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Die Erfindung betrifft eine Rammbohrvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer entsprechenden Rammbohrvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
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Derartige Rammbohrvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere für die Herstellung von horizontalen Erdbohrungen verwendet. In der Regel weist eine derartige Rammbohrvorrichtung einen Schlagkolben auf, der innerhalb des Gehäuses oszillierend (hin- und her-) bewegt wird und dabei, je nach gewünschter Bewegungsrichtung der Rammbohrvorrichtung, auf eine vordere oder hintere Schlagfläche des Gehäuses prallt. Die dabei übertragene kinetische Energie des Schlagkolbens sorgt für eine Beschleunigung der Rammbohrvorrichtung innerhalb des Erdreichs.
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Eine derartige Rammbohrvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 39 09 567 A1 bekannt. Die dortige Rammbohrvorrichtung weist ein Steuerrohr mit einem darauf beweglich gelagerten Schlagkolben auf. Das Steuerrohr ist an seinem rückwärtigen Ende fest mit einer Druckluftzufuhr und weiterhin sowohl längsaxial als auch rotatorisch beweglich über eine vorgespannte Schraubenfeder mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden. Die Feder zwingt das Steuerrohr in eine vordere Stellung (Vorlaufstellung) und verriegelt es in dieser Stellung durch eine Vierteldrehung in einer Verriegelungsnut. Zum Umsteuern der Vorrichtung wird das Steuerrohr durch eine Vierteldrehung der Druckluftzufuhr entgegen der Federvorspannung entriegelt, so dass das Steuerrohr unter dem Einfluss der Druckluft und entgegen der längsaxialen Federkraft in eine hintere Stellung (Rücklauf) verschoben wird. Dabei wird gleichzeitig die mittlere Position des Schlagkolbens innerhalb des Gehäuses verschoben, so dass in der Rücklaufstellung eine rückwärtige Schlagfläche von dem Schlagkolben beaufschlagt wird. Wie in der vorderen Stellung verriegelt das Steuerrohr in der Rücklaufstellung unter dem Einfluss der rotatorisch vorgespannten Feder in einer zweiten Verriegelungsnut. Ein erneutes Umsteuern der Rammbohrvorrichtung in die Vorlaufstellung erfolgt durch eine erneute Vierteldrehung des Steuerohrs, wobei gleichzeitig die Höhe des Drucks der zugeführten Druckluft reduziert wird, so dass die von der vorgespannten Feder aufgebrachten Kräfte die Druckkräfte übersteigen und das Steuerrohr wieder in die vordere Stellung verschoben wird.
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Die Vorrichtung der
DE 39 09 567 A1 offenbart somit zwei Betriebsstellungen, in denen entweder eine vordere oder eine hintere Schlagfläche des Gehäuses beaufschlagt wird.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Rammbohrvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass eine Beeinflussung der Schlagfrequenz und/oder der Schlagintensität erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Die Erfindung sieht vor, eine Rammbohrvorrichtung zum Erstellen von Horizontalbohrungen der eingangs genannten Art mit einer Vorrichtung zu versehen, die ein Verschieben der mittleren Position des Schlagkolbens derart ermöglicht, dass ein Variieren der Frequenz der Schlagkolbenbewegung und/oder der Schlagintensität erfolgt.
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Unter „Rammbohrvorrichtung” wird insbesondere jedes Gerät verstanden, welches in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal stoßweise bewegt wird, um eine Bohrung zu erstellen oder aufzuweiten oder ein bestehendes Rohr zerstörend oder nicht zerstörend zu ersetzen oder zu reinigen, Leitungen in bestehenden Rohre oder andere Langkörper einzuziehen sowie sämtliche Vorrichtungen für Bauarbeiten des unterirdischen Vortriebs.
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Die Rammbohrvorrichtung im Sinne der Erfindung ist nicht auf unterirdische Erdarbeiten beschränkt. So können beispielsweise Leitungen, in denen ein Erdbohrgerät betrieben wird, auch oberirdisch verlaufen.
