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Rammvorrichtungen, wie sie insbesondere für die Herstellung von horizontalen Erdbohrvorrichtungen verwendet werden, werden in der Regel mittels eines Schlagkolbens angetrieben, der innerhalb des Gehäuses hin- und herbewegt wird und dabei, je nach gewünschter Bewegungsrichtung der Vorrichtung, auf einer vordere oder hintere Schlagfläche prallt. Die dadurch übertragene kinetische Energie des Schlagkolbens sorgt für eine Beschleunigung der Rammbohrvorrichtung innerhalb des Erdreichs.
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Im Allgemeinen wird eine Umsteuerung der Bewegungsrichtung dadurch erreicht, dass die mittlere Lage (zwischen den zwei Wendepunkten) des Schlagkolbens von einer vorderen zu einer hinteren Stellung – oder anders herum – verschoben wird. Somit trifft der Schlagkolben, je nach Stellung, entweder auf die vordere oder hintere Schlagfläche auf und definiert dadurch die Bewegungsrichtung der Vorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen bekannt, mit denen die mittlere Lage des Schlagkolbens verschoben und folglich die Bewegungsrichtung der Vorrichtung verändert werden kann.
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Zur Steuerung der Bewegungsrichtung wird meist ein gehäusefestes Führungsrohr und eine auf dem Führungsrohr axial verschiebbare Steuerhülse verwendet, auf der der Schlagkolben axial verschiebbar ist. Insbesondere, wenn der Schlagkolben auf der Steuerhülse axial verschiebbar ist und die Steuerhülse eine große Länge aufweist, kann es auftreten, dass der Schlagkolben bei der Bewegung auf die Steuerhülse einwirkt und beispielsweise die Steuerhülse verwindet, wodurch die Lebensdauer der Steuerhülse verringert sein kann, welches erhöhte Reparatur- und/oder Wartungskosten bedingt. Ferner kann in diesem Fall durch eine erhöhte Reibung die Leistung einer Rammbohrvorrichtung stark reduziert sein. Weiterhin ist es möglich, dass sich das Gehäuse der Rammbohrvorrichtung durch seitliche Kräfte im Erdreich verbiegt. Es kann dann zum Winkelversatz zwischen Steuerhülse und Schlagkolben kommen, wodurch der Schlagkolben und so die gesamte Rammbohrvorrichtung zum Stillstand gelangen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Rammbohrvorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Leistung, eine höhere Standzeit, eine geringere Neigung zum Festlaufen und/oder erhöhte Lebensdauer aufweisen kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Patentansprüchen genannt.
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Kerngedanke der Erfindung ist es, dass die Steuerhülse mindestens zwei Abschnitte aufweist, insbesondere in Längsrichtung, die mittels einer beweglichen Verbindung, die als elastischer Verbindungsabschnitt und/oder als Gelenk ausgestaltet sein kann, miteinander verbunden sind. Hierdurch kann auch eine erhöhte Länge der Steuerhülse erreicht werden und einer plastisch wirkenden, die Steuerhülse um- bzw. verformende Einwirkung wird aufgrund der beweglichen Verbindung verhindert. Die bewegliche Verbindung kann für einen der beiden Abschnitte der Steuerhülse eine einem Loslager entsprechende Funktion aufweisen. Der Abschnitt kann insbesondere beabstandet von der beweglichen Verbindung keinen Kontakt zum Führungsrohr aufweisen. Die bewegliche Verbindung kann ein Gleitlager für einen der beiden Abschnitte bilden und für den anderen der beiden Abschnitte ein Loslager. Die bewegliche Verbindung kann am Führungsrohr gelagert sein, um die axiale Verschiebbarkeit zum Führungsrohr durchzuführen, und zudem ein Verschwenken eines Abschnitts zum Führungsrohr zu ermöglichen.
