DE2105229A1

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Publication number: DE2105229A1
Application number: DE19712105229
Authority: DE
Priority date: 1971-02-08
Filing date: 1971-02-04
Publication date: 1972-08-10
Also published as: NL166091C; BE763847A; US3727701A; DE2105229B2; NL166091B; AU446345B1; NL7101792A; GB1352042A; FR2126072A1

Description

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München 22 Zweibrüdcenslf. 6

'Institut gornogo dela Sibirskogo 4. Februar 1571 otdelenija Akademii nauk SSSR, RZ/Hu

Novosibirsk / UdSSR _M

P 35 916/2 ■ %

UMKEHRBARE SCHLAGAüSÜBENDE EINRICHTUNG ZUR BILDUNG VON BOHRLÖCHERN IM BODEN ■ DURCH BODENVERDICHTUNG

Die Erfindung betrifft umkehrbare schlagausübende Einrichtungen zur Bildung von Bohrlöchern im Boden durch Boden- » verdichtung, sie kann z.B. beim Bau von unterirdischen Verbindungsleitungen nach dem Unterlage,-Verfahren ohne Grabenaushub benutzt werden.

In einer anderen Patentanmeldung desselben

Anmelders ist eine umkehrbare Schlageinrichtung beschrieben,die einen im zugespitzten Frontteil des Gehäuses sitzenden Schlagkolben aufweist, der infolge Drucklufteinwirkung in Hin-

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und Herbewegung versetzt wird, wobei er Schlage gegen das Gehäuse ausübt, die dasselbe in den Boden vortreiben.

Die Druckluft wird. Wechselraum-Arbeitskamniern zugeführt, von denen eine - die vordere - durch die innere Oberfläche des Gehäuses und die äußere Oberfläche des Schlagkolbens gebildet wird, die hintere Arbeitskammer < > im Inneren des 'Schlagkolbens, in seinem Schaftteil ^Liegt) und durch die im Kolbenschaft vorhandenen Öffnungen mit der vorderen Arbeitskammer in Verbindungsstelle

Die hintere Kammer ist mit der Druckluftquelle durch eine abgestufte luftzuführende Büchse verbunden, die in der hinteren Schlagkolbenkammer angeordnet und durch den Büchsenflansch im Schaftteil des Gehäuses befestigt ist. An ihrer Großdurchmesserstufe, die mit dem Schlagkolben zusammenwirkt, weist die luftzuführende Büchse Öffnungen auf, die beim Vorwärtsgang der Einrichtung durch einen im Inneren der Büchse sitzenden Schieber geschlossen sind. Der Schieber ist starr mit der abgefederten Hülse verbunden, die in der Kleindurchmesserstufe der Büchse in Axialrichtung verschiebbar angeordnet ist.

Die Bewegungsumkehr der beschriebenen bekannten Einrichtung beim Übergang vom Vorwärtshub (Arbeitshub) auf den Rück-Wcirtshub (Leergang) erfolgt durch Verminderung des Luftdruckwertes im Vergleich zu/n Luftdrucknennwert, beim umgekehrten Übergang aber, d.h. auf den Vorwärtshub, durch Erhöhung

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des Luftdruckwertes im Vergleich zum Luftdrucknennwert. In beiden Fallen erfolgt bei Änderung des Luftdruckwertes ein axialer Hin- und Rückzug des abgefederten Schiebers, der die Öffnungen der Iuftzuführenden Büchse öffnet (oder schließt) und dadurch .den Druckluft-Zuführungsverlauf in die vordere Kammer ändert. Hierdurch wird die Änderung der Schlagrichtung des Schlagkolbens gegen das Gehäuse und folglich auch die Änderung der Bewegungsrichtung des ganzen Gerätes verursacht. M

