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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum grabenlosen Einbringen eines Rohrs in das Erdreich, wobei das Rohr durch das Aufbringen einer Zug- oder Druckkraft durch das Erdreich gezogen oder geschoben wird, sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Verfahren zum grabenlosen Einbringen eines Rohrs in das Erdreich sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei werden die Neurohre, bei denen es sich beispielsweise um Endlosrohre aus Kunststoff oder auch um einen Rohrstrang aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Kurzrohren handeln kann, in das Erdreich eingezogen oder eingeschoben.
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Ein Einziehen erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Neurohr an einen Aufweit- oder Zugkopf angehängt wird und der Aufweit- oder Zugkopf über ein Zugmittel, beispielsweise ein Seil, eine Kette oder ein Gestänge, das durch eine bereits in das Erdreich eingebrachte Pilotbohrung oder eine bereits bestehende Leitung geführt ist, durch das Erdreich gezogen wird. Das Zugmittel ist hierzu mit einer Zugvorrichtung verbunden, die beispielsweise in einem hierfür ausgehobenen Zielschacht oder einem bereits bestehenden Schacht, beispielsweise einem Schacht einer Kanalisation, angeordnet sein kann.
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Ein Einschieben des Neurohrs kann beispielsweise ausgehend von einem hierfür ausgehobenen Startschacht erfolgen. Hierbei können sowohl statische Schubvorrichtungen als auch Rammvorrichtungen eingesetzt werden, wobei die Druckkräfte über ein Adapterelement rückseitig in die Wand des Rohrs eingeleitet werden. Aufgrund der häufig beengten Platzverhältnisse in einer solchen Startgrube kommen hierbei regelmäßig Rohrstränge aus miteinander verbundenen Kurzrohren zum Einsatz, wobei die einzelnen Kurzrohre in Abhängigkeit von dem Fortschreiten des Einschiebens sukzessive miteinander verbunden werden.
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Während des grabenlosen Einbringens eines Rohrs in das Erdreich kann es zu einer Dehnung (positiv oder negativ) des Rohrs kommen. Diese ist insbesondere auf die Reibung zwischen dem Neurohr und dem Erdreich beziehungsweise zwischen Neurohr und dem Altrohr, in das das Neurohr eingezogen wird, auf Verformungsprozesse vor dem Einziehen beziehungsweise Einschieben sowie auf unterschiedliche Temperaturen an der Oberfläche und innerhalb des Erdreichs zurückzuführen. Insbesondere beim Einziehen von Endlosrohren aus Kunststoff kann es zu einer Dehnung in axialer Richtung in Höhe von bis zu einem Prozent kommen. Bei einer angepassten Auswahl des Rohrwerkstoffs sind solche Dehnungen in der Regel nicht schädlich, da die elastischen Anteile der Dehnungen nach der Entlastung des Neurohrs rückverformt werden und die plastischen Anteile der Dehnung durch eine entsprechende Dimensionierung der Wandstärke ausgeglichen werden können. Bei der Rückverformung des Neurohrs stellt sich wieder ein Gleichgewicht zwischen den Rückstellkräften im Rohr und den Reibungskräften, die von außen auf das Rohr wirken, ein. Dies kann unter Umständen jedoch mehrere Stunden andauern.
