DE102006033753B4

DE102006033753B4 - System und Verfahren zum Spannen von Strangabschnitten zu einem Strang

Info

Publication number: DE102006033753B4
Application number: DE102006033753.0A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Püttmann
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2026-07-22
Also published as: US8231307B2; DE102006033753A1; GB0808643D0; PL385783A1; GB2445710B; GB2445710A; US20090003935A1; WO2007057089A1; PL206548B1

Abstract

Vorrichtung zum Verspannen von Strangabschnitten (1) zu einem Strang mit einer Spannvorrichtung, die einen Adapter (4) sowie einen in Bezug zu dem Strang parallel angeordneten linearen Spannantrieb (24) zum Aufbringen einer Spannkraft aufweist, und einem Zugelement (2), das zwischen einem Widerlager und dem an dem hinteren Ende des Strangs angeordneten Adapter (4) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung eine Gleitbremse (20) aufweist, welche selbsthemmend lediglich auf Zugbelastung durch den Spannantrieb (24) an dem Zugelement (2) angreift, um ein selbsttätiges Bewegen der Spannvorrichtung in einer Richtung auf dem Zugelement (2) zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft das Verspannen von Strang-, insbesondere Rohrabschnitten zu einem Strang mit einem Zugelement, das zwischen einem Widerlager an einem vorderen Ende des Rohrstrangs und einem Adapter an dessen hinterem Ende verläuft, einem linearen Spannantrieb zum Aufbringen einer Spannkraft und eine Vorrichtung zum Herausbewegen des Spannantriebs aus einem Abschnitt.
Entsprechende Systeme werden vielfach bei der grabenlosen Rohrverlegung bzw. -erneuerung verwendet, beispielsweise um den aus einzelnen Rohrabschnitten bestehenden Rohrstrang zu verspannen und mit einem vorauseilenden Bohr- oder Berstwerkzeug möglichst spielfrei zu verbinden.
Eine solches System ist beispielsweise aus der DE 196 08 056 C1 bekannt.
Dort wird ein Berstwerkzeug offenbart, welches durch eine zu ersetzende Altleitung gezogen wird. Während des Vortriebs des Berstwerkzeugs durch die Altleitung wird diese zerstört und gleichzeitig ein neuer Rohrstrang in das Erdreich eingezogen. Der neu einzuziehende Rohrstrang besteht aus einzelnen kurzen Rohrabschnitten.
Um die Reibung während des Einziehens zu verringern, weisen die Rohrabschnitte des neuen Rohrstrangs an der Außen- sowie Innenseite glatte Rohrmuffen auf. Diese Rohrmuffen sind jedoch nicht in der Lage, Zugkräfte zu übertragen, so daß für eine möglichst spielfreie Verbindung des Rohrstrangs mit dem Berstwerkzeug eine Spannvorrichtung vorgesehen ist.
Die Spannvorrichtung wirkt auf ein Seil oder eine Kette, die an dem Berstwerkzeug befestigt und durch das neu einzuziehende Rohr hindurchgeführt ist.
Im hinteren Ende des Rohrstrangs befindet sich die eigentliche Spannvorrichtung, die sich über einen Adapter an dem hinteren Ende des letzten Rohrabschnitts abstützt.
Das Spannen des Seils oder der Kette geschieht über Hydraulikzylinder, die, aufgrund der vielfach beengten Platzverhältnisse in den Arbeitsschächten, senkrecht zu dem Seil oder der Kette angeordnet sind. Dabei wird das Seil oder die Kette von einer mit einem Freilauf versehenen Umlenkrolle in die Längsrichtung der Hydraulikzylinder umgelenkt. Der Freilauf an der Umlenkrolle verhindert ein Zurückfedern des gespannten Seils bzw. der gespannten Kette, wenn für einen vollständigen Spannvorgang mehrere Zylinderhübe notwendig sind.
Die in der DE 196 08 056 C1 beschriebene Spannvorrichtung weist eine Reihe von Nachteilen auf.
Die durch die senkrechte Anordnung der Zylinder benötigte Umlenkung setzt voraus, daß flexible Ketten oder Seile als Zugmittel eingesetzt werden. Diese erfahren jedoch bei hohen Spannkräften eine deutliche Längendehnung, die von der Spannvorrichtung ausgeglichen werden muß. Dies ist insbesondere daher nachteilig, weil die Spannvorrichtung für jedes Auffädeln eines neuen Rohrabschnitts gelöst werden muß, so daß das gedehnte Zugmittel bei jedem Spannzyklus entlastet und wieder belastet wird.