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Der Begriff ”Horizontalbohrung” im Sinne der vorliegenden Erfindung erfasst insbesondere jede Art von bestehenden oder zu erstellenden, vorzugsweise horizontalen Kanälen in einem Körper, insbesondere Erdkanäle einschließlich Erdbohrungen, Felsbohrungen oder Erdleitungen sowie unterirdische oder oberirdische Rohrleitungen und Abwasserkanäle, die sich durch Einsatz einer entsprechenden Rammbohrvorrichtung herstellen, aufweiten, zerstören, aufschneiden oder reinigen lassen.
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Unter ”mittlerer Position” des Schlagkolbens wird im Sinne der Erfindung die Position verstanden, die mittig zwischen den zwei Umkehrpunkten der oszillierenden Bewegung des Schlagkolbens gelegen ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese neben dem Gehäuse und einem Schlagkolben, der über ein zugeführtes Druckfluid, folglich ein Gas oder eine Flüssigkeit, in eine innerhalb des Gehäuses stattfindende, oszillierende Bewegung versetzt wird, ferner eine Steuerhülse auf, die beweglich innerhalb des Schlagkolbens angeordnet ist. Weiterhin zeichnet sich der Schlagkolben durch mindestens eine Steueröffnung in seinem Mantel aus, wobei die Position der Steueröffnung vor, über und hinter der Steuerhülse die abwechselnde Be- und Entlüftung einer zwischen dem Gehäuse und dem Schlagkolben gelegenen Druckkammer bewirkt. Das Verschieben der mittleren Position des Schlagkolbens kann durch eine Längenänderung (Verlängerung, Verkürzung) der Steuerhülse und/oder durch eine Verlagerung der Position der Steuerhülse innerhalb des Gehäuses erfolgen.
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Eine Möglichkeit, die Position der Steuerhülse zu verändern, kann darin liegen, die Steuerhülse mit einer rückseitig, d. h. in Richtung des Anschlusses für eine Druckfluidzufuhr mit einer Führungshülse zu verbinden, die selbst entweder verlängert/verkürzt oder innerhalb des Gehäuses verlagert wird, um über die Verbindung mit der Steuerhülse die erfindungsgemäße Verschiebung der mittleren Position des Schlagkolbens zu erreichen.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Position der Steuerhülse auch dadurch verändert werden, dass diese über das Verbindungselement relativ zu der Führungshülse verschoben wird.
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Erfindungsgemäß ist nicht erforderlich, dass die „Steuerhülse” oder die „Führungshülse” rohrförmig ausgebildet sind; vielmehr ist jede beliebige Form möglich, durch die die vorgesehene Funktion erfüllt werden kann.
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Eine längenänderbare Steuer- bzw. Führungshülse kann mindestens zwei Teilhülsen aufweisen, die in zumindest längsaxialer Richtung zueinander beweglich sind und durch ihre Lage relativ zueinander die Länge der Steuer- bzw. Führungshülse definieren. Vorzugsweise sind die Teilhülsen derart ausgebildet, dass eine der Teilhülsen auf einer anderen Teilhülse gleitend gelagert ist. Hierzu kann die zweite Teilhülse einen Abschnitt mit verringertem Außendurchmesser aufweisen, der im Wesentlichen dem inneren Durchmesser der ersten Teilhülse entspricht.
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Vorteilhafterweise kann ferner eine Vorrichtung zum Verstellen der relativen Lage der zwei Teilhülsen zueinander vorgesehen sein. Diese kann eine Verstellung in beide Richtungen (Verkürzung und Verlängerung der Steuer- oder Führungshülse) oder lediglich in eine Richtung ermöglichen. Im zweiten Fall sind vorzugsweise elastische Mittel vorgesehen, die zwischen den zwei Teilhülsen angeordnet werden und eine Rückstellkraft entgegen der Verstellkraft der Vorrichtung bewirken. Die elastischen Mittel können jedoch z. B. auch auf der gegenüberliegenden Seite einer oder beider Teilhülsen angeordnet sein und eine entsprechende Kraft bewirken, die die Teilhülsen aufeinander zu oder voneinander weg bewegt. Besonders bevorzugt ermöglicht die Vorrichtung zudem, die zwei Teilhülsen während des schlagenden Betriebs zueinander zu verstellen.
