DE19859367C2 - Lenkkopf-Rammbohrgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rammbohrgerät zum Herstellen von Erdboh­ rungen oder zum Verlegen von Leitungen im Erdreich, beispielsweise gleichzeitig mit dem Herstellen einer neuen oder dem Aufweiten einer bereits vorhandenen Erdbohrung.

Derartige Geräte sind üblicherweise für ein Geradeaus- oder ein Kurvenbohren eingerichtet und besitzen dann einen verstellbaren, beispielsweise um seine Längsachse in bezug auf das Gerätegehäuse verdrehbaren Lenk- bzw. Bohrkopf, dessen Winkelstellung bezüglich des Gerätegehäuses die Bewegungsrichtung des Gerätes bestimmt.

Die Art, wie die relative Lage von Lenkkopf und Gerätegehäuse verstellt und wie eine Kurvenfahrt bewirkt wird, kann sehr verschieden sein. Beispiele lenkbarer Rammbohrgeräte finden sich in den US-Patentschriften US 5 322 391 A, US 5 350 254 A, US 5 597 046 A, der europäischen Patentschriften EP 0 301 287 B1 und in der PCT- Offenlegungsschrift WO 94/05941 A 1, deren Inhalt hier ausdrücklich in Bezug genommen wird.

Bei dem Gerät nach der PCT-Offenlegungsschrift ist der Lenkkopf beispielsweise als Kegel ausgebildet und drehbar im Gerätegehäuse gelagert; seine Drehachse verläuft geneigt in bezug auf die Gehäuselängsachse. Gleichzeitig verlaufen die sich senkrecht zur Drehachse erstreckenden, aneinanderliegenden Berührungs­ flächen von Lenkkopf und Gehäuse ebenfalls winklig in bezug auf die Gehäuse­ längsachse. Auf diese Weise ist es möglich, das Gerätegehäuse um seine Längsachse zu drehen, während das Erdreich den Lenkkopf festhält. Durch eine solche Gehäusedrehung läßt sich der Lenkkopf in eine exzentrische Lage gegenüber dem Gerätegehäuse bringen, in der eine Kurvenfahrt stattfindet. Den Drehwinkel zwischen dem Lenkkopf und dem Gerätegehäuse bzw. die beiden Endstellungen des Lenkkopfs bestimmt ein mit dem Lenkkopf verbundener, in einen kreisförmigen Schlitz im Gerätegehäuse eingreifender Mitnehmerzapfen.

Liegt der Zapfen an dem einen Ende des Geräteschlitzes an, dann befindet sich der Lenkkopf in seiner Position für die Geradeausfahrt (Geradeausposition), während er sich am anderen Ende des Geräteschlitzes in der Position für die Kurvenfahrt (Lenkposition) befindet. Dabei ist das Gerät so gestaltet, daß der Lenkkopf einer Tendenz unterliegt, sich stets in eine der beiden Arbeitspositionen zu bewegen.

Um das Rammbohrgerät von einer Geradeausfahrt auf eine bestimmte Kur­ venbahn zu bringen, muß das Gerätegehäuse mit Hilfe des Druckluftschlauchs so weit gedreht werden, bis das Gerät die erforderliche Winkellage (Ausgangslage) für die gewünschte Kurvenbahn erreicht hat.

Diese Drehbewegung kann sich aus zwei Phasen zusammensetzen. In diesem Falle besteht die erste Phase darin, daß zunächst nur das Gerätegehäuse gedreht wird, bis der Mitnehmerzapfen über den gesamten Differenzwinkel aus der Geradeausposition in die Lenkposition gelangt ist. Sobald das geschehen ist, sind der Lenkkopf und das Gerätegehäuse für die weitere Drehbewegung miteinander gekuppelt, d. h. das Gerätegehäuse und der Lenkkopf drehen sich gemeinsam, bis die Ausgangslage für die Kurvenfahrt erreicht ist.

Befindet sich der Mitnehmerzapfen hingegen von Anfang an in seiner Lenk­ position, dann ist mit einer Schlauchdrehung gleichzeitig eine gemeinsame Drehung des Gerätegehäuses und des Lenkkopfs verbunden. Dieser Fall tritt beispielsweise ein, wenn der Lenkkopf beim Geradeausbohren ungewollt in die Lenkposition gelangt und daher eine Korrekturbewegung des Gerätegehäuses erforderlich ist, oder wenn während einer Kurvenfahrt eine Richtungskorrektur erforderlich ist.

Unabhängig davon, wie im konkreten Einzelfall die Ausgangslage für eine Änderung der Bohrrichtung ist, bedarf eine Richtungsänderung in jedem Falle eines Drehens des Gerätegehäuses um dessen Längsachse bei feststehendem Lenkkopf.

