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Deutsche Post, vertreten durch den Leiter des Institutes für Post-
und Fernmeldewesen, Herrn Hauptdirektor Nurt Gebhardt Gerät zur Herstellung von
Erdbohrungen Pür Versorgungs leitungen.
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Bei der Verlegung von unterirdischen Versorgungsleitungen, z.B. Fernmoldekabeln,
ist es bekannt, die Kabel innerhalb von zuvor eingebauten Kabelkanälen zu verlegen.
Auch ist bekann, bei der Unterquerung von Straßen- und Schienenanlagen mittels eines
Erdbohrgerätes einen Durchbruch zu schaffen, in den später das Kabel eingezogen
wird. Zur Herstellung des Durchbruches werden hydrauliche oder pneumatische Erdbohrgeräte
verwendet. Beim hydraulischen Gerät wird der Durchbruch in der Weise erzeugte daß
die Bohrspitze mittels einer gleichförmigen Kraft durch das Erdreich gedrückt wird.
Das bekannte pneumatische Gerät gleicht in seiner körperlichen Ausgestaltung einem
Zylinder, der sich an einem Ende zu einer Spitze verjüngt, Im Innenraum des Zylinders
ist eine Schlagmasse gelagert, die pneumatisch gesteuert eine hin- und hergehende
Bewegung in Richtung der Längsachse des Gerätes ausfahrt. Dabei trifft die Schlagmasse
auf einen in der Spitze des Gerätes befindlichen Amboß und treibt somit das Gerät
durch das Erdreich.
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Die bekannten Erdbohrgeräte sind mit Nachteilen behaftet. So ist es
als Nachteil anzusehen, daß beim hydraulischen Erdbohrgerät ein genügend starkes
Widerlager vorhanden sein muß das den Gegendruck auinimrnt. Dadurch werden umfangreiche
Vorarbeiten vor jeder Bohrung erforderlich. Beim bekannten pneumatischen Erdbohrgerät
ist als Nachteil anzusehen, daß es nur geradlinige Bohrungen ausführen kann.
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Der Erfindung liegt die rufgabe zu Grunde, ein Gerät zu entwickeln,
das auch nicht geradlinig verlaufende 3rdbohrungen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird. erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sylinder
an einem Ende ein Kopfstück trägt, das mittels einer Pendelstange über ein Kugelgelenk
in bestimmten Grenzen allseitig schwenkbar angebracht ist, und die Pendelstange
an einem Ende Ferritmagnetkerne trägt, die in den Spulenkörpern eines Vertikallenkspulenpaares
und eines um 900 versetzt angeordneten Horizontallenkspulenpaares pendeln, wobei
eine an das Vertikallenkspulenpaar und/oder Horizontallenkspulenpaar angeleg te
Gleichspannung das Kopfstück über die Pendelstange aus der ursprünglichen Lage ablenkt.
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Die Erfindung sei an Hand eines Ausführungsbeispieles und der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung des Erdbohrgerätes.
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In der Fig. 2 ist die mechanische Anordnung der Ferritmagnetkerne
und in der Fig. 3 die elektrische Anordnung der dazugehörigen Lenkspulen dargestellt.
Die Fig. 4 enthält die zum Vortrieb und-zur Lenkung erforderliche Schaltungsanordnung.
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In einem Zylinder 1 ist eine Schlagmasse 2 mittels einer Achse 3 so
gelagert, daß sie sich innerhalb bestimmter Grenzen in Achsrichtung frei bewegen
kann. Die Grenzen sind durch einen fest mit dem Zylinder 1 verbundenen Amboß 4 und
eine ebenfalls
fest mit dem Zylinder 1 verbundenen Rückwand 5 gegeben.
Die Rückwand 5 ist mit einem Kugelventil 6 und einer Luftaustrittsbohrung 7 sowie
einer Zugöse 8 versehen.