Die Betriebserfahrungen mit solchen umkehrbaren schlagausübenden Einrichtungen haben erwiesen, daß in der Praxis das Einhalten der Solldruckwerte beim Vorwärts- bzw. Rückwärtshub der Einrichtung gelingt nicht immer (das Druckgefälle beträgt.bis 2bis 3 atm). Deshalb kann bei eventuellen Druckschwankungen eine vollständige Umschaltung der Einrichtung vom Vorwärts- auf den Rückwärtshub und umgekehrt erfolgen. Das folgt aus dem obenbeschriebenen Betrieb der bekannten Einrichtung. A

Außerdem hat sich erwiesen, daß es beim Anlassen der Einrichtung zwecks Erleichterung des Gehäuseeindringens in den Boden erforderlich ist, den Betrieb bei einem unter

wei$ dem Nennwert liegenden Luftdruck^zu führen, was durch die Bauart der beschriebenen bekannten Einrichtung nicht ge-'währleistet werden kann.

Zu den Mängeln der Bauart der bekannten Einrichtung

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zählt auch noch die Notwendigkeit der Benutzung einer reder mit genau bestimmtem Steifigkeitswert.

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Schwierigkeiten und Mangel.

Der Erfindung liegt die ivufgabe zugrunde, eine umkehrbare schlagausübende Einrichtung zu entwickeln, die sowohl im "Vorwartshub" - als auch im "Rückwärtshub" -Lauf unter einem beliebigen erforderlichen Rohrleitungsdruck arbeiten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch, gelöst, daß die luftKufuhrende Büchse an ihrer Großdurcnmesserstufe eine zweite-parallel der ersten liegende Rei^e von Offnungen<&ufweist >sowic an der Stirnfläche der Großdurcnmesser-Büchsenstufe vorgesehene Luftaustnttsöffnungen und daß der Hohlschieber au-f seiner mit der Büchse zusammenwirkenden Stufe ebenfalls zwei durch eine Trennwand voneinander abgeteilte Reihen von Öffnungen aufweist, die nacheinander die entsprechenden Öffnungsreihen in der Büchse bei der Drehung des Schiebers decken; dazu sind der Schieber und die Büchse durch einen Vorsprung verbunden, der in einer geschlossenen For..inut läuft, welche bei der Bewegungaumkehr der Einrichtung d..roh Eir:- oder Abschalten der Druckluft zuführung während der ;-i;:iule:; iiin- und Her bewegendes Schiebers die einseitige Drehung des Schiebers rm seine Längsachse gewährleistest.

Es ist zweckmäßig, daß die Seitenwände der ^eseii

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BAÖ ORiSJNAL

Formnut, die auf der Innenfläche des Büchsenflansches ausgeführt wird, den Verlauf von gleichgestalteten zickzackförraigen Linien aufweist, bei denen eine jede Spitze der einen xA.tv]-.: und die ihr gegenüberliegende (entsprechende) Spitao der anderen Linie um einen Winkel gegeneinaruier versetzt sind_f> der die Drehung de3 Schiebers in ein und derselben Richtung sichert.

Eine solche erfindung3gemäßo Konstruktion der Iuftauführenden Büchse und des Schiebers ermöglicht es, bei beliebigen eventuellen Schwankungen des Luftdruokwertes in den Rohrleitungen eine selbständige Umschaltung der Einrichtung von einem Betriobolauf auf den anderen zu verhindern. Da.-i erfolgt deshalb, v/eil die Umschaltung der Einrichtung von einem Dotriebslauf auf den anderen nur durch Abschaltung (oder Einschaltung) der Druckluftzuführung ausgeführt werden kurm, d.h. wenn der Schieber anspricht, welcher ei.no Änderiu;_r; dos loruokluft-Zuführungaverlaufea in die vordere Kammer der Hinrichtung und somit eino Bewegungaumkehr der Eln.riohs.Uii;; bewerkstolligt, M

Nachstehend werden Ziele und Vorzüge der Erfindung anhand der Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1, Seitenansicht mit teilweisem Längsschnitt dor erfindunrsgGmäßen umkehrbaren aohlaiSäuoiibo.mleri Einrichtung 7λιγ Bildung von Üohrl öohorri in; i'

