmten Winkelbereich oder auch um mehr als eine volle Drehung erlaubt.
Dieses Problem findet seine Lösung in einem Rammbohrgerät mit einem
beweglich, beispielsweise drehbar im Gerätegehäuse gelagerten Lenkele
ment, beispielsweise einem Lenkkopf und einer mit dem Gerätegehäuse
drehfest verbundenen Druckmittelleitung, beispielsweise einem Druckluft
schlauch, dessen Gehäuse mit einem Hüllrohr drehbar verbunden ist. Das
Hüllrohr ist vorzugsweise axial verschiebefest mit dem Gerätegehäuse ver
bunden.
Auf diese Weise ist es möglich, das Gerätegehäuse mit mehr oder weniger
Erdreichreibung in bezug auf das Lenkelement und das Hüllrohr zu verdre
hen, während das Lenkelement vom umgebenden Erdreich oder mit Hilfe
des Hüllrohr festgehalten wird. Wieviel Erdreichreibung im Einzelfall zu
überwinden ist, hängt im wesentlichen von der Länge des Hüllrohrs ab; die
Erdreichreibung vermindert sich mit zunehmender Länge des Hüllrohrs und
entfällt, wenn sich das Hüllrohr vom Lenkelement bis zum rückwärtigen Ende
des Gehäuses erstreckt.
Um die Reibung gering zu halten, kann zwischen dem Hüllrohr und dem Ge
rätegehäuse vorzugsweise im Bereich des Lenkelements ein Drehlager an
geordnet sein. Ein weiteres Drehlager kann sich am rückwärtigen Ende des
Gerätes befinden.
Ein solches Drehlager kann darin bestehen, daß ein Innenring des Hüllrohrs,
beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt, in eine komplementäre Aus
nehmung des Gerätegehäuses eingreift. Dabei kann der Innenring einerseits
an einer Schulter des Gerätegehäuses und andererseits an dem Lenkkopf
oder einem zwischen dem Lenkkopf und dem Gerätegehäuse angeordneten,
jedoch mit dem Gerätegehäuse drehfest verbundenen Sendergehäuse an
liegen.
Eine weitere Verringerung der Reibungskräfte ergibt sich, wenn der Freiraum
zwischen dem Hüllrohr und dem Gerätegehäuse nach außen hin abgedichtet
ist und daher kein Erdreich eindringen kann. Dabei kann der Freiraum auch
mit einem Schmiermittel, beispielsweise mit Fett oder Oel gefüllt sein.
Um ein unbeabsichtigtes Verdrehen des Gehäuses in bezug auf das Lenkelement
zu vermeiden, kann zwischen dem Hüllrohr und dem Gerätegehäuse
eine lösbare Verriegelung angeordnet sein.
In jedem Falle nimmt das Hüllrohr zumindest einen Teil der Erdreichreibung
auf und gewährleistet auf diese Weise, daß sich das Rammbohrgerät unter
dem Einfluß der von dem pneumatisch oder hydraulisch hin- und herbe
wegten Schlagkolben auf das Gehäuse übertragenen Schlagenergie im Erd
reich fortbewegen kann, und daß gleichzeitig ein Verdrehen des Gerätege
häuses in bezug auf den Lenkkopf ohne (allzu große) Erdreichreibung mög
lich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Rammbohrgerät mit einem Lenkkopf und einem sich anschlie
ßenden Sendergehäuse,
Fig. 2 ein Lenkelement,
Fig. 3 ein weiteres Lenkelement und
Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt der Fig. 1 mit einem
Drehlager zwischen einem Hüllrohr und dem Gerätegehäuse.
Das Rammbohrgerät entspricht in seiner allgemeinen Beschaffenheit und
Betriebsweise dem in der deutschen Offenlegungsschrift 196 50 271 be
schriebenen Gerät; es besteht aus einem Gehäuse 1, in dessen vorderem
Teil 2 ein Sender 3 angeordnet ist, sowie einem Lenkkopf 4. Der Lenkkopf 4
ist drehbar in dem als Sendergehäuse 2 ausgebildeten Gerätegehäuse ge
lagert, wie das in der PCT-Offenlegungsschrift WO 94/05941 dargestellt und
beschrieben ist. Beispielsweise kann der Lenkkopf 4 eine Drehachse 5 be
sitzen, die winklig zur Längsachse 6 des Gerätegehäuses 1 und gleichzeitig
rechtwinklig zu der Berührungsebene 7 zwischen Lenkkopf 4 und Senderge
häuse 2 verläuft.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Lenkkopf 4, wie in Fig. 2 dar
gestellt, mit einem Drehzapfen 8 exzentrisch in einer Bohrung 9 des Sender
gehäuses 2 gelagert ist. Der Lenkkopf 4 besitzt in diesem Falle einen Mit
nehmerzapfen 10, der in einen kreisbogenförmigen Schlitz 11 in der Stirnflä
che 12 des Sendergehäuses 2 eingreift. Der Drehzapfen 8 ist mit Hilfe von
Spannstiften 13, die in Drehzapfenausnehmungen 14 eingreifen, gegen eine
Längsbewegung im Sendergehäuse 2 gesichert.
