DE10157301B4

DE10157301B4 - Druckmittelbetriebenes Erdbohrgerät und Verfahren zum Einziehen eines Produktrohrs in das Erdreich

Info

Publication number: DE10157301B4
Application number: DE2001157301
Authority: DE
Inventors: Joachim Schmidt
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2021-11-24
Also published as: DE10157301A1

Abstract

Druckmittelbetriebenes Erdbohrgerät zum Einziehen eines Produktrohrs, mit einem Antrieb und einer Druckmittelzuleitung, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktrohr (180) als Druckmittelzuleitung ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein druckmittelbetriebenes Erdbohrgerät und ein Verfahren zum Einziehen eines Produktrohres in das Erdreich, insbesondere mit einem Schlagantrieb.

Schlagantriebe von Erdbohrgeräten können mechanisch, beispielsweise durch Umsetzung eines Drehmomentes in einen Schlagimpuls oder über ein Druckmittel, wie beispielsweise unter Verwendung eines Hydraulik- oder Pneumatikantriebs betrieben werden. Beim Betrieb eines Erdbohrgerätes mit druckmittelbetriebenem Schlagantrieb ist die Druckmittelquelle in der Regel außerhalb der Bohrtrasse oberirdisch oder in einer Grube im Bereich des Eintritts des Erdbohrgerätes in die Bohrtrasse angeordnet.

Die Übertragung des Druckmittels von der Druckmittelquelle zu dem fortschreitenden Erdbohrgerät erfolgt bei den heute gebräuchlichen Erdraketen über einen flexiblen Druckmittelschlauch. Beim Einziehen eines Produktrohres mit einer solchen Erdrakete verläuft der Druckmittelschlauch entweder im Produktrohr oder wird neben dem Produktrohr geführt, wenn der Bohrtrassendurchmesser dies erlaubt. In einigen Fällen wird das Produktrohr beispielsweise bei druckluftbetriebenen Schlagantrieben zur Abfuhr der Abluft eingesetzt.

Bei gestängevermittelten Erdbohrgeräten ist es bekannt, das Druckmittel über eine im Gestänge verlaufende Zuleitung zuzuführen. Hierbei treten Druckverluste an den zwischen Gestängeverbindung und Gestängekörper wechselnden Durchmessern sowie in einigen Fällen auch Undichtigkeiten zwischen den Gestängeschüssen auf.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine alternative Zuleitung für ein druckmittelbetriebenes Erdbohrgerät und ein Verfahren zum Einziehen eines Produktrohres in das Erdreich zur Verfügung zu stellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 18 angegebenen Vorrichtungen und Verfahren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Unter dem Begriff "Erdbohrgerät" im Sinne dieser Erfindung ist insbesondere jedes Gerät, welches in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal bewegt wird, um eine Bohrung zu erstellen oder aufzuweiten oder ein bestehendes Rohr zerstörend oder nicht zerstörend zu ersetzen, zu reinigen, Leitungen in bestehende Rohre oder andere Langkörper einzuziehen sowie sämtliche Vorrichtungen für Bauarbeiten des unterirdischen Vortriebs zu verstehen. Das Erdbohrgerät im Sinne dieser Erfindung ist von seiner Natur jedoch nicht auf unterirdische oder Erdarbeiten beschränkt. So können beispielsweise Leitungen, in denen ein Erdbohrgerät betrieben wird, auch oberirdisch verlaufen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das einzuziehende Rohr als Druckmittelzuleitung für ein druckmittelbetriebenes Erdbohrgerät zu verwenden. Als "Rohr" ist dabei jeder Langkörper zu verstehen, der geeignet ist, oder durch Modifikation geeignet gemacht werden kann, ein Druckmittel zu leiten.

