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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Schlagwerkzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Es sind viele Systeme zur Installation von unterirdischen Rohren bekannt, insbesondere zum Ersetzen eines vorhandenen schadhaften Rohres. Pneumatische Schlagwerkzeuge, die horizontale Löcher bohren oder vorhandene Leitungen zertrümmern, werden weitverbreitet verwendet. Siehe beispielsweise
US 5 025 868 A . Bei einem weithin angewendeten Verfahren wird ein pneumatisches Schlagbohrwerkzeug durch die vorhandene Leitung geschickt, so dass der Kopf des Werkzeugs, der mit Klingen versehen sein kann, die lokal intensiven Druck auf das vorhandene Rohr ausüben, das vorhandene Rohr aufbricht oder spaltet. Siehe beispielsweise
US 4 720 211 A ,
US 4 738 565 A und
US 4 505 302 A . Ein Ersatzrohr, typischerweise aus Kunststoff wie etwa HDPE hergestellt, wird hinter dem Bohrwerkzeug hergezogen. Dieses Verfahren hat sich als kommerziell sehr effektiv erwiesen, weil es das alte Rohr zertrümmert und es gleichzeitig durch ein neues Rohr ersetzt. Jedoch werden die Abgase von dem Schlagwerkzeug in das Innere des Ersatzrohres abgelassen, was für bestimmte Typen von Leitungsinstallationen nicht akzeptabel ist, wie etwas Gas- und Wasserleitungen.
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Maschinen für gerichtetes Bohren sind zum Zertrümmern von Rohren weniger effektiv, insbesondere für schwer zu zertrümmernde Rohre wie etwa aus Gusseisen, weil der gleichmäßig treibenden Kraft des Bohrstrangs die Schlagkraft eines pneumatischen Schlagbohrwerkzeugs fehlt. Daher wird in manchen Fällen ein gerichteter Bohrer oder eine Winde verwendet, um ein pneumatisches Schlagwerkzeug durch eine vorhandene Leitung zu ziehen, um die vorhandene Leitung zum Bersten zu bringen und das Ersatzrohr hereinzuziehen. Diese Alternativen sind wirksam, erfordern aber erhebliche Ausstattung und Handarbeit.
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US 5 782 311 A beschreibt eine Berstvorrichtung für Rohre, die eine Richtungsbohrmaschine, die dazu in der Lage ist, gleichzeitig einen Bohrstrang zu drehen und zu ziehen, und ein Schlagwerkzeug verwendet, das mit dem Bohrstrang verbindbar ist. Das Schlagwerkzeug umfasst ein röhrenförmiges Gehäuse, das in einem vorderen Berstkopf endet, eine Eingangswelle, Lager, in denen die Eingangswelle zur Drehung innerhalb des Gehäuses gelagert ist, ein Schlagelement, das zur Hin- und Herbewegung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, um Schläge auf einen vorderen Amboss auszuführen, und einen Antriebsmechanismus zum gleichzeitigen Voranziehen des Schlagwerkzeugs in Reaktion auf eine Zugkraft auf die Eingangswelle und zum Hin- und Herbewegen des Schlagelements, um das Werkzeug durch die Wirkung der zyklischen Aufschläge auf den vorderen Amboss voranzutreiben. Die Vorrichtung kann einen Zertrümmerungs- oder Berstvorgang für ein Rohr in einer Weise ausführen, die die Notwendigkeit für die Verwendung eines separatischen pneumatischen Schlagwerkzeugs zum Bersten des vorhandenen Rohrs überflüssig macht. Die vorliegende Erfindung stellt ein Schlagwerkzeug bereit, das unter Verwendung eines Druckfluids, wie etwa Druckluft, arbeitet und das einfach mit vorhandenen Richtungsbohrmaschinen verwendet werden kann.
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Eine Anzahl von mit Seilen betriebenen statischen Berstsystemen wurde verwendet, um Rohre zum Bersten zu bringen. In
WO 98/30350 A ist ein Rohrberstsystem beschrieben, das einen relativ kleinen, leichten hydraulischen Seilzug verwendet, um einen Berstschleppkörper für Rohre zu ziehen. In
US 4 983 071 A und
US 5 078 546 A ist ein seilgezogenes Werkzeug beschrieben, das von einem Schlagwerkzeug unterstützt wird und mit einer Klinge versehen ist, um eine Gasleitung aus Stahl aufzuschneiden und auszudehnen. In
US 6 269 889 A ist ein anderes Berstverfahren beschrieben, bei dem ein pneumatisches Werkzeug, das von einer herkömmlichen Winde gezogen wird, zum Bersten von Rohren verwendet wird. Im Allgemeinen können Systeme, die auf einer statischen Zugkraft beruhen, nicht für große Rohrgrößen eingesetzt werden oder benötigen ein sehr großes leistungsstarkes Zugsystem, das in der Anwendung teuer und arbeitsintensiv ist. Systeme, die eine Zugkraft mit einem Schlagwerkzeug kombinieren, waren dazu in der Lage, größere Rohrgrößen zu handhaben als vergleichbare Systeme mit statischer Kraft, aber man begegnete Schwierigkeiten beim Starten und Stoppen des Werkzeugs während eines Laufs. Wenn das Werkzeug sich tief in der Bohrung befindet, kann es schwierig sein, das Werkzeug neu zu starten. Die vorliegende Erfindung geht unter anderem diesen Nachteil an.
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In
DE 195 27 138 C1 ist ein Schlagwerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 beschrieben. Der Kopf, auf den Schläge mittels eines pneumatischen Rammmechanismus ausgeübt werden, um ein Rohr zum Bersten zu bringen, wird mittels eines separaten Zugseils mit der gesamten Vorrichtung gegenüber der zu zertrümmernden Leitung vorwärtsgezogen. Daher wird eine weitere pneumatische Leitung benötigt, die separat von dem Zugseil auf einem anderen Weg herangeführt ist, um den Schlagmechanismus zu betreiben.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schlagwerkzeug zu schaffen, das in Bezug auf pneumatische Versorgung und Vortrieb einfacher betreibbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das in Schlagwerkzeug zur Verwendung mit einer Richtungsbohrmaschine mit einem Bohrstrang umfasst einen Berstkopf mit einem nach hinten offenen Hohlraum und einer Vorderendöffnung, die mit dem Hohlraum in Verbindung steht, ein Einlassrohr, das an seinem vorderen Ende mit einem Ende des Bohrstrang verbunden ist und das sich durch die Vorderendöffnung in den Hohlraum des Berstkopfes erstreckt, ein Schlagelement, das zur gleitenden Bewegung entlang des Einlassrohrs angebracht ist, einen Verteilungsmechanismus, der auf ein Druckfluid, das durch den Bohrstrang und das Einlassrohr eingespeist wird, reagiert, um das Schlagelement zur Hin- und Herbewegung in dem nach hinten offenen Hohlraum des Berstkopfes anzutreiben, um Vorwärtsschläge gegen den Berstkopf auszuüben, ein röhrenförmiges Gehäuse, in dem das Schlagelement und der Verteilungsmechanismus angebracht sind, eine Zugverbindung, durch die das Schlagwerkzeug von dem Bohrstrang gezogen werden kann, während das Schlagelement gegen den Kopf in die gleiche Richtung wie die durch den Bohrstrang ausgeübte Zugkraft schlägt, und ein Ventil, das die Zufuhr von Druckfluid zu dem Verteilungsmechanismus steuert. Der Berstkopf ist vorzugsweise gleitfähig auf dem Einlassrohr angebracht und bewegt sich relativ zu dem Einlassrohr und dem Bohrstrang nach vorne in Reaktion auf einen Schlag des Schlagelements gegen den Berstkopf. Das rohrförmige Gehäuse, das benötigt wird, um abgedichtete Druckkammern zu bilden, kann einen separaten Werkzeugkörper, eine Verlängerung des Berstkopfes oder ein vorderer Endbereich des Kunststoffersatzrohrs sein, wie später beschrieben wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in dem Einlassrohr ein Ventil vorgesehen, das das Druckfluid absperren kann, z. B. in Reaktion auf ein Nachlassen der Zugkraft auf den Bohrstrang, das die relative Position des Einlassrohrs und des Berstkopfes verändert. Der Verteilungsmechanismus stößt Abgas nach hinten aus dem röhrenförmigen Gehäuse aus, und es sind geeignete Mittel vorgesehen, um das Ersatzrohr hinter dem Berstkopf herzuziehen. Zum Beispiel könnte das Ersatzrohr in dem nach hinten offenen Hohlraum des Kopfes befestigt sein, so dass ein vorderer Endbereich des Ersatzrohres das rohrförmige Gehäuse bildet.
