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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Bewegen eines Rohres, insbesondere zum Verbinden eines Rohrabschnitts
mit einem weiteren Rohrabschnitt in einem räumlich begrenzten Umfeld.
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Beim unterirdischen Verlegen oder
Erneuern von Rohrleitungen besteht das Problem, die zu verlegende
Rohrleitung von der Erdoberfläche
in den Verlegekanal bzw. in die Verlegeachse zu bringen, wenn auf
die Vorzüge
der grabenlose Verlegetechnik zurückgegriffen wird, da das Rohr
oder der zu verlegende Rohrabschnitt nicht von der Erdoberfläche in seine
Endposition parallel verfahren werden kann, wie dies beim offene
Rohrverlegen möglich
ist.
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Zum Einbringen eines Rohres oder
eines Rohrabschnitts in die Verlegeachse sind daher verschiedene
Techniken bekannt, die entweder darauf basieren, das zu verlegende
Rohr in einzelnen Rohrabschnitten über eine bis zur Verlegeachse
hinabreichende Grube mit entsprechenden Ausmaßen in die Verlegeachse einzubringen
und dann über
eine Verschiebung längs
der Verlegeachse in seine Endposition zu bewegen oder, soweit Rohre
mit einer gewissen Flexibilität
verwendet werden, den Verlegevorgang von der Erdoberfläche aus
durchzuführen,
wobei das Rohr dann über
einem mehr oder weniger S-förmigen
Pfad in die Verlegeachse eingeschoben oder eingezogen wird.
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Das folglich bereits erschwerte,
da entsprechende Gruben voraussetzende Verlegen von starren Rohren
führt zu
besonderen Schwierigkeiten im Bereich des Verlegens von Rohren in
bestehende Kanalsysteme. Diese sind in der Regel nur über räumlich begrenzte
Normschächte,
sogenannte "Mannlöcher" erreichbar.
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Die vorgegebene Größe solcher
Mannlöcher legt
gleichzeitig die Maximallänge
eines in die Verlegeachse einzubringenden starren Rohrabschnitts fest.
Bei derartigen Verlegeverfahren ist es daher nicht nur erforderlich,
besonders kurze Rohrabschnitte zu verwenden und damit eine Vielzahl
von Verbindungsvorgängen
der einzelnen Rohrabschnitte durchzuführen; darüber hinaus besitzen die für das Verschieben
und Verbinden der Rohrabschnitte erforderlichen Einrichtungen ihren
eigenen Platzbedarf, so daß die
mögliche
verwendbare Baulänge
eines Rohrabschnitts deutlich unter dem Durchmesser der entsprechenden
Norm-Schächte
(Mannlöcher) von
einem Meter liegt. So stehen in der Regel nur 60 bis 70 cm eines
Mannlochs für
den Rohrabschnitt zur Verfügung,
da bereits einige Zentimeter aufgrund der kreisrunden Bauweise üblicher
Normschächte
und weitere Zentimeter für
Schub-, Verbindungs- und Fixierungseinrichtungen verloren gehen.
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Ein weiteres Problem im Stand der
Technik ergibt sich daraus, daß eine
Bedienperson zur Durchführung
des Verbindungs- bzw. Verlegevorgangs im Mannloch zugegen sein muß. Dies
ist insbesondere in der Abwasserkanalisation mit entsprechend starker
Geruchsbelastung und Gesundheitsgefährdung durch schädliche Gase
sowie Bakterien unerwünscht.
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In der deutschen Patentschrift
DE 196 08 056 C1 ist
eine Vorrichtung zum Verbinden kurzer Rohrabschnitte beschrieben,
mit der bereits versucht wird, ein möglichst platzsparendes Bewegen
der Rohrabschnitte durch Ausnutzen des in ausreichendem Maße zur Verfügung stehenden
Vertikalraumes zu erreichen.
