DE10112985A1 - Schlagbohrkopf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Horizontalbohren mit einem Schlaggerät und einem axial relativ zum Schlaggerät beweglich gelagerten Schlagkopf oder Schlagkopfelement, wobei die Übertragung des Schlagimpulses mindestens dreistufig erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf und ein Verfahren für schlagende Bohrgeräte im Bereich der horizontalen Bohrtechnik.

Beim horizontalen Bohren mit einem Schlaggerät wird ein in dem Schlagge­ rät vorgesehener Hammer, beispielsweise mit einer Druckmittelquelle wie Wasser oder Luft beschleunigt. Die Bewegungsenergie des Hammers wird beim Vortrieb des Bohrgerätes ungebremst in den Bohrkopf eingeleitet. Zur Fortbewegung ist die Masse des gesamten im Erdreich befindlichen Bohrge­ rätes einschließlich des Druckmittelschlauches zu beschleunigen. Darüber hinaus ist die Mantelreibung des Bohrgerätes mit dem umgebenden Erdreich zu überwinden und im Bereich des Bohrkopfes Verdrängungsarbeit zu lei­ sten. All dies wird von dem Schlagkolben geleistet.

Schwierigkeiten beim Vortrieb mit einem solchen Schlaggerät treten insbe­ sondere in steinigen oder felsigen Böden auf, bei denen die durch die Man­ telreibung und die zu bewegende Masse des Bohrgerätes teilweise aufge­ brauchte Schlagenergie nicht ausreicht, um die zur Überwindung des Hin­ dernisses erforderliche Zertrümmerungsenergle in das Hindernis wie bei­ spielsweise einen Stein oder ein Felsstück einzuleiten. Dieses Problem wird seit längerem durch eine besondere Ausgestaltung der Vortriebsköpfe (sog. Stufenkopf) gelöst, wie in der DE 25 58 842.5 A1 beschrieben.

So kann die Schlagenergie mit Hilfe eines Stufenbohrkopfes möglichst kon­ zentriert in das Hindernis eingeleitet werden, um die erforderliche Zertrüm­ merungsenergie zu erreichen, ohne daß wesentliche Nachteile bei den Ver­ drängungseigenschaften des Bohrkopfes auftreten.

Aus der DE 21 57 259 A1 und der DE 26 34 066 A1 ist ein Vortriebskopf bekannt, der, in axialer Richtung beweglich, mit dem Schlaggerät verbunden ist. Dadurch wird eine Entkopplung der Vorwärtsbewegung von Vortriebskopf und Schlaggerät erreicht, die dazu führt, daß die gesamte Schlagenergie des Schlagkolbens in einem ersten Schritt in dem Vortriebskopf für Verdrän­ gungsarbeit und zur Zerstörung von Hindernissen zur Verfügung steht. Erst wenn das Hindernis in der Ortsbrust überwunden, das heißt der Weg für den Vortriebskopf frei ist, wird die Vortriebsenergie des Schlagkolbens über den Vortriebskopf nicht mehr ausschließlich in die Ortsbrust, sondern zu einem großen Anteil über die Verbindung zwischen Vortriebskopf und Gehäuse des Schlaggerätes in das Schlaggerät eingeleitet, so daß dieses nachgezogen wird.

Ein solcher Vortriebskopf hat sich in der Praxis bewährt und wird seit vielen Jahren beim horizontalen Schlagvortrieb eingesetzt. Je nach Dimensionie­ rung des Schlaggerätes oder Hartnäckigkeit des zu überwindenden Hinder­ nisses sind dem Einsatz des beschriebenen Vortriebskopfes bei gegebener Schlagenergie in der Praxis jedoch Grenzen gesetzt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schlagkopf zu schaf­ fen, der eine verbesserte Energieausbeute für den Vortrieb, insbesondere in hindernisreichen Böden liefert sowie ein entsprechendes Verfahren zur Ver­ fügung zu stellen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die in den Schlagkopf einzulei­ tende Schlagenergie noch gezielter einzusetzen, indem mindestens eine dreistufige Energieeinleitung vorgesehen ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand der unabhän­ gigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausbildungen sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf eine dreistufige Energieeinleitung beschränkt, da die Anzahl der Stufen beliebig groß sein kann, wird aber im folgenden anhand dieser beschrieben.