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Der Verteilungsmechanismus des Schlagwerkzeuges kann von jeder geeigneten Art sein, aber ein bevorzugter Mechanismus umfasst einen nach hinten offenen Hohlraum in dem Schlagelement, ein radiales Auslassloch in dem Schlagelement, das mit dem Hohlraum in Verbindung steht, ein hinteres Dichtungslager, durch das das Schlagelement gleitfähig und abgedichtet an der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Gehäuses anliegt, ein radiales Auslassloch in dem Einlassrohr, das Druckfluid aus dem Einlassrohr in den nach hinten offenen Hohlraum in dem Schlagelement eintreten lässt, und eine Hülse, die auf dem Einlassrohr hinter dem radialen Auslassloch darin in gleitfähigem, dichtenden Kontakt mit einer inneren Oberfläche des Schlagelements innerhalb des Hohlraums angebracht ist und eine hintere Druckkammer in dem Hohlraum vor der Hülse bildet. Druckfluid in der hinteren Druckkammer bewirkt einen Vorwärtshub des Schlagelements, was zu einem Aufschlag gegen den Berstkopf führt und bewirkt, dass das radiale Auslassloch in dem Schlagelement sich über die Vorderkante der Hülse hinaus bewegt. Dies wiederum bewirkt, dass Druckfluid aus der hinteren Druckkammer nach außen in eine vordere Druckkammer außerhalb des Schlagelements zwischen dem Schlagelement und dem röhrenförmigen Gehäuse fließt, wodurch bewirkt wird, dass das Schlagelement sich nach hinten bewegt, bis das radiale Auslassloch in dem Schlagelement sich über die hintere Kante der Hülse hinaus bewegt. Die Hülse des Verteilungsmechanismus kann an dem Einlassrohr angebracht sein, so dass kein hinterer Aufbau zum Befestigen des Verteilungsmechanismus an dem rohrförmigen Gehäuse benötigt wird. ”Radial” bedeutet im Zusammenhang mit der Erfindung eine Richtung, die von der Mittelachse nach außen wegführt, ist aber nicht auf eine Richtung beschränkt, die senkrecht zu der Mittelachse ist. Ein radiales Auslassloch könnte beispielsweise auch in Längrichtung geneigt sein.
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Ein alternativer pneumatischer Schlagmechanismus kann in vorteilhafter Weise in einem Schlagwerkzeug zum Bersten oder Zertrümmern von Rohren verwendet werden und kann an andere Arten von Schlaggeräten angepasst werden, wie etwa Bodenstechwerkzeuge und Presslufthammer. Ein solcher Mechanismus umfasst als allgemeine Komponenten einen rohrförmigen Rumpf mit einem nach hinten offenen Hohlraum und einer Vorderendöffnung, die mit dem Hohlraum in Verbindung steht, ein Einlassrohr, das an seinem vorderen Ende mit einer Druckfluidquelle verbindbar ist und durch die Vorderendöffnung in den Hohlraum des Rumpfes verläuft, ein Schlagelement, das gleitend beweglich entlang des Einlassrohrs und der inneren Oberfläche des Rumpfes gelagert ist, um vorwärtsgerichtete Schläge zu liefern, wobei das Schlagelement einen nach hinten offenen Hohlraum und ein vordere zentrale Öffnung mit einem kleineren Durchmesser als der Hohlraum hat, wobei die vordere zentrale Öffnung mit dem Hohlraum in Verbindung steht, wobei durch die vordere Öffnung das Lufteinlassrohr verläuft, und einen Verteilungsmechanismus, der in Reaktion auf durch das Einlassrohr zugeführtes Druckfluid das Schlagelement dazu veranlasst, sich zyklisch hin- und herzubewegen. Der Verteilungsmechanismus umfasst eine radiale Öffnung in dem Einlassrohr, die es ermöglicht, dass Druckfluid aus dem Inneren des Einlassrohrs in den nach hinten offenen Hohlraum in dem Schlagelement eintritt, eine Hülse, die hinten an dem Einlassrohr in gleitender, dichtender Beziehung mit einer Wand des nach hinten offenen Hohlraums in dem Schlagelement angebracht ist und eine Druckkammer zum Antreiben des Schlagelements nach vorne bildet, einen ersten Durchgang, um zu ermöglichen, das Druckfluid aus der hinteren Druckkammer in eine vordere Druckkammer vor dem Schlagelement eintritt, um das Schlagelement nach einem Schlag nach hinten zu bewegen, wobei der Durchgang während eines Teils des Schlagelementzyklus, in dem das Schlagelement vorwärtsgetrieben wird, von der hinteren Druckkammer getrennt ist, und einen zweiten Durchgang zum Entlüften der vorderen Druckkammer, nachdem das Schlagelement um eine ausreichende Strecke nach hinten bewegt ist. Ein solcher Mechanismus vermeidet die Notwendigkeit, ein radiales Loch durch eine dünne röhrenförmige Wand des Schlagelements vorzusehen, was häufige Ursache für Brüche bei Untergrundstechwerkzeugen vom gestuften Buchsentyp war, der auf Sudnishnikov et al. zurückgeht,
U.S.-Patent Nr. 3,410,354 und
3,756,328 .
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Es kann ein Zugadapter bereitgestellt sein, der an dem hinteren Ende des Berstkopfes befestigt werden kann. Der Adapter hat eine dichtende Wand darin, die verhindert, dass Abgas aus dem Verteilungsmechanismus in das Ersatzrohr eintritt, und Abgasöffnungen, die es erlauben, dass Abgas aus dem Verteilungsmechanismus außerhalb des Zugadapters und des Ersatzrohres abfließt. Wenn der Zugadapter aus Kunststoff hergestellt ist, kann er koaxial an das vordere Ende des Ersatzrohres geschweißt werden.
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Zur Anwendung des Schlagwerkzeuges wird ein Verfahren zur Ersetzung einer vorhandenen Leitung unter Verwendung einer Richtungsbohrmaschine, die einen Bohrstrang und ein Schlagwerkzeug aufweist, das an einem Ende des Bohrstrangs angebracht ist, durchgeführt. Bei einem solchen Verfahren weist das Schlagwerkzeug einen Berstkopf, ein Schlagelement, das Schläge auf den Berstkopf ausübt, und einen druckfluidbetätigten Schlagmechanismus auf. Das Verfahren umfasst:
- (a) Einführen des Bohrstrangs durch die Leitung,
- (b) Befestigen eines äußeren Endes des Bohrstrangs an dem Schlagwerkzeug,
- (c) Ziehen des Bohrstrangs und des Schlagwerkzeugs in die Leitung, während ein Ersatzrohr hinter dem Schlagwerkzeug hergezogen wird, wobei eine vordere Endöffnung des Ersatzrohrs sich in abgedichtetem Zustand befindet,
- (d) Betätigen des Schlagwerkzeugs nach Bedarf, um die Leitung zu zertrümmern, indem ein Druckfluid zugeführt wird, um das Schlagwerkzeug zu betreiben, wobei das Druckfluid ein Schmiermittel enthält, und
- (e) Ausstoßen von Abgasdruckfluid einschließlich des Schmiermittels aus dem Schlagwerkzeug in den Außenraum von Schlagwerkzeug und Ersatzrohr. Eine Ablenkwand oder ein Abflussrohr können verwendet werden, um das Druckfluid hinten zu dem Ersatzrohr zu leiten. Dies verhindert einerseits, dass das Innere des Rohrs mit Abgas verschmutzt wird, und hilft andererseits bei der Installation des neuen Rohrs.