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Die Funktion der Verstellvorrichtung kann auf verschiedenen physikalischen Prinzipien beruhen. Insbesondere kann die Verstellkraft auf hydraulischem, pneumatischem oder magnetischem Weg erzeugt werden. Ebenso sind rein mechanische Verstellmöglichkeiten möglich, beispielsweise über eine angetriebene Relativdrehung in Verbindung mit einer gewindeförmigen Verbindung der zwei Teilhülsen. Selbstverständlich können auch Kombinationen der oben genannten Verstellmöglichkeiten zum Einsatz kommen.
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Vorzugsweise ist die längenänderbare Steuer- bzw. Führungshülse derart ausgelegt bzw. befestigt, dass eine Längenänderung der Steuerhülse lediglich eine Verschiebung der Hülsenkante bewirkt, die der beaufschlagten Schlagfläche des Gehäuses abgewandt ist. Die Steuerhülsenkante, die auf der Seite der Schlagfläche des Gehäuses gelegen ist, ist somit (in einer Betriebsstellung (vorwärts/rückwärts) der Rammbohrvorrichtung) ortsfest innerhalb des Gehäuses angeordnet.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verlagern der Position der Steuer- bzw. Führungshülse innerhalb des Gehäuses umfasst vorzugsweise ein Steuerrohr, das zumindest in einem Abschnitt innerhalb der Steuer- oder Führungshülse verläuft und in zumindest längsaxialer Richtung dazu beweglich ist. Ein beweglich zu der Steuerhülse ausgebildetes Steuerrohr ist dabei vorzugsweise fest mit dem Gehäuse verbunden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Steuerrohr (zumindest in längsaxialer Richtung) mit der Steuerhülse verbunden und beweglich innerhalb der Führungshülse gelagert ist, wodurch ein Verschieben des Steuerrohrs relativ zu der Führungshülse zu einer Verlagerung der Steuerhülse führt, ist die Relativposition des Steuerohrs in der Führungshülse in mehreren Positionen fixierbar, wodurch unterschiedliche definierte Betriebsstellung erzeugt werden können.
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Weiterhin bevorzugt kann das Steuerrohr durch elastische Mittel sowohl in längsaxialer Richtung als auch in Drehrichtung bezüglich der Führungshülse vorgespannt sein, wobei die Vorspannung in längsaxialer Richtung eine Verlagerung der Steuerhülse innerhalb des Gehäuses nach vorne, d. h. in Richtung des Vorlaufs, und die Vorspannung in Drehrichtung ein Eingreifen (mindestens) eines Verriegelungselements in einen korrespondierenden Hinterschnitt bewirkt; letzteres führt zu einer Fixierung der Relativposition des Steuerrohrs zu der Führungshülse. Beispielsweise kann das Verriegelungselement als ein an dem Steuerrohr vorgesehener Vorsprung ausgebildet sein, der in eine entsprechende Vertiefung in der Führungshülse eingedreht werden kann.
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Eine weitere Möglichkeit, eine Relativbewegung der Steuer- oder Führungshülse zu dem Steuerrohr zu erhalten, kann darin liegen, dass das Steuerrohr und die Steuer- bzw. Führungshülse gemeinsam eine Druckkammer ausbilden, deren Größe durch die relative Lage der zwei Bauteile zueinander definiert wird. Beispielsweise können die Außenfläche des Führungsrohrs und die Innenfläche der Steuer- oder Führungshülse mit entsprechend angeordneten, ringförmigen Kanten eine ringförmige Druckkammer bilden, die von einem unter Druck stehenden Fluid gefüllt wird. Zur Fixierung oder Variation der Größe der Druckkammer kann die Höhe des Drucks des Fluids in Abhängigkeit von dem Außendruck oder von einer anderen Gegenkraft, beispielsweise einer Federkraft variiert werden.
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Selbstverständlich kann die Druckkammer, neben der Ringform eine andere beliebige Form aufweisen. Insbesondere kann die Druckkammer lediglich von einem Teilkreis des Außen- bzw. des Innenumfangs des Führungsrohrs bzw. der Steuer- oder Führungshülse gebildet werden.
