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Selbstgetriebenes pneumatisches Rammbohrgerät Die Erfindung betrifft
ein selbstgetriebenes pneumatisches Rammbohrgerät,insbesondere ftlr dbohrungen,
nit einer in einem rohrförmigen Gehäuse zwischen zwei Anschlägen axial verschiebbar
geführten Schlagspitze und einem im Gehäuse hin- und hergehend bewegten Schlagkolben,der
beim Vorlauf des Gerätes in seiner vorderen Endstellung auf die Schlagspitze und
beim Rücklauf des Gerätes in seiner hinteren Endstellung auf einen Teil den Gehäuses
aufprallt und in der jeweils anderen Endstellung durch ein Druckluftpolster aufgefangen
wird.
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Selbstgetriebene pneumatische Rammbohrgeräte, die auch als Verdrängungshammer,
Schlaghammer, Erdtorpedo oder Bodendurchschlagrakete bezeichnet werden, sind in
verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei diesen Geräten wird das rohrförmige Gehäuse
durch den im Inneren in axialer Richtung hin. und herbewegten Schlagkolben durch
das Erdreich getrieben. Das Gehäuse hinterlegt hierbei ein im Querschnitt kreisrundes
Loch mit dem Durchmesser des Gehäuses.
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In dieses Loch können sofort oder nachträglich Erdkabel,Schutzrohre
für Leitungen oder Versorgungs- bzw.Entsorgungsleitungen,beispielsweise für Gas,Trinkwasser
und Abwasser,eingezogen werden. Die selbstgetriebenen pneumatischen Rammbohrgeräte
vermeiden somit ein nachträgliches Aufreißen oder Aufschlitzen von Straßen,Dämmen
und befestigten Plätzen,wenn nachträglich Rohre oder Kabel,jeglicher Art eingezogen
werden sollen.
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Fur derartige Rammbohrgeräte ist neben einer robusten und betriebssicheren
Konstruktion,einer axialen Laufstabilität und Zielgenauigkeit
sowie
einer einfachen Handhabung, die einen Start auch bei beengten Baustellenverhältnissen
ermöglicht, sowohl die Möglichkeit, das Gerät such innerhalb des Erdreiches wieder
in Gang zu setzen, als auch von Vorwärts- auf Rückwärtslauf umzuschalten,von großer
Bedeutung. Ohne diese Höglichkeiten würde das Rammbohrgerät beim Auftreten von Hindernissen
oder Schwierigkeiten im Erdboden verbleiben und verlorengehen. Um dies zu vermeiden,sind
verschiedene Anlaß und Steuervorrichtungen bekannt.
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Außer bezUglioh dieser Anla- und Steuervorrichtungen unterscheiden
sich die bekannten Rammbohrgeräte hinsichtlich der Ausbildung der Gehäusespitze.
Bei der einen bekannten Ausführungsform ist die Gehäusespitze in der Art eines Geschosses
zugespitzt und mit dem zylindrischen Gehäuse entweder einstückig ausgeführt oder
fest verbunden. Bei dieser Ausführung wird das Gehäuse des Racmbohrgerätes sehr
hohen Belastungen unterworfen,welche häufig Risse im Gehäuse zur Folge haben. Die
lebensdauer dieser Ausfuehrung ist deshalb verhältnismäßig gering.
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Um eine Überbelastung des rohrförmigen Gehäuses des Rammbohrgerätes
zu vermeiden, ist es bei einer weiteren Ausführungsform bekannt,die Gehäusespitze
in axialer Richtung verschiebbar im Gehäuse des Rammbohrgerätes anzuordnen und in
Arbeitsrichtung Uber ein Federglied an dem Gehause abzustUtzen. Hierdurch wird die
durch den Schlagkolben erzeugte schlagartige Belastung der als Schlagspitze bezeichneten
Gehäusespitze infolge des zwischengeschalteten Federgliedes gedämpft auf das rohrförmige
Gehäuse übertragen,so daß dessen Belastung erheblich herabgesetzt wird. Diese bekannte
Ausführung besitzt demzufolge eine weitaus größere Lebensdauer. Durch eine veränderliche
Vorspænnung des zwischen der Schlagspitze und dem rohrförmigen Gehäuse ange-@dneten
Federgliedes kann das Rammbchrgerät an unterschiedliche Beschaffenheiten des Bodens
angepaßt werden.