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In einem anderen Verfahren zur Verwendung des Schlagwerkzeugs zum Ersetzen einer vorhandenen Leitung hat der druckfluidbetätigte Schlagmechanismus ein Ventil, das die Zufuhr von Druckfluid zu dem Schlagwerkzeug steuert. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- (a) Einführen des Bohrstrangs durch die Leitung,
- (b) Verbinden des entfernten Endes des Bohrstrangs mit dem Schlagwerkzeug
- (c) Ziehen des Bohrstrangs und des Schlagwerkzeugs in die Leitung, während ein Ersatzrohr hinter dem Schlagwerkzeug hergezogen wird,
- (d) Betätigen des Schlagwerkzeugs, indem an dem Bohrstrang gezogen wird, was das Ventil dazu veranlasst, dem Verteilungsmechanismus Druckfluid zuzuführen, und
- (e) Stoppen des Schlagwerkzeugs, indem die Kraft auf den Bohrstrang vermindert wird. Dadurch wird die Notwendigkeit, das Schlagwergzeug während des Berstvorgangs manuell zu stoppen und zu starten, eliminiert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den beigefügten Zeichnungen stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente dar, außer wo Linien für Querschnittsansichten angedeutet sind:
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1 ist eine schematische Darstellung einer Installation gemäß eines Verfahrens der Erfindung,
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2 ist eine vergrößerte Ansicht des in 1 gezeigten Schlagwerkzeugs,
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3 ist ein Längsschnitt entlang der Linie 3-3, die das Schlagelement in Kontakt mit der Ambossoberfläche des Berstkopfes zeigt,
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4 zeigt die gleiche Ansicht wie 3, wobei das Schlagelement in die Entlüftungsposition zurückgezogen ist,
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5 ist die gleiche Ansicht wie 3, wobei der Berstkopf in einer Stellung ist, um das Luftventil abzuschalten,
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6 ist eine Teilansicht des hinteren Endes einer alternativen Ausführungsform des Schlagwerkzeugs des Erfindung,
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7 ist ein Längsschnitt entlang der Linie 7-7 aus 6,
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8 ist eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform eines Schlagwerkzeuges gemäß der Erfindung in einer nicht-operativen Stellung,
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9 ist ein Längsschnitt des Schlagwerkzeugs aus 8,
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10 ist eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform des Schlagwerkzeugs gemäß 8 und 9 in einer operativen Stellung,
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11 ist ein Längsschnitt des Schlagwerkzeugs aus 10,
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12 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 12-12 in 10 genommen ist,
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13 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 13-13 in 10 genommen ist,
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14 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 14-14 in 10 genommen ist,
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15 ist eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, des Schlagwerkzeuges aus 8 bis 14 in einer abgeknickten Stellung,
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16 ist eine Hinteransicht des Schlagwerkzeuges aus 15,
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17 ist eine vergrößerte Ansicht des Kugelgelenks und Ventilmechanismus, die in 9 gezeigt sind,
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18 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Entfernen eines Schlagwerkzeuges aus einem Schacht gemäß der Erfindung,
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19 ist eine Seitenansicht eines Räumgerätes, das mit einem Kugelgelenk gemäß der Erfindung versehen ist,
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20 ist eine Seitenansicht eines alternativen, nicht unter die Patentansprüche fallenden Schlagwerkzeuges, das durch ein Seil oder eine Kette gezogen werden kann,
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21 ist eine Längsschnittansicht, die entlang der Linie 21-21 in 20 genommen ist,
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22 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 22-22 in 20 genommen ist,
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23 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 23-23 in 20 genommen ist,
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24 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 24-24 in 20 genommen ist,
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25 ist eine Längsschnittansicht des Schlagwerkzeugs 20 unter einem Winkel von 90° in Bezug auf 21,
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26 ist die gleiche Ansicht wie 21, die aber das Ventil in geschlossener Stellung zeigt, und
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27 ist eine schematische Darstellung der Anwendung eines Schlagwerkzeugs der 20 bis 26.
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Während der Aufbau und die Verwendung von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unten detailliert diskutiert werden, sollte anerkannt werden, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte bereitstellt, die in einem weiten Bereich von spezifischen Zusammenhängen anwendbar sind. Die speziellen Ausführungsformen, die hierin diskutiert werden, illustrieren nur spezielle Wege zur Ausführung und Verwendung der Erfindung und sollen den Umfang der Erfindung nicht beschränken.
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Detallierte Beschreibung
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Mit Bezugnahme auf 1 umfasst ein Rohrberst- und Ersetzungssystem 10 ein Schlagwerkzeug 11, das von einer Richtungsbohrmaschine 12 (directional drilling machine) mittels eines Bohrstrangs 13 gezogen wird. Das Schlagwerkzeug 11 ist in einer Startposition angeordnet, wie etwa einem Schacht oder einer Einstiegsgrube 14, und wird durch eine vorhandene Leitung 16 gezogen, was sie zum Bersten in Bruchstücke 17 bringt, die im Boden verbleiben. Das Ersatzrohr 18 wird hinter dem Schlagwerkzeug 11 hergezogen und nimmt den gleichen Raum wie die vorhandene Leitung ein.
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Das Schlagwerkzeug
11 wie in
2 bis
5 gezeigt umfasst einen Schlagmechanismus, der das Bohren durch den Untergrund oder das Zertrümmern oder Bersten einer vorhandenen Leitung unterstützt. Das Schlagwerkzeug
11 umfasst ein mittleres Lufteinlassrohr
21, das entweder direkt oder mittels eines Adapters
22 mit dem äußeren Ende eines Bohrstrangs
13 verbunden sein kann. Ein kegelförmiger Mantel oder Berstkopf
23 ist außen an dem Rohr
21 in engem gleitfähigen Kontakt damit angebracht. Eine Schulter
24, die zu einem Hinterbereich des Rohrs
21 mit vergrößertem Außendurchmesser führt, liegt an einer abgeschrägten Stufe
26 an der Innenfläche des Kopfes
23 an, so dass durch Ziehen des Bohrstrangs
13 der Kopf
23 vorwärts in Kontakt mit einer vorhandenen Leitung oder einem Bohrloch gezogen wird. Das Ersatzrohr
18 passt in eine hintere Endöffnung
27 in dem Kopf
23 und ist darin mittels Befestigungsmitteln wie etwa Schrauben befestigt, die durch radiale Löcher
28 durch den hinteren zylindrischen Bereich des Kopfes
23 hindurchgeführt sind. Das Rohr
18 ist typischerweise aus Kunststoff hergestellt, und so schneiden sich für diesen Zweck verwendete Schrauben direkt in das Rohr
18. Für die Zwecke der Erfindung kann das Rohr
18 den vorderen Endbereich des tatsächlichen Rohrs
18 oder ein separates Kunststoffwerkstück sein (das etwas dicker als das Rohr
18, wie dargestellt, sein kann), an das ein Ende des Rohrs
18 geschweißt ist, wie in
US 6 269 889 A beschrieben ist.