So läßt sich ein durch ein Erdbohrgerät einzuziehendes Produktrohr zum Beispiel durch geeignete Abdichtungsmaßnahmen als Druckmittelzuleitung verwenden, was den besonderen Vorteil haben kann, daß insbesondere bei großen Längen – gegenüber der Druckzuleitung über ein Bohrgestänge – nur geringe Druckverluste auftreten. Dies ist auf den durchgehend gleichbleibenden Durchmesser des Produktrohres zurückzuführen. Demgegenüber durchläuft das Druckmittel bei der Verwendung eines Bohrgestänges für die Druckmittelzuleitung mehrere Querschnittsveränderungen, die sich bei längeren Zuleitungsstrecken als besonders nachteilig erweisen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Mittel zum Zu- bzw. Abschalten der Druckmittelzufuhr bei Überschreiten bzw. Unterschreiten eines bestimmten Zugs oder Schubs eines Zug- oder Schubantriebs vorgesehen. Diese Variante läßt sich insbesondere mit zuggestängebetriebenen Erdbohrgeräten mit zusätzlichem Schlagantrieb besonders vorteilhaft verwirklichen. Die Schaltmittel können im Bereich des Druckraums des Schlagkolbens angeordnet sein. So kann ein an der Druckmittelzuleitung anliegender Druck schlagartig freigeben werden. Dabei können die Schaltmittel durch Zug oder Schub am Gestänge zu- oder abgeschaltet werden, indem über eine Verschiebung des Gestänges, beispielsweise ein Schiebeschalter betätigt wird.

Vorzugsweise sind Mittel zum Zu- oder Abschalten der Druckmittelzufuhr in Form einer Druckkammer innerhalb des Gehäuses des Bohrgerätes vorgesehen, wobei die Druckkammer ein Ventil oder eine Durchgangsbohrung als Verbindung von Druckmittelquelle zu dem Druckraum des Schlagkolbens aufweisen und axial zwischen zwei Positionen über die Zug- oder Schubmittel verschiebbar sein kann. Sie kann ferner in Form eines Druckrohres ausgebildet sein, wobei das Ventil oder die Durchgangsbohrung in einer Position offen und in einer zweiten Position geschlossen ist.

Die Erfindung kann aber auch über den Zug eines Schlauches, der am Kopf des Erdbohrgerätes angebracht sein kann oder einen Seilzug verwirklicht sein. Andere Zu-/Abschaltmöglichkeiten sind denkbar.

Sofern der Schlagantrieb ein Steuerrohr, beispielsweise zum Umschalten der Vortriebsrichtung des Schlagantriebs aufweist, kann das Druckrohr innerhalb des Steuerrohrs angeordnet sein und das Steuerrohr die Durchgangsbohrung in einer Position freigeben, und in einer zweiten Position verschließen, wie in der DE 101 46 023 A1 beschrieben.

Vorzugsweise ist das Druckrohr durch ein Federelement in einer Grundstellung mit offenem oder verschlossenem Ventil bzw. offener oder verschlossener Durchgangsbohrung fixiert. So kann je nach Ausgestaltung der Erfindung beim Überwinden der Federkraft der Schlagantrieb zu- oder abgeschaltet werden.

Die Kammer bzw. das Druckrohr kann mit einer den Schlagkolben zum Bohrwerkzeug durchlaufenden Versorgungsleitung verbunden sein.

Bevorzugt wird das Druckrohr bzw. die Druckkammer permanent mit Druckmittel versorgt, so daß einerseits ein permanenter Druck unmittelbar neben dem Druckraum des Schlagkolbens zur Verfügung steht, ein sicheres schlagartiges Anspringen des Kolbens gewährleistet und darüber hinaus bei Verwendung einer Zuleitung der Druckluft zu dem Bohrwerkzeug auch bei abgeschaltetem Schlagantrieb weiterhin Druckluft als Kühlmittel beim Bohren zur Verfügung steht.

