DE10050431C2 - Verschlussbohrvorrichtung zur Schaffung einer temporären Öffnung in unterirdisch verlegten Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschlussbohrvorrichtung zur Schaf­ fung einer temporären Öffnung in unterirdisch verlegten Rohrlei­ tungen gemäß des ersten Patentanspruchs. Temporäre Öffnungen sind für die Entnahme von Bodenproben (Bodenluft oder Bodenwas­ ser) aus dem Erdreich unmittelbar um eine bestehende Rohrleitung im Rahmen von Rohrleitungsinspektionen erforderlich, wobei die Vorrichtung für die Probenahme auf einem Inspektionsroboter in der Rohrleitung bewegt und positioniert wird. Anhand der Ergeb­ nisse der Probenahme ist einerseits der Rohrleitungszustand, an­ dererseits der Kontaminationsgrad im umgebenden Erdreich ab­ schätzbar.

Bei Rohrleitungsinspektionen werden mit Kanalsanierungsrobotern zum Zwecke der Probennahme kleine Löcher in die Rohrwand ge­ bohrt, wobei diese üblicherweise nach der Beprobung offen blei­ ben. Dabei tritt insbesondere bei tieferliegenden Rohrleitungen oft das Problem auf, dass diese Grundwasserleiter berühren und damit die unverschlossenen Beprobungsbohrungen eine Gefahr für die Grundwasserqualität darstellen. Erfahrungsgemäß verstopfen jedoch die Beprobungsbohrungen, welche meist nur einen Durchmes­ ser kleiner 10 mm aufweisen, nach einer bestimmten Zeit wieder, sodass in den meisten Fällen ein nur temporär begrenzter Schad­ stoffaustausch durch die Rohrleitungswand stattfindet.

Im Rahmen immer schärferer Umweltauflagen ist allerdings die zu­ vor genannte Handhabung der Beprobung ohne ein anschließendes Verschließen der Beprobungsbohrungen nicht mehr akzeptabel. Ent­ sprechende Verfahren zum Verschließen von Beprobungsbohrungen, welche durch geeignete Rohrrobotersysteme von der Rohrinnenseite in die Rohrwand eingebracht werden, sind den Erfindern jedoch nicht bekannt. Allenfalls eignen sich hierfür in Einzelfällen Verfahren, welche für die Sanierung von Muffen und Einleitungen in Abwasserkanäle entwickelt wurden. Dort werden beispielsweise Kunstharze in die schadhaften Stellen eingepresst, was in der Regel für den zuvor beschriebenen Beprobungsvorgang zu Zeit- und materialaufwendig ist.

Beispielsweise ist in der DE 35 24 219 A1 ein Anschlussnippel beschrieben, welcher von außen in eine Rohrleitung eingebracht wird und der Entnahme und/oder der Einspeisung sowie zur Messung von Medien und/oder zum Anschluß an gesonderte Baueinheiten, wie Sensoren, Leitungen etc. dient. Der Anschlussnippel ist als selbstbohrender Gewindestift mit Bohrer und anschließendem Ge­ windeschneider gestaltet und weist an seinem proximalen Ende ei­ ne Vertiefung für ein formschlüssiges Einsetzen eines Werkzeuges zum Positionieren, Halten, Führen und axialen Verdrehen des Ge­ windestifts auf, ist aber seiner Funktion entsprechend mit einer in Längsrichtung durchgehenden Innenbohrung ausgestattet. Der beschriebene Anschlussnippel ist somit nicht zum Schaffung einer temporären Öffnung konzipiert. Ferner wird der Anschlussnippel von außen in eine Rohrleitung eingebracht

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe Beprobungsbohrungen von innen in eine Rohrleitung einbringbar sind, welche im Anschluss an einer durch diese erfolgte Probennahme mit einfachen Mitteln zuverläs­ sig und langzeitstabil dicht verschließbar sind, womit ein Schadstoffaustausch durch diese Beprobungslöcher zuverlässig zu unterbinden ist.