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Ein Schlagelement 31 ist an seinem vorderen Ende auf der äußeren Oberfläche des Rohrs 21 hinter dem Kopf 23 angebracht. Während des Betriebs kann ein Druckfluid, wie etwa Druckluft, die durch das Rohr 21 zugeführt wird, dazu verwendet werden, um das Schlagelement hin- und herzubewegen, was bewirkt, dass das Schlagelement schnelle Stöße auf eine nach hinten weisende innere Ambossoberfläche 32 des Kopfes 23 ausübt. Zu diesem Zweck wird Druckluft aus der Maschine 12 durch den Bohrstrang 13 in das Rohr 21 geführt. Das Rohr 21 hat einen vorderen Zentraldurchflussdurchgang 33, der zu einem inneren Ventil 34 führt. Das Ventil 34 steuert den Betrieb des Schlagmechanismus. Der vordere Durchflussdurchgang 33 endet wie dargestellt in einer oder mehreren radialen Durchgängen 36, die einen Teil des Ventils 34 bilden. In der in 3 dargestellten Stellung, stehen die Durchgänge 36 mit einer ringförmigen Nut 37 an der inneren Oberfläche des Kopfes 23 in Verbindung. Druckluft kann aus den Durchgängen 36 durch die Nut 37 zu einem zweiten Satz von radialen Durchgängen 38 hinter den Durchgängen 36 fließen. Die Durchgänge 38 führen die Druckluft wiederum zu einem hinteren Durchflussdurchgang 39 in dem Rohr 21 durch eine Reihe von hinteren radialen Durchgängen 41, die im Bereich des hinteren Endes des Rohrs 21 angeordnet sind, wobei das Ende durch eine Kappe 42 abgedichtet ist.
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Auf diese Weise wird Druckluft in eine hintere Druckkammer 43 geleitet, die durch einen nach hinten offenen Hohlraum 45 in dem Schlagelement 31 und eine Hülse 44 gebildet wird, die an dem Rohr 21 hinter den Löchern 41 befestigt ist. Dichtungen 46 sind in ringförmigen Nuten auf der Außenseite der Hülse 44 angebracht und sind gleitfähig, dichtend in Anlage an der inneren Oberfläche des Schlagelements 31. Infolgedessen kann Druckluft in der Kammer 43 nur durch die radialen Anschlüsse 47 in eine vordere ringförmige variable Druckkammer 48 entweichen. Eine ringförmige Dichtung 51 hinten an der äußeren Oberfläche des Schlagelements 31 verhindert, dass Druckluft aus der vorderen Kammer 48 austritt. Infolgedessen bewirkt die größere Oberfläche des Schlagelements 31, dass die durch die Druckluft ausgeübte Nettokraft das Schlagelement 31 nach hinten bewegt, bis die Anschlüsse 47 über die hintere Kante der Hülse 44 hinaus gelangt sind, wie in 4 gezeigt. An diesem Punkt lässt die vordere Druckkammer 48 Druck in das Innere des Ersatzrohres 18 ab, der Druck in der konstanten Druckkammer 43 wird größer als der Druck in der vorderen Kammer 48 und das Schlagelement 31 wird vorwärtsgetrieben, bis es auf die Ambossoberfläche 32 aufschlägt. Der Zyklus wiederholt sich dann, solange das Ventil 34 offenbleibt. In dieser Ausführungsform ist der Schlagmechanismus so bemessen, um eng in das Rohr 18 zu passen und um das Rohr 18 als Schlagwerkzeugrumpf zu nutzen, was die Notwendigkeit für einen teuren Stahlwerkzeugrumpf eliminiert. Anders als Schlagelemente, die gewöhnlich in pneumatischen Bodenstechwerkzeugen verwendet werden, gleitet das Schlagelement 31 außerhalb des Rohrs 21 entlang, aber berührt vorzugsweise nicht das Innere des Rohrs 18 oder eines entsprechenden Metallwerkzeugrumpfes an irgendeiner Stelle außer an der hinteren Dichtung 51.
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Der Berstkopf 23 ist vorzugsweise, anders als der Körper eines typischen pneumatischen Stechwerkzeuges, frei zur Bewegung vorwärts über eine kurze Strecke D relativ zu dem Rest des Schlagwerkzeuges 11, in Reaktion auf einen Schlag, den er von dem Schlagelement 31 erhält. Ein Vorderbereich des Adapters 22 mit vergrößertem Durchmesser definiert einen Anschlag für das vordere Ende 56 des Kopfes 23, aber in der Praxis ist die Strecke D so gewählt, dass der Kopf 23 sich nicht weiter als eine sehr begrenzte Strecke nach vorne bewegt, vorzugsweise etwas weniger als die Strecke D, typischerweise etwa 0,1 bis 0,5 Zoll während des normalen Betriebs. Der Widerstand des Bodens und/oder der vorhandenen Leitung vor dem Kopf 23, zusammen mit dem Bewegungswiderstand des Ersatzrohrs 18 begrenzt diese Vorwärtsbewegung. Die Entkopplung des Kopfes 23 von dem Bohrstrang 13 ist in der Erfindung bevorzugt, weil ein fixierter Berstkopf es zulassen würde, dass Schläge von dem Schlagelement direkt auf den Bohrstrang übertragen werden, was sowohl den Bohrstrang 13 als auch die Richtungsbohrmaschine 12 beschädigt. In dem Ausmaß, wie diese Bewegung das Luftventil 34 vollständig oder teilweise verschließt, öffnet die konstante, von dem Bohrstrang ausgeübte Zugkraft nach dem Schlag das Ventil 34 wieder.
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Alternativ, wenn der Berstkopf nicht beweglich relativ zu dem Einlassrohr ist, ist es bevorzugt, eine weiche Verbindung oder ein Seil zwischen dem äußeren Ende des Bohrstrangs und der Front des Schlagwerkzeugs 11 einzusetzen, so dass die Schlagkraft während eines Schlages nicht zurück durch den Bohrstrang übertragen wird, aber das Schlagwerkzeug 11 immer noch durch den Bohrstrang gezogen werden kann. Für diesen Zweck kann es notwendig sein, sowohl eine Seilverbindung (zum Ziehen) und eine getrennte Luftschlauchverbindung vorzusehen, um Druckluft aus dem Bohrstrang zu dem Kopf zu leiten, was zu Unbequemlichkeiten für den Betreiber führt.
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Für einige Bohroperationen, wie zum Beispiel bei der Installation einer Gas- oder Wasserleitung kann es wünschenswert sein, die Verschmutzung des Inneren des Ersatzrohres mit dem Abgas aus dem Schlagwerkzeug zu vermeiden, das Öl oder andere Verschmutzungen mit sich tragen kann. Zu diesem Zweck, wie in den
6 und
7 gezeigt, kann ein separater Werkzeugmantel
71, der vollständig aus Kunststoff sein kann oder einen Vorderbereich
76 aus Metall haben kann, mit einem hinteren Kunststoffbereich
77 durch Schrauben, Gewinde oder dergleichen verbunden sein. Der Kunststoffendbereich
76 hat eine abdichtende Endwand
78 und ein oder mehrere radiale Löcher
79 gerade vor der Wand
72. Alternativ kann das führende Ende des Ersatzrohres hinter dem Schlagwerkzeug in einer herkömmlichen Weise gezogen werden, mit einer entfernbaren Kappe, die über seinem offenen Ende befestigt ist, um die Verschmutzung zu verhindern. Auf diese Weise kann während der Entlüftungsphase des Zyklus Druckluft, die die vordere Druckkammer verlässt, in den Außenraum des Rohrs
18 entweichen. Ein überhängender Flansch
74 oder ein Einwegventilmechanismus kann dazu verwendet werden, um zu verhindern, dass Schmutzteilchen durch die Löcher
79 während der Perioden eintreten können, wenn der Raum
81 vor der Endwand
78 nicht unter Druck ist. Wenn der Werkzeugrumpf
71 oder der hintere Bereich
77 aus Kunststoff von demselben Typ wie das Rohr
18 ist, können die beiden Ende an Ende zusammengeschweißt werden und später auseinandergesägt werden, wenn der Betriebslauf abgeschlossen ist, wie in
US 6 269 889 A beschrieben.