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Die Erfindung schafft eine Rammbohrvorrichtung mit einem innerhalb eines Gehäuses gelagerten, in einer zyklischen Hin- und Herbewegung angetriebenen Schlagkolben. Der Schlagkolben trifft in einer ersten Schaltstellung auf eine vordere Schlagfläche, um die Rammbohrvorrichtung in einer ersten Bewegungsrichtung anzutreiben. In einer zweiten Schaltstellung trifft der Schlagkolben auf eine hintere Schlagfläche auf, um die Rammbohrvorrichtung in einer zweiten Bewegungsrichtung anzutreiben. Für das Umschalten zwischen den beiden Bewegungsrichtungen weist die Rammbohrvorrichtung ein gehäusefestes Führungsrohr und eine auf dem Führungsrohr axial verschiebbare Steuerhülse auf. Der Schlagkolben ist auf der Steuerhülse axial verschiebbar. Die Steuerhülse weist zwei mittels einer beweglichen Verbindung miteinander verbundene Abschnitte auf.
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Die Verbindung der beiden Abschnitte der Steuerhülse mittels der beweglichen Verbindung kann mittelbar oder unmittelbar über die Verbindung erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass beispielsweise zwischen einem elastischen Verbindungsabschnitt und/oder einem Gelenk als bewegliche Verbindung und den beiden Abschnitten weitere Abschnitte vorgesehen sein können. Ferner ist die Steuerhülse nicht auf das Vorhandensein der beiden Abschnitte mit einem Verbindungsabschnitt und/oder einem Gelenk beschränkt. Zusätzlich zu den beiden Abschnitten und dem Verbindungsabschnitt und/oder dem Gelenk können weitere Abschnitte der Steuerhülse vorgesehen sein.
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Eine erfindungsgemäße „Rammbohrvorrichtung” umfasst ein selbstgetriebenes Schlaggerät, welches Erdreich verdrängend arbeitet, und eine Leitung oder ein Rohr schlagend in das Erdreich einbringen kann. Der Begriff „Erdreich” im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst 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 Wasserkanäle, die sich durch Einsatz einer entsprechenden Rammbohrvorrichtung herstellen oder einziehen lassen.
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Die Begriffe „Verbindungsabschnitt” und „Gelenk” umfassen die Ausbildung einer beweglichen bzw. gelenkigen Verbindung der beiden Abschnitte der Steuerhülse, die eine relative Bewegung der beiden Abschnitte zueinander, insbesondere eine dreiachsige, zweiachsige oder einachsige Bewegung, ermöglicht, wobei insbesondere eine Schwenkbewegung der beiden Abschnitte relativ zueinander möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung mittels eines Verbindungsabschnitts und/oder Gelenks zwischen einem Kopfabschnitt und einem Hauptkörperabschnitt der Steuerhülse ausgebildet. Der Hauptkörperabschnitt der Steuerhülse kann zumindest teilweise am Führungsrohr anliegen. Der Kopfabschnitt der Steuerhülse ist zumindest endseitig, d. h. beabstandet zur beweglichen Verbindung, beabstandet zum Führungsrohr ausgebildet und wird an dem endseitigen Bereich des Kopfabschnitts der Steuerhülse nicht am Führungsrohr gelagert, sondern Schlagkolben und Kopfabschnitt der Steuerhülse bilden Führungsflächen relativ zueinander aus, entlang derer der Schlagkolben relativ zur Steuerhülse axial verschiebbar ist.