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Aus US-Patentschrift
6 039 505 ist es zudem bekannt, zur
Bewegung des Rohres eine Kolben-Zylinder-Einheit zu verwenden, deren
Zylinder teilweise in das zu bewegende Rohr eingeschoben wird. Leitungen,
die zwischen dem Zylinder und dem Rohr zum Ende des Zylinders führen, erlauben
es, in dem Zylinder Druckänderungen
zu erzeugen, durch die der Kolben bewegt wird. Durch die Bewegung
des Kolbens, der gegen die Mannlochwand abgestützt ist, wird das mit dem Zylinder
verbundene Rohr bewegt. Auf diese Weise kann der Platzbedarf für das Mittel
zum horizontalen Bewegen des Rohres reduziert und bei gleicher Mannlochgröße ein längeres Rohr
verlegt werden. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist der große Kraftaufwand,
der benötigt
wird, um das Rohr zu bewegen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zum Bewegen eines Rohres zu schaffen,
welche eine verbesserte Nutzung des zur Verfügung stehenden Verlegeraumes
erlaubt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch
eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den
Raum innerhalb des Rohres für
die Krafterzeugung zu nutzen. Hierzu ist erfindungsgemäß ein Druckraum
vorgesehen, der im wesentlichen innerhalb des Rohres angeordnet
werden kann. Über
eine Medienleitung läßt sich
der Druck im Druckraum erhöhen
oder – bei
einer anderen Ausführungsform – auch ein
Unterdruck erzeugen. Der Druckraum weist Umsetzungsmittel zur Erzeugung
einer Körperbewegung
bei Druckänderung
und Verbindungsmittel zum Übertragen
der Körperbewegung
auf das Rohr auf. Die Umsetzungs- und Verbindungsmittel können dabei
in Form eines relativ zu einem kolbenartigen Grundkörper verfahrbaren
hülsenartigen
Rohradaupters ausgebildet sein. Sie können durch die Druckänderung
beispielsweise relativ zueinander bewegt werden. Indem die Verbindungsmittel,
die den Kontakt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Rohr herstellen,
derart ausgebildet sind, daß bei
in das Rohr eingeschobenem Druckraum dieser im wesentlichen im Rohr
liegt, wird der zur Verfügung
stehende Arbeitsraum optimal genutzt. So können nämlich alle Mittel, die die
Vortriebsbewegung erzeugen in das Rohr verlegt werden, wodurch beispielsweise
bei schiebender Bewegung des Rohrs und am Rohrende angreifenden
Verbindungsmitteln, nur die Verbindungsmittel über die Rohrlänge hinausragen.
Bei vollständig
im Rohr befindlichem Druckraum kann das zu verlegende Rohr demnach
beispielsweise eine Länge
von nahezu dem vollständigen
Mannlochquerschnitt aufweisen.
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Der Begriff Verbindungsmittel umfaßt auch den
Begriff Rohradapter. Unter Rohradapter im Sinne dieser Erfindung
wird auch ein Adapter für
andere Körper
mit einem Innenraum verstanden, der geeignet ist, einen solchen
Adapter aufzunehmen. Insbesondere wird unter Rohradapter auch ein
Adapter für einen
Rohrabschnitt verstanden.
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Unter Rohr wird jeglicher Langkörper verstanden,
der geeignet ist, durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bewegt zu werden.
Unter Bewegen ist dabei auch, und insbesondere ein Bewegen zum Verbinden
mit einem anderen Rohrabschnitt zu verstehen. Die Verwendung der
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Gegebenheiten, wie Abwasserkanäle beschränkt, sondern
insbesondere für
jeden Einsatz geeignet, bei dem eine Bewegung oder Verschiebung
eines Rohres im Sinne dieser Erfindung unter beengten Raumverhältnissen
bewirkt werden soll.
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Der Druckraum ist vorzugsweise in
den Verbindungsmitteln (im folgenden Rohradapter) vorgesehen oder
wird durch diese ausgebildet. Die Umsetzungsmittel (im folgenden
Grundkörper)
können
in dem Rohradapter angeordnet sein und mit diesem zusammen den Druckraum
ausbilden. Dies erlaubt eine einfache Bauweise.
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Der Begriff "Kanal" im Sinne der vorliegenden Erfindung
erfasst jede Art von bestehender oder zu erstellender vorzugsweise
horizontaler Körperöffnung,
insbesondere Erdöffnung
einschließlich
Erdbohrung, Felsbohrung oder Erdleitung sowie unterirdischer oder
oberirdischer Rohrleitung.
