DE4103196A1 - Verfahren zum betreiben eines erdbohrgeraetes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines ein Dreh-Schub-Bohrgestänge aufweisenden Erdbohrgerätes so­ wie ein Erdbohrgerät zum Durchführen des Verfahrens.

Durch die europäische Offenlegungsschrift 02 47 767 ist ein steuerbares Bohrgerät zum Herstellen von Erdbohrungen, ins­ besondere zum grabenlosen Verlegen von Versorgungsleitun­ gen, wie Wasserleitungen oder Kabel unter Straßen oder Dämmen oder sonstigen Gebäuden und Hindernissen, bekanntge­ worden, das im wesentlichen aus einer auf einer Lafette angeordneten, pneumatisch oder hydraulisch betriebenen An­ triebseinheit besteht, die ein Bohrgestänge statisch in das Erdreich nachdrückt und in Rotation versetzt. An der Spitze des Bohrgestänges ist ein in seinem rohrförmigen Gehäuse einen hin- und herbeweglichen Schlagkolben aufweisendes Rammbohrgerät angeordnet, das einen Kopf mit einer Schräg­ fläche besitzt, von der das Rammbohrgerät und das nachgezo­ gene und/oder gedrückte Bohrgestänge in einem bestimmten Radius von der Tiefenlage der in das Erdreich eingebrachten Erdbohrung an die Erdoberfläche gelenkt wird. Allerdings läßt sich aufgrund der dem Bohrgestänge voreilenden Anord­ nung des Rammbohrgerätes bzw. Schlagwerkzeugs nicht verhin­ dern, daß das Gerät, insbesondere bei weichen Böden, ge­ wichtsbedingt von der Laufrichtung nach unten abweicht, was eine häufige Richtungskorrektur erfordert.

Die meisten druckluftbetriebenen, vom rückwärtigen Ende her über Versorgungsschläuche an eine außerhalb der Erdbohrung angeordnete Druckluftquelle angeschlossenen Rammbohrgeräte werden mit normalen Absperrhähnen, z. B. Kugelhähnen, ein­ und abgeschaltet. Da sich zwischen dem Absperrhahn an der Druckluftquelle und dem Rammbohrgerät längere Schläuche von ca. 20 m bis 100 m erstrecken, baut sich der Druck im Schlauch und im Rammbohrgerät nach dem Öffnen des Absperr­ hahnes verhältnismäßig langsam auf. Dabei kann sich der Schlagkolben im Rammbohrgerät so ungünstig verschieben, daß die vordere und rückwärtige Stirnfläche des Schlagkolbens mit demselben Druck beaufschlagt werden und sich somit eine Totpunktstellung ergibt, aus der sich der Schlagkolben nur durch einen Druckluftstoß zum Anlaufen bringen läßt. Die Länge der Luftsäule kann zudem nicht zu kontrollierende Kompressionsvorgänge und gegebenenfalls Eigenschwingungen der Luftsäule bewirken, die das Anspringen des Rammbohrgerä­ tes erschweren. Weiterhin läßt sich häufig ein äußerst nachteiliges Vereisen des Rammbohrgerätes durch expandieren­ de Druckluft nicht vermeiden. Schließlich bleibt nichts anderes übrig, als das Erdreich völlig aufzureißen, wenn das an der Spitze des Bohrgestänges angeordnete Rammbohrge­ rät störungsbedingt in der Erdbohrung festliegen sollte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Erdbohrgerät zu schaffen, die es mit konstruktiv einfa­ chen Mitteln erlauben, daß sich die genannten Nachteile bekannter Erdbohrgeräte vermeiden lassen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß eine Schlagkraft auf das rückwärtige Ende des Bohrgestänges aufgebracht wird. Mit dieser Maßnahme sind in verblüffend einfacher Weise sämtliche der vorgenann­ ten Probleme behoben, die bei den bekannten Erdbohrgeräten aufgrund des vorne am Bohrgestänge angeordneten Schlagwerk­ zeuges auftreten; denn erfindungsgemäß befindet sich das Schlagwerkzeug wie das Schubaggregat außerhalb der Erdboh­ rung, womit sämtliche Geräteteile stets frei zugänglich sind, und außerdem bedarf es keiner langen, das Druckmittel zuführenden, in der Erdbohrung mitwandernden Versorgungs­ schläuche.