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Die Größe der Druckkammer definiert über die Position der Hülsenkanten der Steuerhülse die mittlere Position des oszillierenden Schlagkolbens in dem Gehäuse. Ein Verschieben oder Verlängern/Verkürzen der Steuerhülse innerhalb des Gehäuses bewirkt, dass die mittlere Position des Schlagkolbens ebenfalls verschoben wird. Dadurch kann die Schlagfrequenz des Schlagkolbens verändert und gleichzeitig die Schlagintensität beeinflusst werden.
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In einer Ausführungsform kann die Druckkammer über eine zusätzliche Leitung, die beispielsweise innerhalb des Steuerrohrs verläuft, mit dem Druckfluid versorgt werden. Dabei kann es sich um Druckluft handeln, die ebenfalls vorzugsweise als Antriebsmedium für den Schlagkolben verwendet und vorzugsweise durch das Steuerrohr in das Innere des Kolbens geführt wird. Eine andere Ausführungsform kann die Zufuhr einer Druckflüssigkeit vorsehen. Diese Flüssigkeit kann beispielsweise gleichzeitig dazu verwendet werden, im Bereich des Bohrkopfs oder an anderer Stelle in das Erdreich eingeleitet zu werden, um den Bohrfortschritt positiv zu beeinflussen. In diesen Fällen können Bohrflüssigkeiten zum Einsatz kommen, deren Eigenschaften durch das Beimischen von Zusatzstoffen den jeweiligen Bohrverhältnissen angepasst werden können.
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Vorzugsweise kann die Länge und/oder die Position der Steuer- oder Führungshülse stufenlos in einem bestimmten Verstellbereich verändert werden. Dadurch kann eine besonders gute Anpassung der Schlagfrequenz/-intensität an die gegebenen Bohrverhältnisse erreicht werden. Gleichwohl ist es möglich, eine Mehrzahl von Stellungen innerhalb des Verstellbereichs zu definieren, die eine abgestufte Verstellung ermöglichen.
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Eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rammbohrvorrichtung kann eine Steuerhülse, die beweglich innerhalb des Schlagkolbens angeordnet ist, und mindestens zwei Steueröffnungen in dem Mantel des Schlagkolbens aufweisen, wobei die abwechselnde Positionierung der Steueröffnungen vor und hinter der Steuerhülse die Be- und Entlüftung einer zwischen dem Gehäuse und dem Schlagkolben gelegenen Druckkammer bewirkt. Die mindestens zwei Steueröffnungen sind in dieser Ausführungsform in Längsrichtung des Schlagkolbens versetzt zueinander angeordnet sind.
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Durch eine Vorrichtung zum bedarfsweisen Abdecken bzw. Freigeben einer der Steueröffnungen kann erreicht werden, dass eine bestimmte Steueröffnung für das Be- und Entlüften der Druckkammer verantwortlich ist. Aufgrund des Abstands zwischen den Steueröffnungen in Längsrichtung des Schlagkolbens kann durch ein entsprechendes Abdecken bzw. Freigeben einzelner Steueröffnungen unterschiedliche Schlagwege des Schlagkolbens erreicht werden.
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Vorzugsweise ist der Schlagkolben hierzu zweiteilig aufgebaut, beispielsweise mit einer weiteren (Teil-)Hülse, die bewegbar innerhalb des (Rest-)Schlagkolbens angeordnet ist und durch eine definierte Rotation und/oder Translation innerhalb des (Rest-)Schlagkolbens für ein entsprechendes Freigeben oder Verdecken von einer oder mehreren der Steueröffnungen sorgt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, eine Rammbohrvorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart zu betreiben, dass über eine Verschiebung der mittleren Position des Schlagkolbens die Frequenz der Schlagkolbenbewegung und/oder die Schlagintensität verändert wird. Dadurch kann sowohl die Frequenz als auch die Intensität der Schläge auf die gegebenen Bodenverhältnisse angepasst werden. Besonders vorteilhaft kann dies während des Bohrbetriebs durchgeführt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rammbohrvorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
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2: eine Detailansicht der Steuerhülse der 1 einschließlich der angrenzenden Bauteile;
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3: einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Rammbohrvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform;
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4: eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rammbohrvorrichtung in einer dritten Ausführungsform; und
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5: die Steuerungselemente einer erfindungsgemäßen Rammbohrvorrichtung in einer vierten Ausführungsform.