Ein weiterer Nachteil dieser beschriebenen Spannvorrichtung ist ihr großer Platzbedarf, den sie insbesondere innerhalb eines Reversierschachts einnimmt, von dem aus häufig Vorgänge zum Ersetzen alter Rohre gestartet werden.
Ein weiterer Nachteil von Spannvorrichtungen, die ein Seil oder eine Kette als Zugmittel verwenden, ist, daß das Seil oder die Kette in der Regel mindestens die Gesamtlänge des einzuziehenden Rohrstrangs aufweisen muß. Insbesondere zu Beginn des Rohrerneuerungsvorgangs müssen somit die Rohrabschnitte über eine lange Wegstrecke auf dem Zugmittel aufgefädelt werden.
In der DE 10 2004 033 566 B3 ist eine Vorrichtung zum Verspannen von Rohrabschnitten zu einem Rohrstrang mit einem Zugelement beschrieben, die zwischen einem Widerlager an dem vorderen Ende des Rohrstrangs und einem an dessen hinterem Ende angeordneten Adapter verläuft sowie einem linearen Spannantrieb zum Aufbringen der Spannkraft. Das System zeichnet sich durch die parallele Lage des linearen Spannantriebs in Bezug zu dem Rohrstrang aus, wobei sich eine Seite des linearen Spannantriebs an dem Adapter und die andere Seite über mindestens ein Halteelement an dem Zugelement abstützt.
Dies erlaubt es, den linearen Spannantrieb zum Teil auch innerhalb des zu verlegenden Rohrstrangs anzuordnen und verringert den Platzbedarf der Spannvorrichtung.
Allerdings muß die Spannvorrichtung, um dem Rohrstrang einen neuen Rohrabschnitt hinzuzufügen, auf dem Zugelement verschoben bzw. von dem Zugelement gelöst werden. Dies geschieht bislang manuell.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Spannvorrichtungen derart weiterzubilden, daß ein leichtes Bewegen oder Abziehen der Spannvorrichtung auf bzw. von dem Zugelement möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht eine Gleitbremse vor, die selbsthemmend in eine Richtung an dem Zugelement angreift. Die Selbsthemmung, die zu einem Fixieren der Gleitbremse auf dem Zugelement führt, ist in dieser Funktionsstellung nur in einer Richtung wirksam und wird durch die Spannkraft des Spannantriebs (vorzugsweise bei der Kontraktion des Spannantriebs) ausgelöst und aufrechterhalten, um ein selbsttätiges Bewegen des Spannantriebs bzw. der Spannvorrichtung in dieser Richtung auf dem Zugelement zu ermöglichen. Mit Hilfe der Gleitbremse kann sich der Spannantrieb bzw. die Spannvorrichtung beispielsweise aus dem jeweiligen Rohrabschnitt herausziehen. Dies erübrigt ein manuelles Herausziehen des Spannantriebs bzw. der Spannvorrichtung. Für das Auffädeln der Spannvorrichtung auf das Zugelement kann die Gleitbremse in eine Freilaufstellung geschaltet werden.
Unter ”Gleitbremse” ist insbesondere jedwede geometrische Ausgestaltung eines auf dem oder an dem Zugelement bei Bedarf verschiebbaren Fixierungsmittels zu verstehen, wie es beispielsweise als Gleithülse oder auch ein als Gleitschuh, d. h. ohne Ringschluß ausgestaltetes Fixierungsmittel darstellen kann.
Die erfindungsgemäße Gleitbremse kann beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein und einen Klemmring aufweisen, durch den das Zugelement hindurchläuft. Der Klemmring kann in der Gleitbremse so angeordnet sein, daß er über einen Betätigungshebel in eine solche Schrägstellung in Bezug auf das Zugelement gebracht werden kann, daß eine selbsthemmende Arretierung auf dem Zugelement eintritt, sobald die Gleitbremse in einer Richtung auf dem Zugelement bewegt wird. Beim Lösen des Betätigungshebels ist die Gleitbremse dann wieder frei auf dem Zugelement verschiebbar.