Die Aufgabe wird mit Hilfe der im ersten Patentanspruch be­ schriebenen Verschlussbohrvorrichtung gelöst. In den Unteran­ sprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen der Verschlussbohrvor­ richtung angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren eines Ausfüh­ rungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Teilschnittdarstellung der Verschluss­ bohrvorrichtung,

Fig. 2a und b schematisch eine Teilschnittseitenansicht bzw. eine Querschnittdarstellung des selbstbohrenden Gewindestifts 2, sowie

Fig. 3a und b schematisch die Aufsicht bzw. Teilschnittseiten­ ansicht des Werkzeuges 3.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht die Verschlussbohrvorrichtung in der dargestellten Ausführungsform aus einer Bohrmaschine 1, einem selbstbohrenden Gewindestift 2, einem Werkzeug 3 mit Auf­ nahme des Gewindestifts 2, welches in das Bohrfutter 24 auf der Bohrmaschine 1 aufgesetzt ist, sowie einer Probenahmevorrichtung 4. Die Probenahmevorrichtung 4 ist dabei um den selbstbohrenden Gewindestift 2 und das Werkzeug 3 angeordnet und besteht aus ei­ nem Faltenbalg 5, welcher über einen Faltenbalghalter 6 am Ge­ häuse der Bohrmaschine 1 mit Federstiften 8 gehalten wird. Der Faltenbalghalter 6 weist dabei ein Ablaufröhrchen 7 für den An­ schluss einer nicht dargestellten Absaugvorrichtung für die Bo­ denprobe (Bodenluft oder Bodenwasser) auf. Der Faltenbalg 5 weist auf der dem Faltenbalghalter 6 zugewandten Seite eine um­ laufende Feder 9 auf, welche in eine Nut im Faltenbalghalter 6 einschnappt und die Verbindungsstelle abdichtet. Ferner ist der Faltenbalg 5 auf der dem Faltenbalghalter 6 abgewandten Seite mit einer umlaufenden Dichtlippe 10 ausgestattet. Es bietet sich an, den Faltenbalg 5 ähnlich einer Manschette aus Gummi mit in­ tegrierter Dichtlippe 10 und Feder 9 herzustellen.

Für die Applikation einer Beprobungsbohrung wird die Verschluss­ bohrvorrichtung mit einem Inspektionsroboter in der Rohrleitung zu der gewünschten Stelle bewegt und so an die Rohrwand ange­ setzt, dass der selbstbohrende Gewindestift für den Beprobungs­ vorgang senkrecht zu der Rohrwand ausgerichtet ist. Im Anschluss wird die Rohrwand durchbohrt, die Beprobung ohne ein Herauszie­ hen des selbstbohrenden Gewindestifts vorgenommen und die Bepro­ bungsbohrung anschließend durch Eindrehen des Gewindestiftes verschlossen. Dabei ist es erforderlich, dass die Länge der Bohrspitze, d. h. des Bohrers 11 zzgl. der Verlängerungsnuten 15, etwa der doppelten Wandstärke der zu beprobenden Rohrleitung entspricht. Der Faltenbalghalter 6 dient dabei als Tiefenan­ schlag für die Nachschubbewegung des Werkzeugs 3 zum sich ein­ drehenden Gewindestift 2. Ist der Tiefenanschlag erreicht, wird der Gewindestift nur noch so weit in die Beprobungsbohrung ein­ gedreht, solange formschlüssige Verbindung zwischen Werkzeug 3 und Gewindestift 2 greift und dadurch die Drehbewegung übertrag­ bar ist. Die Probennahmevorrichtung 4 dient während der Bepro­ bung der Isolierung des Volumens unmittelbar an der Beprobungs­ bohrung, wobei die Dichtlippe 10 im Idealfall eine dichtende Verbindung zur Rohrleitungsinnenwand ermöglicht.