Ein solches Drehen ist nur mit Hilfe des am rückwärtigen Geräteende ange­ schlossenen Druckluftschlauchs möglich. Das bringt jedoch erhebliche Probleme mit sich, weil der Druckluftschlauch nicht biegesteif sein darf und daher auch nicht torsionsfest sein kann. Hinzu kommt, daß das Rammbohrgerät beim Drehen - auch mit Hilfe eines Rohrgestänges für die Druckmittelzufuhr - die auf sein Gehäuse wirkende Erdreichreibung überwinden muß. Diese Reibung kann - je nach der Bodenbeschaffenheit sowie am Außendurchmesser und der Länge des Geräts - sehr erheblich sein, so daß es bei einer fortgeschrittenen Bohrung bzw. beim Drehen an einer dementsprechend langen Druckmittelleitung (Druckluftschlauch) häufig gar nicht mehr möglich ist, das Gehäuse im Erdreich zu drehen oder die dafür erforderlichen Kräfte aufzubringen.

Die Reibung zwischen Gehäuse und Erdreich läßt sich zwar vermeiden, wenn der vordere Teil des Gerätes einen größeren Durchmesser besitzt als der Rest des Gehäuses. Das scheitert jedoch daran, daß die Reibung zwischen Gehäuse und Erdreich unerläßlich ist, damit das Erdreich die entgegen der Bohrrichtung gerichteten Reaktionskräfte aufnehmen kann.

Ein weiterer Nachteil besteht bei den bekannten Geräten mit Druckluftschlauch darin, daß sich infolge der Torsion des Druckluftschlauchs von außerhalb der Erdbohrung nicht, zumindest nicht mit der notwendigen Genauigkeit feststellen läßt, wann sich das Rammbohrgerät zu drehen beginnt, um welchen Winkel es sich tatsächlich dreht und nach welchem Winkel die Drehung beendet ist.

Dies gilt auch für ein aus der europäischen Patentschrift EP 0 428 181 B1 bekanntes Gerät, dessen Gehäuse am vorderen und am hinteren Ende jeweils mit einem drehbar gelagerten Mantelrohr versehen sein kann. Demgemäß läßt sich das Gerätegehäuse zusammen mit dem Lenkelement in den beiden Mantelrohren verdrehen. Dieses Verdrehen findet jedoch zwischen den beiden Mantelrohren nach wie vor im Erdreich statt und erfordert demgemäß ein Drehmoment, das in der Lage ist, die Erdreichreibung zu überwinden. Man kann nämlich nicht davon ausgehen, daß der von dem vorderen Mantelrohr geschaffene Erdkanal seine lichte Weite beibehält. Vielmehr lehrt die Erfahrung, daß es je nach Bodenbeschaffenheit zu einem mehr oder minder starken Einbrechen von Erdreich und einer dementsprechenden Erhöhung des von dem Gerätegehäuse zu überwindenden Reibungswiderstandes kommt.

Da ein zielgenaues Bohren jedoch nur dann möglich ist, wenn der Lenkkopf oder ein verstellbares Lenkelement eine vorgegebene Winkelstellung zum Gehäuse des Rammbohrgeräts einnimmt, kommt es in der Praxis entscheidend darauf an, das Gerätegehäuse jeweils nur solange und soweit zu drehen, bis der vorgegebene Lenkwinkel erreicht ist.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Rammbohrgerät mit drehbar im Gerätegehäuse gelagertem Lenkkopf oder Lenkelement zu schaffen, das ein möglichst genaues Drehen des Gehäuses um einen bestimmten Winkelbereich oder auch um mehr als eine volle Drehung erlaubt.

Dieses Problem findet seine Lösung in einem Rammbohrgerät mit einem vorne am Gerätegehäuse beweglich, beispielsweise drehbar im Gerätegehäuse gelagerten Lenkelement, beispielsweise einem Lenkkopf und einer mit dem Gerätegehäuse drehfest verbundenen Druckmittelleitung, beispielsweise einem Druckluftschlauch, dessen Gehäuse mit einem sich von dem Lenkelement bis zum rückwärtigen Ende des Gehäuses erstreckenden Hüllrohr drehbar verbunden ist. Das Hüllrohr ist vorzugsweise axial verschiebefest mit dem Gerätegehäuse verbunden.

