DE10211833A1

DE10211833A1 - Vorrichtung zum grabenlosen Austauschen von Leitungen

Info

Publication number: DE10211833A1
Application number: DE10211833A
Authority: DE
Inventors: Elmar Koch; Manfred Schauerte; Hans-Joachim Bayer; Dieter Wurm
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-03-16
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2022-03-17
Also published as: DE10211833B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum grabenlosen Austausch von Leitungen mit einem Überbohrkopf wird der Vortrieb des Überbohrkopfes erleichtert, wenn der Überbohrkopf einen Grundkörper und mindestens ein beweglich am Grundkörper befestigtes Werkzeug aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum grabenlosen Austauschen oder Freilegen von Leitungen mit einem Überbohrkopf, insbesondere solche Vorrichtungen, deren Überbohrkopf ein Befestigungselement für ein Vortriebsmittel aufweist. Um Leitungen grabenlos zu ersetzen, wird das die zu ersetzende Leitung umgebende Erdreich mit einem entlang der Leitung geführten Überbohrkopf von der Leitung abgelöst. Dadurch wird beim späteren Herausziehen oder -drücken der Leitung der Reibungswiderstand zwischen der zu ersetzenden Leitung und dem umgebenden Erdreich reduziert, so daß die Leitung mit geringem Kraftaufwand aus dem Erdreich gezogen werden kann.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist in DE 195 04 484 C1 beschrieben. Diese weist einen ringförmigen Überbohrkopf auf, der ein Kabel umgreift. Düsen zum Ausbringen von Spülflüssigkeit sind an der in die Vortriebsrichtung weisenden Vorderseite des Überbohrkopfs angeordnet. Der Überbohrkopf wird mittels eines Gestänges entlang des Kabels durch das Erdreich geschoben. Das Gestänge wird seitlich neben dem Kabel geführt. Zur Aufnahme für eine Befestigungseinrichtung für das Gestänge am Überbohrkopf weist dieser eine Verdickung seines ringförmigen Querschnitts auf. Diese Verdickung führt zu einer größeren Reibfläche, die den Vortrieb des Überbohrkopfs behindert. Deshalb sind zur besseren Spülung des Erdreichs in dem Bereich der Verdickung mehr Düsen angeordnet als in den übrigen Bereichen dünneren Querschnitts. Dies führt zu einem erhöhten Austrag von Spülflüssigkeit. Grundsätzlich besteht bei diesem Vorgehen zudem der Nachteil, daß härtere Elemente im Umfeld des freizulegenden Kabels mittels Spülung mit Spülflüssigkeit nicht entfernt werden können. Das Kabel kann somit nicht vollständig freigelegt werden, was das Herausziehen oder -drücken des Kabels erschwert.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, den Vortrieb des Überbohrkopfs zu erleichtern.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird die Umgebung der zu ersetzenden Leitung mit mindestens einem bewegten als Teil des Überbohrkopfes vorgesehenen Werkzeug (mechanisch) freigelegt. Im Gegensatz zur Freilegung der Umgebung mittels Spülung können durch eine Bewegung von Werkzeugen, insbesondere durch eine Oszillations- oder Umdrehungsbewegung, bessere Freiräume um die freizulegenden Leitungen geschaffen werden. Insbesondere ermöglicht eine fräsende Oszillations- oder Umdrehungsbewegung eines am Überbohrkopf frontseitig vorgesehenen Werkzeugs, daß auch harte Elemente im Umfeld der Leitung zerstört werden können. Dies können beispielsweise harte Gesteine sein, aber auch am Umfang der Leitung angeordnete Muffen oder zu der zu ersetzenden Leitung führende Nebenleitungen.

Als erfindungsgemäßes, beweglich als Teil des Überbohrkopfes vorgesehenes Werkzeug kann ein Werkzeug vorgesehen sein, welches zu einer geometrischen Ausformung eines Vortriebsmittels korrespondiert, wie z. B. eine in Vortriebsrichtung im Bereich vor dem Befestigungsmittel eines Vortriebsmittels am Überbohrkopf vorgesehene Bohrkrone. Dieses führt dazu, daß auch unabhängig von dem Abtrag des Erdreiches aus der unmittelbaren Umgebung der zu ersetzenden Leitung neben der Leitung ein Freiraum für die dem Überbohrkopf nachfolgende Vortriebseinrichtung geschaffen wird. Der Freiraum verhindert oder reduziert den Kontakt der Vortriebseinrichtung mit dem umgebenden Erdreich und reduziert die für den Vortrieb des Überbohrkopfes zu überwindende Reibung.