Unter linearem Spannantrieb wird insbesondere eine Antriebsvorrichtung verstanden, die eine Relativbewegung von zwei mit ihr verbundenen Anlenkpunkten entlang einer Wirkungslinie erzeugen kann. Insbesondere kommen hier hydraulisch oder pneumatisch betriebene Zylinder in Frage, wobei sich der Zylindermantel relativ und linear zu der Kolbenstange bewegt. Ein weiteres Beispiel für einen derartigen Linearantrieb ist die Kombination aus Rotationsmotor und Zahnstange. Hierbei befindet sich ein Anlenkpunkt für die Kraftabstützung an dem Rotationsmotor und der andere an der Zahnstange. Ebenfalls ist die Verwendung einer Gewindestange für einen linearen Spannantrieb möglich.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf das Spannen von in ihrem Umfang geschlossenen Rohrabschnitten beschränkt. Vielmehr können sämtliche Elemente gespannt werden, die hintereinanderliegend einen Strang bilden, durch den oder an dem ein Zugelement geführt werden kann.
Das Abstützen des linearen Spannantriebs an dem Adapter bzw. dem Zugelement (über das/die Halteelemente) kann direkt oder indirekt über weitere dazwischenliegende Elemente erfolgen.
Der Begriff ”Hülse” wird im Sinne der Erfindung insbesondere so verstanden, daß dieser sämtliche Elemente umfaßt, die es ermöglichen, mit dem Zugelement verbunden zu werden und dadurch Kräfte, zumindest in eine Längsrichtung des Zugelements sowie quer dazu, zu übertragen. Insbesondere kann die Hülse im Sinne der Erfindung auch einen quadratischen, V-förmigen oder U-förmigen Querschnitt aufweisen.
Besonders vorteilhaft läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung verwenden, um einen Strang aus einzelnen Rohrabschnitten an einer Einzugsvorrichtung zu spannen, die für das grabenlose Einziehen von Rohren konzipiert ist. Insbesondere sind hierunter statisch und/oder dynamisch vorgetriebene Aufweit-, Berst- oder Bohrgeräte zu verstehen, die selbst- oder fremdgetrieben ausgeführt sein können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Spannen kann jedoch mit jeglicher Art Widerlager verwendet werden, das es erlaubt, ein Zugelement zu fixieren und das vordere Ende des Rohrstrangs abzustützen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Zugelement in Form eines Gestängestrangs, der aus einzelnen Gestängeschüssen bzw. Gestängeelementen zusammengesetzt wird, ausgeführt. Dies ermöglicht, die Länge des Zugelements während des Einziehvorgangs des Neurohrs, dessen Länge sich durch Hinzufügen einzelner Rohrabschnitte kontinuierlich vergrößert, anzupassen. Das Auffädeln neuer Rohrabschnitte auf das freie Ende des Zugelements ist somit mit deutlich weniger Aufwand durchzuführen.
Weiterhin bietet die Verwendung eines Gestängestrangs den Vorteil, daß bei entsprechender Formgebung und Materialwahl die Dehnung des Gestänges so gering gehalten werden, daß sie keine spürbare Auswirkung auf den Spannvorgang hat.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines Gestängestrangs als Zugelement ist, daß in diesen auf einfache Weise konstruktive Merkmale integriert werden können, die eine formschlüssige Verbindung mit Elementen der Spannvorrichtung gewährleisten. Auch ist eine kraftschlüssige Verbindung mit einem biegesteifen Gestängestrang vorteilhaft möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gestängeschüsse, die das Zugelement bilden, eine oder mehrere Öffnungen oder Erhebungen aufweisen, die zu einer formschlüssigen Verbindung mit dem Halteelement des Spannantriebs oder der Hülse dienen.
Unter ”Öffnungen” oder ”Erhebungen” sollen insbesondere sämtliche konstruktive Merkmale fallen, die ein formschlüssiges Verbinden gewährleisten. Insbesondere sind hier Durchbrechungen oder Sacklochbohrungen innerhalb der Gestängeelemente zu nennen. Weiterhin können Nuten in beliebiger Form vorhanden sein. Unter Erhebungen fallen insbesondere sämtliche Vorsprünge, die durch Anliegen an einer Kante der Hülse zu der formschlüssigen Verbindung führen.
Besonders vorteilhaft sind die Öffnungen oder Erhebungen in regelmäßigen Abständen auf den Gestängeschüssen angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Spannantrieb einen oder mehrere pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Zylinder auf, wobei sich das erste Ende der/des Zylinder(s) – beispielsweise der Zylindermantel – an dem Adapter abstützt und das zweite Ende – im vorliegenden Beispiel die Kolbenstange – sich über das Halteelement form- und/oder kraftschlüssig an dem Zugelement oder der Hülse abstützt.