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Der Durchmesser der Schlagmasse 2 ist so gewählt, daß zwischen der
Innenwand des Zylinders 1 und der Schlagmasse 2 eine Vortriebsspule 9 und eine Rückstellspule
10 angeordnet sind. Die Vortriebsspule 9 und die Rückstellspule 10 werden von einer
später beschriebenen Schaltungsanordnung gespeist.
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n dem der Rückwand 5 gegenüber liegenden Ende des Zylinders 1 ist
in unmittelbarer ähe des Ambosses 4 ein Vertikallenkspulenpaar 11 und ein rechtwinklig
dazu angeordnetes Horizontallenkspulenpaar 12 vorgesehen, in dessen Spulenkörper
je ein Ferritmagnetkern 13 ragt. Die Ferritmagnetkerne 13 sind an einem Ende einer
Pendelstange 14 befestigt. Die Pendelstange 14 ragt mit ihrem anderen Ende aus einem
entsprechend dimensionierten Durchbruch des Zylinders 1 heraus und trägt ein Ropfstück
15 mit einem auswechselbaren Meißel 17. Die Pendelstange 14 ist an der Stelle, wo
sie aus dem Zylinder 1 ragt, mit einem an sich bekannten kugelgelenk 16 versehen.
Das Kugelgelenk 16 kann durch eine elastische Zwischenlage im Spalt zwisehen Zylinder
1 und Kopfstück 15 Oegen das eindringende Erdreich geschützt weiden.
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Die rig. 2 zeigt die mechanische Anordnung der Ferritmagnetkerne 13
innerhalb der Spulenkörper des Vertikallenkspulenpaa res 11 und des Horizontallenkspulenpaares
12. Es irt deutlich zu erkennen, daP die Ferritmagnetkerne 13 fest mit der Pendelstange
14 verbunden sind und in die Spulenkörper hineinragen.
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Die elektrische Anordnung der Ferritmagnetkerne 13 zu den Lenkspulenpaaren
ist in der Fig. 3 dargestellt. Das Vertikallenkspulenpaar 11 und das Horizontallenkspulenpaar
12 kann, wie später noch b-escilrieben v:ird, entweder mit Wechselspannung
oder
mit Gleichspannung gespeist werden. Bei der Speisung mit Wechselspannung werden
die Ferritkerne 13 eine pendelnde Bewegung ausführen, die sich auf die Pendelstange
14 überträgt.
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Wird Gleichspannung angelegt, nehmen die Ferritmagnetkerne13 eine
feste Lage entsprechend der Stromrichtung in den Lenkspulenpaaren ein.
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Fig. 4 zeigt die zur Steuerung des Erdbohrgerätes erforderliche Schaltungsanordnung.
Zur Vorwärtsbewegung ist eine Spannung e.rforderlich-, die in einer Gleichspannungsquelle
18 erzeugt wird.
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Mit einem Betriebsschalter 19 wird eine Relaisanordnung, bestehend
aus einem Einschaltrelais 20 und einem Ausschaltrelais 21, angelassen. Das Ausschaltrelais
20 ist mit einem Einschaltkontakt 22 und einem Steuerkontakt 23, da.s Ausschaltrelais
21 mit einem Einschaltkontakt -24 und einem Steuerkontakt 25 bestückt.
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Die Relaisanordnung arbeitet mittels der Steuerkontakte 23, 25 als
Selbstunterbrecherschaltung, die als bekannt vorausgesetzt werden kann, so daß eine
ausführliche Beschreibung nicht notwendig ist Die Einschaltkontakte 22, 24 schalten
im Rhytmus der Selbstunterbrecherschaltung wechselweise einen Vortriebsmagneten
26 oder einen Rückstellmagneten 27 ein. -Zwichen de.n Spulen des Vortriebsmagneten
26 und des Rückstellma£-'ne-ten 2.7 ist eine bewegliche Zunge 28 mit einem damit
fest verbundenen Quecksilberschalter 29 angeordnet. Unter der Wirkung der wachselweise
stromdurchflossenen Vortriebsmagneten -26 bzw. Rückstellmagneten 27 bewegt wich
die Zunge 28 und der Quecksilberschalter 29 schaltet im gleichen Takt die Vortriebsspule
9 bzw.