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Während der Rückverformung kann das neu verlegte Rohr in der Regel noch nicht weiter verwendet werden, d. h. es können beispielsweise keine Hausanschlüsse ausgehend von dem neu verlegten Rohr hergestellt werden, da es durch den Rückverformungsprozess zu einer Positionsverschiebung der bereits hergestellten Anschlüsse kommen könnte, was eine Undichtigkeit oder sogar eine Zerstörung der Anschlüsse zur Folge haben könnte. Auch eine Einbindung des verlegten Rohrabschnitts in ein bestehendes Rohrleitungsnetz ist häufig nicht möglich, da es durch die Rückverformung anderenfalls zu erheblichen Zugspannungen an den Verbindungsstellen kommen könnte. In der Praxis muss daher regelmäßig darauf gewartet werden, bis sich das Rohr vollständig gesetzt hat, bevor die entsprechenden Anschlüsse an den verlegten Rohrabschnitt angebunden werden können. Aus Sicherheitsgründen wird dem Rohr häufig eine ganze Nacht Zeit gegeben, sich zu setzen. Es ist offensichtlich, dass dies einen erheblichen Zeitverlust mit sich bringt, der die Kosten des Bauvorhabens entsprechend erhöht.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, beim „Relining” von Rohren, d. h. bei Reparaturmaßnahmen, bei denen ein beschädigtes Altrohr mit einem innenliegenden, dünnwandigen Neurohr („Liner”) verkleidet wird, sogenannte Rohrstopper auf den Liner aufzuschweißen, die verhindern sollen, dass sich das Rohr nach dem Einziehen wieder zusammenziehen kann. Diese Rohrstopper stützen sich dabei an dem Altrohr oder auch an der Ortsbrust ab. Auf diese Weise wird zwar verhindert, dass sich der Liner nach dem Einziehen zusammenzieht, gleichzeitig werden jedoch die während des Rohreinzugs entstehenden Spannungen im Rohr nicht abgebaut. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass dies einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer des Rohrs hat.
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Weiterhin ist aus der
DE 103 53 442 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem ein Rohr in eine Bohrung im Erdreich eingebracht wird, indem sowohl Zugkräfte an dem vorderen Ende als auch (durch ein durch das Rohr hindurch geführtes Zugelement) Druckkräfte an dem hinteren Ende aufgebracht werden, das Rohr somit gleichzeitig eingezogen als auch eingeschoben wird. Dadurch kann eine übermäßige Dehnung des Rohrs vermieden werden. Dieses Verfahren ist jedoch mit einem zusätzlichen Aufwand verbunden und eignet sich insbesondere nicht für das Einziehen von sehr langen (Endlos-)Rohren aus Kunststoff, die regelmäßig über einen S-förmigen Verlauf von der Oberfläche in die Bohrungsachse geführt werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum grabenlosen Einbringen eines Rohrs in das Erdreich anzugeben, wobei insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannte Zeitverzögerung, bevor mit einer Anbindung des neu verlegten Rohrs an das Leitungsnetz begonnen werden kann, vermindert werden soll. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den aufgrund der Dehnung des Rohrs, die dieses während des Einbringens in das Erdreich erfährt, erfolgenden Rückverformungsprozess dadurch zu beschleunigen, dass nach dem Einbringen des Rohrs auf dieses Längskräfte aufgebracht werden, die den zum Einbringen des Rohrs ausgeübten Kräften entgegengesetzt gerichtet sind, um die dadurch bedingte Dehnung des Rohrs zumindest teilweise (schneller) zu kompensieren.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Rückverformungsprozess des Rohrs nach dem Einbringen in das Erdreich beschleunigt, so dass in erheblich geringerer Zeit ein Spannungsgleichgewicht in dem Rohr erreicht werden kann, so dass keine weitere Rückverformung des Rohrs mehr zu erwarten ist und folglich unmittelbar danach mit beispielsweise dem Anschließen des Rohrs an Hausleitungen oder die Einbindung in das bestehende Rohrleitungsnetz fortgefahren werden kann.
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Unter „Erdreich” wird erfindungsgemäß eine Materialanhäufung verstanden, in die ein Rohr mittels bekannter grabenloser Verlegetechniken eingebracht werden kann. Hierunter fällt nicht nur das Erdreich an sich, sondern auch ein bereits im Erdreich verlegtes Altrohr, in die das Neurohr eingezogen wird, oder das gleichzeitig mit dem Einziehen des Neurohrs zerstört und seitlich verdrängt wird, sowie oberflächige Materialanhäufungen, wie beispielsweise Erdanhäufungen oder Mülldeponien, in die ebenfalls Rohre mittels grabenloser Verlegetechniken eingebracht werden können.