Die dreistufige Energieeinleitung erlaubt es, die Schlagenergie in einem ersten Schritt, beispielsweise zur Überwindung eines felsartigen Hindernis­ ses im wesentlichen zur Zertrümmerung oder sonstigen Beseitigungen des Hindernisses einzusetzen. Dies kann durch zwei oder mehr axial relativ zueinander bewegliche Elemente verwirklicht werden. Axial bedeutet dabei nicht, daß die Elemente auf einer geometrischen Achse liegen müssen. So können, z. B. bei einem Lenkkopf die Achsen des Impulsverlaufs von der geometrischen Achse, z. B. in Lenkrichtung abweichen. Die Schlagenergie kann dabei über eine axial beweglich angeordnete Schlagspitze punktförmig in hoher Konzentration in den Fels eingeleitet werden, ohne daß Energiean­ teile zur Fortbewegung des Schlaggerätes oder des restlichen Schlagkopfes verloren gehen. Ist das Hindernis im Bereich der Schlagkopfspitze überwun­ den, kann in der zweiten Stufe die Schlagenergie des Kolbens zum "Aufweiten" des in der ersten Stufe vorgefertigten Bohrlochs genutzt werden. Das vorgefertigte Bohrloch hat dann schon den Durchmesser des Maschi­ nengehäuses oder mehr. In der dritten Stufe kann die gesamte Schlagener­ gie für den Vortrieb eingesetzt werden. In dieser Stufe wird die Schlagener­ gie dann, wenn mit der Schlagkopfspitze und dem restlichen Schlagkopf keine wesentlichen Widerstände mehr zu überwinden sind, weitgehend voll­ ständig in den Korpus des Schlaggerätes zur Überwindung der Mantelrei­ bung und damit zur Fortbewegung eingeleitet.

Hierzu kann der Schlagkopf zwei axial relativ zueinander bewegliche Ele­ mente aufweisen. Der Schlagkopf kann dabei im einzelnen ein Verdrän­ gungselement, welches mit dem Korpus des Schlaggerätes axial verschieb­ bar verbunden ist und eine Meißelspitze (Schlagspitze), die zentral oder exzentrisch in dem Verdrängungselement gelagert sein kann und axial beweglich mit dem Verdrängungselement verbunden ist, aufweisen. Die Verbindung zwischen Schlagspitze und Verdrängungselement einerseits und Verdrängungselement und Korpus des Schlaggerätes andererseits weisen dabei einen vorderen und einen hinteren Anschlag auf, der den Axialhub des jeweiligen Schlagkopfelementes definiert.

Das Verdrängungselement ist vorzugsweise als Verdrängungsring mit einer zentralen axialen Bohrung für die Schlagspitze ausgebildet. Insbesondere für das Lenkbohren kann das Verdrängungselement jedoch auch eine von der Bohrgeräteachse abweichende Bohrung entweder in einem Winkel oder parallel zur Geräteachse aufweisen.

Bevorzugterweise erstreckt sich die Schlagspitze einstückig von der Spitze des Schlagkopfes durch das Verdrängungselement in die Kammer des Schlagkolbens, wobei der Begriff "einstückig" krafttechnisch und nicht mate­ rialtechnisch zu verstehen ist. So kann der Meißel auch aus zwei oder mehr kraftschlüssig miteinander verbundenen Elementen zusammengesetzt sein.

Des weiteren kann der Meißel oder auch die weiteren Schlagkopfelemente durch ein Federelement in der kontrahierten Grundstellung gehalten werden, so daß die axial verschiebbaren Schlagkopfelemente nach dem Schlagkol­ ben bedingten Vorschnellen selbsttätig in ihre Grundstellung zurückkehren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 bis 3: der erfindungsgemäße Schlagkopf in drei verschiedenen Funkti­ onsstellungen,

Fig. 4 der erfindungsgemäße Schlagkopf ohne Rückstellfeder,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopfes und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopfes.

Die erste Funktionsstellung zeigt den Schlagkopf in vollständig kontrahiertem Zustand.

Der Schlagkopf 1 besitzt einen Meißel 2 mit einer Schlagspitze 4 und einem Amboß 5 für den Schlagkolben (nicht dargestellt). Die Schlagspitze weist eine Stufengeometrie auf und besitzt eine Schneidkante 6.

Der Meißel 2 ist in einer Bohrung der Basis 7 angeordnet, die gleichzeitig als Adapter zum Einschrauben in den Schlaggerätekorpus (nicht dargestellt) dient.