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Alternativ oder bevorzugt ergänzend wird
der Querschnitt des Rohres möglichst
weitgehend für den
Druckraum bzw. für
die Wirkflächen
genutzt, um eine möglichst
große
Kraft zur Bewegung eines Körpers
mit einer geringen Druckänderung
zu nutzen. Der Querschnitt kann beispielsweise 50% des Rohrquerschnitts
betragen, wobei besonders vorteilhaft eine weitgehend vollständige Nutzung
des Rohrquerschnitts ist.
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Nach einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
ist der Rohradapter als Hülse
ausgebildet, in der ein Kolben als Umsetzungsmittel verschiebbar angeordnet
ist, welcher den durch den Hülseninnenraum
gebildeten Druckraum abdichtet und welcher einen Medienleitungskanal
aufweisen kann. Mit entsprechenden Mitteln zum Erzeugen eines über eine solche
Medienleitung zugeführten
Drucks läßt sich eine
eine Körperbewegung
bewirkende Kraft zur Expansion in der Druckkammer mit einfachen
Mittel erzeugen. Die Kraft zum Zurückbewegen des Rohradapters
(Kontraktion) läßt sich
durch Unterdruck oder durch Federmittel erzeugen. Die Federmittel
werden durch die Expansion in der Druckkammer in eine Vorspannung
oder erhöhte
Vorspannung gebracht. Als Federmittel können mechanische Federmittel
dienen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Federmittel
durch eine zweite Druckkammer (im folgenden Gegendruckkammer) ausgebildet sind.
Bei der Expansion in der ersten Druckkammer (im folgenden Hauptdruckkammer)
wird das in der Gegendruckkammer befindliche Medium komprimiert.
Die Geometrien der Druckkammer sind so ausgestaltet, daß die Gegendruckkammer
sich durch eine Zuleitung eines Druckmediums in die Hauptdruckkammer
problemlos kontrahieren läßt. Um nach der
Expansion der Hauptdruckkammer ein Zurückfahren des Rohradapters zu
erreichen, muß lediglich der
Druck der Hauptdruckkammer gesenkt werden.
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Bevorzugt wird bei der Verwendung
einer Kolben-Zylinder-Einheit der Kolben als Umsetzungsmittel ortsfest
gehalten, während
durch die Druckänderung
in der durch Kolben und Zylinder gebildeten Druckkammer der Zylinder
mit dem über
Verbindungsmittel an ihm befestigten Rohr bzw. Rohrabschnitt vom
Umsetzungsmittel fortbewegt wird. Das Umsetzungsmittel bildet also
einen festen Körper – den Kolben – demgegenüber die
Druckerhöhung
in eine Bewegung des Zylinders umgesetzt werden kann. Alternativ
kann selbstverständlich
der Zylinder ortsfest gehalten werden und der Kolben die Druckänderung
in seine eigene Bewegung umsetzen. Das mit dem Kolben über ein
Verbindungsmittel verbundene Rohr wird durch die Bewegung des Kolbens
bewegt.
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Im Falle der bevorzugten Verwendung
eines Hydraulikmediums für
die Hauptdruckkammer und der bevorzugten Verwendung von Luft in
der Gegendruckkammer drückt
die in der Gegendruckkammer komprimierte Luft das Hydraulikmedium
aus der Hauptdruckkammer, sobald der Druck von der Hauptdruckkammer
genommen wird.
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Des weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
an einem Rahmen zur Bildung eine Rohrverlegungssystems angeordnet
sein, der eine Ausrichtung in der Verlegeachse erlaubt und/oder
als Widerlager für
die zu erzeugende Bewegung dienen kann.
