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Die Erfindung betrifft eine Lafette für eine Erdrakete zur Positionierung der Erdrakete in einer Startbaugrube zur Durchführung einer Erdbohrung in einer vorbestimmten Tiefe, ein Bohrsystem mit einer Lafette und ein Verfahren zum Durchführen einer Erdbohrung von einer Startbaugrube mit einer Erdrakete.
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Im grabenlosen Leitungstunnelbau, d. h. der unterirdischen Herstellung von Ver- und Entsorgungsleitungen nicht begehbarer Nennweite, wird als Form eines Bodenverdrängungsverfahrens ein Erdverdrängungshammer, der auch Bodendurchschlagrakete oder Erdrakete genannt wird, verwendet. Dabei wird ein kreisförmiger Verdrängungskörper von einer Startbaugrube in eine Zielbaugrube durch das Erdreich mittels eines im Gehäuse des Verdrängungskörpers befindlichen Schlagkolbens vorangetrieben. Das Vorantreiben wird in der Regel durch Druckluft also pneumatisch erreicht, wobei der Schlagkolben aufgrund der Druckluftbeaufschlagung auf das Gehäuse des Verdrängungskörpers auftrifft und dadurch die für die Verdrängung des Erdreichs erforderliche Energie erzeugt. Eine derartige Erdrakete ist als druckmittelbetriebenes Erdbohrgerät in
DE 101 57 301 B4 beschrieben.
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Bei einer Erdrakete ist die Ausrichtung in der Startbaugrube aufgrund des beengten Platzes in der Startbaugrube schwierig, wenn gar unmöglich, wenn Startbaugruben mit einem Durchmesser von beispielsweise 600 mm gefordert werden. Gleichwohl besteht das Erfordernis, Hausanschlüsse von derartigen Startbaugruben grabenlos mit einer Erdrakete zu verlegen bzw. mit einer Erdrakete eine Bohrung in das Erdreich einzubringen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lafette für eine Erdrakete zur Positionierung der Erdrakete in einer Startbaugrube zur Durchführung einer Erdbohrung in einer vorbestimmten Tiefe, ein Bohrsystem mit einer derartigen Lafette und ein Verfahren zum Durchführen einer Erdbohrung von einer Startbaugrube mit einer Erdrakete zu schaffen, die bzw. das eine variable Gestaltung der Positionierung der Erdrakete auch unter erschwerten Platzbedingungen bei einfacher Ausgestaltung der Lafette, des Bohrsystems und des Verfahrens ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lafette, ein Bohrsystem und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, 6 bzw. 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lafette, des Bohrsystems und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Kern der Erfindung sieht vor, dass eine Aufnahme der Lafette in der Höhe verstellbar ist, wobei die Höhenverstellung unabhängig von einer eventuellen Verstellung der Neigung erfolgt. Unter „Neigung” ist hier ein Winkel unterschiedlich von 0° zur Horizontalen zu verstehen. Die in der Aufnahme angeordnete Erdrakete kann dann geneigt unter einem vorbestimmten, angepassten und einstellbaren Winkel auch in eine Startbaugrube mit geringem Durchmesser zunächst durch eine Höhenverstellung der Aufnahme eingefahren werden. Die Erdrakete kann somit an der Oberfläche der Startbaugrube in der bzw. auf die Aufnahme angeordnet bzw. aufgelegt werden. In der geneigten Stellung kann die Erdrakete dann durch lediglich eine Höhenverschiebung bzw. ein Herunterfahren der Aufnahme zunächst heruntergefahren werden.
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Eine erfindungsgemäße Lafette für eine Erdrakete zur Positionierung der Erdrakete in einer Startbaugrube zur Durchführung einer Erdbohrung in einer vorbestimmten Tiefe weist demnach eine Aufnahme für die Erdrakete auf, wobei die Aufnahme mittels Neigungsmittel neigbar ist und die Aufnahme unabhängig von dem Neigungsmittel mittels eines Höhenverstellmittels in der Höhe verstellbar ist, wobei zur Bedienung des Neigungsmittels und des Höhenverstellmittels eine an der Oberfläche der Startbaugrube vorgesehene Eingabe vorgesehen ist, und das Hohenverstellmittel ein Absenken einer in der Aufnahme befindlichen geneigten Erdrakete unter einem einstellbaren vorbestimmten Winkel in die Startbaugrube ermöglicht.