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Von dem Begriff „Längskraft” soll erfindungsgemäß selbstverständlich auch die in längsaxialer Richtung des Rohrs gerichtete Komponente einer Kraft erfasst werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für das grabenlose Einbringen beliebiger Arten von Rohren sowie unter Verwendung beliebiger Einzieh- beziehungsweise Einschiebvorrichtungen. Es können sowohl Endlosrohre aus Kunststoff oder anderen Werkstoffen als auch Rohrstränge aus miteinander verbundenen Kurzrohren zum Einsatz kommen. Weiterhin können die Rohre eingezogen sowie in das Erdreich eingeschoben werden. Ein Einschieben kommt häufig bei Rohrsträngen aus Kurzrohren zum Einsatz. Diese können jedoch auch gezogen werden, wobei vorteilhafterweise vorgesehen sein kann, diese durch eine geeignete Spannvorrichtung, wie sie hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt ist, gegen den Einzugkopf zu verspannen, um zu verhindern, dass sich die Kurzrohre voneinander lösen.
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Das erfindungsgemäße Prinzip, die durch das Einbringen des Rohrs erzeugte Dehnung dadurch schnell zu kompensieren, dass entgegengesetzt gerichtete Kräfte nach dem Einbringen temporär auf das Rohr ausgeübt werden, ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, nach dem Kompensieren der Dehnung des Rohrs an zumindest einer Stelle einen Anschluss des Rohrs an beispielsweise eine Hausleitung oder ein bestehendes Rohrleitungsnetz herzustellen. Das Herstellen des Anschlusses kann aufgrund der erfindungsgemäßen Kompensation sehr schnell erfolgen, ohne dass, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, eine erheblicher Zeitspanne abgewartet werden muss, bis die Rückstellungskräfte im Erdreich zu einer ausreichenden Rückverformung des Rohrs geführt haben.
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In der Regel sind die Dehnungen, die beim Einziehen eines Rohrs und insbesondere eines Endlosrohrs aus Kunststoff hervorgerufen werden, größer als diejenigen, die bei einem Schieben des Rohrs durch das Erdreich erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher besonders für diese Anwendungen. Dann wird die Dehnung des Rohrs dadurch schneller kompensiert, dass nach dem Einziehen des Rohrs Druckkräfte auf dieses ausgeübt werden.
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Dies kann auf besonders vorteilhafte Weise dadurch erfolgen, dass die Druckkräfte statisch in die zwei axialen Enden des Rohrs eingeleitet werden. Gegenüber einer ebenfalls möglichen einseitigen Einleitung statischer oder auch dynamischer Druckkräfte in das Rohr kann durch das beidseitige Einleiten sichergestellt werden, dass die aufgebrachten Druckkräfte lediglich zur Kompensation der Dehnung beitragen und nicht das in das Erdreich eingebrachte Rohr unerwünschterweise verschieben.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, bei einer einseitigen Krafteinleitung eine unerwünschte Verschiebung des Rohrs zu verhindern, indem auf dem der Krafteinleitung gegenüberliegenden axialen Ende des Rohrs ein Widerlager vorgesehen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Druckkräfte statisch beidseitig in das Rohr eingeleitet werden, indem zwei Adapterelemente vorgesehen werden, von denen jeweils eines an einem der axialen Enden des Rohrs befestigt wird und die dann gegen das Rohr verspannt werden.
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Unter „Verspannen” wird erfindungsgemäß verstanden, dass die an den axialen Enden des Rohrs anliegenden Adapterelemente mit Kräften beaufschlagt werden, die diese an dem jeweiligen Ende des Rohrs abstützen.
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In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, die zur Kompensation der durch das Einziehen aufgebrachten Dehnung erforderlichen Druckkräfte dynamisch durch ein Einleiten von Schlagimpulsen aufzubringen. Hierbei können beispielsweise konventionelle Rammen oder Rammbohrvorrichtungen zum Einsatz kommen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft dann zur Anwendung kommen, wenn ein Rohr ausgehend von einem Startschacht bis zu einem Zielschacht durch das Erdreich gezogen oder geschoben wird. Ein Ziehen kann hierbei beispielsweise mittels einer in dem Zielschacht angeordneten Ziehvorrichtung erfolgen, die über ein Zugmittel an dem Rohr beziehungsweise an einen an dem vorderen Ende des Rohrs befestigten Zugkopf angreift. Eine Möglichkeit, das Rohr durch das Erdreich hindurchzuschieben besteht darin, in dem Startschacht eine entsprechende Schubvorrichtung anzuordnen, die die für das Schieben erforderlichen Druckkräfte erzeugt.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist mindestens ein Adapterelement, das mit einem der axialen Enden des Rohrs verbindbar ist, sowie Mittel zum Aufbringen von Zug- oder Druckkräften auf das Adapterelement auf.