In seinem vorderen Bereich weist der Meißel 2 einen in Bezug auf den Mei­ ßel axial fixierten Stufenaufsatz 8 und einen in Bezug auf den Meißel axial verschiebbaren Stufenaufsatz 10 auf. In einem Ringraum 11 der Schlag­ kopfbasis 7 ist eine vorgespannte Feder 12 vorgesehen, um den Meißel 2 in seiner Grundstellung zu halten bzw. in diese zurückzuziehen.

In den Fig. 4 bis 6 ist eine Ausführungsform ohne Feder dargestellt.

Der Aufsatz 8 ist mit Bolzen 14, 16 auf dem Meißel 2 fixiert. Der Aufsatz 10 ist zwischen einem vorderen Anschlag 32 und einem hinteren Anschlag 34 relativ zu dem Aufsatz 8 und relativ zur Basis 7 des Schlagkopfes verschieb­ bar. Das Verhältnis der stufenartigen Verdrängungsabschnitte 22, 24 und 26, 28, 30 zueinander setzt in Verbindung mit dem Meißelkopf 4 das Verhältnis der Kraftaufteilung zwischen Zetrümmerungs- und Verdrängungsarbeit fest. Im Extremfall kann der Aufsatz 8 wegfallen, so daß die Verdrängungsarbeit im wesentlichen durch den Verdrängungsaufsatz 10 geleistet wird. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß der Verdrängungsaufsatz 8 in Bezug auf den Verdrängungsaufsatz 10 fixiert und in Bezug auf den Meißel 2 axial verschiebbar ist. Die gleithülsenartig verbundenen Aufsätze 8, 10 besitzen an ihren Verbindungsstellen die Dichtungsmittel 18, 20.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Funktionsstellungen zeigen den Austritt des Meißels 2 aus dem Schlagkopf 1 in einem ersten Streckenabschnitt, wobei ein Ringraum 36 entsteht, und den Austritt des Verdrängungsaufsat­ zes 10 aus dem Schlagkopf 1 in einem zweiten Streckenabschnitt, wobei ein Ringraum 38 entsteht. Nach dem Schlag bewirkt die Feder 12 eine Retrak­ tion des Meißels 2, der gleichzeitig den Verdrängungsaufsatz 10 mit zurück in seine Grundstellung schiebt. In Fig. 4 ist eine Ausführungsform ohne Feder dargestellt, bei der die Retraktion durch den auf die Basis 7 wirkenden Vorschub bewirkt wird, der den teleskopartig verlängerten Kopf wieder zusammenschiebt.

Die Ausführungsformen in den Fig. 5 und 6 weisen eine besondere Ausge­ staltung im Bereich des Amboß 5 auf. In Fig. 5 wird der Schlagimpuls von dem Kolben 40 über den Meißel 2 auf die Basis 7 übertragen. In Fig. 6 wird der Schlagimpuls zunächst auf den Meißel 2 und dann über den Anschlag 45 auf die Basis 7 übertragen, während der Meißel 2 über den Konus 39 in Vorwärtsrichtung begrenzt ist.

Claims (9)

1. Verfahren zum Horizontalbohren mit einem Schlaggerät und einem axial relativ zum Schlaggerät beweglich gelagerten Schlagkopf (1) oder Schlagkopfelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung des Schlagimpulses mindestens dreistufig erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlag­ impuls zunächst in die Spitze (4) des Schlagkopfes (1), dann in ein mitt­ leres Schlagelement (10) und schließlich in die Basis (7) des Schlag­ kopfes (1) eingeleitet wird.

3. Vorrichtung zum Horizontalbohren mit einem Schlaggerät und einem Schlagkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkopf (1) minde­ stens zwei axial relativ zueinander bewegliche Elemente (8, 10) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkopf (1) eine Schlagspitze (4) mindestens ein Verdrängungsele­ ment (10) zum Verdrängen des Erdreichs und eine mit dem Schlaggerät verbundene Basis (7) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagkopf (1) einen Verdrängungsring (10) mit einer axialen oder von der Achse abweichenden Bohrung besitzt, in der die Schlagspitze (4) und/oder der Meißel (2) beweglich gelagert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ drängungsring (10) axial beweglich auf dem Meißel (2) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (2) sich im krafttechnischen Sinn einstückig durch den Verdrängungsring (10) in die Kammer des Schlagkolbens erstreckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mei­ ßel (2) durch ein Federelement (12) in seiner zurückgezogenen Grund­ stellung gehalten wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück­ stellkraft des Federelements die weiteren axial beweglichen Kopfele­ mente in ihrer zurückgezogenen Grundstellung hält.