2 ö 8 8 3 'J / 0 4 S 3

Fig. 2 Schnitt II-Il nach Fig. Ij
Fig. 3 Schnitt IH-III nach Fig, Ij

Fig. 4 Abwicklung der Formnut nach dem Durchmesser

Die Einrichtung enthalt ein zylindrisches im Vorderteil zugespitztes Kühlgehäuse 1 (Fig, 1), in dem der Schlagkolben 2, welcher sich durch zwei Bunde 3 und 4 gegen die Innenflach ο döü Gehäuses 1 abstützt, angeordnet ist. Der zwischen üer inneren Oberfläche des Gehäuses 1 und der äußeren Oberfläche des Schlagkolbena"eingeschlossene Hohlraum bildet, die /ordere Arbeitskammer 5 mit wechselndem Rauminhalt, der von de-r Lage des Schlagkolben 2 im Gehäuse 1 abhängig ist.

Im Schaftteil döa Schlagkolben 2 ist obenfalla ein riohlraum vorgesehen, der die hintere Wechselraun-Arbeitskamrner 6 bildet, In den Wänden des Schafttelles des Schlagkolben 2 sind öffnungen 7 vorgesehen, dLe Ln Abhängigkeit von der Stellung des Schlagkolben 2 regelmäßig die vordere Kammer 5 entweder mit der ständig unter Druck stehenden hinteren Kammer 6 oder mit der Außenluft in Verbindung setzen.

Die Druckluft wird der hinteren Kammer 6 durch die abgestufte luftzuführende Büchse 8 zugeleitet, dLe durch ihren Flansch 9 im Schaftteil des Gehäuses 1 befestigt urui mit dem vom (in der Zeichnung nicht angedeuteten) Kompressor !Kommenden Druckluftschlauoh 10 verbunden lab»

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BAD ORIGlMAL

Auf der zylindrischen Oberfläche ihrer Großdurchmesserstufe, die mit dem Schaftteil des Schlagkolbens 2 zusammenwirkt, weist die- Büchse 8 zwei x>arallel laufende Rei^r. Il (Fig. 2) und 12 (Fig. 3) von Öffnungen auf, an der Stirnfläche dieser Stufe der Büchse 8 sind Öffnungen 13 (Fig.l) zum Austritt der Abluft vorgesehen. Die Austritts Öffnungen 14 sind auch im Flansch 9 der Büchse 8 vorgesehen.

Im Inneren der luftzuführenden Büchse 8 sitzt der i-iohlschieber 15, der ebenfalls wie die Büchse 8 abgestuft und zylindrisch gestaltet ist. Auf der zylindrischen Oberfläche der G-roßdurchrr.osserstufe des Schiebers 15, die mit der Büchse 8 zusammenwirkt, sind ebenfalls zwei Reihen 16 (Fig. 2) und 17 (Fig. 3) von Öffnungen· vorhanden.

Diese üffnungsreihen 16 und 17 sind durch die Stirn-

JL- trennwand ^des Schiebers 15 voneinander abgeteilt und so angeordnet, daß bei Drehung· des Schiebers 15 um den Sollwind

kel =*-, oder c/ (Fig. 4) die Öffnungsreihen 16 und

17 nacheinander die Öffnungsreihen 11 bzw. 12 der Büchse decken. Zwischen der Stirnfläche der Büchse 8 und der Stirntrennwand 18 des Schiebers 15 ist die Feder 19 angeordnet.

Der Flansch 9 der Büchse 8 weist auf seiner inneren zylindrischen Fläche die geschlossene Formnut 20 auf, in welcher der auf der äußeren Oberfläche des Schaftteiles des Schiebers 15 sitzende Vorsprung 21 laufen kann.

