DE102009054183A1

DE102009054183A1 - Zug- und Druckvorrichtung

Info

Publication number: DE102009054183A1
Application number: DE102009054183A
Authority: DE
Inventors: Werner Wurm
Original assignee: PRIME DRILLING GmbH
Current assignee: PRIME DRILLING GmbH
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-11-21
Publication date: 2010-11-18
Also published as: WO2010130357A3; WO2010130357A2; EP2430284A2; EP2430284B1

Abstract

Bei einer Zug- und Druckvorrichtung zum horizontalen Einbringen von Bohr- und Rohrsträngen ins Erdreich, beispielsweise zum Unterqueren von Bahndämmen oder Flüssen, ist auf einem Gestell ein Hubschlitten mit einem Spannelement verfahrbar angeordnet. Das Spannelement dient dazu, den Bohr- oder Rohrstrang zu erfassen und ein dem Schlittenhub entsprechendes Stück in der einen oder der anderen Richtung vorwärts zu bewegen. Um das zu ermöglichen, besitzt das Spannelement ein Kupplungsrohr mit einem Druckmittelschlauch, der zwischen spiralförmig verlaufenden Innenrippen des Kupplungsrohrs angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zug- und Druckvorrichtung zum horizontalen Einbringen von Bohr- oder Rohrsträngen ins Erdreich.
Derartige Vorrichtungen sind bekannt und dienen dazu, Bohr- und Rohrstränge beispielsweise in der Weise ins Erdreich einzubringen, dass zunächst mit Hilfe einer Horizontal-Bohrvorrichtung durch seitliches Verdrängen des Erdreichs mit Hilfe eines Bohrkopfs am vorderen Ende eines Bohrgestänges eine Pilotbohrung verhältnismäßig geringen Querschnitts von einer Startbaugrube aus erzeugt wird. In einer Zielbohrgrube wird dann der Bohrkopf am vorderen Ende des Gestänges durch einen Aufweitkopf ersetzt, der sodann mit Hilfe des Gestänges zusammen mit dem Rohrstrang durch die Pilotbohrung in die aufgeweitete Startbaugrube gezogen wird.
So läßt sich auf einfache Weise ein Rohrstrang grabenlos verlegen. Jedoch sind dabei je nach der Länge der Bohrung, deren Durchmesser und der Bodenbeschaffenheit erhebliche Zug- und Druckkräfte aufzubringen, die entsprechend ausgelegte Bohrvorrichtungen erfordern. Dementsprechend muß der Maschinenpark in der Praxis ausgestattet sein.
Um das zu vermeiden und dennoch eine bodengerechte Vortriebskraft zur Verfügung zu stellen, schlägt die deutsche Patentschrift 10 2006 062 322 B3 eine Horizontalbohrvorrichtung zum Einpressen oder Ziehen von Rohrsträngen mit einem örtlich lagefixierbaren Rahmengestell, einem Verpreßring und Vorschubmotoren mit umsteuerbarer Drehrichtung an einem Schlitten vor, die mittels eines an deren Ausgangswellen angeordneten Zahnrades mit Zahnstangen des Gestells kämmen.
Bei dieser Horizontalbohrvorrichtung ist die Vorschubkraft durch die Leistung und die Zahl der Vorschubmotoren sowie die Länge der beiden Zahnstangen bestimmt. Sie läßt sich dadurch steigern, dass mehrere derartige Rahmengestelle hintereinander angeordnet werden.
Mit dieser Bohrvorrichtung läßt sich ein Produktrohr in das Erdreich einpressen oder eine Pilotbohrung mit Hilfe eines Bohrgestänges herstellen. Nach dem Einbringen der Pilotbohrung wird dessen Bohrkopf entfernt und anschließend das Bohrgestänge mit einem Aufweitkopf verbunden. Der Aufweitkopf kann jedoch auch mit einem Produktrohr verbunden sein, das mit Hilfe des Pilotbohrgestänges in das Erdreich eingebracht wird.
Nachteilig ist bei dieser Bohrvorrichtung die Kraftübertragung von dem verhältnismäßig schmalen Pressring auf das Bohrgestänge, dessen Beschaffenheit und Wirkungsweise jedoch nicht beschrieben ist.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine wirksame Kraftübertragung auf das Bohrgestänge oder Produktrohr auch bei großen Kräften mit einfachen Mitteln zu erreichen.
Dieses Problem löst die Erfindung durch eine Zug- und Druckvorrichtung mit einem Maschinenbett, auf dem ein Hubschlitten mit einem Spannelement verfahrbar angeordnet ist, das sich vorzugsweise eines Kupplungsrohrs mit einem innen beispielsweise spiralförmig verlaufenden Spanngurt bedient. Der Spanngurt kann zwischen Innenrippen des Kupplungsrohres verlaufen und besteht vorzugsweise aus einem Druckmittelschlauch.