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Durch die erfindungsgemäße unabhängige Höhenverstellung der Aufnahme von der Neigung der Aufnahme kann erreicht werden, dass auch unter beengten Platzverhältnissen in einer kleinen Startbaugrube eine Erdrakete eingesetzt werden kann, deren Abmessungen aufgrund der Länge der Erdrakete eigentlich nicht für die Startbaugrube geeignet wären. Eine Erdrakete kann damit weitestgehend unabhängig von ihrer Länge in eine Startbaugrube eingesetzt werden, indem sie unter Verringerung der horizontalen Abmessung in der Aufnahme in einer geneigten Stellung unter einem vorbestimmten Winkel zur Horizontalen in die Startbaugrube zunächst durch eine translatorische Bewegung abgesenkt wird. Es erfolgt demnach eine „Ausrichtung” der Erdrakete in Abweichung von der Horizontalen um einen vorbestimmten an die Abmessung der Startbaugrube anpassbaren Winkel an der Oberfläche der Startbaugrube. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Hinblick auf die geneigte Stellung der Erdrakete bezogen auf die Horizontale auch nach dem Einbringen der Erdrakete in die Startbaugrube keine Veränderung bis zum Betrieb der Erdrakete durchgeführt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Neigung der Erdrakete in der Startbaugrube beim Absenken verändert wird, um eine weitere Anpassung der Lage der Erdrakete an die Abmessungen der Startbaugrube zu ermöglichen.
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Dabei umfasst der Begriff „Startbaugrube” jede Art von Raum unterhalb der Erdoberfläche einschließlich ausgehobener oder bestehender Gruben wie Mannlöcher.
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Der Begriff „Lafette” umfasst jegliche Arten von Rahmen oder Trägern, die geeignet sind, eine Erdrakete aufzunehmen und auszurichten.
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Unter dem Begriff „Eingabe” ist die Manipulation des Neigungsmittels und des Höhenverstellmittels zu verstehen. Eine Eingabe kann eine Bedieneinheit umfassen, mit der das Neigungsmittel und/oder das Höhenverstellmittel manipulierbar ist/sind. Im einfachsten Falle kann die Eingabe eine Bedieneinheit mit einer Kurbel, also einer mechanischen Eingabe, umfassen, die die Aufnahme für die Erdrakete in der Neigung (Neigungsmittel) und/oder der Höhe (Höhenverstellmittel) verändert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lafette noch die Möglichkeit der horizontalen Verstellung der Aufnahme durch Horizontalverstellmittel auf, indem die Aufnahme in einer Linearführung bzw. Lineargleitführung in Form eines Lineargleitlagers oder einer Schienenführung geführt ist. Durch das Horizontalverstellmittel, das die horizontale Verstellung der Aufnahme ermöglicht, kann in Verbindung mit dem Höhenverstellmittel und dem Neigungsmittel die Aufnahme in einer beliebigen Kurvenbahn verfahren werden. Hierdurch wird eine optimale Anpassung an die Abmessungen der Startbaugrube erreicht. Über die vorgenannte Eingabe kann auch das Horizontalverstellmittel eingestellt bzw. verändert werden.
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Alternativ ist es auch möglich, dass die Aufnahme auf einer vorbestimmten Kurvenbahn geführt wird und die Antriebsenergie der Erdrakete für die Bewegung entlang der Kurvenbahn genutzt wird.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die komplette Vertikalverstellung horizontal verfahren wird, wodurch die horizontale Verstellmöglichkeit in Form des Horizoritalverstellmittels entfallen kann.