Die Seitenwände 22 und 23 (Fig. 1) der Formnut 20 sine

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BAD ORIGINAL

als Zickzackförmije Linien 24 (Fig. 4) und 25 gestaltet, wobei die Spitzen 26 der Linie 24 und die entsprechenden (gegenüberliegenden) Spitzen 27 der ^inie

25 um den Winkel °£ gegeneinander versetzt sind. Diese Versetzung der Spitzen 26- und 27 der Linien 24

und 25, nach denen die Seitenwände 22 und 23 der geschlossenen Nut gestaltet sind, gewährleistet das einseitige Drehen des Schiebers bei seinen axialen Verrückungen.

Der Betrieb der erfxndungsgeraäßen Einrichtung verläuft in folgender Weise.

Beim "Vorwärtslauf'¹ der Einrichtung wird der Schieber 15 unter Einwirkung der Druckluft,· die der hinteren Arbeitskammer 6 durch den Kanal des Schiebers 15 aus dem Schlauch IO zugeleitet ist, in die rechte Randstellung (Fig. l). versetzt. Die Öffnungen der Reihe 11 an der Büchse 8 werden durch den Schieber 15 (wie aus Fig. 2 ersichtlich ist) geschlossen, die Öffnungen der Reihe 12 der Büchse 8 decken (wie aus Fig. 3 ersichtlich ist) die Öffnungen der Reihe 17 <m Schieber 15. Dabei ist die Feder 19 zusammengepreßt. Gleichzeitig wird der Schlagkolben 2 unter Einwirkung der in die hintere Kammer zugeführten Druckluft nach links versetzt und übt einen Schlag gegen die Innenwand des Vorderteiles des Gehäuses 1 aus, wodurch die ganze Einrichtung im Boden in Schlagrichtung, d.h. vorwärts (in Fig. 1 -

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nach links) vorgetrieben wird.

Die Rückverschiebung der Einrichtung infolge Einwirkung von Rückstoßkraften wird durch die zwischen dem Gehäuse 1 und den Bohrlochwänden auftretenden Reibungskräfte verhindert.

Am Beginn des Vorwärtshubes des Schlagkolbens^2 setzen seine Öffnungen 7 die vordere Arbeitskammer 5 mit der Außenluft ' in Verbindung. Mit der Fortbewegung des Schlagkolben 2 und durch'seine Zusammenwirkung mit der Büohoe 8 setzen seine Öffnungen 7 bei einem bestimmten Abstand der Büchse von der linken (vorderen) Randstellung des Schlagkolbens 2 die vordere Arbeitskammer 5 mit der hinteren Kammer 6 und somit auch mit der Druckluftquelle in Verbindung.

des
Infolge Abpralls des Schlagkolbens 2 von der Vorderwand

des Gehäuses 1 und durch den Druck der in die vordere Kammer 5 einströmenden Preßluft beginnt der Schlagkolben 2 sich in die Rückwärtsrichtung (in Fig. 1 - nachprechts) zu verschieben, da seine Arbeitsfläche an der Seite der vorderen Kammer 5 größer als diejenige an der Seite der hinteren Kammer β ist.

Wach der Schließung der öffnungen 7 durch die Seitenoberfläche der Büchse 8 setzt der Schlagkolben 2, indem er den Druckluftwiderstand in der Kammer β überwindet, dank der Luftexpansion in der vorderen Kammer 5 seine Bewegung nach rechts fort.

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Am Ende des Rückwärtshubes des Kolbens 2 setzen seine Öffnungen 7 die vordere Kammer 5 durch die Öffnungen der Reihe 12 und die Ausritts öffnungen. 13 an der Büchse 8 mit der Außenluft in Verbindung, was auch durch die Öffnungen der Reihe 17 am Schieber 15 und durch die ,Austrittsöffnungen 14 im Flansch 9 der Büchse 8 erfolgt. Auf diese Weise verläuft der Abluftaustritt.