Der Überbohrkopf ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß er die zu ersetzende Leitung vollständig umfaßt. Hierzu ist er vorzugsweise rohrförmig mit ringähnlichem Querschnitt ausgebildet. Grundsätzlich kann ein Überbohrkopf jedoch auch die Form eines Kreisbogensegments aufweisen. Damit kann das die Leitung umgebende Erdreich in Kreisbogensegmenten um die Leitung abgetragen werden. Insbesondere, wenn der Überbohrkopf entlang einer stark gewundenen Leitung geführt werden soll, führt eine kreisbogensegmentartige Form des Überbohrkopfs zu einer besseren Führung des Überbohrkopfs entlang der Leitung. Diese Eigenschaft kann noch verbessert werden, wenn der Überbohrkopf eine spiralartige Form hat, mit der er die Leitung spiralartig umgreift.

Als Leitung ist im Rahmen dieser Beschreibung der Erfindung jegliches längliche Element zu verstehen, an dem ein Überbohrkopf eingesetzt werden kann. Insbesondere sind dies eine Hohlleitung, beispielsweise eine Flüssigkeitsleitung, ein Kabel oder ein Strang von nebeneinander liegenden Kabeln oder Leitungen.

Als Vortriebsmittel wird vorzugsweise ein Gestänge verwendet. Je nach Einsatzgebiet können jedoch auch druckluftbetriebene Düsen oder kettenraupenartige Radantriebe verwendet werden. Auch kann das Vortriebsmittel so ausgebildet sein, daß sie durch wechselnden Klemmeingriff an der Leitung (dem Kabel) den Vortrieb durch Abstoßen an der Leitung (dem Kabel) erzeugt.

Das Befestigungselement dient der Verbindung des Vortriebsmittels mit dem Überbohrkopf und ist auf dieses abgestimmt. Insbesondere bei der Verwendung von Gestängen ist es bei im wesentlichen geraden Vortrieb vorteilhaft, wenn das Befestigungselement das Gestänge drehfest mit dem Überbohrkopf verbindet. Um jedoch einer mäandernden Leitung zu folgen, kann es für die Richtungssteuerung vorteilhaft sein, das Befestigungselement zwischen Gestänge und Überbohrkopf gelenkig auszubilden.

Als Bohrkrone wird jegliches Element verstanden, das durch Bewegung einen Freiraum im Erdreich schaffen kann. Vorzugsweise ist dies ein oszillierender oder ein umdrehender Bohrkopf. Dieser kann insbesondere auch Schneidzähne aufweisen, die für die Zerstörung von hartem Gestein geeignet sind. Die Bohrkrone ist vorzugsweise drehbar mit einem Grundkörper des Überbohrkopfes und insbesondere mit dem Befestigungselement verbunden. Vorzugsweise ist die Bohrkrone mit ihrer Bohrachse in Vortriebsrichtung ausgerichtet.

Als in Vortriebsrichtung vor dem Befestigungselement liegender Bereich wird der Bereich verstanden, der bei Anordnung einer Bohrkrone in diesem Bereich ein Freiräumen derjenigen die zu ersetzende Leitung umgebenden Elemente bewirkt, die bei weiterem Vortrieb des Überbohrkopfes die Bahn des Vortriebsmittels und dem ihr zugeordneten Befestigungselement blockieren. Insbesondere ist die Bohrkrone als Vollkörper ausgebildet, der seitlich neben einem Grundkörper des Überbohrkopfes angeordnet ist.

Bevorzugt ist die Bohrkrone als Kegel ausgebildet. So kann sie leichter durch das Erdreich geführt werden. Sie kann aber beispielsweise auch als Kegelstumpf, Platte oder zylinderförmig ausgebildet sein.