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Für den Antrieb des Neigungsmittels, des Höhenverstellmittels und/oder des Horizontalverstellmittels kann ein mechanischer Antrieb vorgesehen sein, der in seiner Konstruktion einfach ausgestaltbar ist und auf direkter mechanischer Kraft-/Momentenübertragung ohne weitere Hilfsmittel beruht.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Antrieb des Neigungsmittels, des Höhenverstellmittels und/oder des Horizontalverstellmittels ein elektrischer oder pneumatischer Antrieb sein kann. Bei der Ausgestaltung als pneumatischer Antrieb kann das für den Betrieb der Erdrakete schon vorhandene Druckluftaggregat verwendet werden, ohne Bereitstellung zusätzlich benötigter Aggregate. Als Neigungsmittel und/oder Höhenverstellmittel können zwei Zylinder vorgesehen sein, die in einem Winkel zur Längsachse der Erdrakete beabstandet voneinander angeordnet sind und die Aufnahme unterstützen bzw. tragen. Im „Gleichlauf” der beiden Hydraulik-Zylinder wird eine Höhenverstellung erreicht. Wird der eine Zylinder unterschiedlich zum Anderen bewegt, so ist die Neigung der Aufnahme und somit der Winkel, den die Erdrakete mit einer horizontalen Linie einschließt, veränderbar.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Antrieb des Neigungsmittels, des Höhenverstellmittels und/oder des Horizontalverstellmittels ein hydraulischer Antrieb mit mindestens zwei Hydraulik-Zylindern ist, wodurch sehr hohe Kräfte überfragen werden können. Die beiden Hydraulik-Zylinder sind vorzugsweise in Längsrichtung der Erdrakete zur Unterstützung der Aufnahme beabstandet voneinander in einem Winkel zur Längsrichtung der Erdrakete angeordnet. Im „Gleichlauf” der beiden Hydraulik-Zylinder wird eine Hohenverstellung erreicht. Wird der eine Hydraulik-Zylinder unterschiedlich zum Anderen bewegt, so ist die Neigung der Aufnahme und somit der Winkel, den die Erdrakete mit einer horizontalen Linie einschließt, veränderbar.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass an der Aufnahme ein Sensor zum Bestimmen der Höhe der Aufnahme in der Startbaugrube vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, dass eine Steuerung bzw. Regelung durchgeführt werden kann, um die Höhe der Aufnahme in der Startbaugrube zu ermitteln und damit eine Möglichkeit zu haben, die Tiefe der durch die Erdrakete zu erstellenden Erdbohrung genau festzulegen und mittels Verfahren der Aufnahme einzustellen. Zusätzlich kann ein Neigungssensor zur Bestimmung der Neigung der Aufnahme vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahme eine Rücklaufsperre für die Erdrakete auf, die ein Rücklaufen der Erdrakete aus dem Erdreich verhindert. Die durch einen Rahmen der Lafette gebildete Aufnahme kann beispielsweise ein Widerlager als Rücklaufsperre aufweisen, mit dem das Rücklaufen der Erdrakete aus dem Erdreich verhindert wird. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Erdrakete auch in einer geneigten Stellung in das Erdreich zur Erstellung der Erdbohrung einfahren kann. Die Wirkrichtung der Rücklaufsperre kann umgekehrt werden, so dass die Rücklaufsperre auch für eine Wiederaufnahme der Erdrakete auf die Aufnahme diesen kann, wenn die Erdrakete umgesteuert wird und nach Durchführen der Erdbohrung wieder aus dem Erdreich auf die Aufnahme mit der Rücklaufsperre gelangt. Wenn die Erdrakete wieder von der Aufnahme aufgenommen werden soll, kann es vorgesehen sein, dass die Rücklaufsperre „aufgefahren” wird, um kein Hindernis für die Erdrakete darzustellen und ein Gelangen der Erdrakete auf/in die Aufnahme zu ermöglichen. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass, wenn die Erdrakete beim Vorantreiben in das Erdreich schon weit in dasselbige gelangt ist, die Rücklaufsperre „aufgefahren” wird.