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Weiterhin bevorzugt sind zwei Adapterelemente, die jeweils mit einem der axialen Enden des Rohrs verbindbar sind, und zudem Mittel zum Aufbringen von Zug- und Druckkräften auf die beiden Adapterelemente vorgesehen.
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Um die zwei Adapterelemente gegen die Enden des Rohrs zu verspannen, kann ein durch das Rohr hindurch geführtes Zugelement vorgesehen sein, über das die Spannkräfte aufgebracht werden.
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Zum Aufbringen der Spannkräfte kann zwischen dem Zugelement und mindestens einem der Adapterelemente eine Spanneinheit angeordnet sein, die durch Aufbringen von Zugkräften das Verspannen der zwei Adapterelemente gegen das Rohr bewirkt. Hierzu kann sich die Spanneinheit an der dem Rohr abgewandten Seite eines der Adapterelemente abstützen. Ebenso besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Spanneinheit innerhalb des Rohrs anzuordnen, so dass sie sich direkt oder indirekt an der dem Rohr zugewandten Seite der beiden Adapterelemente abstützt. Die Spannkräfte der Spanneinheit können gemessen und überwacht und/oder automatisch geregelt werden.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass jedes der Adapterelemente auf der dem Rohr gegenüberliegenden Seite mit einem Linearantrieb verbunden ist, der sich an der Umgebung, beispielsweise an den entsprechenden Rückwänden des Start- beziehungsweise Zielschachts abstützt und durch ein Ausfahren des Linearantriebs das gewünschte Verspannen der beiden Adapterelemente gegen das Rohr bewirkt.
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Vorzugsweise kann der Linearantrieb jeder der Adapterelemente als hydraulisch oder pneumatisch angetriebener Zylinder ausgebildet sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei beliebigen Verfahren zum grabenlosen Einbringen von Rohren zur Anwendung kommen; lediglich beispielsweise werden das „Berstlining”, das „Sliplining”, das „Swaglining” sowie das Einziehen des Rohrs in gleichzeitig zu erstellenden Bohrungen, beispielsweise mittels HDD-Bohrverfahren genannt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 bis 3: in schematischen Darstellungen unterschiedliche Möglichkeiten, ein bereits im Erdreich verlegtes Rohr im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit die Dehnung kompensierenden Kräften zu belasten.
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Die 1 bis 3 zeigen jeweils ein Neurohr 1, das mittels eines herkömmlichen grabenlosen Verlegeverfahrens ausgehend von einem Startschacht 2 bis zu einem Zielschacht 3 in das Erdreich eingebracht wurde. Konkret wurde das Neurohr 1 in ein bereits im Erdreich verlegtes Altrohr 4 eingezogen, ohne dass das Altrohr 4 hierbei zerstört wurde.
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Das Einbringen des Neurohrs 1 in das Erdreich erfolgte durch Einziehen mittels einer nicht dargestellten Ziehvorrichtung, die in dem Zielschacht 3 angeordnet war und mittels eines Zugmittels (z. B: Zugseil) (nicht dargestellt), das von der Ziehvorrichtung durch das Altrohr 4 bis zu dem Startschacht 2 geführt und dort an einem Einziehkopf (nicht dargestellt) befestigt war, der wiederum an dem vorderen Ende des Neurohrs 1 angeschlagen war. Durch Aufbringen von Zugkräften durch die Ziehvorrichtung wurde das Neurohr 1, bei dem es sich um ein Endlosrohr aus Kunststoff handelt, schrittweise oder kontinuierlich – je nach Art der Ziehvorrichtung – ausgehend von dem Startschacht 2 bis zum Zielschacht 3 gezogen. Unter „Endlosrohr” wird erfindungsgemäß ein Rohr verstanden, das hinsichtlich des zu verlegenden Rohrabschnitts nicht aus einzelnen Rohrsegmenten besteht, sondern (in Längsrichtung) einstückig ausgebildet ist.