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Die beiden Abschnitte der Steuerhülse weisen in einer bevorzugten Ausführungsform unterschiedliche Außendurchmesser und insbesondere unterschiedliche Innendurchmesser auf. Der Innendurchmesser des einen Abschnitts, insbesondere des Hauptkörperabschnitts, ist entsprechend an den Außendurchmesser des Führungsrohrs angepasst, um axial gegenüber diesem verschiebbar zu sein. Der Außendurchmesser des Führungsrohrs entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser des ersten Abschnitts, insbesondere des Hauptkörperabschnitts. Der Außendurchmesser des ersten Abschnitts, insbesondere des Hauptkörperabschnitts, ist derart ausgestaltet, dass ein Kontakt mit dem Schlagkolben nicht möglich ist. Der erste Abschnitt, insbesondere Hauptkörperabschnitt, weist Führungsflächen für die relative Führung von erstem Abschnitt an dem Führungsrohr auf. Der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts, insbesondere des Kopfabschnitts, ist derart ausgestaltet, dass kein Kontakt im endseitigen Bereich des zweiten Abschnitts mit der Führungshülse vorliegt. Der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts, insbesondere des Kopfabschnitts, ist an einen Innendurchmesser des Schlagkolbens angepasst, um Führungsflächen für die relative axiale Verschiebbarkeit des Schlagkolbens zur Steuerhülse auszubilden. Die beiden Abschnitte können mittelbar oder unmittelbar mittels der beweglichen Verbindung – aufweisend den elastischen Verbindungsabschnitt und/oder das Gelenk – miteinander verbunden sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Abschnitte der Steuerhülse auf dem Führungsrohr relativ zueinander verschwenkbar. Insbesondere kann der dem Schlagkolben zugewandte Abschnitt gegen den anderen der beiden Abschnitte verschwenkbar sein. Es kann vorgesehen sein, dass der eine der Abschnitte, der gegen den anderen verschwenkbar ist, auch relativ zum Führungsrohr verschwenkbar sein kann, sofern der andere der beiden Abschnitte axial verschieblich an dem Führungsrohr fest gelagert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der elastische Verbindungsabschnitt und/oder ein Teilabschnitt des Gelenks zumindest teilweise an dem Führungsrohr an und wird axial verschieblich zusammen mit der Steuerhülse gegenüber dem Führungsrohr geführt, um ein Lager für einen der Abschnitte zu bilden, mittels dessen der eine der Abschnitte einen zusätzlichen Freiheitsgrad der Bewegung zum Führungsrohr erhalten kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der elastische Verbindungsabschnitt und/oder das Gelenk eine Ringform mit einem L-förmigen Querschnitt auf, so dass ein Verschwenken eines der beiden Abschnitte aufgrund der geometrischen Ausbildung vereinfacht möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der elastische Verbindungsabschnitt einen elastisch verformbaren Kunststoff, der insbesondere formfest sein kann. Der elastische Verbindungsabschnitt kann ein Elastomer bzw. einen Elastomer-Werkstoff oder ein elastisches Polymer, beispielsweise Kautschuk, umfassen. Der elastische Verbindungsabschnitt kann auch – alternativ oder zusätzlich – ein Polyurethan umfassen. Der Begriff „umfassen” deckt die Bedeutungsinhalte der Begriffe „aufweisen” und „bestehen aus” ab, so dass in dem einen Fall neben dem einen genannten Werkstoff bzw. chemischen Verbindung weitere Werkstoffe bzw. chemische Verbindungen vorhanden sein können und in dem anderen Fall der reine Werkstoff bis auf unvermeidbare Verunreinigungen vorliegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Führungsrohr einen Anschlag auf, wobei die Steuerhülse ein entsprechend ausgestaltetes Gegenelement aufweist, das in einer der Schaltstellungen am Anschlag des Führungsrohrs anliegt. Insbesondere kann das Gegenelement an dem Abschnitt ausgebildet bzw. mit diesem verbunden sein, das gegenüber dem Führungsrohr verschwenkbar ist. Hierdurch kann ermöglicht werden, dass