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Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit dem dem Druckraum abgewandten Ende schwenkbar und/oder verschiebbar
an dem Rahmen angeordnet sein. Ferner kann der Rahmen als Schacht-
oder Grubenaufzug zum vertikalen Verfahren der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgebildet sein. Dies erlaubt es, die erfindungsgemäße Vorrichtung
ohne Präsenz
einer Bedienperson im Schacht zu betreiben und weitgehend zu automatisieren. Dazu
kann ein Rohrabschnitt an der Erdoberfläche auf den Rohradapter aufgesteckt
werden, wobei dieser dann über
den Aufzug in den Schacht in die Verlegeposition verfahren und verschwenkt
wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Rohrverlegungssystem
läßt sich
so ausgestalten, daß der
in der Vertikalen tiefste Punkt durch das Rohr gebildet wird und
erlaubt es so, den Rohrabschnitt bis in das Gerinne zu verfahren.
Die bislang erforderlichen Stemmarbeiten am Schachtgrund, zum Einbringen
des Rohres in die Verlegeachse lassen sich damit reduzieren bzw.
vollständig
vermeiden.
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Der Rahmen ist vorzugsweise so ausgebildet,
daß er
ein Herausschwenken der Verbindungsmittel aus der Horizontalebene
der Kanalachse erlaubt. Das Herausschwenken erfolgt vorzugsweise durch
Federmittel oder eine hydraulische Einrichtung, wodurch die Verbindungsmittel
am oberen Schachtende in eine für
das Aufsetzen eines neuen Rohrabschnitts günstige Position bewegt werden können. So
kann eine Bedienperson den Rohradapter (Verbindungsmittel) zur Erdoberfläche verfahren, aus
der Horizontalen hochschwenken, einen neuen Rohrabschnitt aufsetzen
und den Rohrabschnitt bis in das Gerinne und in die Verlegeachse
hinab verfahren. Die im Gerinne stattfindenden Vorgänge können dabei
mit einer Überwachungskamera
beobachtet werden.
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Weiter bevorzugt ist der Rahmen derart
ausgebildet sein, daß er
Ausrichtungsmittel zur Ausrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
innerhalb des Rahmens aufweist. Diese Mittel ermöglichen es, die erfindungsgemäße Vorrichtung,
beispielsweise in einem Mannloch, translatorisch in einer horizontalen Ebene
zu bewegen und/oder die Vorrichtung in einer horizontalen Ebene
zu verschwenken. So gibt es beispielsweise Fälle, in denen der Rahmen zunächst an einem
Ausgangspunkt der Rohrbewegung, beispielsweise einer Startgrube
oder einem Mannloch, ortsfest angebracht wird, beispielsweise an
den Wänden der
Startgrube abgestützt
oder im Grubenboden verankert wird, und anschließend die erfindungsgemäße Vorrichtung
innerhalb des Rahmens auf die Verlegeachse ausgerichtet werden muß. Dies
beispielsweise dann, wenn die Längsachse
des Kanal, in den das Rohr einzubringen ist, nicht durch den Mittelpunkt
eines Mannlochs verläuft.
Diese Ausrichtungsmittel können
insbesondere Gewindestangen sein, die derart mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verbunden sind, daß die
Vorrichtung relativ zu ortsfest gehaltenen Teilen des Rahmens, insbesondere
Abstützmitteln,
durch Rotation der Gewindestange bewegt werden kann.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
eine extrem vorteilhafte Ausnutzung der engen Raumverhältnisse
in einem Schacht möglich,
da sich die erfindungsgemäße Vorrichtung
so ausgestalten läßt, daß außerhalb
des durch den zu verlegenden Rohrabschnitt gebildeten Raumes keine
oder kaum Bauteile vorhanden sind.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
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In der Zeichnung zeigen:
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1a einen
Schnitt durch eine im Rohr befindliche erfindungsgemäße Vorrichtung;
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1b erfindungsgemäße Umsetzungsmittel
(Kolben) mit erfindungsgemäßen Verbindungsmitteln
(Rohradapter) in ausgefahrenem Zustand;
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1c die
Anordnung der 1b in
nicht ausgefahrenem Zustand;
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2 eine
Draufsicht auf die in der Verlegeachse ausgerichtete erfindungsgemäße Vorrichtung;
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3 ein
schematisch dargestellter Ablauf des Einbringens eines Rohrabschnitts
in die Verlegeachse und
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4 die
Erfindung gemäß 1 mit Federmitteln für den Rückhub.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist eine
als Rohradapter ausgebildete Hülse 2 mit
einem in der Hülse 2 angeordneten
Umsetzungsmittel (Kolben) 4 auf. Die Hülse 2 besitzt die
Form eines Sacklochs und bildet mit dem Kolben 4, der über eine Dichtung 5 gegen
die Innenwand der Hülse 2 abgedichtet
ist, einen Druckraum 6 aus. Der Kolben 4 ist in
der Hülse
verschiebbar angeordnet und besitzt einen zentralen Medienkanal 8.