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Rückstellspule 10 an die Gleichspannungsquelle 18.
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Eine Wechselspannungsquelle 30 erzeugt die Spannung, die zur Speisung
des Vertikallenkspulenpaares sowie de.s IIorizontallenkspulenpaares 12 dient. Das
Vertikallenkspulenpaar 11 ist über den Vertikalvibrationsschalter 31 und das Horizontallenkspulenpaar
12 über den Horizontalvibrationsschalter 32 mit der Wechselspannungsquelle 30 verbunden.
In der gezeichneten Stellung
der Vibrationsschalter 31, 32 sind
die Lenkspulenpaare 11, 12 ständig mit der Wechselspannungsquelle 30 verbunden.
Werden die Vibrationsschalter 31, 32 auf die jetzt freie Kontaktseite umgeschaltet,
so sind die Lenkspulenpaare 11, 12 mit der Gleichspannungsquelle 18 verbunden.
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In den Zuleitungen von der Gleichspannungsquelle 18 zu den Vibrationsschaltern
31, 32 sind ein Vertikallenkschalter 33 und ein Horizontallenkschalter 34 vorgesehen,
die eine Umkehrung des Gleichstromflusses in den Lenkspulenpaaren 11, 12 ermöglichen.
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Die Wirkungsweise des erfindun£.sgemäßen Erdbohrgerätes wird anschließend
beschrieben. Die Verbindungsleitungen für die Antriebs- und Steuersparnrungen zwischen
den Spannungsquellen und dem Erdbohrgerät werden nicht gesondert dargestellt. Sie
sind in bekannter Weise mit dem Zylinder 1 dauerhaft verbunden und jeweils an die
betreffenden Spulen angeschlossen.
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Nach Betätigung des Betriebsschaltem 19 werden in der zuvor beschriebenen
Weise abwechselnd die Vortriebsspule 9 und die R5ckstellspule 10 eingeschaltet.
Unter der Wirkung des BEgnetfeldes der eingeschalteten Vortriebsspule 9 wird die
Schlagmasse 2 in Vortriebsrichtung beschleunigt und schlägt auf den Amboß 4.
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Der dabei entstehende Impuls wird über die Wand des Zylinders 1, über
das Kugelgelenk 16 auf das Kopfstück 15 übertragen, das mit seinem Meißel 17 in
das 3erdreich eindringt.
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Entsprechend der zuvor beschriebenen Arbeitsweise der Relaisandordnung
wird anschließend die Gleichspannung von der Vortriebs spule 9 auf die Rückstellspule
10 umgeschaltet, Das Magnetfeld der Rückstellspule befördert die Schlagmasse 2 in
die dargestellte Ausgangslage. Die RUckstellbewegung wird durch die nur langsam
aus der Luftaustrittsbohrung 7 ausströmende Luft abgebremst. Die ausströmende Luft
tritt bei der Bewegung der Schlagmasse 2 in Vortriebsrichtung durch das Kugelventil
6 wieder ein.
Die Bewegung der Schlagmasse 2 zwischen Amboß 4 und
Rückwand 5 hält so lange an, wie der Betriebsschalter 19 geschlossen ist.
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Gleichzeitig mit der Gleichspannungsquelle 18 wird mit dem Betriebs
schalter 19 die Wechselspannungsquelle 30 an das Horizontallenkspulenpaar 11 und
an das Vertikallenkspulenpaar 12 ge schaltet. Unter der Wirkung des so erzeugten
Magnetwechselfeldes vibriert die Pendel stange 14 mit den daran befestigten merritmagnetkernen
13. Diese Vibration überträgt sich iber die Pendelstange 14 und Kualgälenk 16 auf
das Kopfstück 15. Das im Rhythmus der Wechselspannung vibrierenden Kopfstück 15
verdichtet beim Eindringen in das Erdreich gleichzeitig die in unmittelbarer Nähe
des Bohrloches befindliche Erde.