Auf diese Weise ist es möglich, das Gerätegehäuse ohne wesentliche Erdreichreibung in bezug auf das Lenkelement und das Hüllrohr zu verdrehen, während das Lenkelement vom umgebenden Erdreich oder mit Hilfe des Hüllrohr festgehalten wird. Wieviel Erdreichreibung im Einzelfall zu überwinden ist, hängt im wesentlichen von der Länge des Hüllrohrs ab; die Erdreichreibung vermindert sich mit zunehmender Länge des Hüllrohrs und entfällt, wenn sich das Hüllrohr vom Lenkelement bis zum rückwärtigen Ende des Gehäuses erstreckt.

Um die Reibung gering zu halten, kann zwischen dem Hüllrohr und dem Ge­ rätegehäuse vorzugsweise im Bereich des Lenkelements ein Drehlager an­ geordnet sein. Ein weiteres Drehlager kann sich am rückwärtigen Ende des Gerätes befinden.

Ein solches Drehlager kann darin bestehen, daß ein Innenring des Hüllrohrs, beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt, in eine komplementäre Aus­ nehmung des Gerätegehäuses eingreift. Dabei kann der Innenring einerseits an einer Schulter des Gerätegehäuses und andererseits an dem Lenkkopf oder einem zwischen dem Lenkkopf und dem Gerätegehäuse angeordneten, jedoch mit dem Gerätegehäuse drehfest verbundenen Sendergehäuse anliegen.

Eine weitere Verringerung der Reibungskräfte ergibt sich, wenn der Freiraum zwischen dem Hüllrohr und dem Gerätegehäuse nach außen hin abgedichtet ist und daher kein Erdreich eindringen kann. Dabei kann der Freiraum auch mit einem Schmiermittel, beispielsweise mit Fett oder Oel gefüllt sein.

Um ein unbeabsichtigtes Verdrehen des Gehäuses in bezug auf das Lenkelement zu vermeiden, kann zwischen dem Hüllrohr und dem Gerätegehäuse eine lösbare Verriegelung angeordnet sein.

In jedem Falle nimmt das Hüllrohr zumindest einen Teil der Erdreichreibung auf und gewährleistet auf diese Weise, daß sich das Rammbohrgerät unter dem Einfluß der von dem pneumatisch oder hydraulisch hin- und herbewegten Schlagkolben auf das Gehäuse übertragenen Schlagenergie im Erdreich fortbewegen kann, und daß gleichzeitig ein Verdrehen des Gerätegehäuses in bezug auf den Lenkkopf ohne (allzu große) Erdreichreibung möglich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Rammbohrgerät mit einem Lenkkopf und einem sich anschließenden Sendergehäuse,

Fig. 2 ein Lenkelement,

Fig. 3 ein weiteres Lenkelement und

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt der Fig. 1 mit einem Drehlager zwischen einem Hüllrohr und dem Gerätegehäuse.

Das Rammbohrgerät entspricht in seiner allgemeinen Beschaffenheit und Betriebsweise dem in der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 50 271 A1 be­ schriebenen Gerät; es besteht aus einem Gehäuse 1, in dessen vorderem Teil 2 ein Sender 3 angeordnet ist, sowie einem Lenkkopf 4. Der Lenkkopf 4 äst drehbar in dem als Sendergehäuse 2 ausgebildeten Gerätegehäuse gelagert, wie das in der PCT-Offenlegungsschrift WO 94/05941 A1 dargestellt und beschrieben ist. Beispielsweise kann der Lenkkopf 4 eine Drehachse 5 besitzen, die winklig zur Längsachse 6 des Gerätegehäuses 1 und gleichzeitig rechtwinklig zu der Berührungsebene 7 zwischen Lenkkopf 4 und Sendergehäuse 2 verläuft.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Lenkkopf 4, wie in Fig. 2 dar­ gestellt, mit einem Drehzapfen 8 exzentrisch in einer Bohrung 9 des Sender­ gehäuses 2 gelagert ist. Der Lenkkopf 4 besitzt in diesem Falle einen Mit­ nehmerzapfen 10, der in einen kreisbogenförmigen Schlitz 11 in der Stirnfläche 12 des Sendergehäuses 2 eingreift. Der Drehzapfen 8 ist mit Hilfe von Spannstiften 13, die in Drehzapfenausnehmungen 14 eingreifen, gegen eine Längsbewegung im Sendergehäuse 2 gesichert.