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Ein erfindungsgemäßes Bohrsystem weist eine Lafette gemäß den vorgenannten Ausführungen auf und zudem eine Steuerung, mit der eine Nachführung des Höhenverstellmittels, des Neigungsmittels und des Horizontalverstellmittels der Aufnahme beim Erstellen der Bohrung bis zum Erreichen der für die Erdbohrung vorgesehenen geneigten oder horizontalen Stellung der Erdrakete in der Aufnahme aus einer Angabe des vorbestimmten Winkels und der vorbestimmten Tiefe berechnet wird. Hierdurch ist eine Automatisierung des Einbringens der Erdrakete von der Oberfläche der Startbaugrube bis zur für die Erdbohrung vorgesehenen geneigten oder horizontalen Stellung der Erdrakete im Erdreich möglich. Eine Anpassung an geringe Platzverhältnisse kann damit für den Bediener vereinfacht vorgenommen werden. Der Begriff „geneigte Stellung” umfasst hier eine Stellung der Erdrakete, die für die Durchführung der Erdbohrung vorgesehen ist, wenn beispielsweise die Erdbohrung in einem von der horizontalen Stellung abweichenden Winkel in das Erdreich vorangetrieben werden soll.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Durchführen einer Erdbohrung von einer Startbaugrube mit einer Erdrakete, wobei die Erdrakete auf einer Lafette angeordnet wird, sieht vor, dass die Erdrakete an der Oberfläche der Startbaugrube auf einer Aufnahme der Lafette in einer geneigten Stellung unter einem vorbestimmten einstellbaren Winkel aufgelegt wird und die Aufnahme mit der geneigten Erdrakete zunächst durch eine Höhenverstellung in die Startbaugrubeverfahren wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Erdrakete unter Beibehaltung des vorbestimmten Winkels auf eine einer auszuführenden Erdbohrung entsprechende Tiefe in die Startbaugrube eingefahren bzw. bewegt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Neigung der Erdrakete in der Startbaugrube beim Absenken verändert wird, um eine weitere Anpassung der Lage der Erdrakete an die Abmessungen der Startbaugrube zu ermöglichen.
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Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass die Aufnahme der Lafette mit der Erdrakete zusätzlich auch in einer horizontalen Richtung verfahren wird, wodurch eine Bewegung der Aufnahme auf einer Kurvenbahn ermöglicht wird.
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Insbesondere, wenn für den Antrieb der Verstellung der Neigung, der Höhe und der horizontalen Position ein mechanischer Antrieb vorgesehen ist, kann es vorgesehen sein, dass die Erdrakete zunächst einen Abschnitt in einer geneigten Stellung in das Erdreich eingebracht wird, um zu ermöglichen, dass über die Verstellung der Neigung, der Hohe und der horizontalen Position die Neigung der Erdrakete langsam in die für die durchzuführende Erdbohrung gewünschte horizontale oder geneigte Stellung gebracht werden kann.
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Während des weiteren Voranschreitens des Einbringens der Erdrakete in das Erdreich kann es in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Erdrakete mit der Aufnahme von der geneigten Stellung in die für die durchzuführende Erdbohrung vorgesehen und gewünschte Stellung während des Einbringens der Erdrakete in das Erdreich verfahren wird. So wird ein „sanfter” Übergang von der geneigten Stellung in die für die durchzuführende Erdbohrung gewünschte Stellung der in das Erdreich weiter eindringenden Erdrakete erreicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Lafette Mittel aufweisen, mit denen die Lafette um ihre Hochachse (vertikale Achse) gedreht werden kann. Damit kann eine in eine Startgrube eingebrachte Lafette dazu verwendet werden, mehrere von der Startgrube ausgehende Horizontalbohrungen zu erzeugen. Die Mittel zur Rotation können auch dazu eingesetzt werden, die Lafette nach dem Einbringen in die Startgrube fein zu justieren bzw. damit die Erdrakete auf die Bohrlinie auszurichten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine Grube mit Lafette und Erdrakete;
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2 einen Schnitt durch die Grube gemäß 1 mit der auf eine der Verlegetiefe entsprechenden Tiefe mit Hilfe der Aufnahme gebrachten Erdrakete aus 1;
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3 einen Schnitt durch die Grube aus 2 mit langsam schräg einlaufender Erdrakete;
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4 einen Schnitt durch die Grube der 3 mit auf Verlegetiefe befindlicher Erdrakete zur Erstellung der Bohrung.