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Gemäß einer bevorzugten Version dieser Ausführungsform enthält das zum Antreiben des Schlagmechanismus verwendete Druckfluid einen Schaumbildner einer Art, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, der bewirkt, dass Druckluft bei der Druckentspannung einen Schmierstoffschaum bildet. Das Abgas wird dann außerhalb des Rohrs 18 zu einem Schaum, der es schmiert und seinen Durchgang im Boden erleichtert, was die Bohreffektivität auf Grund geringerer Reibung zwischen dem Ersatzrohr und dem Boden erhöht und Beschädigungen des neuen Rohrs reduziert, wenn es durch den Boden mit den Bruckstücken des alten Rohrs darum herum gezogen wird.
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Wenn die Einheit im Betrieb ist, ist das Ventil 34, wie oben diskutiert und in 3 und 4 gezeigt, offen. Wenn jedoch der Bohrstrang keine Zugkraft mehr auf das Schlagwerkzeug 11 ausübt, bewegt sich der Kopf 23 in seine vorderste Stellung, wie in 5 gezeigt. Die ringförmige Nut 37 wird dadurch von den hinteren radialen Durchgängen 38 getrennt, wodurch die Zufuhr von Druckluft zu dem Schlagmechanismus abgeschnitten wird und das Schlagelement zum Stoppen gebracht wird. Der Schlagmechanismus startet dann wieder, wenn eine durch den Bohrstrang ausgeübte Zugkraft wieder bewirkt, dass das Ventil sich öffnet, wie in den 3 und 4 gezeigt. In dieser Weise dient die Bewegung des Kopfes 23 über einen begrenzten Bereich einem zweifachen Zweck, sowohl als Abschaltventil zu wirken als auch den Bohrstrang vor Schlägen zu schützen.
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Im Betrieb, so wie in 1 gezeigt, wird zunächst der Bohrstrang 13 durch die vorhandene Leitung zu der Startposition geführt. Dies geschieht vorzugsweise, indem die Richtungsbohrmaschine 12 mit einer herkömmlichen Bohrerspitze betrieben wird, um von einer ersten Oberflächenposition 15 auf der Bodenoberfläche zu einer Austrittsstelle zu bohren, wie etwa einer Ausgangsgrube oder einem Schacht 19. Dann wird der Bohrstrang durch die vorhandene Leitung 16 zu der Eintrittsposition geführt, wie etwa der Eintrittsgrube oder dem Schacht 14. Hier wird die Bohrerspitze wieder angebracht und die Bohrmaschine bohrt nach oben zu einer zweiten Oberflächenposition 20. Wenn notwendig, kann eine am Boden des Schachtes 14 positionierte Ablenkplatte verwendet werden, um den Bohrstrang 13 in dem gewünschten Winkel nach oben zu lenken, oder es können Ketten, die durch eine Winde gezogen werden, dazu verwendet werden, um den Bohrstrang in dem Schacht 14 nach oben zu ziehen. Wenn die Bohrspitze und der Bohrstrang die zweite Oberflächenposition 20 erreichen, wird die Bohrspitze entfernt und durch das Schlagwerkzeug 11 ersetzt und das Ersatzrohr 18 wird hinten am Schlagwerkzeug 11 durch Schrauben oder durch Schweiften, wie oben diskutiert, oder durch andere geeignete Mittel wie einen Rohrzugadapter angebracht.
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Der Bohrstrang wird dann nach unten zu der Eintrittsgrube oder dem Schacht 14 zurückgezogen, um mit dem Lauf zu beginnen. Die Maschine 12 wird dann dazu betrieben, um das Schlagwerkzeug 11 zurück zu der Ausgangsposition 19 zu ziehen, wie dargestellt, während Druckluft oder ein anderes Fluid durch den Innenraum des Bohrstrangs zugeführt wird, um den Schlagmechanismus zu betreiben. Jedesmal, wenn ein neuer Abschnitt des Bohrgestänges hinzugefügt werden muss, bewirkt das Ventil 34 auf Grund der reduzierten Spannung in dem Bohrstrang wie oben beschrieben, dass der Schlagmechanismus automatisch stoppt, ohne dass der Bediener den Betrieb des Schlagwerkzeugs von Hand steuern muss. Dies ist ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung, da praktisch alle gegenwärtig kommerziell verwendeten Rohrberstsysteme mit Unterbrechungen, nicht kontinuierlich arbeiten. Das Schlagwerkzeug muss stoppen, während die Bedienungsperson eine Stange aus dem Bohrstrang entnimmt oder hinzufügt oder zwischen den Hüben im Falle eines hydraulischen Zugsystems. Wenn das Schlagwerkzeug 11 in die Ausgangsgrube oder Schacht 19 austritt, kann es von dem Ersatzrohr 18 getrennt werden, und der gesamte Mechanismus kann aus dem Rohr herausgezogen und durch die Öffnung des Schachtes 19 entfernt werden.
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Der Schlagmechanismus der Erfindung kann kräftige Schläge mit einem viel einfacheren Schlagmechanismus bewirken als Systeme, die auf Drehung des Bohrstrangs, Federkraft oder dergleichen basieren, um das Schlagelement zu treiben. Die Verwendung von Schaum außerhalb des Lochs für das Ersatzrohr schmiert das Ersatzrohr, wodurch es einfacher zu ziehen ist. Die vorhergehende Struktur, die den Kopf entkoppelt, so dass er sich relativ zu dem Bohrstrang bewegen kann, reduziert den Verschleiß an dem Bohrstrang und an der Bohrmaschine ganz erheblich, aber ohne Notwendigkeit für zusätzliche Verbinder, wie etwa ein weiches Verbindungsglied.
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8 bis 17 illustrieren ein alternatives Schlagwerkzeug 211 gemäß der Erfindung. Das Schlagwerkzeug 211 umfasst ein mittiges Lufteinlassrohr 221, das entweder direkt oder mittels eines Adapters 222 mit dem äußeren Ende des Bohrstrangs 13 verbunden sein kann. In dieser Ausführungsform ist jedoch der Adapter 222 durch ein Kugelgelenk 201, das später beschrieben wird, mit dem Rohr 221 verbunden. Ein gestufter kegelförmiger Mantel oder Berstkopf 223 ist an der Außenseite des Rohrs 221 eng anliegend, in gleitfähigem Kontakt damit angebracht. Eine Schulter 224 des Rohrs 221 liegt an einer abgeschrägten Stufe 226 an der Innenfläche des Kopfes 223 an, so dass das Ziehen des Bohrstrangs 13 den Kopf 223 vorwärts und in Kontakt mit der vorhandenen Leitung und dem Bohrloch zieht. Das Ersatzrohr 18 passt in die hintere Endöffnung 227 in dem Kopf 223 und ist darin durch Befestigungsmittel wie etwa Schrauben befestigt, die durch radiale Löcher 228 durch einen hinteren zylindrischen Bereich des Kopfes 223 eingesetzt sind. In dieser Ausführungsform hat der Kopf 223 eine ausreichende Länge, um den gesamten Schlagmechanismus aufzunehmen; das Ersatzrohr wird nicht als Werkzeugrumpf verwendet.