Ein solcher Schlauch braucht nur unter ausreichenden Druck gesetzt zu werden, um das Spannelement in Gestalt des Kupplungsrohrs axial unverrückbar mit dem Bohr- oder Rohrstrang zu verbinden. Dabei ist es vorteilhaft, den Schlauch bzw. Spanngurt mit einem Bremsbelag, beispielsweise einem Band mit hohem Bremskoeffizienten zu versehen, um axiale Relativbewegungen zwischen dem Kupplungsrohr und dem eingespannten Bohr- oder Rohrstrang zu vermeiden.
Vorteilhafterweise übergreifen U-förmige Spannbügel das rohrförmige Spannelement, zwischen denen Antriebsmotoren mit vertikaler Welle angeordnet sind. Die Wellen sind mit Antriebsritzeln versehen, die mit Zahnschienen einer schalenförmigen Führung kämmen und einer Schlittenbewegung in der einen oder anderen Richtung dienen.
Insgesamt ergibt sich so eine baulich einfache und daher preislich günstige stabile sowie lösbare Verbindung zwischen dem Vorschubantrieb und dem Bohr- oder Rohrstrang.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Zug- und Druckvorrichtung beim Einbringen einer Pilotbohrung ins Erdreich,
2 eine Zug- und Druckvorrichtung in vergrößerter Darstellung,
3 die Darstellung der 1, jedoch in der Situation zum Glätten der Pilotbohrung sowie zum Einbringen eines Produktrohrs,
4 die Darstellung der 3, jedoch in der Situation zum Aufweiten der Pilotbohrung sowie zum Einbringen eines Produktrohrs mit Hilfe eines Spannelements,
5 eine Darstellung entsprechend der 4,
6 die Zug- und Druckvorrichtung in vergrößerter Darstellung,
7 das Spannelement mit einem Rohrstück,
8 das Spannelement der 7 in einer Ansicht von unten,
9 das Spannelement in einem Längsschnitt in vergrößerter Darstellung,
10 die Zug- und Druckvorrichtung nach 6 beim Eindrücken eines Produktrohres,
11 ein Spannelement mit sternförmig angeordneten Spannelementen und
12 das Spannelement der 11 in einem axialen Längsschnitt.
Die Zug- und Druckvorrichtung 1 ist einerseits eines Flußbetts 2 und eines Bahndamms 3 angeordnet und dient dazu, zunächst mit Hilfe eines Bohrgestänges 4 mit einer Bohrkrone 5 eine Pilotbohrung 6 herzustellen, die bis zu einer hier nicht dargestellten Zug- und Druckvorrichtung (vgl. 3 bis 5) jenseits des Bahndamms 3 reicht.
Die Zug- und Druckvorrichtung 1 besteht aus einem Maschinenbett 7, auf dem ein Hubschlitten 8 mit einem Bohrkopf 9 angeordnet ist, der das Bohrgestänge 4 mit der Bohrkrone 5 antreibt (2).
Der Zug- und Druckvorrichtung 1, die in der in 1 dargestellten Bohrphase I beim Herstellen der Pilotbohrung 6 lediglich als Druckvorrichtung fungiert, liegt jenseits des Bahndamms 3 eine gleichartige Zug- und Druckvorrichtung 10 gegenüber, die beim anschließenden Aufweiten der Pilotbohrung 6 in der Gegenrichtung als Aufweit- und Druckvorrichtung betrieben wird (3, 4, 5), während die Zug- und Druckvorrichtung 1 in dieser Bohrphase II als Zugvorrichtung dient. Mit anderen Worten: Die eine Vorrichtung 10 dient in der Bohrphase II (Aufweitphase) im wesentlichen nur dem Rohrvortrieb (3) oder auch als Aufweit- und Druckvorrichtung (4, 5), während die andere dann als Zugvorrichtung betrieben wird.
Das Bohrgestänge der Zug- und Druckvorrichtung 1 ist durch eine Klemm- und Brechvorrichtung 11 geführt, die während des Bohrens stets außer Betrieb ist und nur dazu dient, im geschlossenen Zustand den als letztes eingebrachten Rohrschuss bzw. den im Erdreich befindlichen Rohrstrang zu halten und das Anschrauben eines neuen Rohrschusses zu ermöglichen.
Die als Druckvorrichtung betriebene Vorrichtung 10 dient nach 3, 4, 5 im Zusammenwirken mit der dann als Zugvorrichtung fungierenden Zug- und Druckvorrichtung 1 dazu, ein Produktrohr 12 einzubringen, das nach 3 über einen Wirbel 13 mit einem im wesentlichen nur gezogenen Räumer 14 zum Glätten der Wandung der Bohrung 6 verbunden ist. Der Wirbel 13 erlaubt ein Drehen des Räumers 14.
Hingegen ist bei den Ausführungsbeispielen der 4, 5 das Produktrohr 12 mit einem drehend und/oder drückend angetriebenen Bohrkopf 34, beispielsweise einer Abbau- und Förderschnecke versehen, die die Pilotbohrung 6 auf den Durchmesser des Produktrohrs 12 aufweitet und das abgebaute Erdreich in nicht dargestellter Weise über das Innere des Produktrohrs abfördert. Der besondere Vorteil dieser Aufweitvorrichtung besteht darin, dass sich diese im Falle einer Störung im Rückwärtsgang wieder aus der Erdbohrung herausbringen lässt.