In der DE 101 46 023 A1 ist eine Steuerung für einen Schlagantrieb beschrieben, auf die voll inhaltlich Bezug genommen wird. Eine derartige Steuerung läßt sich besonders vorteilhaft mit dem druckmittelgefüllten Produktrohr der vorliegenden Erfindung einsetzen. Bei der zusätzlichen Verwendung eines Zuggestänges läßt sich eine Zuschaltung des Schlagantriebs spontan umsetzen und eine Abschaltung ohne ein Nachlaufen des Schlagantriebs aufgrund eines verzögerten Druckabbaus im Rohr erreichen.

Als Rohr zur Zuleitung des Druckmittels läßt sich ein Produktrohr, welches endseitig mit Druckmittelanschlüsse aufweisenden Deckeln verschweißt ist und/oder ein endseitiges Rohrgewinde zur Verbindung mit dem Druckmittelantrieb oder dem Erdbohrgerät verwenden.

Besonders bevorzugt ist es, bei der Zuleitung des Druckmittels über den einzuziehenden Langkörper ein Zuggestänge am Bohrkopf einzusetzen, welches eine Zuleitung aufweist. Über diese Zuleitung läßt sich dann beispielsweise Schmier- oder Spülflüssigkeit zuleiten, welche über entsprechende Kanäle am Kopf des Erdbohrgerätes austreten kann.

Neben der Druckmittelzuleitung zu einem Schlagantrieb sind auch andere druckmittelbetriebene Antriebe, wie beispielsweise ein Drehantrieb denkbar. Diese können zusätzlich oder anstelle des Schlagantriebs vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Erdbohrgerät mit Druckmittelzuleitung;
2 eine andere Ausführungsform des Erdbohrgerätes der 1;
3 eine Detaildarstellung der Steuerung des Erdbohrgerätes gemäß 2.
In einem Gehäuse 100 ist ein Schlagkolben 120, ein Druckrohr 130 und eine Durchgangsbohrung 140 vorgesehen. Das Druckrohr besitzt eine Druckkammer 160, die über eine Zuleitung 150 mit Druckluft versorgt wird. Die Zuleitung 150 ist mit einem Adapter 170 verbunden, der sich in einer ein Produktrohr 180 verschließenden Dichtungsplatte 190 befindet (2).
Das Produktrohr 180 weist einen Druckluft beaufschlagbaren Hohlraum 185 auf. Zur Beaufschlagung des Produktrohrs 180 mit Druckluft ist das hintere Ende des Produktrohrs 180 mit einer Platte 195, welche einen Druckmittelanschluß 200 aufweist, druckmitteldicht verschlossen. Am Kopf des Gehäuses 100 ist ein Bohrgestängeadapter 210 vorgesehen, der mit einem Bohrgestänge 220 verbunden ist. Der Bohrgestängeadapter 210 und das Bohrgestänge 220 weisen einen zentralen Kanal 230 zur Zuführung von Spülflüssigkeit zu dem Bohrkopf des Gehäuses 100 auf. Im Bohrkopf sind Kanäle 240, 250 vorgesehen, durch die die Spülflüssigkeit aus dem Gehäuse austreten kann, um eine Schmierung, Kühlung und ein Abtransport von Bohrklein oder eine Ringraum-Verfüllung zu bewirken.
Über das Gestänge 220 kann eine Axialverschiebung eines Schaltmittels im Bereich der Durchgangsbohrung 140 bewirkt werden. Dabei kann entweder das Druckrohr 130 selbst oder ein Schieber 260 zur Freigabe und zum Verschluß der Durchgangsbohrung zur Verbindung des Druckrohrs mit dem Druckraum des Schlagkolbens betätigt werden. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Schieber 135 direkt über das Zuggestänge 220 betätigt, wobei gleich zeitig die Druckluftzufuhr am Schlagkolben und die Spülflüssigkeit am Bohrkopf freigegeben werden kann. Letzteres wird dadurch erreicht, daß die Zuleitungskanäle des Bohrgestängeadapters 210 im Bereich der Bohrkopfkanäle 240, 250 zusammen mit dem Schieber 135 verschiebbar und dadurch verschließbar sind.
Bei der in 2 vorgesehenen Ausführungsform wird der Schieber 260 über eine Betätigungsstange 270 ebenfalls gestängevermittelt (wie in 3 detailliert dargestellt) oder mittels des Adapters 210 verschoben.
Der Verschiebeweg kann je nach Ausgestaltung in der einen oder anderen Richtung durch ein Federelement unterstützt bzw. das verschiebbare Druckrohr oder der verschiebbare Schieber vorgespannt sein. Zur Ausgestaltung der beschriebenen Steuerungen sind aber auch andere mechanische oder elektromechanische Steuerungen denkbar.