Weiter wiederholt sich der Arbeitsablauf der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Zur Bewegungsumkehr der erfindungsgemäßen Schlageinrichtung zwecks Aushebung derselben aus dem Bohrloch ist es erforderlich, die Druckluftziuführung /n die Einrichtung zu unterbrechen. Dabei wird der Schieber 15 infolge Spannkraft der . Feder 19 in die linke >(in Fig. 1) Randstellung versetzt, wobei er- sich gleichzeitig durch die Verschiebung seines Vorsprunges 21 in der Formnut 20 am Flansch 9 der Büchse 8" um den Sollwinkel c^ (Fig. 4) dreht.

Nach dem Einschalten der Druckluft zuführung in die Einrichtung wird der Schieber 15 in die rechte Randstellung verschoben, wobei er die Feder 19 zusammenpreßt und sich dabei gleichzeitig (infolge Verschiebung seines Vosprunges 21 in der Nut 20) in derselben Richtung um den Winkel ⁰^ dreht wie bei der Umschaltung der Einrichtung auf "Rückwärtslauf". Die Drehung des Schiebers 15 immer in ein und dieselbe Richtung wird durch die Verschiebung seines Vorsprunges 21 (in

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Richtung des Pfeils A in Fig. 4) in der Nut 20 verursacht, die eine Winkelverschiebung der Spitzen 26 und 27 an den zick- zackform'iqen Linien 24 bzw. 25 aufweist, nach denen die ¥ände 22 und 23 der Formnut 20 gestaltet sind.

Die Anordnung der Öffnungen in einer jeden Reihe 16 unfl •17 am Schieber 15 ist so gewählt, daß bei der Drehung des Schiebers 15 um den Winkel ( ⁰^. + ⁰^p) ^^ie öffnungen der Reihe 16 diejenigen der Reihe 11 in der Büchse 8 decken, die Öffnungen der Reihe 12 in der Büchse 8 aber durch die Seitenfläche der Großdurchmesserstufe des Schiebers 15 geschlossen werden.

Nach der Einschaltung von Druckluft beginnt gleichzeitig mit der Versetzung des Schiebers 15 nach rechts die Verschiebung des Schlagkolbens 2 solange nach links, bis eine (im Vergleich mit dem "Vorwärtslauf¹· der Einrichtung·> Druckluftvoreinströmung in die vordere Kammer 5 aus der hinteren Kammer 6 infolge Deckung der öffnungen in den Reihen 16 und 11 mit den Öffnungen der Reihe 7 im Schlagkolben 2 stattfindet. Dadurch wird der Schlagkolben 2 durch die in die vordere Kammer 5 einströmende Druckluft stillgehalten und beginnt sich, ohne einen Schlag gegen die Innenwände des Vorderteils des Gehäuses 1 auszuüben, nach rechts zu verschieben.

Infolge der Vergrößerung des Rauminhaltes der vorderen Kammer 5 und der Verzögerung des Abluftaustnttes aus dieser Kammer im Vergleich mit der üblichen Weise (da die Fenster

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der Reihe 12 geschlossen sind und der Austritt nur erfolgt, wenn die Fenster 7 des Schlagkolbens2die Großdurchmesserstufe der Büchse passiert haben) wird der Schlagkolben 2 bei seinem Rückwärtsiauf (nach rechts) einen Schlag gegen den im Gehäuse 1 der Einrichtung befestigten Flansch 9 der Büchse 8 ausüben.

Somit wird sich die Einrichtung in Rückwärtsrichtung (Arbeitsrichtung) verschieben, d.h. die Einrichtung wird im gebildeten Bohrloch einen Leerlauf ausführen.

Zur Umschaltung der Einrichtung vom "Rückwärtslauf" auf den "Vorwärtslauf" ist es erforderlich, die Druckluftzuführung /η die Einrichtung zu unterbrechen und sie danach wieder einzuschalten. In diesem Falle wird sich der Schieber ebenfalls wie obenbeschrieben wurde, zweifach um einen Winkel, welcher der Winkelsumme ⁰^₁ ^{+ 0}^ 9 #lei h ist drehen, wodurch die Fenster der Reihen 12 und 17 zusammenfallen, die Öffnungen der Reihe 11 aber durch den Schieber 15 geschlossen werden. Jetzt wird die Druckluftzuführung in die vordere Kammer 5 durch die vordere Stirnfläche der Büchse 8 geregelt und der Schlagkolben 2 übt Schläge gegen die Innenwand des vorderen Gehäuseteiles aus, d.h. das Arbeitsspiel "Vorwärtslauf" wird ausgeführt.