Bei einem das Bohrgestänge vom rückwärtigen Ende her beauf­ schlagenden Bohrgerät sind vorzugsweise eine Schubeinheit und ein Schlagwerkzeug zu einem Schub-Schlag-Aggregat kombi­ niert. Auf diese Weise läßt sich ein Zwei-Takt-Verfahren beim Vortrieb des Bohrgestänges in das Erdreich erreichen; sobald nämlich ein allein durch Schubkraft nicht zu überwin­ dender Widerstand auftritt, wird die Schubkraft des vorteil­ haft kraftschlüssig mit dem Bohrgestänge verbundenen Schub- Schlag-Aggregates durch die Schlagkraft ergänzt bzw. unter­ stützt. Die Funktionen des Bohrgerätes lassen sich hierbei beispielsweise mittels einer handlichen Fernbedienung von einer Bedienungsperson steuern. Während vorne am Bohrge­ stänge angeordnete Schlagwerkzeuge in ihren Abmessungen und damit ihrer Schlagkraft stets vom Durchmesser der Erdboh­ rung abhängen, ist die Schlagleistung hingegen beim Schla­ gen auf das rückwärtige Ende des Bohrgestänges völlig unab­ hängig vom Durchmesser der Erdbohrung. Hinzu kommt, daß sich Erdbohrungen verschiedenen Durchmessers mit demselben Schub-Schlag-Aggregat herstellen lassen; lediglich die Durchmesser des Bohrgestänges bzw. des Bohrkopfes müssen entsprechend angepaßt werden.

Es empfiehlt sich, daß das Schub-Schlag-Aggregat und ein das Bohrgestänge aufnehmender Drehantrieb miteinander ver­ bindbar sind. Es läßt sich damit trotz einer System-Tren­ nung eine funktionelle Verschmelzung erreichen, wobei vor­ zugsweise das Schub-Schlag-Aggregat und der Drehantrieb in jeweils eigenen, auf einer Lafette geführten Schlitten ange­ ordnet sind. Die bedarfsweise unterstützend aufgebrachte Schlagkraft geht ohne Umweg über den nachfolgend Schub- Schlag-Schlitten genannten Schlitten des Schub-Schlag-Aggre­ gates voll auf das Bohrgestänge.

Es empfiehlt sich, daß der Schub-Schlag-Schlitten angetrie­ ben und mit dem Drehantriebsschlitten zugfest verbunden ist. Die vorteilhafte System-Trennung läßt sich mit ledig­ lich einen Antrieb verwirklichen, der vorteilhafterweise ein Zahnstangenantrieb sein kann und damit - im Gegensatz beispielsweise zu einem den Schub aufbringenden Hydraulik­ oder Pneumatikzylinder - eine nicht so große Baulänge erfor­ dert, um den Vortrieb zu erreichen; über die zugfeste Verbindung, z. B. eine Kette oder ein Seil, nimmt der Schub- Schlag-Schlitten den Drehantriebsschlitten beim Zurückfah­ ren mit, wenn ein neues Gestänge angesetzt werden muß. Für den Schub-Schlag-Schlitten eignen sich neben den genannten Antrieben alle eine lineare Bewegung erzeugenden Antriebe, wie ein Seilantrieb oder Kettenantrieb mit entsprechender Umlenkung.

Wenn das Bohrgestänge drehfest mit einem in dem Drehantrieb längsbeweglich gelagerten Stößel verbunden ist, lassen sich Schäden an dem vorteilhaft als Kettenantrieb ausgebildeten, das Bohrgestänge über zumindest eine Kette antreibenden Drehantrieb vermeiden, bei dem der Stößel in einem das Drehmoment übertragenden Zahnrad lagert. Zwischen dem Schlagwerkzeug und dem Bohrgestänge befindet sich somit ein bewegliches Glied; das Schlagwerkzeug wirkt mittelbar auf das rückwärtige Ende des Bohrgestänges ein. Das Schub­ Schlag-Aggregat und der Antrieb zum Drehen des Bohrgestän­ ges sind unabhängig voneinander zu betätigen.