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Die in 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rammbohrgeräts besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 1, in das ein Bohrkopf 2 eingeschraubt ist. Ein Schlagkolben 3 bewegt sich unter dem Einfluss von Druckluft in dem Gehäuse 1 hin und her, wobei der Schlagkolben 3 innerhalb jeder Periode in Abhängigkeit von der Stellung einer Steuerhülse 4 entweder auf eine vordere Schlagfläche 5 oder eine hintere Schlagfläche 6 auftrifft.
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Wie insbesondere in
2 zu erkennen ist, besteht die Steuerhülse
4 aus zwei Teilhülsen
7,
8. Die in der Zeichnung auf der rechten Seite dargestellte Teilhülse
8 weist einen Abschnitt mit einem reduzierten Außendurchmesser auf, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser der linken Teilhülse
7 entspricht. Die Hülse
4 ist über ein Zwischenelement
9 mit einem Steuerrohr
10 verbunden, das wiederum zum Umsteuern der Bewegungsrichtung der Rammbohrvorrichtung in längsaxialer Richtung innerhalb des Gehäuses verschiebbar und in zwei Stellungen – eine für den Vorlauf und eine für den Rücklauf des Geräts – fixierbar ist. Das Umsteuern erfolgt dabei in exakt der gleichen Weise, wie es im einleitenden Teil der Beschreibung anhand der in der
DE 39 09 567 A1 offenbarten Rammbohrvorrichtung beschrieben ist.
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Für den Betrieb der Rammbohrvorrichtung wird Druckluft über einen Druckluftschlauch 11, der mit dem rückwärtigen Ende des hohlen Steuerrohrs 10 verbunden ist, in die Druckkammer 12 des Schlagkolbens 3 geleitet. In der dargestellten Stellung des Schlagkolbens findet ein Druckausgleich zwischen der Druckkammer 12 sowie der Druckkammer 14, die von der Außenfläche des Schlagkolbens 3 und der Innenfläche des Gehäuses 1 gebildet wird, über die Steueröffnungen 13 statt. Aufgrund der größeren wirksamen Fläche der Druckkammer 14 im Vergleich zu der Druckkammer 12 bewirkt die resultierende Druckkraft ein rückwärtiges Bewegen des Schlagkolbens 3.
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Sobald die Steueröffnungen 13 die vordere (linke) Kante der Steuerhülse 4 vollständig überschreiten, findet kein Druckausgleich mehr zwischen der Druckkammer 12 und der Druckkammer 14 statt. Obwohl der Druck in der Druckkammer 14 aufgrund ihrer Vergrößerung stetig mit der Rückwärtsbewegung abnimmt, bewegt sich der Schlagkolben 3 aufgrund seiner Trägheit so weit zurück, bis die Steueröffnungen 13 die rückwärtige (rechte) Kante der Steuerhülse 4 überschreiten. Daraufhin erfolgt ein Druckausgleich zwischen der Druckkammer 14 und der Atmosphäre außerhalb des Bohrgeräts über die Steueröffnungen 13 und die Entlüftungsöffnungen 15.
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Nach dem Entspannen des Überdrucks in der Druckkammer 14 bewirkt die von der Druckkammer 12 erzeugte (nach vorne gerichtete) Druckkraft ein Abbremsen des Schlagkolbens 3 und danach ein Beschleunigen in entgegengesetzter Richtung, d. h. in Richtung nach vorne zum Bohrkopf. Der so eingeleitete Vorwärtshub wird durch das Auftreffen des Schlagkolbens 3 auf die vordere Schlagfläche 5 beendet. Zu diesem Zeitpunkt haben die Steueröffnungen 13 bereits wieder die vordere (linke) Kante der Steuerhülse 4 überschritten, so dass ein neuer Arbeitszyklus beginnt.