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Obwohl durch die abgefederte längsverschiebbarkeit der Sohlagspitze
gegenüber dem rohrförmigen Gehäuse erreicht wird, daß die Schlagspitze anfangs mst
einem großen Schlag impuls durch den Schlagkolben
beschleunigt und
in Vortriebsrichtung bewegt wird und die Belastung des Gehäuses zum Zwecke seines
Nachziehens erst nach der durch das Federglied bewirkten Dämpfung aufgrund der verbleibenden
Restenergie erfolgt, ergeben sich durch diese bekannte Ausführung entscheidende
Nachteile sowohl hinsichtlich der Richtungsstabilität als auch bezUg-@ich des Wirkungsgrades
bei der Energieumsetzung. Um eine Dämpfung zwischen Schlagspitze und Gehäuse mittels
des Federgliedes sicher zustellen, ist ein minimaler Federweg in der Größenordnung
von etwa lo mm erforderlich,der eine Verschiebbarkeit der Schlagspitze gegenUber
dem Gehause in derselben Größenordnung zur Folge haben muß. Da der Bohrfortschritt
je nach Bodenart zwischen o,l und 3 mm ja Kolbenschlag liegt, zieht das Federglied
nach jeden Schlag die Schlsgspitze wieder aus ihrer bereits erreichten vordersten
Position um einen gewissen Teil zurück, da das Gehäuse wegen der größeren Reibung
im Erdreich nicht vollständig nachfolge. Hierdurch wird der Wirkungsgrad ebenso
verschlechtert wie durch die Notwendigkeit, daß der auf die Schlagspitze auftreffende
Schlagkolben zunächst das vorgespannte Federglied zusammendrUcken in2ß, bevor seine
Schlagenergie in Vortriebsleistung der Schlagspitze umgesetzt werden kann. Für die
Richtungsstabilität des bekannten Rammbohrgerätes ist es nachteilig» daß das Federglied
nach jedem vom Schlagkolben erzeugten Schlag infolge der Längsverschiebbarkeit der
Schlagspitze eine Vor- und Rtlckschnelllcraft auf das Gehause ausübt,die insbesondere
dann zu einem axialen Hin- und Hertanzen des Rammbohrgerätes im Boden führt, wenn
in einem verhältnismäßig weichen Boden ein Hindernis eingebettet ist. Durch das
Hin- und Hertanzen den Gerätes erweitert sich jedoch das Bohrloch,beispielsweise
elliptisch, wodurch das Rammbohrgerät von seiner vorgegebenen Richtung abweicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbstgetricbenes pneumatisches
Rammbohrgerät der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches die soranstehend
beschriebenen Nachteile vermeidet und einen richtungsstabilen Vortrieb auch bei
schwierigen Bodenverhältnissen mit hohem Wirkungsgrad sicherstellt.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Schlagspitze gegenüber dem Gehäuse zwischen zwei Anschlägen
frei verschiebbar ist,wobei gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung
die Längsverschiebbarkeit der Schlagspitze gegenüber dem Gehäuse nur geringfügig
größer ist als der Bohrfortschritt je Schlagimpuls.