Wenn vorteilhaft das Bohrgestänge mit einem eine Schrägflä­ che aufweisenden Kopf versehen ist, der als Lenkkopf mit einer elektronischen, den Bohrvortrieb exakt verfolgenden und steuernden Einheit ausgebildet sein kann, läßt sich je nach Stellung des schrägen Lenkkopfes, die auf einer Skala eines Meßgerätes außerhalb der Erdbohrung angezeigt wird, durch Unterbrechen der Rotation bei translatorischem Vor­ trieb eine zielgerichtete Kursänderung erreichen, um z. B. Hindernissen auszuweichen oder einen Radius zu fahren.

Als Schlagwerkzeug eignet sich ein selbstgetriebenes Ramm­ bohrgerät, das kraft- oder über eine geeignete Kupplung formschlüssig mit dem Bohrgestänge verbunden werden kann. Wenn vorzugsweise das Schlagwerkzeug einen in einem Gehäuse angeordneten vorgespannten Schlagkolben aufweist, ergibt sich eine äußerst kleine Bauweise. Dem Schlagkolben läßt sich eine Druckfeder zuordnen, die als Schlagimpulse erzeu­ gende Antriebsfeder dient, um den Schlagkolben in schneller Folge nach vorne zu beschleunigen. Anstatt einer Druckfeder eignen sich auch andere für einen entsprechenden Impuls sorgende Druckspeicher, z. B. Stickstoffspeicher.

Es empfiehlt sich, daß der Schlagkolben an einer Seite mit einem Kolbenfortsatz und an der anderen Seite mit einer Kolbenstange aus dem Gehäuse herausragt. Der Kolbenfortsatz liegt zur Übertragung der Schub- und/oder Schlagkraft auf das Bohrgestänge an dem Stößel an; vorteilhaft läßt sich eine angetriebene, die Druckfeder vorspannende Kurvenschei­ be vorsehen, die in eine Nut der Kolbenstange eingreift. Die sich entgegen der Vortriebsrichtung bewegende, vorteil­ haft drei Nocken aufweisende Kurvenscheibe zieht den Kolben somit gegen die Kraft der Druckfeder zurück, die sich dabei vorspannt. Da jeweils nur eine Nocke der Kurvenscheibe mit einem kurvenförmig ausgebildeten Ende in die außerhalb des Gehäuses angeordnete Nut eingreift, ergeben sich günstige, einer Rollreibung ähnliche Reibungsverhältnisse.

Wenn der Kurvenscheiben-Antriebsmotor vertikal angeordnet ist, wird kein zusätzlicher Platzbedarf benötigt und läßt sich in der Baugrube der nach oben ohnehin freie Raum zur Anbringung des Motors ausnutzen.

Für sämtliche, vorzugsweise hydraulischen oder pneumati­ schen Antriebe wird lediglich ein Antriebsmedium benötigt; die Antriebe lassen sich auf einfache Weise an auf der Bau­ stelle üblicherweise vorhandene hydraulische oder pneuma­ tische Trägergeräte (Bagger oder Kompressor) anschließen.

Wenn der Gestängekopf austauschbar ist, lassen sich bei unterschiedlich zu fahrenden Lenkradien Köpfe mit entspre­ chend angepaßten Neigungen der Schrägfläche einsetzen.

Bei einem mit einer Drillnut versehenen Gestängekopf ergibt sich aufgrund der wie ein Schraubengewinde wirkenden Nut eine das Bohrgestänge in das Erdreich hineinziehende Wir­ kung; die vom Schub-Schlag-Aggregat aufzubringende Schub­ kraft kann dann geringer und entsprechend die Abstützung der Lafette weniger aufwendig sein. Außerdem ermöglicht die Drillnut ein Abfördern des Kleinmaterials (Bohrklein) nach hinten.