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Während des Einziehens des Neurohrs 1 wirken aufgrund der Reibung zwischen der äußeren Oberfläche des Neurohrs 1 und der inneren Oberfläche des Altrohrs 4 erhebliche Reibungskräfte, die den von der Ziehvorrichtung aufgebrachten Zugkräften entgegengesetzt gerichtet sind. Diese entgegengesetzt an dem Neurohr 1 angreifenden Kräfte bewirken eine häufig nicht unerhebliche Dehnung des Neurohrs 1. Nach dem Beenden des Einziehvorgangs bewirken die Rückstellungskräfte des Werkstoffs des Neurohrs 1 eine Rückverformung, die aufgrund der Reibung zwischen dem Neurohr 1 und dem Altrohr 4 langsam abläuft.
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Erfindungsgemäß wird dieser Rückverformungsprozess nun dadurch erheblich beschleunigt, dass in zumindest ein axiales Ende des Neurohrs 1 Kräfte eingeleitet werden, die den Kräften, die zum Einziehen des Neurohrs 1 auf dieses aufgebracht wurden und folglich in Verbindung mit den durch Reibung verursachten Reaktionskräften zu einer Dehnung des Neurohrs 1 geführt haben, entgegengesetzt gerichtet sind.
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In der 1 ist dargestellt, wie die durch die Zugkräfte beim Einziehen erzeugte Dehnung kompensiert wird, indem in beide axialen Enden des Neurohrs 1 Druckkräfte eingeleitet werden. Diese Druckkräfte werden jeweils von einem Hydraulikzylinder 5 (oder auch einem Pneumatikzylinder) erzeugt, dessen Kolben 6 sich über ein Adapterelement 7 an dem jeweiligen Ende des Neurohrs 1 abstützt und dessen Zylinder 8 sich an der jeweiligen Rückwand des Start- beziehungsweise Zielschachts abstützt. Selbstverständlich kann der Hydraulikzylinder 5 auch in umgekehrter Richtung eingesetzt werden, so dass sich der Zylinder 8 am Adapterelement 7 und der Kolben 6 an der Rückwand des Start- beziehungsweise Zielschachts abstützt.
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Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der ebenfalls in die beiden axialen Enden des Neurohrs 1 Druckkräfte eingeleitet werden, die jedoch dadurch erzeugt werden, dass die zwei Adapterelemente 7, die sich an den axialen Enden des Neurohrs 1 abstützen, über ein durch das Neurohr hindurch geführtes Spannmittel 9 (z. B. Spannseil oder Spanngestänge) miteinander verbunden sind, wobei die Spannkräfte wiederum von einem Hydraulikzylinder 5 erzeugt werden, dessen Kolben 6 mit dem Spannmittel 9 verbunden ist und dessen Zylinder 8 sich an der dem Neurohr 1 abgewandten Seite eines der Adapterelemente 7 abstützt.
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Die 3 zeigt eine weitere Alternative, bei der die Druckkräfte, die für eine Kompensation der während des Einziehens hervorgerufenen Dehnung des Neurohrs 1 aufgebracht werden, lediglich einseitig in das Neurohr 1 eingeleitet werden. Hierzu ist eine pneumatische Ramme 10 vorgesehen, die über ein Adapterelement 7 an einem der axialen Enden des Neurohrs abgestützt ist. Bei der pneumatischen Ramme handelt es sich um eine konventionelle pneumatische Rammbohrvorrichtung, eine sogenannte Erdrakete. Diese erzeugt durch einen pneumatisch angetriebenen, innerhalb eines Gehäuses 11 der Erdrakete hin- und herbewegten Schlagkolben 12, der bei jedem Bewegungszyklus auf eine vordere Schlagfläche des Gehäuses 11 auftrifft und dadurch in Richtung der Spitze der Erdrakete gerichtete Schlagimpulse erzeugt, die über das Adapterelement 7 auf das Neurohr 1 übertragen werden.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, eine einseitige Einleitung der für die Kompensation der Dehnung vorgesehenen Druckkräfte über lediglich einen Hydraulikzylinder 5, wie in der 1 dargestellt ist und der sich an der Rückwand des Startschachts 2 oder des Zielschachts 3 abstützt, zu erreichen.