Die Größe des Druckraums 6 steht
in Abhängigkeit
von der Relativposition der Hülse 2 zu
dem Kolben 4.
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Die Hülse 2 weist einen
Kragen 22 auf, der an dem Ende des Rohrabschnitts 10 ansitzt
(1a). Auf der Hülse ist
ein O-Ring 23 als Verliersicherung für den zu verarbeitenden Rohrabschnitt
angeordnet.
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Der Kolben 4 besitzt eine
Bohrung 12 und ist über
eine in der Bohrung 12 angeordnete Welle 14 mit
einem Rahmen 16 verbunden (2).
Die Welle 14 ist in einem Schacht 18 vertikal
an dem Rahmen 16 verfahrbar (3).
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Zum Verbinden eines Rohrabschnitts 10 mit einem
bereits verlegten Rohr 11 wird die Hülse 2 mit Hilfe des
Rahmens 16 an die Erdoberfläche verfahren und aus der Horizontalen
in Richtung der Erdoberfläche
verschwenkt. Der Rohrabschnitt 10 kann nun auf die Hülse 2 aufgesteckt
werden, so daß ein Rohrende
auf dem Kragen 22 der Hülse 2 zu
liegen kommt. Die Hülse 2 kann
nun mit dem Rohrabschnitt 10 an den Grund des Schachts 18 bis
in das Gerinne 24 verfahren und dort in die Verlegeachse
des Neurohres 11 mit hydraulischen Mitteln eingeschwenkt werden.
Der Rohrabschnitt 10 liegt nun mit der Hülse 2 und
dem Kolben 4 in der Verlegeachse und kann durch Zuleitung
eines Hydraulikmediums über
den Medienkanal 8 des Kolbens 4 in den Druckraum 6 in der
Verlegeachse verfahren werden. Dabei dient die Welle 14 des
Rahmens 16 als Widerlager für den Kolben 4, so
daß sich
bei Druckzuführung
und Expansion des Druckraums 6 eine Vortriebsbewegung der Hülse 2 und
damit des Rohrabschnitts 10 einstellt. Vor dem Verbinden
des Rohrabschnitts 10 mit dem verlegten Rohr 11 wird
der Rohrabschnitt 10 über
den Rahmen 16 in der Verlegeachse ausgerichtet.
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Aufgrund der großen Wirkfläche am Sacklochgrund der Hülse 2 läßt sich
bereits mit einem geringen über
den Medienkanal 8 zugeführten
Druck eine erhebliche Vortriebskraft erzeugen.
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Nachdem der Rohrabschnitt 10 seine
Endposition in dem verlegten Rohr 11 erreicht hat, wird die
Hülse 2 aus
dem Rohrabschnitt 10 herausgezogen, um für einen
neuen Rohrabschnitt an die Erdoberfläche zurückverfahren werden zu können.
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Mit der in 4 dargestellten Ausführungsform wird der Rückhub der
Hülse 2 über eine
Gas- oder Luftdruckkammer 26 erreicht. Durch das Zuführen des
Hydraulikmediums über
ein Ventil 80 in den Medienkanal 8 zu der Druckkammer 6 wird
die in einem Kammersystem 60, 62 eingeschlossene
Luft komprimiert. Das Kammersystem 60, 62 ist
im Verhältnis
zum Druckraum 6 so dimensioniert, daß der bei ausgefahrener Hülse aufgebaute
Kompressionsdruck einerseits ausreicht, um die Hülse weitgehend in ihrem Ausgangszustand
zurückzuverfahren,
andererseits aber im Verhältnis
zu dem über
die Druckkammer 6 aufgebauten Vortriebsdruck gering ist.