Wenn ein Gestängekopf mit einer Zentrierspitze versehen ist, läßt sich unterstützen, daß das Bohrgestänge geradeaus läuft. Die Zentrierspitze zieht sich nämlich - insbesondere beim Arbeiten in massivem Erdreich - bei voller Drehung des Bohrgestänges voreilend in das Erdreich hinein.

Bei Verwendung von hohlen Bohrgestängen kann zudem die Längsbohrung der Gestänge dazu beitragen, daß über ein Drehgelenk, welches zentrisch zwischen dem Drehantrieb und dem jeweils letztem Gestänge angeordnet ist, Flüssigkeit zur Schmierung der Gestänge bzw. zur Kühlung des Bohrkopfes eingebracht werden kann. Die Flüssigkeit unterstützt weiter­ hin, daß ein im Lenkkopf befindlicher Sender durch die laufende Rotation und die dadurch entstehende Reibung am Erdreich nicht zu heiß wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Erdbohrgerät mit am rückwär­ tigen Ende des Bohrgestänges angeordnetem Schub- Schlag-Aggregat in der Längsansicht;

Fig. 2 das Bohrgerät gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II geschnitten; und

Fig. 3 als Einzelheit einen in einem Gehäuse des Schub- Schlag-Aggregates gemäß Fig. 1 angeordneten, von einer Nockenscheibe vorgespannten, Schlagkolben im Querschnitt, in Pfeilrichtung A von Fig. 1 ge­ sehen.

Ein Erdbohrgerät 1 besteht aus einer Lafette 2 und einem da­ rauf angeordneten Schub-Schlag-Aggregat 3 sowie einem Dreh­ antrieb 4. Das Schub-Schlag-Aggregat 3 und der Drehantrieb 4 sind auf Schlitten 5, 6 angeordnet, die auf Führungsstan­ gen 7 gleiten. Die Schlitten 5, 6 sind voneinander getrennt und lediglich durch eine Kette 8 zugfest miteinander ver­ bunden. Zum Vortreiben eines durch Ansetzen neuer Teil­ stücke beliebig zu verlängernden Bohrgestänges 9 in Vor­ triebsrichtung 11 wird das Schub-Schlag-Aggregat 3 von ei­ nem Zahnradantrieb 12 vorwärtsbewegt, der aus einem Motor 13 mit einem Ritzel 14 besteht, das mit einer sich über die gesamte Länge der Lafette 2 erstreckenden Zahnstange 15 kämmt (vgl. Fig. 2).

Zum Übertragen der Schubkraft liegt ein Kolbenfortsatz 16 eines in einem Gehäuse 17 des Schlittens 5 des Schub- Schlag-Aggregates 3 angeordneten Schlagkolbens 18 (vgl. Fig. 3) kraftschlüssig an einer Stößelfläche 19 (vgl. Fig. 1) eines zwischen dem Bohrgestänge 9 und dem Kolbenfortsatz 16 angeordneten Stößels 21 an. Der Stößel 21 lagert in Richtung des Doppelpfeils 22 längsbeweglich in Zahnrädern 23 des als Kettenantrieb - in Fig. 2 sind eine Kette 10 und ein diese antreibender Hydraulikmotor 20 schematisch darge­ stellt - ausgebildeten Drehantriebes 4. Zum Drehen des Bohrgestänges 9 ist dieses an der in Fig. 1 mit 24 gekenn­ zeichneten Anschlußstelle drehfest mit dem Stößel 21 verbun­ den. Das Bohrgestänge 9 ist mit einem austauschbaren, eine schraubengewindeartige Drillnut 25, eine Schrägfläche 26 und eine Zentrierspitze 27 aufweisenden Gestängekopf 28 versehen.