Wie in den Fig. 2a und b dargestellt, setzt sich der selbst­ bohrende Gewindestift 2 bei der beschriebenen Ausführungsform aus zwei Komponenten zusammen, nämlich aus einem Bohrer 11 und einem Gewindestück 12. Diese sind über eine Stift-Bohrung-Ver­ bindung 13 ineinander gesteckt und mittels Klebstoff, Presssitz oder einer Lötverbindung fest miteinander verbunden. Die Wendeln 14 des Bohrers 11 sowie die an diese anschließenden Verlänge­ rungsnuten 15 bis in den Gewindebereich 16 des Gewindestückes 12 hinein (jedoch nicht hindurch) dienen nach dem Bohren der Bepro­ bungsbohrung und vor Eindrehen des Gewindestückes 12 dem Ansau­ gen der Bodenprobe (Bodenluft oder Bodenwasser) durch die Rohr­ leitungswand an dem selbstbohrenden Gewindestift vorbei. Ferner weist das Gewindestück 12 an dem dem Bohrer abgeneigten Ende ei­ nen Innensechskant 18 für die formschlüssige Aufnahme des in den Fig. 3a und b im Detail dargestellten Werkzeuges 3 auf.

Der Bohrlochdurchmesser des Bohrers 11 ist so zu dimensionieren, dass das Gewindestück beim anschließenden Eindrehen in das Bohr­ loch einen festen und abdichtenden Halt erhält. Je nach Beschaf­ fenheit der Rohrleitungswand ist der Bohrer 11 oder das Gewinde­ stück 12 bereichsweise als Gewindeschneider zu gestalten.

Weist das Gewindestück 12 einen leicht kegelig ausgelegten Ge­ windbereich 16 auf, dessen Gewindedurchmesser mit zunehmender Einschraubtiefe zunimmt, lässt sich mit zunehmendem Eindrehen dieses in die Rohrwand ein zunehmend fester und damit abdichten­ der Sitz bewirken.

Eine weitere Optimierungsmöglichkeit ergibt sich durch den Ein­ satz von nicht in den Figuren dargestellte Kapseln mit Gewinde­ dichtstoff, welche in zusätzliche, ebenfalls nicht dargestellte radial in den Gewindestift 2 eingebrachte Bohrungen im Bereich der Verlängerungsnuten eingesetzt sind. Ein gewollter Überstand der Kapsel aus der Bohrung über den Gewindedurchmesser hinaus bewirkt, dass die Kapseln beim Eindrehen des selbstbohrenden Ge­ windestifts 2 in das Innengewinde abgeschert und dadurch geöff­ net werden, wobei sich der austretende Gewindedichtstoff durch die Drehbewegung auf der Gewindefläche verteilt.

Im Bereich der Stift-Bohrung-Verbindung 13 ist im Ausführungs­ beispiel ferner eine Sollbruchstelle 17 vorgesehen, welche es dem Rohrleitungsinspekteur erlaubt, den Probenahmevorgang auch dann noch abzubrechen, wenn mit der Probennahmebohrung bereits begonnen wurde und der Bohrer 11 beispielsweise in der Rohrlei­ tungswand verkantet ist. Dabei wird der selbstbohrende Gewinde­ stift 2 einfach an der Sollbruchstelle 17 abgebrochen, wobei nur der Bohrer 11 in der Rohrleitungswand verbleibt und der Inspek­ tionsroboter mit Verschlussbohrvorrichtung und Gewindestück 12 geborgen wird. Auf der anderen Seite ermöglicht diese Sollbruch­ stelle ein Abbrechen des Bohrers 11 bei einem in die Rohrwand bereits eingedrehten Gewindestück 12 außerhalb der Rohrleitung. Hier wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass der Verschluss an der Rohrleitung bei späteren Erdarbeiten in unmittelbarer Um­ gebung der Beprobungsbohrung durch Einwirken eines Drehmomentes auf den selbstbohrenden Gewindestift 2 der Beprobungsbohrungs­ verschluss beschädigt wird.