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Bei der bisher beschriebenen Wirkungsweise dringt das Erdbohrgerät
geradlinig in das Erdreich ein und zieht ein an der Zugöse 8 befestigtes, nicht
dargestelltes Plastrohr nach, in das später ein Kabel eingezogen werden kann.
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Soll das Erdbohrgerät während des Vordringens im Erdreich Reich tungsänderungen
vornehmen, so ist das durch die Lenkspulenpaare 11, 12 möglich. Zu einer beabsichtigten
Richtungsänderung in der Vertikalen wird der Vertikalvibrationsschalter 31 umgeschaltet,
so daß das Vertikallenkspulenpaar 11 jetzt mit Gleichspannung gespeist wird. Dadurch
entsteht ein Gleichspannungsmagnetfeld, in dem sich der zum Vertikallenkspulenpaar
11 gehörige Ferritmagnetkern 13 entsprechend seiner DauermaOnetisierung und der
Stromrichtung im Vertikallenkspulenpaar 11 einstellt. Die Pendelstange 14 die an
dieser tinstellung zwangsläufig teilnimmt, verändert auch die Stellung des Kopfstückes
15 zum Zylinder 1, so daß sich die Bohrrichtung in der Vertikalen ändert und das
Erdbohrgeråt tieLer-in das Erdreich eindringt.
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Soll der Abstand zwischen Bohrung und Erdoberfläche verringert werden,
so ist die Stromrichtung im Vertikallenkspulenpaar 11 mittels des Vertikallenkschalters
33 umkehrbar. Bei entgegengew setzter Stromrichtung nimmt die Pendelstange 14 und
somit auch
das Kopfstück 15 eine entgogengesetzte Stellung ein und
das Erdbohrgerät nähert sich der Erdoberfläche.
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Analog der vertikalen Richtungsänderung erfolgt auch die Änderung
in der HorizontalenO Mittels Horizontalvibrationsschalter 32 wird die Speisung des
Horizontallenkspulenpaares 12 von Wechselspannung auf Gleichspannung umgeschaltet.
Die Auslenkungen der Pendelstange 14 übertragen sich wiederum auf das Kopfstück.
15. so daß das Erdbohrgerät entsprechend der Stromrichtung im Horizontallenkspulenpaar
12 in horizontaler Richtung abgelenkt wird0 Es ist auch möglich, sowohl dz s Ve
das Vertikallenkspulenpaar 11 als auch das Horizontallenkspulenpaar 12 gleichzeitig
in der zuvor beschriebenen Weise an die Wechselspannungsquelle so anzuschalten.
Das Erdbohrgerät führt dann eine gleichzeitige Änderung in Vertikal- und Horizontalrichtung
aus.
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Die Lenkbarkeit des Erdbohrgerätes erfordert eine ständige Kontrolle
der Bewegungsrichtung während des Vortriebes, damit der vorausbestimmte Punkt errcicht
wird Dies ist möglich, wenn zur Ortung des Erdbohrgerätes das bekannte Prinzip des
Kabelsuchgerätes angewendet wird, Die Wirkungsweise des Kabelsucherätes-ist allgemein
bekannt, so daß eine weitere Beschreibung nicht erforderlich ist.
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Das im Ausführungsbeispiel beschriebene Prinzip der Lenkbarkeit des
Erdbohrgerätes ist nicht nur auf elektromagnetisch erzeugte Vortriebs- und Lenkkräfte
beschränkt, es läßt sich auch mit pneumatischen Kräften verwirklichen.
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Neben dem Einbringen von Plastrohren in das Erdreich, in den später
Fernmeldekabel eingezogen werden, können auch andere Versorgungsleitungen, soweit
sie für eine nicht geradlinige Trassenführung geeignet sind,- verlegt werden. Auch
ist es möglich, Drainagerohre aus geeignetem Material auf diese Weise in das Erdreich
einzubringen.