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Die Steuerbuchse 4, bestehend aus den Teilbuchsen 7 und 8, kann durch eine (nicht dargestellte) Verstellvorrichtung in ihrer Länge verändert werden, wobei die Verstellvorrichtung ein Zusammenschieben und somit eine Verkürzung der Buchse 4 entgegen einer Federkraft der Spiralfeder 16 bewirkt.
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Die vordere Teilbuchse 7 ist in längsaxialer Richtung fest mit dem Steuerrohr 10 verbunden, so dass eine Veränderung der Buchsenlänge keine Veränderung der Position der vorderen Steuerkante bewirkt. In Abhängigkeit von der Länge der Buchse 4 überschreiten die Steueröffnungen 13 somit die hinteren Steuerkanten der Buchse 4 an verschiedenen Positionen innerhalb des Gehäuses, d. h. je länger die Steuerbuchse 4 ist, desto später kommt es zu einer Umkehr der Bewegungsrichtung des Steuerkolbens, so dass dieser von dem hinteren Umkehrpunkt bis zur vorderen Schlagfläche 5 einen längeren Weg zurücklegen muss. Dadurch wird die Schlagfrequenz des Kolbens verringert. Gleichzeitig bewirkt jedoch der längere Weg bis zur Schlagfläche 5 eine länger andauernde Beschleunigung des Schlagkolbens 3, so dass die Geschwindigkeit und somit die kinetische Energie beim Auftreffen des Schlagkolbens 3 auf die Schlagfläche 5 größer ist als bei einer kurzen Steuerhülse 4. Es wird folglich gleichzeitig eine Erhöhung der Schlagintensität erreicht.
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In der 3 ist eine alternative Ausführungsform einer in ihrer Länge verstellbaren Steuerhülse 104 offenbart. Diese kann anstelle der in der 2 gezeigten Steuerhülse 4 bei einer Rammbohrvorrichtung gemäß 1 zur Anwendung kommen. Die Steuerhülse 104 der 3 besteht ebenfalls aus einer vorderen Teilhülse 107 und einer hinteren Teilhülse 108. Diese bilden eine Druckkammer 117 aus, die über eine Druckmittelleitung 118, die innerhalb eines Abschnitts der Wand des Steuerrohrs 110 verläuft, mit einem Druckfluid versorgt wird. Durch eine Erhöhung des Drucks in der Druckkammer 117 wird die hintere Teilhülse 108 in Richtung des hinteren Endes der Rammbohrvorrichtung (in der 3 nach rechts) verschoben, wodurch die Gesamtlänge der aus den beiden Teilhülsen 107 und 108 gebildeten Steuerhülse verlängert und – da die vordere Teilhülse 107 fest mit dem Steuerrohr 110 verbunden ist – die hintere Steuerkante der Steuerhülse 104 nach hinten verschoben wird; dadurch wird eine verspätete Umkehr der Bewegungsrichtung des Schlagkolbens 103 innerhalb des Gehäuses 101 erreicht. Die Verschiebung der hinteren Teilhülse 108 bewirkt eine Kompression einer zwischen den Teilhülsen 107, 108 angeordneten Feder, wodurch deren Vorspannung erhöht wird. Wird der Druck in der Druckkammer 117 wieder reduziert, bewirkt diese Vorspannung, dass sich die Gesamtlänge der Steuerhülse 104 wieder reduziert.
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Die in der 4 dargestellte Rammbohrvorrichtung beruht darauf, die Schlagfrequenz und/oder die Schlagintensität durch ein Verschieben der relativen Position der Steuerhülse innerhalb des Gehäuses 201 zu verändern. Dabei hat eine kleine Verschiebung der in ihrer Länge festgelegten Steuerhülse 204 eine Veränderung der Schlagfrequenz und/oder der Schlagintensität zur Folge, während eine größere Verschiebung zu einer Umkehr der Bewegungsrichtung des Rammbohrgeräts führt, da der Schlagkolben 203 nicht mehr auf die vordere Schlagfläche 205, sondern auf die hintere Schlagfläche 206 auftrifft.