Schließlich kann das Gerätegehäuse 1 auch mit einem zylindrischen Kern 26 drehfest verbunden sein, der mit einer vorderen Schrägfläche 27 versehen und über ein nicht dargestelltes Drehlager in einem Hüllkörper 28 ebenfalls mit einer vorderen Schrägfläche 29 gelagert ist. Sind die beiden Schrägflächen 27, 29 einander zugekehrt, wie in Fig. 3 dargestellt, bewegt sich das Gerät geradeaus. Nach einem Drehen des Gehäuses 1 um 180° liegen die Schrägflächen 27, 29 in einer Ebene, so daß sich das Gerät auf einer Kurvenbahn bewegt, die in der von der Schrägfläche abgewendeten Richtung gekrümmt ist. Ein solches Drehen nur des Lenkelements ist möglich, weil der Hüllkörper reibungs- und formschlüssig im Erdreich festgehalten wird.

Das Sendergehäuse 2 kann mit dem Gerätegehäuse drehfest verbunden oder einstückig ausgebildet sein.

Das Gerätegehäuse ist mit Ausnahme des Sendergehäuses 2 von einem Hüllrohr 15 umgeben, das sich bis zum hinteren Teil des Gerätegehäuses 1 erstreckt, so daß von dem Gehäuse nur das Sendergehäuse 2 und das rückwärtige Ende 16 mit dem drehfest an das Gehäuse 1 angeschlossenen Druckluftschlauch 17 nicht von dem Hüllrohr 15 umgeben ist.

Zwischen dem Hüllrohr 15 und dem Gerätegehäuse befindet sich im Bereich des vorderen und des hinteren Hüllrohrendes jeweils ein Drehlager 18, 19. Das Drehlager 18 besteht aus einem mit dem Hüllrohr 15 fest verbundenen im Querschnitt rechteckigen Innenring 20. Dieser Innenring greift in eine Stufe 21 des Gerätegehäuses 1 ein und erstreckt sich dabei zwischen einer Schulter 22 des Gehäuses und einer Anschlagfläche 23 des vorderen Sendergehäuses 2. Um das Eindringen von Schmutz in den Freiraum 24 zwischen dem Gerätegehäuse 1 und dem Hüllrohr 15 zu vermeiden, ist das Drehlager 18 mit einer Dichtung 25 versehen.

Das hintere Drehlager 19 ist ebenso beschaffen wie das vordere Drehlager 18.

Da bei dem dargestellten Rammbohrgerät lediglich der vordere Teil 2 (Sendergehäuse) partiell, d. h. im Bereich seiner Verdickung sowie das hintere, teilweise durchmesserkleinere Ende des Gehäuses mit dem Erdreich in Berührung kommen, ist ein Verdrehen des Gehäuses in bezug auf den Lenkkopf mit Hilfe des Druckluftschlauchs 17 ohne einen allzu großen Reibungswiderstand möglich.

Claims (11)

1. Rammbohrgerät zum Herstellen von Erdbohrungen oder zum Verlegen von Leitungen im Erdreich
mit einem vorne am Gerätegehäuse (1) beweglich gelagerten Lenkelement (4; 26),
einer mit dem Gehäuse drehfest verbundenen Druckmittelleitung (17) und
einem sich vom Lenkelement bis zum rückwärtigen Ende des Gehäuses erstreckenden, mit dem Gehäuse drehbar verbundenen Hüllrohr (15).

2. Rammbohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkelement (4; 26) drehbar im Gerätegehäuse (1) gelagert ist.

3. Rammbohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (15) axial verschiebefest mit dem Gerätegehäuse (1) verbunden ist.

4. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Hüllrohr (15) und das Gerätegehäuse (1) über ein vorne angeordnetes Drehlager (18) miteinander verbunden sind.

5. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am rückwärtigen Ende des Gehäuses (1) zwischen dem Hüllrohr (15) und dem Gerätegehäuse ein Drehlager (19) angeordnet ist.

6. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Innenring (20) des Hüllrohrs (15) in eine Ausnehmung (21, 22, 23) des Gerätegehäuses (1) eingreift.

7. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Freiraum (24) zwischen dem Hüllrohr (15) und dem Gerätegehäuse (1) nach außen hin abgedichtet ist.

8. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Freiraum (24) mit einem Schmiermittel gefüllt ist.

9. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Hüllrohr (15) und dem Gerätegehäuse (1) eine lösbare Verriegelung angeordnet ist.

10. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein sich nach vorne verjüngender Lenkkopf (4) mit winklig in bezug auf die Gerätelängsachse (6) verlaufender Drehachse (5) drehbar im Gerätegehäuse (1) gelagert ist.

11. Rammbohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein mit einer Schrägfläche (29) versehenes Lenkelement in Ge­ stalt eines Hüllkörpers (28) mit einem konzentrischen, eine Schrägfläche (27) aufweisenden mit dem Gehäuse (1) verbundenen Kern (26) sowie einem Drehlager zwischen dem Lenkelement und dem Hüllkörper.