Es bietet sich an, die Sollbruchstelle 17 und die zuvor be­ schriebenen Bohrungen zur Aufnahme von Kapseln mit Gewindedicht­ stoff konstruktiv zusammenzufassen.

Das Werkzeug 3 ist in den Fig. 3a und b im Detail darge­ stellt. Es besteht aus einer Aufnahme 19 zum formschlüssigen Halten, Führen und axialen Verdrehen des selbstbohrenden Gewin­ destifts 2, einem zylindrischen Schaft 20 zum Einspannen in das Bohrfutter 24 der Bohrmaschine 1 sowie einem Rohrstück 21, wel­ ches konzentrisch um die Aufnahme 19 angeordnet ist. Die Auf­ nahme 19 ist im Ausführungsbeispiel als Außensechskant, passend zum Innensechskant 18 des selbstbohrenden Gewindestifts gestal­ tet.

Das Rohrstück 21 dient gemeinsam mit der Aufnahme 19 als Führung für den gemäß Fig. 1 aufgesetzte Gewindestift 2, d. h. sein In­ nendurchmesser entspricht dem Gewindedurchmesser zzgl. einer Spielpassung. Ferner weist das Rohrstück 21 an einer Seite eine Aussparung 22 auf, in der ein Federdraht 23 so eingesetzt ist, dass dieser in das Außengewinde des Gewindestiftes 2 federnd eingreift und damit der Gewindestift ähnlich wie bei einer Rast­ verbindung auf der Aufnahme 19 gehalten wird.

Alternativ zu der zuvor beschriebenen Rastverbindung ist für den beschriebenen Zweck auch eine Magnethalterung geeignet, bei der beispielsweise die Aufnahme 19 aus einem Magneten besteht. Vor­ raussetzung hierfür sind jedoch der Einsatz magnetisierbarer Ma­ terialien für den selbstbohrenden Gewindestift, wobei die beson­ dere Korrosionsneigung eisenhaltiger Werkstoffe beachtet werden sollte.

Alternativ oder redundant zum zuvor beschriebenen Faltenbalghal­ ter 6 dient das Rohrstück 21 auch als Tiefenanschlag für die Verschlussbohrvorrichtung, indem es in seiner Länge so bemessen ist, dass es die Nachschubbewegung der Aufnahme 19 in den sich eindrehenden Gewindestift 2 durch ein Auftreffen des Rohrstück­ endes 21 auf der Rohrleitungswand um die Beprobungsbohrung be­ grenzt und damit ein zu weites Einschrauben des Gewindestiftes 2 in die Beprobungsbohrung verhindert.

Bezugszeichenliste

1

Bohrmaschine

2

Gewindestift

3

Werkzeug

4

Probenahmevorrichtung

5

Faltenbalg

6

Faltenbalghalter

7

Ablaufröhrchen

8

Federstift

9

Feder

10

Dichtlippe

11

Bohrer

12

Gewindestück

13

Stift-Bohrung-Verbindung

14

Wendel

15

Verlängerungsnuten

16

Gewindebereich

17

Sollbruchstelle

18

Innensechskant

19

Aufnahme

20

Schaft

21

Rohrstück

22

Aussparung

23

Federdraht

24

Bohrfutter

Claims (10)