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Die erfindungsgemäße Lafette 1 ist in 1 schematisch gezeigt. Mit der Lafette 1 ist eine Erdrakete 2 mit Druckluftschlauch 6 zum Anschluss an ein Druckluftaggregat in einer Startbaugrube 3 mit Hauptleitung 7 positionierbar. Mit der Erdrakete 2 kann von der Startbaugrube 3 einen Erdbohrung in einer vorbestimmten Tiefe durchgeführt werden. Die Lafette 1 weist eine Aufnahme 4 für die Erdrakete 2 auf. Die Aufnahme 4 ist bezogen auf die Horizontale mittels Neigungsmittel neigbar. Zudem ist die Aufnahme 4 unabhängig von dem Neigungsmittel mittels eines Höhenverstellmittels in der Höhe verstellbar. Zur Bedienung des Neigungsmittels und des Höhenverstellmittels ist eine an der Oberfläche der Startbaugrube 3 vorgesehene Eingabe 5 vorhanden. Die Eingabe kann manuell über eine Kurbel oder ein Display elektronisch erfolgen. Durch das Hohenverstellmittel ist ein Absenken einer in der Aufnahme 4 befindlichen geneigten Erdrakete 2 zunächst unter einem einstellbaren vorbestimmten Winkel α in die Startbaugrube 3 möglich.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Höhenverstellmittel durch eine an einem vertikal verlaufenden Träger 8 der Lafette 1 angeordnete und vertikal verfahrbare Traverse 9 ausgestaltet. Die Stellung des Höhenverstellmittels wird durch die Eingabe 5 vorgegeben. Die Aufnahme 4 ist drehgelenkig mit der Traverse 9 über ein über die Eingabe 5 steuerbares Drehgelenk verbunden.
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In der 2 ist zu erkennen, dass über das Höhenverstellmittel die in der Aufnahme 4 befindliche geneigte Erdrakete 2 in diesem Ausführungsbeispiel unter Beibehaltung des eingestellten Winkels α in die Startbaugrube 3 verfahren wurde. Die Erdrakete 2 ist damit an der Oberfläche in einem eingestellten vorbestimmten Winkel α in die Aufnahme 4 eingelegt bzw. aufgelegt und befestigt worden (1) und unter Beibehaltung des Winkels α auf eine vorbestimmte Tiefe für die Erdbohrung verfahren worden. Die Bedienung erfolgt von der Oberfläche.
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In 3 ist dargestellt, wie die Erdrakete 2 langsam schräg in das Erdreich einläuft. Im Vergleich zur 2 ist zu erkennen, dass die Aufnahme 4 entlang der Traverse 9 horizontal über Horizontalverstellmittel verschoben ist.
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Während des Einlaufens in das Erdreich wird die Erdrakete 2 mittels der Aufnahme 4 langsam in die Horizontale oder einem für die Erdbohrung vorgesehenen von der Horizontalen abweichenden Winkel gebracht. Der Winkel α verringert sich. Die Bedienung der Neigungs- und/oder Höhenverstellmittel der Aufnahme erfolgt von der Oberfläche aus.
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In 4 ist dargestellt, dass die in das Erdreich eingelaufene Erdrakete 2 auf Verlegetiefe ist und nunmehr in einer horizontalen Stellung oder einem für die Erdbohrung vorgesehenen von der Horizontalen abweichenden Winkel zum Erstellen der Bohrung in der Aufnahme 4 angekommen ist. Durch die drei Verstellmöglichkeiten, d. h. der Neigung, der Höhe und der horizontalen Verstellung der Aufnahme 4 ist die Möglichkeit gegeben, eine beliebige gewünschte Kurvenbahn mit der Aufnahme 4 zu erzeugen.
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Die Erdrakete kann in der Zielbaugrube entnommen werden oder wieder in die Startbaugrube 3 zurücklaufen. Sofern sie in die Startbaugrube 3 zurückläuft, kann sie dann wieder von der Aufnahme 4 aufgenommen und an die Oberfläche transportiert werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, dass eine Erdrakete auch aus kleinen Gruben für eine geradlinige Bohrung eingesetzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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