Trifft das Bohrgestänge 9 beim Vortrieb auf einen Wider­ stand, der durch Schubkraft allein nicht überwunden werden kann, wird das Bohrgestänge 9 über den zwischengeschalteten Stößel 21 mittels des Kolbens 18 (vgl. Fig. 3) und somit vom rückwärtigen Ende her durch Schläge mit hoher Impulsfol­ ge beaufschlagt. Der Schlagkolben 18 wird zu diesem Zweck - wie in Fig. 3 dargestellt ist - von einer im Gehäuse 17 des Schub-Schlag-Aggregates 3 angeordneten Druckfeder 29 be­ schleunigt, die unter Vorspannung steht. Zum Vorspannen der Druckfeder 29 greift eine mit drei Nocken 31 ausgebildete Kurvenscheibe 32 in eine Nut 33 einer sich durch das Gehäuse 17 nach außen erstreckenden Kolbenstange 34 ein. Die Kurvenscheibe 32 ist über eine Antriebswelle 35 an einen Hydraulikmotor 36 angeschlossen, der beim Inbetrieb­ setzen die Nocken 31 in schneller Folge in Eingriff mit der Nut 33 bringt und entsprechend jeweils die Druckfeder 29 vorspannt, so daß sich eine schnelle Folge des Entspannens und Spannens der Druckfeder und damit eine entsprechend schnelle Hubfolge des Schlagkolbens 18 ergibt. Sobald der Widerstand überwunden ist, wird der Motor 36 ausgeschaltet und das Bohrgestänge 9 wieder nur allein durch Schubkraft in Vortriebsrichtung 11 ins Erdreich vorgetrieben.

Claims (21)

1. Verfahren zum Betreiben eines ein Dreh-Schub-Bohrge­ stänge aufweisenden Erdbohrgerätes, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Schlagkraft auf das rückwärtige Ende des Bohrgestänges aufgebracht wird.

2. Bohrgerät zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schubeinheit und ein Schlagwerkzeug zu einem Schub-Schlag-Aggregat (3) kombiniert sind.

3. Bohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Schub-Schlag-Aggregat (3) und ein das Bohrge­ stänge (9) aufnehmender Drehantrieb (4) miteinander verbinden lassen.

4. Bohrgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schub-Schlag-Aggregat (3) und der Drehantrieb (4) in auf einer Lafette (2) geführten Schlitten (5, 6) angeordnet sind.

5. Bohrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schub-Schlag-Schlitten (5) angetrieben und mit ei­ nem Drehantriebsschlitten (6) zugfest verbunden ist.

6. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch ein Schub-Schlag-Aggregat (3) mit einem Zahnstangenantrieb (12).

7. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (9) drehfest mit einem in dem Drehantrieb (4) längsbe­ weglichen Stößel (21) verbunden ist.

8. Bohrgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (9) über zumindest eine Kette ange­ trieben ist und der Stößel (21) in einem das Dreh­ moment übertragenden Zahnrad (23) lagert.

9. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schub-Schlag- Aggre­ gat (3) und das Bohrgestänge (9) kraftschlüssig mitein­ ander verbunden sind.

10. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlagwerkzeug des Schub-Schlag-Aggregates (3) ein selbstgetriebenes Ramm­ bohrgerät ist.

11. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlagwerkzeug ei­ nen in einem Gehäuse (17) angeordneten vorgespannten Schlagkolben (18) aufweist.

12. Bohrgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlagkolben (18) eine Druckfeder (29) zugeord­ net ist.

13. Bohrgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlagkolben (18) an einer Seite mit einem Kolbenfortsatz (16) und an der anderen Seite mit einer Kolbenstange (34) aus dem Gehäuse (17) heraus­ ragt.

14. Bohrgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine angetriebene, die Druckfeder (29) vorspannen­ de Kurvenscheibe (32) in eine Nut (33) der Kolbenstan­ ge (34) eingreift.

15. Bohrgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (32) drei Nocken (31) aufweist.

16. Bohrgerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Kurvenscheiben-Antriebsmotor (36) vertikal angeordnet ist.

17. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 16, gekennzeichnet durch hydraulische oder pneuma­ tische Antriebe.

18. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrgestänge (9) mit einem eine Schrägfläche (26) aufweisenden Kopf (28) versehen ist.

19. Bohrgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Gestängekopf (28) austauschbar ist.

20. Bohrgerät nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gestängekopf (28) mit einer Drillnut (25) versehen ist.

21. Bohrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch einen Gestängekopf (28) mit einer Zentrierspitze (27).