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Zur Positionsänderung der Steuerhülse 104 ist eine Druckmittelleitung 218 vorgesehen, die innerhalb der Druckluftzuleitung 211 zu dem Rammbohrgerät geführt wird und sich in diesem durch das Steuerrohr 210 und weiter bis in die Spitze des Bohrkopfs 202 erstreckt. Ein Anschlussstück 219 versorgt eine ringförmige Druckkammer 217, die von der Außenfläche des Steuerrohrs 210 und einer Innenfläche der Steuerhülse 204 gebildet wird, mit einem Fluid aus der Druckmittelleitung 218. Über den Druck in der Druckkammer 217 in Verbindung mit dem Gegendruck, der innerhalb der Druckkammer 212 auf die Steuerhülse 204 wirkt, sowie ggf. in Verbindung mit einer Gegenkraft, die beispielsweise durch eine Feder aufgebracht werden kann, kann die relative Position der Steuerhülse 204 innerhalb des Gehäuses 201 verändert und fixiert werden.
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Wie in dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 bewirkt eine Verschiebung der Steuerhülse 204 in Richtung des rückwärtigen Endes der Rammbohrvorrichtung, dass die Umkehrung der Bewegungsrichtung des Schlagkolbens 203 ebenfalls in einer nach hinten versetzten mittleren Position des Schlagkolbens 203 erfolgt. Der von dem Schlagkolben 203 zurückzulegende Weg zwischen Umkehrpunkt und vorderer Schlagfläche 205 ist somit länger, was die Schlagfrequenz des Schlagkolbens 203 reduziert.
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Wird die Steuerhülse 204 ausreichend weit in Richtung des rückwärtigen Endes der Rammbohrvorrichtung bewegt, schlägt der Steuerkolben 203 an die hintere Schlagfläche 206 an, während gleichzeitig bei dem Vorwärtshub die vordere Schlagfläche 205 nicht mehr berührt wird. Dadurch erfolgt eine Umsteuerung der Bewegungsrichtung der Rammbohrvorrichtung, so dass diese beispielsweise beim Auftreffen auf ein Hindernis aus dem Bohrloch geborgen werden kann.
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Die 5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rammbohrvorrichtung, die sich im Wesentlichen von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dadurch unterscheidet, dass die Steuerhülse 304 fest mit dem Steuerrohr 310 verbunden ist und eine Verschiebung der gesamten Steuerhülse und damit der mittleren Position des Schlagkolbens durch ein Verschieben des Steuerrohrs 310 innerhalb des Gehäuses erfolgt.
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In der 5 sind lediglich die Steuerungselemente der Rammbohrvorrichtung dargestellt; diese können beispielsweise mit den weiteren Komponenten (insbesondere Gehäuse, Schlagkolben, Bohrkopf, etc.) der in den 1 bis 3 dargestellten Rammbohrvorrichtungen kombiniert werden.
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Das Steuerrohr
310 ist verschiebbar innerhalb einer Führungshülse
320 gelagert, die fest über elastische Verbindungselemente
321 in einem rückseitigen Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist. Das Steuerrohr
310 bildet drei hintereinander liegende Nuten
322 aus, wobei in Abhängigkeit von der längsaxialen Relativposition des Steuerrohrs
310 zu der Führungshülse
320 ein auf der Innenseite der Führungshülse ausgebildeter Vorsprung
323 in eine der Nuten
322 eingreifen kann. In dem die Nuten
322 aufnehmenden Abschnitt des Steuerrohrs
310 weist dieses einen Querschnitt auf, der es ermöglicht, dass der Vorsprung
323 bei einer bestimmten rotatorischen Relativposition des Steuerrohrs
310 zu der Führungshülse
320 in die Nuten
322 eingreifen kann (Verriegelungsposition), wodurch eine längsaxiale Relativverschiebung verhindert wird, und bei zumindest einer zweiten rotatorischen Relativposition (Umschaltposition), die vorzugsweise um 90° versetzt zu der ersten liegt, kein Eingriff des Vorsprungs
323 in eine der Nuten
322 gegeben ist, und daher eine längsaxiale Relativverschiebung möglich ist. Entsprechende Querschnitte des Steuerrohrs
310 sowie der korrespondierenden Führungshülse
320 sind in der
DE 39 09 567 A1 , insbesondere in den
3 bis
5 und in der Beschreibung in der Spalte 4, Zeilen 1 bis 22, offenbart; diese Offenbarung wird durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht.