Der Vortrieb des Überbohrkopfs wird begünstigt, wenn dieser einen Grundkörper und ein am Grundkörper befestigtes Werkzeug aufweist. Dieses Werkzeug kann mittels eines Antriebs nach Art eines Bohrers oszillierend oder umdrehend bewegt werden. Diese Bohrbewegung verdrängt das die Leitung umgebende Erdreich, zerstört härteres Gestein in der Umgebung der Leitung, durchtrennt Muffen und seitlich an die Leitung angeschlossene Nebenleitungen. Ebenso kann bei entsprechender Führung des Überbohrkopfes eine beispielsweise U- förmige Biegung der Leitung gerade durchtrennt und durch eine Bohrung kurzgeschlossen werden. Als Antrieb kann beispielsweise ein Turbinenantrieb, ein Schraubenmotor nach dem Moineau-Prinzip oder ein Elektromotor eingesetzt werden. Ebenso kann eine Rotation des Gestänges eine Rotation des Werkzeugs bewirken, insbesondere wenn eine Rotation des Gestänges um seine Längsmittelachse mittels eines Getriebes in eine Rotationsbewegung des Frontmoduls umgesetzt wird. Die beschriebenen Antriebe für das Werkzeug können auch bei Vorrichtungen ohne Werkzeug als Antrieb der Bohrkrone dienen. Alternativ kann bei Vorrichtungen mit Werkzeug und Bohrkrone jeweils ein getrennter, nach unterschiedlichen Wirkprinzipien arbeitender Antrieb für Werkzeug und Bohrkrone verwendet werden.

Eine stabilere Führung des Überbohrkopfes erfolgt, wenn die Bohrkrone das Werkzeug in Vortriebsrichtung überragt. Ebenso kann jedoch das Werkzeug die Bohrkrone in Vortriebsrichtung überragen, um somit die für den Antrieb der Bohrkrone notwendige Kraft zu reduzieren.

Die Vorteile der Freilegung der zu ersetzenden Leitung mittels bewegter als Teil des Überbohrkopfes vorgesehener Körper werden auch bei Vorrichtungen zum grabenlosen Austausch von Leitungen mit einem Überbohrkopf erreicht, deren Überbohrkopf einen Grundkörper und ein beweglich am Grundkörper befestigtes Werkzeug aufweist. Mit einem derartigen über einen Antrieb rotierend oder oszillierend oder schlagend angetriebenen Werkzeug kann ein Freiraum um die zu ersetzenden Leitung freigelegt werden. Insbesondere können durch die fräsende Bewegung des Werkzeugs harte Elemente im Umfeld der Leitung zerstört werden, die beim Einsatz von Spülflüssigkeit nicht entfernt werden. Dies können beispielsweise harte Gesteine sein, aber auch am Umfang der Leitung angeordnete Muffen oder zu der zu ersetzenden Leitung führende Nebenleitungen.

Das Werkzeug kann durch eine Turbine angetrieben werden. Hierzu kann es ein Turbinenrad aufweisen, das durch ein Fluid angetrieben wird. Dieses Fluid kann aus Düsen im Grundkörper austreten, die auf das Turbinenrad des Werkzeugs gerichtet sind. Das Fluid kann insbesondere eine Spülflüssigkeit sein, die nach Durchlauf der Turbine aus Düsen aus dem Werkzeug austritt. Es kann beispielsweise aber auch Druckluft sein, die bevorzugt in einem separaten Schlauch zum Grundkörper geführt wird. Besonders der Einsatz von Druckluft erlaubt einen drehmomentstarken Antrieb, da die Druckluft mit hohem Druck eingespeist werden kann.

Ein weiterer Antrieb durch ein Fluid, beispielsweise Spülfüssigkeit oder eine andere Flüssigkeit, wird durch einen Schraubenmotor erreicht. Dieser arbeitet nach dem Moineau-Prinzip. Er kann durch Spülflüssigkeit gespeist werden, die am Überbohrkopf ausgesprüht wird. Es kann aber auch eine speziell für den Antrieb des Schraubenmotors vorgesehene Flüssigkeit zum Überbohrkopf gefördert werden.

Ein weiterer leistungsstarker Antrieb wird durch den Einsatz eines Elektromotors erreicht. Dieser kann in dem Grundkörper des Überbohrkopfes vorgesehen sein. Er kann jedoch auch außerhalb des Überbohrkopfes, insbesondere außerhalb der Bohrung angeordnet sein, wenn die von ihm erzeugte Rotationsbewegung an dem Werkzeug übertragen wird. Dies kann durch das Vortriebsmittel erfolgen, insbesondere wenn dieses als Schubgestänge ausgebildet ist. Vorzugsweise sind hierfür Mittel zur Übertragung einer Rotation des Schubgestänges in eine Rotation des Werkzeugs am Überbohrkopf vorgesehen, beispielsweise ein Getriebe.