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Ein Schlagelement 231 ist an seinem vorderen Ende hinter dem Kopf 223 auf der äußeren Oberfläche des Rohrs 221 angebracht. Während des Betriebs bewegt, wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, ein Druckfluid, wie etwa Druckluft, die durch das Rohr 221 eingespeist wird, das Schlagelement 231 hin und her und veranlasst es, schnelle Schläge auf eine nach hinten weisende innere Ambossfläche 232 des Kopfes 223 auszuüben. Zu diesem Zweck wird Druckluft aus der Maschine 12 durch den Bohrstrang 13, den Adapter 222 und das Kugelgelenk 201 in das Rohr 221 eingespeist. Das Rohr 221 hat einen vorderen, mittigen Durchflussdurchgang 233, der zu einem internen Ventil 234 führt, das den Betrieb des Schlagmechanismus steuert. Der vordere Durchflussdurchgang 231 endet in einer oder mehreren nach hinten abgewinkelten, radialen Durchgängen 236, die einen Teil des Ventils 234 bilden. Die Durchgänge 236 stehen mit einer ringförmigen Nut 237 an der inneren Oberfläche des Kopfes 232 in Verbindung. Druckluft kann von den Durchgängen 236 durch die Nut 237 zu einem zweiten Satz von radialen Durchgängen 238 hinter den Durchgängen 236 fließen, wenn sie sich in der geöffneten Stellung wie in 11 gezeigt, befinden. Die Durchgänge 238 leiten Druckluft zu einem hinteren Durchflussdurchgang 239 in dem Rohr 221, durch eine Reihe von hinteren radialen Durchgängen 241, die am hinteren Ende des Rohrs 221 angeordnet sind, dass durch eine Kappe 241 abgedichtet ist. Auf diese Weise wird Druckluft in eine hintere Druckkammer 243 geleitet, die von einem nach hinten sich öffnenden Hohlraum 245 in dem Schlagelement 231 und einer Hülse 244 gebildet wird, die an dem Rohr 221 hinter den Öffnungen 241 befestigt ist. Dichtungen 246, die in ringförmigen Nuten auf der Außenseite der Hülse 244 angebracht sind, sind in gleitfähigem, dichtendem Kontakt mit der inneren Oberfläche des Schlagelements 231. Das hintere Ende des Rohrs 221 wird durch eine Deckplatte 247 abgedichtet, die durch Bolzen 249 im hinteren Ende der Hülse 244 befestigt ist.
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An diesem Punkt unterscheidet sich der Schlagmechanismus erheblich von der vorhergehenden Ausführungsform. Es sind keine radialen Anschlüsse durch das Schlagelement ähnlich den Anschlüssen 47 vorgesehen. Stattdessen hat das Lufteinlassrohr 221 einen vorderen Bereich 301 mit vergrößertem Durchmesser, der dichtend an der Innenseite des Kopfes 223 anliegt. Durchgänge 236, 238 öffnen sich an dem vorderen und hinteren Ende des Vorderbereichs 301. Wenn das Schlagwerkzeug 11 in seiner ausgeschalteten Stellung ist, wie in 9 gezeigt, ist ein ringförmiger Durchgang 302, der sich zwischen der Außenseite des Rohrs 221 und der Innenseite des Schlagelements 231 erstreckt, abgedichtet gegenüber der vorderen Druckkammer 248 mit variablen Volumen, was effektiv ein zweites Ventil zum Stoppen des Schlagwerkzeugs bereitsstellt, wenn erforderlich. Wenn das Rohr 221 durch den Bohrstrang nach vorne in die Position wie in 11 gezeigt gezogen wird, kann der Durchgang 302 nun Druckluft von der hinteren Kammer 243 zu der Vorderseite des Schlagelements zuführen, d. h. zu der vorderen Kammer 248. Ein hinterer Bereich 303 des Rohrs 221 mit vergrößertem Durchmesser, der vorzugsweise mit einem Dichtungsring 304 versehen ist, liegt auch dichtend an der Innenseite des Kopfes 223 an, um den Durchgang 302 zu bestimmten Zeiten im Zyklus abzusperren. Eine nach hinten sich öffnende Gegenbohrung oder eine Anzahl von parallelen Nuten 306 in der Wand des Durchgangs 302 als Umgehungsdurchgänge wirken, die es ermöglichen, dass Druckluft vorbei dem vergrößerten Bereich 303 fließt, wenn das Schlagelement seinen Schlag wie in 9 gezeigt, ausgeübt hat, was das Schlagelement veranlasst, sich nach hinten zu bewegen. Die vordere Kammer 248 wird von der hinteren Kammer 243 abgetrennt, wenn der Bereich 303 das Vorderende der Gegenbohrung 306 erreicht.
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Die vordere Druckkammer lässt Druck ab, wenn eine hintere ringförmige Dichtung 251 an der Außenseite des Schlagelements einen oder mehrere Entlüftungsdurchgänge 307 freigibt, die in der Innenwand des Kopfes 223 eingearbeitet sind, wie in 15 gezeigt. Der Druck in der hinteren Druckkammer 243 wird dann größer als der Druck in vorderen Kammer 248, und der Schlagzyklus wiederholt sich. Damit der Raum vor dem Schlagelement 32 mit den Entlüftungsdurchgängen 307 kommunizieren kann, hat das Schlagelement 231 eine oder mehrere Längsnuten 309 durch den Kopfbereich des Schlagelements, der an der Innenwand des Kopfes 223 hinter der sich verjüngende Nase 310 anliegt, und einen Hinterbereich mit reduziertem Durchmesser, der einen ringförmigen Luftdurchgang 311 bildet, der zurück zu dem Entlüftungsdurchgang 307 verläuft. Die Dichtung 251 und der hintere Bereich 303 des Rohrs 221 sind als aufgeschraubte Ringe gezeigt, aber sie sind, sofern nicht eine Einstellbarkeit benötigt wird, vorzugsweise in einem Stück mit ihren jeweiligen Grundteilen ausgebildet.
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Das Schlagelement fährt mit der Hin- und Herbewegung in dieser Weise fort, bis die Spannung an dem Bohrstrang nachlässt, was bewirkt, dass sich die Lücke zwischen dem Kopf 232 und dem Kugelgelenk 201 schließt, wodurch das Ventil 234 geschlossen wird und die Zufuhr von Druckluft (oder anderem Fluid) zu der hinteren Kammer 243 abgeschnitten wird. Die Entlüftungsdurchgänge 307 können, wenn erwünscht, direkt radial verlaufen oder unter einem Winkel nach hinten, um das Abgas nach außen von dem Berstkopf abzuleiten, anstatt nach hinten in das Ersatzrohr, aus den oben diskutierten Gründen. Die Durchgänge 307A (gepunktet), die die Durchgänge 307 ersetzen, können für diesen Zweck angeordnet sein.
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Das Kugelgelenk 201 vor dem Schlagwerkzeug 211 bietet eine Flexibilität für ein gelegentliches Schwenken der Vorrichtung relativ zu dem Bohrstrang und erleichtert die Entfernung des Schlagwerkzeugs 211 aus einem engen Raum, wie zum Beispiel einem Schacht, in dem eine Vergrößerung des Raumes zum Entfernen des Kopfes eine Beschädigung der vorhandenen Struktur mit sich bringen würde. Das Kugelgelenk 201 umfasst eine zylindrische, vorne offene Fassung 320 mit dem gleichen Durchmesser wie das Vorderende des Kopfes 223, einen Kugelaufbau 321, der am Boden der Fassung 320 angeordnet ist, und einen Stift 325 zum Koppeln des Kugelgelenks 201 an einen erweiterten Endbereich 218 des Adapters 222. Ein vorderer Endbereich 219 des Adapters 222 hat innen oder außen Gewindebereiche, die zur direkten Verbindung mit dem Ende des Bohrstrangs geeignet sind. Wie in 17 gezeigt, weist der Kugelaufbau 321 vordere und hintere Abschnitte 322, 323 auf, die durch Bolzen 324 verbunden sind. Die Abschnitte 322, 323 haben ausgerichtete, mit Gewinden versehene, hindurchgehende Löcher, die es erlauben, dass das Kugelgelenk 201 durch Schraubverbindung mit einem Außengewinde auf dem vorderen Endbereich des Rohrs 221 befestigt wird. Das Anziehen der Bolzen 324 mit einer leichten Trennung zwischen den Abschnitten 322, 323, bewirkt eine Klemmkraft auf jede der Schraubverbindungen und macht das Kugelgelenk 201 sicherer und doch leichter zu entfernen nach Lösen der Bolzen 324.