Somit erfolgt die Bewegungsumkehr der Einrichtung der erfindungsgemäßen Bauart durch mehrfache kurzfristige Abschaltung der Drucklufteuführung In die Einrichtung.

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Der Drehwinkel °t (oder ⁰^₀) des Schiebers 15 für eine Abschaltung der Druokluftzuführung kann so gewählt werden, daß schon eine einzige Abschaltung zur Überführung der Einrichtung auf ein anderes Arbeitsspiel . ausreicht.

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Claims

4. Februar 1971

P 35 916/2 -14-

PATENTANSPRÜCHE:

j) Umkehrbare schlagausübende Einrichtung zur Bildung von Bohrlöchern im Boden durch Bodenverdichtung, die ein hohles am Frontteil zugespitztes Gehäuse mit in ihm angeordneten verschiebbaren Schlagkolben aufweist, der dem Gehäuse eine vordere Wechselraum-Arbeitskammer bildet und in dessen Schaftteil eine hintere Wechselraum-Arbeitskammer liegt, die mit der vorderen Kammer durch Öffnungen im Schlagkolben in Verbindung steht, der bei seiner Hin- und Herbewegung Schläge gegen das Gehäuse infolge Einwirkung von Druckluft ausübt, welche den Kammern durch die in der hinteren Kammer des Schlagkolbens liegende abgestufte luftzufuhrende Büchse zugeleitet wird, die durch ihren Flansch im Schaftteil des Gehäuses befestigt ist und die auf ihrer mit dem Schlagkolben zusammenwirkenden Großdurtfhmesserstufe eine Reihe von Öffnungen aufweist, die durch den im Inneren der luft zuführenden Büchse sitzenden abgefederten Hohlschieber geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die luft zuführende Büchse (8) an ihrer Großdurchmesserstufe eine zweite parallel der ersten Reihe (11) liegende Reihe (12) von OffnungenAufweist) sowie an der Stirnfläche der Großdurchmesserstufe der Büchse (8) vorgesehene Luft- aaairifh öffnungen (13Jv und daß der Hohlschieber (15) auf seiner mit der luftzuführenden Büchse (8) zusammenwirkenden Stufe ebenfalls zwei durch eine Trennwand (18) voneinander

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abgeteilte Reihen (16 und 17) von Öffnungen aufweist, die nacheinander die entsprechenden Öffnungsreihen (11 und 12) in der Büchse (8) bei Drehung des Schiebers (15) um seine Längsachse decken, wobei der Sohieber (15) und die Büchse (8) durch den Vorsprung 21 verbunden sind, der in einer geschlossenen Formnut (20) läuft, welche bei der Bewegungsumkehr der Einrichtung durch Ein- oder Abschalten der Druckluftzuführung während der axialen Hin- und Herbewegung des Schiebers (15) die einseitige Drehung des Schiebers (15) um seine Längsachse gewährleistet·

2· Umkehrbare schlagausübende Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (22 und 23) der geschlossenen Formnut (20), die auf der Innenfläche des Flansches (9) der Büchse (8) ausgeführt ist, den Verlauf von gleichgestalteten zktaackfärmuje»7 Linien (24 und 25) aufweist, bei denen eine jede Spitze (26) der einen Linie (24) und die ihr entsprechende (gegenüberliegende) Spitze (27) der anderen · Linie (25) gegeneinander um einen Winkel (^) versetzt sind, der die Drehung des Schiebers (15) in ein und derselben Richtung bei beliebigen axialen Verrüokungen gewährleistet.

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