Der oder die Antriebszylinder können ringförmig gebaut sein, wobei Zylindermantel und/oder Zylinderkolben eine längsaxiale Öffnung aufweisen können, durch die das Zugelement und andere Elemente der Spannvorrichtung geführt werden können.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die Spannvorrichtung einen Abschnitt auf, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Rohrabschnitte angepaßt ist oder werden kann. Dadurch können das Zugelement sowie die Spannvorrichtung innerhalb des Rohrstrangs zentriert werden. Das Anpassen des Durchmessers dieses Abschnitts kann beispielsweise durch das Aufsetzen verschiedener Adapter erfolgen. Vorteilhaft ist es, den angepaßten Durchmesser, bezogen auf den Rohradapter, auf der einen Seite und die Halteelemente auf der entsprechend gegenüberliegenden Seite anzuordnen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, ein Verfahren zum Verspannen von einzelnen Rohrabschnitten zu einem Rohrstrang durchzuführen, wobei ein Zugelement an einem Widerlager befestigt wird. Daraufhin werden ein oder mehrere Rohrabschnitte auf das Zugelement aufgefädelt. Eine Spannvorrichtung mit einem Adapter sowie einem linearen Spannantrieb wird über das Zugelement gestülpt. Dabei stützt sich der lineare Spannantrieb an der einen Seite an dem Adapter und auf der anderen Seite mittels eines oder mehrerer Halteelemente an dem Zugelement ab. Darauf folgend wird das Halteelement auf dem Zugelement in einer Position fixiert, die den Adapter vorteilhafterweise in die Nähe des letzten Rohrabschnitts bringt. Durch das Spannen des Spannantriebs wird der Adapter relativ zu dem Halteelement bewegt. Mit Hilfe einer Gleitbremse wird die Spannvorrichtung nach dem Spannvorgang wieder von dem Zugelement heruntergefahren.
Bei der vorteilhaften Verwendung von Spannzylindern für die Spannvorrichtung mit einem kurzen Hub können für einen Spannvorgang für den Rohrstrang mehrere Spannzyklen des Spannantriebs vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen System zum Spannen von als Rohrabschnitten ausgestalteten Strangabschnitten mit einer Gleitbremse;
2 eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Gleitbremse und
3 die Gleitbremse der 2 in Funktionsstellung.
Die Spannvorrichtung dient dazu, einzelne als Rohrabschnitte ausgestaltete Strangabschnitte 1, die auf einem Zuggestänge bzw. Zugelement 2 aufgefädelt sind, an einer Einzugsvorrichtung für Rohre (nicht dargestellt) zu verspannen, wobei die erfindungsgemäße Gleitbremse 20 es erlaubt, daß sich die Spannvorrichtung eigenständig aus dem verspannten Strangabschnitt 1 herausbewegt.
Die Spannvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Sperrhülse 3 mit einer vorgelagerten Gleitbremse 20 sowie aus einer dazu relativ beweglichen Einheit mit einem Adapter 4 sowie mehreren hydraulisch angetriebenen Zylindern 5.
Zum Spannen des Rohrstrangs wird die Spannvorrichtung auf das Zugelement 2 aufgeschoben, bis sich der Adapter 4 in der Nähe des freien Endes des letzten Strangabschnitts 1 befindet. Daraufhin wird die Sperrhülse 3 formschlüssig mit dem Zugelement 2 verbunden, indem ein als Bolzen ausgestaltetes Halteelement 6 eingefügt wird, der in eine von mehreren Durchgangsöffnungen 7 in dem Zugelement 2 einrastet. Die Spannvorrichtung ist somit grob positioniert.
Das eigentliche Spannen des Rohrstrangs erfolgt nun durch die Spannvorrichtung selbst. Dazu werden die hydraulisch angetriebenen Zylinder 5 ausgefahren, wobei der Adapter 4 dabei den hintersten Strangabschnitt 1 in Richtung der übrigen Strangabschnitte 1 drückt.
Um dem Rohrstrang einen neuen Strangabschnitt 1 hinzuzufügen, wird zunächst die Spannvorrichtung gelöst. Dazu werden die hydraulisch angetriebenen Zylinder 5 vollständig eingefahren.