Der Vortrieb des Überbohrkopfes, sowie das einfache Herausziehen oder -drücken der Leitung wird erleichtert, wenn der Überbohrkopf entlang der Leitung Spülflüssigkeit ausbringt. Ebenso ist es von Vorteil, wenn der Überbohrkopf durch Ausbringen von Flüssigkeit gekühlt wird. Hierzu weist der Überbohrkopf vorzugsweise Düsen zum Austrag von Spül- und/oder Kühlflüssigkeit auf.

Um eine einfache, Erdreich verdrängende Führung des Überbohrkopfes in beide Richtungen entlang der Leitung zu ermöglichen und so ggf. den Rückzug des Überbohrkopfes zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn ein weiteres Werkzeug an dem dem ersten Werkzeug gegenüberliegenden Ende des Grundkörpers beweglich mit dem Grundkörper verbunden ist. Auch dieses Werkzeug kann, wenn der Überbohrkopf beispielsweise nach einer Bewegung von einer Startgrube zu einer Zielgrube zurückgeführt wird, rotierend angetrieben werden und dadurch bei der Rückführung eine weitere Bohrwirkung erzeugen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht, Werkzeug kann, wenn der Überbohrkopf beispielsweise nach einer Bewegung von einer Startgrube zu einer Zielgrube zurückgeführt wird, rotierend angetrieben werden und dadurch bei der Rückführung eine weitere Bohrwirkung erzeugen.

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 3 eine dritte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 4 eine vierte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht und

Fig. 5a bis d unterschiedliche Ausführungsformen des Werkzeugs (Frontmodul).

Fig. 1 zeigt den Überbohrkopf 1 einer Vorrichtung zum grabenlosen Austausch von Leitungen 2. Der Überbohrkopf 1 besteht aus einem Grundkörper 3 und einem Werkzeug 4 (Frontmodul). Seitlich an dem Grundkörper 3 ist ein Befestigungselement 5 für ein Vortriebsmittel 6 vorgesehen. In Vortriebsrichtung im Bereich vor dem Befestigungselement 5 ist eine Bohrkrone 7 vorgesehen. Sie hat eine Kegelform und weist Schneiden 9 auf.

Leitungen 2, der die Reibungswiderstände beim späteren Herausziehen oder - drücken der Leitungen 2 reduziert. Zeitgleich zu der Fräsbewegung des Frontmoduls 4 fräst die Bohrkrone 7 mit ihren Schneiden 9 einen weiteren Freiraum, z. B. unterhalb der Leitungen 2 frei. In diesem wird das dem Überbohrkopf 1 bei der Vorwärtsbewegung nachfolgende Vortriebsmittel 6 geführt. Der Freiraum reduziert die Reibungswiderstände an dem Vortriebsmittel, so daß Überbohrkopf 1 und Vortriebsmittel 6 mit geringem Kraftaufwand vorgetrieben werden können. Nach Abschluß des Überbohrens, also des Freilegens eines ringförmigen Freiraums um die Leitungen 2, werden diese aus dem Erdreich gezogen. Gleichzeitig können neue Leitungen verlegt werden, wenn diese mit dem Ende der zu ersetzenden Leitungen 2 verbunden werden und durch das Herausziehen dieser Leitungen 2 in das Erdreich eingezogen werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist die Bohrkrone 7 in Vortriebsrichtung auf gleicher Höhe angeordnet, wie das Frontmodul 4. In Fig. 2 ist - wie im folgenden auch für die weiteren Figuren - unter Beibehaltung gleicher Bezugszeichen für gleiche Bauelemente eine Bohrkrone 7 dargestellt, die das Frontmodul 4 überragt. Hierdurch wird eine stabilere Führung des Überbohrkopfes 1 erreicht.

Fig. 3 zeigt eine zu der in Fig. 2 dargestellten ähnliche Vorrichtung. Die in Fig. 3 dargestellte weist lediglich ein weiteres Werkzeug 10 (Modul) auf, das an dem dem ersten Frontmodul 4 gegenüberliegenden Ende des Grundkörpers 3 beweglich mit dem Grundkörper 3 verbunden ist. Dieses weitere Modul 10 ermöglicht es, daß auch beim Zurückziehen des Überbohrkopfes 1 Elemente, die weiterhin oder erneut den Freiraum um die Leitungen 2 einnehmen, zerstört werden können.