Claims

Druckmittelbetriebenes Erdbohrgerät zum Einziehen eines Produktrohrs, mit einem Antrieb und einer Druckmittelzuleitung, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktrohr (180) als Druckmittelzuleitung ausgebildet ist.
Erdbohrgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schlagantrieb.
Erdbohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Drehantrieb.
Erdbohrgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Zug- oder Schubelemente sowie Mittel zum Zu- bzw. Abschalten der Druckmittelzufuhr bei Überschreiten bzw. Unterschreiten eines bestimmten Zugs oder Schubs an den Zug- und/oder Schubmittel (220).
Erdbohrgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zu- oder Abschalten der Druckmittelzufuhr als Druckkammer (160) innerhalb des Gehäuses (100) vorgesehen sind, wobei die Druckkammer ein Ventil oder eine verschließbare Durchgangsbohrung (140) als Verbindung von der Druckmittelquelle zu dem Druckraum (125) des Schlagkolbens (120) aufweist.
Erdbohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zu- oder Abschalten der Druckmittelzufuhr über die Zug- und/oder Schubmittel (220) betätigbar sind.
Erdbohrgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckrohr (130) oder ein Schieber (135, 260) als innerhalb des Gehäuses (100) axial zwischen zwei Positionen über die Zug- und/oder Schubmittel verschiebbar gelagertes Element ausgebildet ist, wobei das Ventil oder die Durchgangsbohrung (140) in einer Position offen und in einer zweiten Position geschlossen ist.
Erdbohrgerät nach Anspruch 7 mit einem Steuerrohr zum Umschalten der Vortriebsrichtung des Erdbohrgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckrohr (130) innerhalb eines Steuerrohrs angeordnet ist und das Steuerrohr die Durchgangsbohrung in einer Position freigibt und in einer zweiten Position verschließt.
Erdbohrgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (130) oder der Schieber (135, 260) durch ein Federelement in einer Grundstellung mit verschlossenem Ventil bzw. verschlossener Durchgangsbohrung (140) gehalten wird.
Erdbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (130) mit einer den Schlagkolben (120) zum Bohrkopf durchlaufenden Versorgungsleitung verbunden ist.
Erdbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktrohr (180) endseitig an mindestens einer Seite mit Hilfe von Druckmittelanschlüsse (200) aufweisenden Verschlußelementen (190, 195) abgedichtet ist.
Erdbohrgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktrohr (180) endseitig mindestens ein Anschlußgewinde für eine Druckmittelleitung bzw. einen Druckmitteladapter aufweist.
Erdbohrgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente (190, 195) mit dem Produktrohr (180) verschweißt sind.
Erdbohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Zug- und/oder Schubgestänge (220) mit einer Schmier- oder Spülmittelzuleitung (230).
Erdbohrgerät nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Bohrkopfkanäle (240, 250) für den Austritt von Spülflüssigkeit.
Erdbohrgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zug- und Schubmittel (220) als Bohrgestänge ausgebildet sind und die Bohrkopfkanäle (240, 250) durch Verschiebung des Bohrgestänges verschließbar ausgebildet sind.
Erdbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Schlagantrieb ein weiterer Antrieb vorgesehen ist.
Verfahren zum Einziehen eines Produktrohrs in das Erdreich mit einem druckmittelbetriebenen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktrohr für die Zuleitung des Druckmittels für den Antrieb verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Zugund/oder Schubmittel (220) Spülflüssigkeit zugeleitet wird.