Das Halteelement 6, das die Sperrhülse 3 mit dem Zugelement 2 verbindet, wird nun entfernt und die vorgelagerte Gleitbremse 20 in Funktionsstellung gebracht. Die Gleitbremse 20 weist einen rohrförmigen Aufbau mit einem innengelagerten Klemmring 21 auf. Das Zugelement 2 durchragt die Gleitbremse und den Klemmring 21. Mit einem Betätigungshebel 22 läßt sich der Klemmring 21 entriegeln, so daß er mittels einer Feder 23 verkippt wird. Das Verkippen des Klemmrings 21 bewirkt, daß der Klemmring bei einer Zugkraft, wie sie von dem Spannantrieb 24 der Spannvorrichtung ausgeht, auf dem Zugelement 2 verkeilt, während eine von dem Spannantrieb 24 ausgehende Schubkraft die Gleitbremse 20 auf dem Zugelement 2 verschiebt. Hierdurch kann sich die Spannvorrichtung schrittweise aus dem Rohrstrang herausziehen.
Nun wird ein neuer Strangabschnitt 1 auf das Zugelement 2 aufgefädelt und die Spannvorrichtung wieder angesetzt.
Auf der Seite der Sperrhülse 3, die in den letzten Strangabschnitt 1 hineinragt, sind Abstandshalter 13 angeordnet, die einen Durchmesser definieren, der dem Innendurchmesser der Strangabschnitte 1 entspricht und dazu dienen, die Sperrhülse 3 bzw. das Zugelement 2 innerhalb des Strangabschnitts 1 zu zentrieren. Durch Aufsetzen verschiedener Adapter (nicht dargestellt) kann dieser Abschnitt der Sperrhülse 3 unterschiedlichen Rohrinnendurchmessern angepaßt werden.

Claims

Vorrichtung zum Verspannen von Strangabschnitten (1) zu einem Strang mit einer Spannvorrichtung, die einen Adapter (4) sowie einen in Bezug zu dem Strang parallel angeordneten linearen Spannantrieb (24) zum Aufbringen einer Spannkraft aufweist, und einem Zugelement (2), das zwischen einem Widerlager und dem an dem hinteren Ende des Strangs angeordneten Adapter (4) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung eine Gleitbremse (20) aufweist, welche selbsthemmend lediglich auf Zugbelastung durch den Spannantrieb (24) an dem Zugelement (2) angreift, um ein selbsttätiges Bewegen der Spannvorrichtung in einer Richtung auf dem Zugelement (2) zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbremse (20) eine Bewegung der Gleitbremse (20) auf dem Zugelement (2) in Richtung von dem Strang weg zulässt und in der entgegengesetzten Richtung selbsttätig sperrt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der lineare Spannantrieb (24) zwischen dem Adapter (4) und einer auf dem Zugelement (2) temporär fest angeordneten Sperrhülse (3) abstützt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Widerlager in Form einer Bohr-, Berst- oder Aufweitvorrichtung zum Einziehen von Rohren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (2) Gestängeelemente umfasst, die eine oder mehrere Öffnungen oder Erhebungen zur formschlüssigen Verbindung mit der Sperrhülse (3) der Spannvorrichtung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lineare Spannantrieb (24) einen oder mehrere pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Zylinder (5) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbremse (20) einen Klemmring (21) aufweist, der durch seine Winkellage eine Sperrwirkung ausübt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrwirkung des Klemmrings (21) durch Verändern der Winkellage deaktiviert werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (21) von einer Feder (23) in Richtung seiner sperrenden Winkellage beaufschlagt wird.
Verfahren zum Verspannen von Strangabschnitten (1) zu einem Strang mit folgenden Schritten: – Befestigen eines Zugelements (2) an einem Widerlager, das an einem vorderen Ende des Strangs angeordnet ist; – Auffädeln eines oder mehrerer Strangabschnitte (1) auf dem Zugelement (2); – Ansetzen einer Spannvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche an das hintere Ende des Strangs; – Fixieren eines oder mehrerer Haltelemente (6) der Spannvorrichtung an dem Zugelement (2) in einer Position, die den Adapter (4) in die Nähe des letzten Strangabschnitts (1) bringt; – Aktivieren des linearen Spannantriebs (24), wobei der Adapter (4) relativ zu dem/den Halteelement(en) (6) bewegt wird; – Lösen des/der Halteelements/-e (6); – Aktivieren der Gleitbremse (20); – Aktivieren des linearen Spannantriebs (24), um die Spannvorrichtung von dem Strang weg zu bewegen, um weitere Strangabschnitte (1) auf das Zugelement (2) aufzufädeln.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannvorgang für den Strang mehrere Spannzyklen des Spannantriebs (24) umfasst.