die Steuerhülse in einer von dem Anschlag und dem Gegenelement definierten Schaltstellung gebracht werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Führungsrohr und einem Ringelement, das insbesondere ortsfest zum Führungsrohr angeordnet ist, ein Ringraum ausgebildet. Der Ringraum wird zumindest teilweise stirnseitig durch die Steuerhülse bedeckt und ist mit einer mit einem Fluid druckbeaufschlagbaren Steuerleitung verbunden. Mittels der Steuerleitung kann der Ringraum mit Druck beaufschlagt werden, um die Steuerhülse aus dem Ringraum auszufahren. Hierdurch ist ein mit einfachen Mitteln durchführbares Umschalten möglich. Bei dem Fluid kann es sich sowohl um ein Druckgas, insbesondere Druckluft, oder eine Flüssigkeit handeln, so dass das Umschalten pneumatisch oder hydraulisch von der Schaltstellung vor dem Ausfahren der Steuerhülse aus dem Ringraum in die Schaltstellung mit aus dem Ringraum ausgefahrener Steuerhülse erfolgen kann. Nach Entlastung der Steuerleitung auf einen niedrigeren Druck, insbesondere Atmosphärendruck, bewirkt der an der Steuerhülse anstehende Betriebsdruck eine Rückstellung der Steuerhülse.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist am vorderen der beiden Abschnitte der Steuerhülse, insbesondere am Kopfabschnitt, benachbart zur beweglichen Verbindung eine Entlüftungsbohrung ausgebildet, mit der ein Druckausgleich erreicht wird. Die Entlüftungsbohrung kann im vorderen der beiden Abschnitte und/oder in der beweglichen Verbindung ausgebildet sein. Der Druckausgleich kann zwischen dem den Kopfabschnitt umgebenden Außenraum und dem Raum, der zwischen dem Kopfabschnitt, dem Führungsrohr und einem Anschlagring am Führungsrohr, welcher insbesondere eine innere Führung für den Kopfabschnitt der Steuerhülse bilden kann, ausgebildet ist, erfolgen. Hierdurch kann sich die Steuerhülse ungehindert vorbewegen. In dem durch den Kopfabschnitt, das Führungsrohr und den Anschlagring gebildeten Raum baut sich dann kein Druck auf, der einer Bewegung der Steuerhülse nach vorne entgegenwirken würde. Vorzugsweise ist die Entlüftungsbohrung im hinteren Bereich des Kopfabschnitts, d. h. benachbart zur beweglichen Verbindung, ausgebildet, um eine Entlüftung über den gesamten Verschiebungsweg des Kopfabschnitts der Steuerhülse zum Führungsrohr und dem am Führungsrohr ausgebildeten Anschlagring sicherzustellen. Insbesondere kann die Entlüftungsbohrung am oder nahe zum Gegenelement des Kopfabschnitts, welches mit einem Anschlag am Anschlagring zusammenwirken kann, ausgebildet sein. Die Entlüftungsbohrung kann das Gegenelement schneiden oder benachbart zum Gegenelement angeordnet sein.
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Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine Rammbohrvorrichtung in teilweise geschnittener Darstellung;
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2 die Rammbohrvorrichtung von 1 in vergrößerter Darstellung mit ausgefahrenem Steuerrohr; und
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3 die Darstellung gemäß 2 mit eingefahrenem Steuerrohr.
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1 zeigt eine Rammbohrvorrichtung 1 für ein Bohren im Erdreich. Endseitig an der Rammbohrvorrichtung 1 ist in der Darstellung der 1 links ein Bohrkopf mit einem Bohrmeißel vorgesehen. Die Rammbohrvorrichtung 1 weist einen innerhalb eines Gehäuses 3 gelagerten Schlagkolben 2 auf. Der Schlagkolben 2 kann für eine zyklische Hin- und Herbewegung im Gehäuse 3 angetrieben werden. In einer ersten Schaltstellung trifft der Schlagkolben 2 auf eine vordere Schlagfläche auf, um die Rammbohrvorrichtung 1 in einer ersten Bewegungsrichtung (in der in 1 dargestellten Ausführungsform nach links) anzutreiben. In einer zweiten Schaltstellung trifft der Schlagkolben 2 auf eine hintere Schlagfläche auf, um die Rammbohrvorrichtung in einer zweiten Bewegungsrichtung (in der in 1 dargestellten Ausführungsform nach rechts) anzutreiben.