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Nachdem der Kugelaufbau 321 und die Fassung 320 an dem Rohr 221 wie dargestellt angebracht sind, wird ein hinteres Ende des Adapters 222 in die Fassung 320 eingesetzt, bis ein Querloch 326 darin in Ausrichtung mit einem Paar von gleichgroßen Querlöchern 327 in der Fassung 320 ist. Dann wird der Stift 325 durch die Löcher 326, 327 eingesetzt, um den Adapter 222 und das Kugelgelenk 201 aneinander zu koppeln. Der Stift 325 kann im Presssitz darin sitzen oder durch einen weiteren Haltestift gesichert sein, wie etwa einen Rollstift, der senkrecht zur Länge des Stiftes 325 ausgerichtet ist und durch ein Loch 330 in dem Stift 325 und entsprechende Löcher in der Fassung 320 und dem Adapter 222 in Ausrichtung mit dem Loch 330 verläuft. Der Stift 325 hat ein hindurchgehendes Loch 329, das mit einer Bohrung 331 des Adapters 222 und dem Durchgang 233 zum Durchführen von Druckluft oder anderem Druckfluid zu dem Schlagmechanismus ausgerichtet ist. Eine vordere Endfläche 332 des Adapters 222 ist abgerundet wie eine innere Haltefläche 333 der Fassung 320, um zu der Krümmung des Kugelaufbaus 321 zu passen. Ein kleiner Zwischenraum verbleibt zwischen dem Adapter 222 und dem Kugelaufbau 321, durch den Druckluft in das Kugellager eintreten kann, aber der Stahl-auf-Stahl-Kontakt des Kugelaufbaus 321 mit der Oberfläche 333 der Fassung 320 liefert eine ausreichende Dichtung, wenn das Schlagwerkzeug läuft.
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Das Kugellager 201 bietet eine Anzahl von Vorteilen. Wenn der Berstkopf in das vorhandene Rohr eintritt, wird der Bohrstrang in einem Winkel geschwenkt sein. Das Kugellager erleichtert es, dass sich der Berstkopf mit dem vorhandenen Rohr ausrichtet und dass der Kopf leichten Richtungsänderungen in dem vorhandenen Rohr folgt, ohne festzuklemmen. Mit Bezug auf 18 muss das Schlagwerkzeug 211, sobald die Vorrichtung in einen Austrittsschacht 319 kommt, entfernt und durch die vorhandene Schachtöffnung 341 entnommen werden. Zu diesem Zweck muss das Schlagwerkzeug 211 sowohl von dem Bohrstrang 13 (am Vorderende) und von dem Ersatzrohr 18 (am hinteren Ende) gelöst werden. Der Schacht 319 kann zu schmal sein, um dies zu erlauben, wenn das Schlagwerkzeug 211 gerade (koaxial) relativ zu dem Bohrstrang liegt. Gemäß einem Verfahren zum Auseinandernehmen gemäß der Erfindung wird der Bohrstrang zunächst weit genug nach vorne gezogen, so dass der Schraubensatz in den Öffnungen 228 zugänglich ist, und das Schlagwerkzeug 211 wird von dem Ersatzrohr 18 durch Entfernen der Schrauben, Bolzen oder anderer Befestigungsmittel gelöst. An diesem Punkt kann das Kugellager 201 tatsächlich um einige Zoll außerhalb des Schachtes an der gegenüberliegenden Seite liegen. Der Kopf 223 wird dann nach oben geklappt und über das Ende des Rohrs 18, und der Bohrstrang 13 wird dann um eine kurze Strecke (zum Beispiel 6 bis 10 Zoll oder dergleichen) bewegt, um das Gelenk 201 in dem Schacht wie dargestellt, zugänglich zu machen. Das Gelenk wird dann durch Entfernen des Stiftes 325 gelöst, der Bohrstrang 13 wird mit dem darin befestigten Adapter 222 zurückgezogen und das Schlagwerkzeug 211 wird aus dem Schacht 319 mittels einer Winde oder dergleichen durch die Öffnung 341 herausgehoben. Dies erleichtert die Anwendung des Berstsystems in städtischen Gebieten erheblich, wo Abflussleitungen, die mit Schächten verbunden sind, zertrümmert und ersetzt werden müssen.
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Das Kugelgelenk 201 hat einen erheblichen Durchmesser und ist im Allgemeinen nur verwendbar, wenn der Innendurchmesser der vorhandenen Leitung relativ groß ist, d. h. wenigstens größer als der Außendurchmesser des Kugelgelenks. Es könnte jedoch ein zweiter kleinerer Expander vor dem Gelenk 201 angeordnet werden, um genügend Freiraum zu schaffen. Ferner könnte ein Kugelgelenk gemäß der Erfindung auch dazu verwendet werden, um ein Räumgerät mit ähnlicher Form wie der Kopf 223 an einem Bohrstrang anzubringen, aber ohne ein internes Schlagwerkzeug, zur Verwendung beim Räumen (backreaming) zum Aufweisen eines vorhandenen Lochs. Wie zum Beispiel in 19 gezeigt, sind ein Adapter 222 und ein Kugelgelenk 201 vor einem herkömmlichen Räumgerät 340 an einem mit einem Gewinde versehenen Vorsprung 341 am vorderen Ende des Räumgeräts 340 angebracht, wobei der Vorsprung 341 in einer Gewindeöffnung 342 an dem hinteren Ende des Kugelgelenks 201 eingeschraubt ist. Bei einem doppelten Räumaufbau, bei dem ein erstes Räumgerät mit kleinerem Durchmesser mit dem Bohrstrang verbunden ist und ein zweites Räumgerät mit größerem Durchmesser an dem hinteren Ende des ersten befestigt ist, kann das Kugelgelenk der Erfindung als Mittel zum Verbinden des zweiten Räumgerätes mit dem hinteren Ende des ersten Räumgerätes verwendet werden, so dass das doppelte Räumgerätsystem dazu in der Lage wäre, sich entlang seiner Länge zu verschwenken, wenn notwendig.
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20 bis 26 illustrieren eine nicht unter die Patentansprüche fallende Abwandlung eines Schlagwerkzeugs 411, das bei Zug in Betrieb gesetzt wird und das Elemente mit den vorherigen Ausführungsformen gemeinsam hat. Das mittige Lufteinlassrohr 421, der Berstkopf 423, das Rohr 421, die Schulter 424, die Stufe 426, die rückwärtige Öffnung 427, die radialen Löcher 428, das Schlagelement 431, die Ambossoberfläche 432, die ringförmige Nut 437, die hintere Druckkammer 443, die Hülse 444, der hinten offene Hohlraum 445, die Dichtung 446, die Deckplatte 447, die vordere Druckkammer 448 und die Bolzen 449 sind im Wesentlichen die gleichen wie oben mit entsprechenden Bezugszeichen 211 bis 249 beschrieben, sofern nichts anderes angemerkt ist. Das Schlagwerkzeug ist dazu gestaltet, um durch ein Seil oder eine Kette anstatt einem Strang aus Stangen gezogen zu werden, und erhält Druckluft durch einen Schlauch, der innerhalb des Ersatzrohres verläuft und Druckluft zu einer hinteren Endöffnung 452 eines zweiten, inneren Einlassrohres 451 leitet, das innerhalb von und koaxial mit dem Rohr 421 angeordnet ist. Zu diesem Zweck hat die Deckplatte 431 ein mittiges Loch 450, durch das die inneren und äußeren Rohre 451 und 421 verlaufen. Druckluft oder anderes Druckfluid fließt durch einen Durchflussdurchgang 453 im Inneren des Rohrs 451 zu radialen Löchern 456 nahe dem vorderen Ende des Rohrs 421, die mit ausgerichteten Löchern 457 in dem äußeren Rohr 421 kommunizieren.