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Über eine Feder 324, die zwischen der Führungshülse 320 und dem vorderen Ende des Steuerrohrs 310 festgelegt ist, ist das Steuerrohr 310 relativ zu der Führungshülse 320 sowohl in längsaxialer Richtung als auch in Drehrichtung vorgespannt; und zwar so, dass das Steuerrohr 310 relativ zu der Führungshülse 320 nach vorne (in der 5 nach links) und gleichzeitig in die Verriegelungsposition verschoben wird.
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Über eine Drehung an einem Druckluftschlauch der Rammbohrvorrichtung, der über ein Adapterstück 325 fest mit dem Steuerrohr verbunden ist, kann das Steuerrohr von der Verriegelungsposition in die Umschaltposition gedreht werden. Sofern die von dem Steuerrohr 310 und dem Schlagkolben gebildete Druckkammer dann mit einem hohen Druck beaufschlagt würde, würde dieser Druck, der auf die Vorderflächen des Steuerrohrs 310 und die damit verbundene Steuerhülse 304 wirkt, die Federkräfte der Feder 324 übersteigen und das Steuerrohr 310 einschließlich der Steuerhülse 304 relativ zu der Führungshülse 320 nach hinten (in der 5 nach rechts) verschieben. Selbstverständlich kann dies auch ohne oder nur mit geringem Druck durch Ausüben von Zugkräften auf den Druckluftschlauch erfolgen. Bei einem Lösen der Drehkräfte auf den Druckluftschlauch könnte der Vorsprung 323 der Führungshülse 320 dann in eine der vorderen Nuten 322 eingreifen, wodurch gegenüber der ersten Position entweder die Frequenz und die Intensität der Schläge auf die vordere Schlagfläche verändert wird oder die Bewegungsrichtung umgekehrt wird, indem der Schlagkolben nur noch auf eine hintere Schlagfläche auftrifft.
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In der 5 ist das Steuerrohr 310 in seiner vordersten Stellung fixiert; dies entspricht einem Eingreifen des Vorsprungs 323 in die hintere der Nuten 322. In dieser Stellung ist das Steuerrohr 310 und somit auch die Steuerhülse so nah wie möglich an der vorderen Schlagfläche des Gehäuses positioniert. Dies bewirkt einen kurzen Hub des Schlagkolbens mit relativ kleiner Intensität aber hoher Schlagfrequenz.
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Sofern der Vorsprung 323 in die mittlere der Nuten 322 eingreift, befindet sich die Rammbohrvorrichtung weiterhin in ihrer Vorlaufstellung, wobei der Schlagkolben jedoch durch eine Verlagerung der Steuerhülse und damit der mittleren Position des Schlagkolbens nach hinten bei jedem Schlagzyklus einen längeren Hub mit höherer Intensität ausübt; gleichzeitig wird eine geringere Schlagfrequenz erreicht.
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Bei einem Eingreifen des Vorsprungs 323 in die vordere Nut 322 ist die mittlere Position des Schlagkolbens so weit nach hinten versetzt, dass der Schlagkolben nicht mehr auf die vordere Schlagfläche der Rammbohrvorrichtung auftrifft, sondern auf die hintere, wodurch eine Umkehr der Bewegungsrichtung der Rammbohrvorrichtung erreicht werden kann.
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Die Nuten 322 (insbesondere die zwei vorderen Nuten) können (rotatorisch) versetzt zueinander ausgerichtet sein, wodurch bewirkt werden kann, dass stufenweise zwischen den einzelnen Schaltstellungen umgeschaltet wird. Dadurch kann verhindert werden, dass, anstelle einer Umschaltung zwischen den zwei Schaltstellungen für den Vorlauf, ungewollt direkt von beispielsweise der hinteren Nut in die vordere Nut geschaltet wird, wodurch die Bewegungsrichtung der Rammbohrvorrichtung umgekehrt würde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3909567 A1 [0003, 0004, 0039, 0052]