Die Zug- und Druckvorrichtungen 1, 10 bestehen nach 2, 6, 7, 8 aus mehreren schlittenförmig miteinander verbundenen Vorschubeinheiten 15, 16, 17 auf dem Maschinenbett 7 mit einer halbschalenförmigen Führung 18, die an ihren beiden Längsseiten mit je einer Zahnschiene 19, 20 versehen ist. Die Vorschubeinheiten 15, 16, 17 besitzen an beiden Längsseiten Führungsrollen 21 und je drei Vorschubmotoren 22, 23 mit jeweils einem Antriebsritzel 24 an ihrer vertikalen Welle (8), das mit jeweils einer Zahnschiene 19, 20 kämmt (6) und so den Vorschub eines Kupplungsrohrs 25 bewirkt. Die Vorschubmotoren 22, 23 sind jeweils zwischen zwei Spannbügeln 26 angeordnet, die das Kupplungsrohr 25 übergreifen und mit einer Führung aus kurzen Schienenstücken 27, 28 und Rollen 21 axial verfahrbar verbunden sind (6, 7).
Das Kupplungsrohr 25 dient als Spannelement und umgreift das Produktrohr 12 vollständig (7, 8). Es besitzt nach 9 auf seiner Innenseite eine spiralförmig verlaufende einseitig offene Kammer 30 mit einer Zwischenwand 31. In dieser Kammer 30 ist ein Spannelement in Gestalt eines Druckmittelschlauches 32 angeordnet, der von einem das Produktrohr 12 berührenden Bremsband 33 abgedeckt ist. Der Druckmittelschlauch 32 ist mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbunden und bewirkt unter hinreichend hohem Druck, dass sich das Bremsband 33 rutschfest an die Oberfläche des Produktrohrs 12 anlegt.
Je nach dem Verlauf der Erdbohrung und den örtlichen Gegebenheiten, kann es vorteilhaft sein, die Bohrachse horizontal oder auch geneigt einzustellen. Dies ist möglich, wenn das Maschinenbett 7 verschwenkbar auf einem Grundrahmen 34 gelagert ist, wie das in 5 für den Betrieb mit einer Förderschnecke 35 zum Abfördern des Bohrkleins entgegen der Aufweitrichtung und in 3 für den Betrieb als Bohrvorrichtung dargestellt ist.
Das Maschinenbett 7 ist dabei nach 2 in Betriebsrichtung nach links in der Vertikalen um eine nicht erkennbare Horizontalachse verschwenkbar auf dem Grundrahmen 34 mit einem Stützriegel 36 angeordnet. Oberhalb des Stützriegels 36 greifen die Kolbenstangen 37, 38 zweier Stellzylinder 39, 40 an, die oben gelenkig mit je einem Stützrohr 41, 42 verbunden sind, deren Lochstangen 43, 44 gelenkig im Grundrahmen 34 gelagert sind.
Die Kolbenzylinder 41, 42 sind über eine Querachse 45 miteinander verbunden, auf der drehbar vier Führungshülsen 46 für je eine Lochstange 47 gelagert sind. Diese Lochstangen 47 sind mit ihren unteren Enden in verschwenkbaren Hülsen 48 am Grundrahmen 34 gelagert. Die Löcher in den Lochstangen 43, 47 nehmen in der Betriebsstellung der Zug- und Druckvorrichtung (2) nicht dargestellte Steckbolzen auf und legen damit die Winkellage des Hubschlittens 8 fest.
Wird die in den 2 bis 6 dargestellte Schub- und Zugvorrichtung, wie in 10 dargestellt, zum Einziehen bzw. Eindrücken eines Rohrstrangs 49 eingesetzt, kann dieser Strang über Stützen 50 mit U-förmigen Bügeln 51 geführt sein. Diese Bügel sind jeweils mit drei Rollen 52 versehen, die zusammen mit einer vierten Rolle 53 an jeder Stütze 50 den Rohrstrang 49 abstützen und führen.
Das Spannelement der 11, 12 ist im Prinzip gleich aufgebaut wie das Spannelement der 6 bis 9; es besitzt jedoch statt des Kupplungsrohrs 25 mit einem innen angeordneten Spanngurt 32 eine schubkeilbetätigte Spannvor richtung, und zwar in der linken Bildhälfte der 12 im gespannten Zustand und in der rechten Bildhälfte im geöffneten Zustand.
Die Spannvorrichtung ist mit einem rohrförmigen Gehäuse 54 versehen, in dem innenseitig zwei Gruppen von jeweils um 60° versetzten, mit einer Schrägfläche 55 versehene Keile 56, 57 ortsfest angeordnet sind. Diese Keile besitzen axial fluchtende Reibflächen 58, die das Produktrohr 12 gruppenweise erfassen oder freigeben, wenn über jeweils ein Schubgehäuse 59, im Querschnitt ebenfalls keilförmige, jedoch entgegengesetzt gerichtete Schubkeilringe 60, 61 synchron achsparallel verschoben werden. Dies geschieht mit Hilfe eines außen angeordneten Stellzylinders 62 (11), der bei jedem Hub die eine oder die andere Schubkeilgruppe 60, 61 aktiviert oder inaktiviert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006062322 B3 [0004]