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Zum Umschalten der Bewegungsrichtungen weist die Rammbohrvorrichtung ein gehäusefestes Führungsrohr 5 und eine auf dem Führungsrohr 5 axial verschiebbare Steuerhülse 4 auf. Der Schlagkolben 2 ist auf der Steuerhülse 4 axial verschiebbar. Insbesondere der 2 ist zu entnehmen, dass die Steuerhülse 4 in den Schlagkolben 2 zeitweilig eingreift bei der axialen Verschiebung.
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Die Steuerhülse 4 weist zwei mittels einer beweglichen Verbindung miteinander verbundene Abschnitte 7, 8 auf, die als Kopfabschnitt 7 und als Hauptkörperabschnitt 8 ausgestaltet sind. Im in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die bewegliche Verbindung 6 als elastischer Verbindungsabschnitt ausgebildet, der derart ausgestaltet ist, dass die beiden Abschnitte der Steuerhülse 4 relativ zueinander verschwenken können. Der bewegliche Verbindung 6 ist mit dem Hauptkörperabschnitt 8 verbunden und der Kopfabschnitt 7 umgreift den elastischen Verbindungsabschnitt.
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Der Hauptkörperabschnitt 8 der Steuerhülse 4 liegt zumindest teilweise am Führungsrohr 5 an. Der Kopfabschnitt 7 der Steuerhülse 4 ist innenseitig beabstandet zum Führungsrohr 5 ausgebildet. Der Innendurchmesser des Kopfabschnitts 7 der Steuerhülse 4 ist insbesondere am von dem Hauptkörperabschnitt 8 beabstandeten Ende größer ausgestaltet als der Außendurchmesser des Führungsrohrs 5. An dem dem Hauptkörperabschnitt 8 benachbarten Ende des Kopfabschnitts 7 weist der Kopfabschnitt 7 einen geringeren Innendurchmesser als am dem Hauptkörperabschnitt 8 beabstandeten Ende des Kopfabschnitts 7 auf.
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Mit dem Führungsrohr 5 verbunden ist ein Anschlagring 12, der einen Anschlag für die Steuerhülse 4 aufweist. Hierzu ist an dem Kopfabschnitt 7 der Steuerhülse 4 ein dem Anschlag entsprechend ausgestaltetes Gegenelement ausgestaltet, das in der in der 2 dargestellten Schaltstellung der Steuerhülse 4 zum Führungsrohr 5 am Anschlag des Führungsrohrs 5 anliegt. Der Anschlagring 12 kann mit dem Außenumfang eine innere Führung für den Kopfabschnitt 7 der Steuerhülse 4 sein.
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In der 2 ist ein Ringraum 10 dargestellt, welcher zwischen dem Führungsrohr 5 und einem Ringelement 9, das ortsfest zum Führungsrohr 5 angeordnet ist, ausgebildet ist. Der Ringraum 10 wird zumindest teilweise stirnseitig von der Steuerhülse 4 begrenzt und ist mit einer mit einem Fluid druckbeaufschlagbaren Steuerleitung 11 verbunden. Mittels der Steuerleitung 11 kann der Ringraum 10 mit Druck beaufschlagt werden, um die Steuerhülse 4 aus dem Ringraum 10 auszufahren. Wird die Druckbeaufschlagung des Ringraums 10 beendet, wird mittels des an der Steuerhülse 4 anstehenden Betriebsdrucks ein Einfahren bzw. einer Rückstellung der Steuerhülse 4 bewirkt.
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3 zeigt beispielhaft auch für die 2 eine Entlüftungsbohrung 13, die im Kopfabschnitt 7 der Steuerhülse 4 ausgebildet ist, um einen Druckausgleich herzustellen.