1. Verschlussbohrvorrichtung zur Schaffung einer temporären Öff­ nung in unterirdisch verlegten Rohrleitungen, mit

• a) einem selbstbohrenden Gewindestift (2) mit Bohrer (11) und anschließenden Gewindestück (12), wobei am proximalen Ende des Gewindestiftes eine Vertiefung für ein form­ schlüssiges Einsetzten eines Werkzeugs zum Positionieren, Halten, Führen und axialen Verdrehen des selbstbohrenden Gewindestifts (2) vorgesehen ist,
• b) einem Werkzeug (3) mit Aufnahme (19) zum formschlüssigen Halten, Führen und axialen Verdrehen des selbstbohrenden Gewindestifts (2),
• c) einer Bohrmaschine (1), in die das Werkzeug (3) aufge­ setzt ist, sowie
• d) einer Probennahmevorrichtung (4), vorzugsweise eine an der Bohrmaschine (1) dichtend fest angebrachte und um das Werkzeug (3) angeordnete Manschette oder Faltenbalg (5) mit einer umlaufenden, auf der zu der Bohrmaschine abge­ wandten Seite angeordneten Dichtlippe (10), mit einem Ab­ lauf (7) zur Probenentnahme,

dadurch gekennzeichnet, dass

• a) in Verlängerung einer jeder Wendel (14) des Bohrers (11) je eine Verlängerungsnut (15) in den Bereich des Gewindes hinein verläuft und dort endet, sowie
• b) die Bohrmaschine (1) für einen Einsatz innerhalb der ver­ legten Rohrleitung auf einen Inspektionsroboter inte­ grierbar und mit diesem zu einer gewünschten Stelle für die Probennahme bewegbar ist, wobei der auf dem Werkzeug (3) der Bohrmaschine aufgesetzte selbstbohrende Gewinde­ stift (2) an der gewünschten Stelle senkrecht zu der Rohrwand ausrichtbar ist.

2. Verschlussbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Länge der Bohrers (11) zuzüglich der Ver­ längerungsnuten (15) etwa der doppelten Wandstärke der zu be­ probenden Rohrleitung entspricht.

3. Verschlussbohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Probenahmevorrichtung (4) mit einem Faltenbalghalter (6) an die Bohrmaschine (1) befestigt ist und der Faltenbalghalter (6) gleichzeitig als Tiefenanschlag für die Nachschubbewegung des Werkzeuges (3) zum Gewindestift (2) dient.

4. Verschlussbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung am selbstbohren­ den Gewindestift (2) ein Innensechskant (18) ist, und die Aufnahme (19) zum Positionieren, Halten, Führen und axialen Verdrehen des gewindebohrenden Gewindestiftes (2) einen hierin passenden Außensechskant aufweist.

5. Verschlussbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Werkzeuges (3) als ein axial um die Aufnahme (19) angeordnetes Rohrstück (21) gestaltet ist und dieses als zusätzlicher oder alternativer Tiefenanschlag für die Nachschubbewegung des Werkzeugs (3) zum Gewindestift (2) dient.

6. Verschlussbohrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Werkzeug (3) mit einer Haltevorrichtung für den selbstbohrenden Gewindestift (2) ausgestattet ist, vorzugsweise mit einem Magnet oder mit einem an der Innen­ seite des Rohrstückes (21) in einer entsprechenden Aussparung (22) angeordneten, in das Gewinde des Gewindestifts (2) ein­ greifenden Federdraht (23).

7. Verschlussbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Gewindes auf dem selbstbohrenden Gewindestift (2) mit zunehmender Ein­ schraubtiefe zunimmt.

8. Verschlussbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der selbstbohrende Gewindestift (2) sich aus zwei miteinander fest verbundenen Komponenten, nämlich einem Bohrer (11) und einem Gewindestück (12) be­ steht.

9. Verschlussbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der selbstbohrende Gewindestift (2) zwischen Bohrer (11) und Gewindestück (12) eine Soll­ bruchstelle (17) aufweist.

10. Verschlussbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen Bohrer (11) und Gewindestück (12) in den selbstbohrenden Ge­ windestift eine über den Gewindedurchmesser hervorstehende Kapsel mit Gewindedichtstoff einsetzbar ist, welche durch das Eindrehen des Gewindestifts geöffnet wird, wobei sich der austretende Gewindedichtstoff durch die Drehbewegung auf der Gewindefläche verteilt.