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In der in den 21 bis 25 gezeigten Stellung, mit dem auf Zug zum Betrieb offenen Ventil, tritt Druckluft in die Nut 437 und fließt zurück durch die Durchgänge 458 in dem äußeren Rohr 421, die mit einem ringförmigen Durchflussdurchgang 459 hinter den Löchern 456, 457 und zwischen den Rohren 421 und 451 in Verbindung stehen. Der Druckluftdurchgang, der im Wesentlichen auf sich selbst verdoppelt ist, führt dann durch hintere radiale Anschlüsse 461 in dem äußeren Rohr 421 und in die hintere Druckkammer 443. An diesem Punkt kann Druckluft nach vorne vorbei an der Dichtung 462 durch die Nuten 463 und in einen ringförmigen Durchgang 464 fließen, in der gleichen Weise wie oben für den Durchgang 302 die Nut 306 beschrieben, was die Rückwärtsbewegung des Schlagelements 431 einleitet. Die Entlüftung der vorderen Druckkammer 448 geschieht, wenn die Vorderenden der hinteren Dichtungen 466 an dem Startelement 431 sich vorbei an den Vorderenden der Entlüftungsnuten 467 bewegen.
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Die resultierende Abwandlung erlaubt die Verwendung einer Druckluftversorgung von hinten in Kombination mit einem vorderen Ventil, das offen bleibt, wenn eine Zugkraft angewendet wird, aber sich in die in 26 gezeigte Stellung schließt, wenn die Zugkraft nachlässt. Für die Zwecke der Verbindung hat ein vorderer Endbereich des äußeren Rohrs 421 einen geeigneten Verbindungsbereich, wie etwa ein Gabelkopf 471, zur Verbindung mit einem Seil. Ein Presssitzstift 472 kann durch ausgerichtete Querlöcher in den inneren und äußeren Rohren 421, 451 eingesetzt werden, um die Rohre zusammenzuhalten. Vorstehende Enden 473 des Stiftes 472 können als Anschlag wirken, der die vorderste Position des Kopfes 423 definiert. Wie in 26 gezeigt, drosselt das Ventil, wenn es sich schließt, die Zufuhr von Druckluft allmählich ab, und in einigen Fällen kann sich das Ventil auch nicht vollständig schließen, was es ermöglicht, dass das Werkzeug mit niedriger Leistung weiterläuft.
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Mit Bezug auf 27, die eine nicht unter die Patentansprüche fallende Abwandlung zeigt, befindet sich ein zertrümmerbares Rohr 514 im Boden 518 unter der Oberfläche 520. Ein erstes Eintrittsloch (nicht gezeigt) wird gegraben, um ein erstes Ende des Rohrs 514 freizulegen, und ein zweites Loch oder eine Ausgangsgrube 532 wird gegraben, um das zweite oder Ausgangsende 536 des Rohrs 514 freizulegen. Das Schlagwerkzeug 411 wird mit der Nase zuerst in das erste Ende des Rohrs 514 eingesetzt. Ein Ersatzrohr 560 wird am hinteren Ende des Schlagwerkzeugs 411 unter Verwendung von Schrauben wie oben beschrieben befestigt.
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Das Schlagwerkzeug 411 wird auch mit einem flexiblen Druckluftschlauch 471 verbunden, der durch den Innenraum des Ersatzrohrs 560 verläuft und der Druckluft von einem Kompressor 472 zuführt, der an der Oberfläche nahe an der Einstiegsgrube angeordnet ist. Ein Vortriebsgerätzugseil 570 wird durch die vorhandene Leitung 514 geführt und an dem Gabelkopf 471 mittels eines Stiftes oder eines Bolzens befestigt.
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In vielen Fällen ist das Seil 570 aus geflochtenen Stahlsträngen hergestellt und steif genug, um manuell vor dem Start des Betriebslaufs durch die vorhandene Leitung 560 eingeführt zu werden. In anderen Fällen, insbesondere bei Abwasserleitungen oder Wasserleitungen, wobei das Innere des Rohrs durch Ablagerungen teilweise verstopft sein kann, kann das Seil 570 eingeführt werden, indem es an einem geeigneten Führungsgerät befestigt wird, wie etwa einer Glasfaserstange oder einer Rohrreinigungsspirale, wenn nötig mit einer schneckenartigen Wirkung, wenn dies nötig ist, um einen Weg für das Seil freizuräumen, und das Führungsgerät durch die Leitung 514 von der Ausgangsgrube zu der Eingangsgrube eingeführt werden. Das Führungsgerät wird dann zurückgezogen und das Seil 570 kann an dem Schlagwerkzeug 411 befestigt werden.
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Ein Seilzugsystem 580 ist in der Ausgangsgrube 532 angeordnet. Das System umfasst einen Zugrahmen 584 mit Schenkeln 588 und einer daran angebrachten Seiltrommel 592. Eine Gegendruckplatte 596 wird gegen eine Seitenwand 600 der Grube 532 platziert, um eine sichere Abstützfläche zu bieten. Das Seil 570 läuft durch einen Schlitz in der Platte 596 und um die Trommel 592 zu einem Seilzuggerät 620. Das Seilzuggerät 620 ist entfernbar in einem geschlitzten Haltering 624 angebracht, der an dem Rahmen 584 befestigt ist. Das Gerät 620 ist vorzugsweise eine hydraulische Doppelzylinder-Seilzugvorrichtung, die mit Spannzangen versehen ist, die operationsmäßig mit den Zylindern miteinander verbunden sind, um das Seil bei jedem Hub eine kurze Strecke zu ziehen. Ein zweiter Satz von Spannzangen ist innerhalb des Rings 624 vorgesehen, um das Seil zwischen den Hüben auf Spannung zu halten. Ein solches System wird kommerziell von der TRIC Trenchless Ltd. vertrieben. Die Zylinder des Geräts 620 sind mit einer Hydraulikpumpe 628 durch ein Paar von Hydraulikleitungen 632 verbunden. Alternativ können die Zylinder des Geräts 620 für Arbeiten, die weniger Kraft benötigen, pneumatische Zylinder sein, die durch Schläuche mit einem Kompressor verbunden sind, der den Platz der Pumpe 628 einnimmt.
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Das beschriebene Hydrauliksystem zieht das Schlagwerkzeug 411 in einer Abfolge von unterbrochenen Hüben. Zwischen den Hüben können verschiedene Mittel, wie Spannzangen oder Klemmbacken verwendet werden, um das Seil auf Spannung zu halten. Das Schlagwerkzeug 411 selbst kann für eine kurze Zeit, nachdem der Hub ausgeführt ist, weiterlaufen, wird aber stoppen oder in seiner Kraft nachlassen, sobald sich der Berstkopf verbunden mit dem Seil vorwärts relativ zu dem Rohr verbunden mit dem Seil vorgeschoben hat, auf das nicht länger eine konstante Zugkraft einwirkt. Dies ist nützlich, weil es Druckluft konserviert und verhindert, dass das Werkzeug das Seil zwischen den Hüben überholt, was möglicherweise zu einer Verwicklung des Seils führen kann. Das auf Zug arbeitende Ventil der Erfindung macht auch das Wiederstarten des Werkzeugs weitaus einfacher, wenn das Werkzeug weit im Untergrund ist, im Vergleich zu einem Ventil, das an der Oberfläche nahe dem Kompressor angeordnet ist.
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Während einige Ausführungsformen der Erfindung für die Zwecke dieser Offenbarung illustriert worden sind, können Fachleute eine Vielzahl von Veränderungen des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung, wie sie hier präsentiert worden sind, ausführen, wobei solche Veränderungen innerhalb des Umfangs und der zu Grunde liegenden Idee der vorliegenden Erfindung liegen, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist. ”Druckfluid” ist so zu verstehen, dass es Druckluft und andere Formen von Fluiden unter Druck umfasst, die für den gleichen Zweck benutzt werden können, wie etwa Gase oder Flüssigkeiten.