Claims

Zug- und Druckvorrichtung zum horizontalen Einbringen von Bohr- und Rohrsträngen (12, 13, 49) ins Erdreich mit einem Maschinenbrett (7), auf dem ein Hubschlitten (8) mit einem Spannelement verfahrbar angeordnet ist.
Zug- und Druckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement aus einem Kupplungsrohr (25) mit einem innen verlaufenden Spanngurt (32) besteht.
Zug- und Druckvorrichtung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanngurt (32) spiralförmig verläuft.
Zug- und Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanngurt (32) zwischen Innenrippen (31) des Kupplungsrohrs (27) verläuft.
Zug- und Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanngurt (32) aus einem Druckmittelschlauch besteht.
Zug- und Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanngurt (32) mit einem Bremsbelag (33) versehen ist.
Zug- und Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanngurt (32) mit einem Bremsband (33) abgedeckt ist.
Zug- und Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass U-förmige Spannbügel (26) in ein Kupplungsrohr (25) übergreifen, zwischen denen Antriebsmotoren (22, 23) mit vertikaler Welle angeordnet sind, deren Antriebsritzel (24) in Zahnschienen (19, 20) einer schalenförmigen Führung (18) eingreifen.
Zug- und Druckvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsrohr (25) in der Führung (18) hin und her verfahrbar ist.
Zug- und Druckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement aus in einem Gehäuse (54) kreisförmig angeordneten, gegeneinander gekehrten Keilen (56, 57) besteht.
Zug- und Druckvorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Keilringe (60, 61) starr miteinander verbunden sind.
Zug- und Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Keile (60, 61) durch Schubgehäuse (59) miteinander verbunden sind.
Zug- und Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Keilringen (60, 61) ein Stellzylinder (62) erstreckt.