In Fig. 4 ist ein Überbohrkopf 1 ohne Bohrkrone 7 dargestellt. Bei diesem Überbohrkopf 1 ist das Befestigungselement 5 und die Form des Frontmoduls 4 so gewählt, daß durch das Frontmodul 4 ein ringförmiger Freiraum um die Leitungen 2 freigelegt wird, der auch für das Befestigungselement 5 und das Bezugszeichen für gleiche Bauelemente eine Bohrkrone 7 dargestellt, die das Frontmodul 4 überragt. Hierdurch wird eine stabilere Führung des Überbohrkopfes 1 erreicht.

In Fig. 4 ist ein Überbohrkopf 1 ohne Bohrkrone 7 dargestellt. Bei diesem Überbohrkopf 1 ist das Befestigungselement 5 und die Form des Frontmoduls 4 so gewählt, daß durch das Frontmodul 4 ein ringförmiger Freiraum um die Leitungen 2 freigelegt wird, der auch für das Befestigungselement 5 und das daran anschließende Vortriebsmittel 6 Raum zum reibungsarmen Bewegen schafft.

In Fig. 5 sind unterschiedliche Formen des Werkzeugs 4 dargestellt. Dabei zeigen Fig. 5a bis 5d Frontansichten des jeweiligen Werkzeugs 4.

Fig. 5a stellt die geometrische Normalform des Werkzeugs 4 dar. Dieses kann beispielsweise mit Geschwindigkeitsänderung oder Pulsation oszillieren. Fig. 5b zeigt ein Werkzeug 4 mit zwei ausladenden Wangen 12, 14. Fig. 5c zeigt ein Werkzeug 4 mit einer exzentrischen Ausbuchtung 16. Fig. 5d zeigt ein Werkzeug 4 mit einem schwingend auf einem Laufrahmen angeordneten Werkzeug 4.

Claims

1. Vorrichtung zum grabenlosen Austauschen oder Freilegen von Leitungen (2) mit einem Überbohrkopf (1), der ein Befestigungselement (5) für ein Vortriebsmittel (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß korrespondierend mit einer geometsichen Ausformung des Vortriebsmittels und/oder des Befestigungselements (5) ein Werkzeug (4; 7) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (5) in Vortriebsrichtung seitlich an einem Grundkörper (3) des Überbohrkopfes (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug als Bohrkrone (7) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbohrkopf (1) Düsen zum Austrag von Spül- und/oder Kühlflüssigkeit aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überbohrkopf (1) einen Grundkörper (3) und mindestens ein beweglich am Grundkörper (3) befestigtes weiteres Werkzeug (4) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkrone (7) ein Werkzeug (4) in Vortriebsrichtung überragt.

7. Vorrichtung zum grabenlosen Austausch oder Freilegen von Leitungen (2) mit einem Überbohrkopf (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Überbohrkopf (1) einen Grundkörper (3) und mindestens ein beweglich am Grundkörper (3) befestigtes Werkzeug (4) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für eine Rotationsbewegung des Werkzeugs (4) ein Schraubenmotor vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für eine Rotationsbewegung des Werkzeugs (4) eine Turbine vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine luftgetrieben ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für eine Rotationsbewegung des Werkzeugs (4) ein Elektromotor vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vortrieb des Überbohrkopfs (1) ein Schubgestänge vorgesehen ist und dass Mittel zur Übertragung einer Rotation des Schubgestänges in eine Rotation des Werkzeugs (4) vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiteres Werkzeug (10) an dem dem ersten Werkzeug (4) gegenüberliegenden Ende des Grundkörpers (3) beweglich mit dem Grundkörper (3) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Werkzeug (10) durch den Antrieb des ersten Werkzeugs (4) angetrieben wird.

15. Verfahren zum grabelosen Austauschen oder Freilegen von Leitungen, bei dem die Umgebung einer Leitung mit Hilfe eines durch ein Vortriebsmittel vorgetriebenen Überbohrkopfes freigelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Umgebung mechanisch bearbeitet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich der Leitungsumgebung bearbeitet wird, der zu einer geometrischen Ausformung eines Vortriebsmittels (6) korrespondiert.