Schließlich kann das Gerätegehäuse 1 auch mit einem zylindrischen Kern 26
drehfest verbunden sein, der mit einer vorderen Schrägfläche 27 versehen
und über ein nicht dargestelltes Drehlager in einem Hüllkörper 28 ebenfalls
mit einer vorderen Schrägfläche 29 gelagert ist. Sind die beiden Schrägflä
chen 27, 29 einander zugekehrt, wie in Fig. 3 dargestellt, bewegt sich das
Gerät geradeaus. Nach einem Drehen des Gehäuses 1 um 180° liegen die
Schrägflächen 27, 29 in einer Ebene, so daß sich das Gerät auf einer Kur
venbahn bewegt, die in der von der Schrägfläche abgewendeten Richtung
gekrümmt ist. Ein solches Drehen nur des Lenkelements ist möglich, weil der
Hüllkörper reibungs- und formschlüssig im Erdreich festgehalten wird.
Das Sendergehäuse 2 kann mit dem Gerätegehäuse drehfest verbunden
oder einstückig ausgebildet sein.
Das Gerätegehäuse ist mit Ausnahme des Sendergehäuses 2 von einem
Hüllrohr 15 umgeben, das sich bis zum hinteren Teil des Gerätegehäuses 1
erstreckt, so daß von dem Gehäuse nur das Sendergehäuse 2 und das
rückwärtige Ende 16 mit dem drehfest an das Gehäuse 1 angeschlossenen
Druckluftschlauch 17 nicht von dem Hüllrohr 15 umgeben ist.
Zwischen dem Hüllrohr 15 und dem Gerätegehäuse befindet sich im Bereich
des vorderen und des hinteren Hüllrohrendes jeweils ein Drehlager 18, 19.
Das Drehlager 18 besteht aus einem mit dem Hüllrohr 15 fest verbundenen
im Querschnitt rechteckigen Innenring 20. Dieser Innenring greift in eine
Stufe 21 des Gerätegehäuses 1 ein und erstreckt sich dabei zwischen einer
Schulter 22 des Gehäuses und einer Anschlagfläche 23 des vorderen
Sendergehäuses 2. Um das Eindringen von Schmutz in den Freiraum 24
zwischen dem Gerätegehäuse 1 und dem Hüllrohr 15 zu vermeiden, ist das
Drehlager 18 mit einer Dichtung 25 versehen.
Das hintere Drehlager 19 ist ebenso beschaffen wie das vordere Drehlager
18.
Da bei dem dargestellten Rammbohrgerät lediglich der vordere Teil 2
(Sendergehäuse) partiell, d. h. im Bereich seiner Verdickung sowie das hin
tere, teilweise durchmesserkleinere Ende des Gehäuses mit dem Erdreich in
Berührung kommen, ist ein Verdrehen des Gehäuses in bezug auf den
Lenkkopf mit Hilfe des Druckluftschlauchs 17 ohne einen allzu großen Rei
bungswiderstand möglich.
Claims (13)
1. Rammbohrgerät zum Herstellen von Erdbohrungen oder zum Verlegen
von Leitungen im Erdreich
- - mit einem beweglich im Gerätegehäuse (1) gelagerten Lenkelement (4; 26),
- - einer mit dem Gehäuse drehfest verbundenen Druckmittelleitung (17) und
- - einem mit dem Gehäuse drehbar verbundenen Hüllrohr (15).
2. Rammbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Lenkelement (4; 26) drehbar im Gerätegehäuse (1) gelagert ist.
3. Rammbohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hüllrohr (15) axial verschiebefest mit dem Gerätegehäuse (1)
verbunden ist.
4. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich das Hüllrohr (15) bis zum rückwärtigen Geräteende
erstreckt.
5. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Hüllrohr (15) und das Gerätegehäuse (1) über ein
vorne angeordnetes Drehlager (18) miteinander verbunden sind.
6. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß am rückwärtigen Ende des Gehäuses (1) zwischen dem
Hüllrohr (15) und dem Gerätegehäuse ein Drehlager (19) angeordnet ist.
7. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Innenring (20) des Hüllrohrs (15) in eine Ausnehmung
(21, 22, 23) des Gerätegehäuses (1) eingreift.
8. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Freiraum (24) zwischen dem Hüllrohr (15) und dem
Gerätegehäuse (1) nach außen hin abgedichtet ist.
9. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Freiraum (24) mit einem Schmiermittel gefüllt ist.
10. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem Hüllrohr (15) und dem Gerätegehäuse (1)
eine Verriegelung angeordnet ist.
11. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gerätegehäuse (1, 2) das Hüllrohr (15) überragt und
außerhalb des Hüllrohrs mindestens teilweise einen geringeren Durch
messer besitzt als das Hüllrohr.
12. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein sich nach vorne verjüngender Lenkkopf (4) mit winklig
in bezug auf die Gerätelängsachse (6) verlaufender Drehachse (5)
drehbar im Gerätegehäuse (1) gelagert ist.
13. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet
durch ein mit einer Schrägfläche (29) versehenes Lenkelement in Ge
stalt eines Hüllkörpers (28) mit einem konzentrischen, eine Schrägfläche
(27) aufweisenden mit dem Gehäuse (1) verbundenen Kern (26) sowie
einem Drehlager zwischen dem Lenkelement und dem Hüllkörper.
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