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Du@ch diese geringfügige,von keinem Federglied belastete und behinderte
Verschiebbarkeit der Schlagspitze gegenüber dem Gehäuse wird erreicht,daß der Schlagimpuls
des Schlagkolbens ungedämpft und damit in voller Höhe auf die Schlagspitze übertragen
wird.Die Schlagenergie wird somit hundertprozentig für den Vortrieb bzw.für die
Zertrümmerung von Hindernissen benutzt. Gleichzeitig wird jedoch durch die Verschiebbarkeit
der Schlagspitze gegenüber dem Gehäuse sichergestellt,daß der hobe Anfangsimpuls
des Schlagkolbens nicht auf das Gehäuse übertragen wird,so daß dieses nicht nur
von einer hohen Beanspruchung freigchalten wird,sondern auch von Vibrationen,die
sich insbesendere beim Zertrümmern von Gesteinsbrocken im Erdreich ergeben und die
bei der bekannten Ausführungsform zusätzlich durch Rückschnell krhfte des Federgliedes
entstanden und insgesamt zu einer mangelnden Richtungsstabilität führten.Da der
Verschiebeweg der Schlagspitze nur geringfügig größer ist als der Bohrfortschritt
je Schlagimpuls und da keine Rückschnellkräfte zwischen Schlagspitze und Gehäuse
eingebaut sind,bleibt die Schlagspitze stets in Kontakt mit dem Erdreich,so daß
die insbesondere im elastischen Bereich des Erdreiches liegend. Verdrängungsarbeit
nur einmal geleistet und nicht bei jedem Schlag wiederholt werden @@ß Cemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist die Längsverschiebbarkeit der Schlagspitse gegenüber
dem Gehäuse durch Einfügen von Distanzringen veränderlich. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform sind diese Distanzringe geteilt,um eine einfache Montage und Demontage
von der Seite her ohne jegliche Yeränderung des Rammbohrgerätes zu ermöglichen.
Auf diese Weise läßt sich der Verschiebeweg der längsverschiebbaren Schlagspitze
gegenüber dem Gehäuse den verschiedenen Umständen und Beschaffenheiten des Bodens
anpassen, so daß stets eine optimale Abstimmung erfolgen kann. wenn das Rammbohrgerät
zu Eintreiben von Stahlrohren in den Boden benutzt werden soll,wobei das Gerät stets
außerhalb des Bodens verbleibt, kann die Verschiebbarkeit der Schlagspitze gegenüber
dem Gehäuse sogar
aufgehoben werden.
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Mit der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen,die Schlagspitze mit
einer möglichst großen, im wesentlichen rechtwinklig zur Vortriebsrichtung liegenden
Stirnfläche auszubilden,die vorzugsweise kreisförmig ausgeführt und konkav ausgerundet
sein kann.Durch diese Ausgestaltung wird erreicht,daß die Schlagspitze auf dem größten
Teil des Bohrloch/querschnitts Zertrümmerungsarbeit leisten kann.
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Dies ist von großer Bedeutung, da das zu verdrämgende Bodenmaterial
in der Ringzone um das Bohrl@ch untergebracht werden muß. Bei locker gelagertem
Untergrund stehen hierfür genügend Hohlräume zur Verfügung. Bei dichter Lagerung
oder sofern Hindernisse,insbesondere grössere Steine,vor dem Rammbohrgerät auftauchen,sind
die vorhandenen Hohlräume im Boden zu klein, um diese Hindernisse,die durch seitliche
Keilkräfte aus dem Vortriebsweg des Gerätes verdrängt werden, aufzunehmen, Mit der
erfindungsgemäßen Ausbildung werden diese Hindernisse zertrümmert,so daß ihre Einzelteile
in den vorhandenen Hohlr@umen der das Bohrloch ungebenden Ringzone untergebracht
werden können. Hierdurch wird nicht nur eine gute Richtungsstabilität gewährleistet,sondern
es werden auch Aufwölbungen an der Geländeoberfläche auf ein Mindestmaß herabgesetzt,wenn
mit dem erfindungsgemässen Rammbohrgerät ein Bohrioch in der Hähe der Erdoberfläche
erzeugt wird Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen
Rammbohrgerätes dargestellt, und zwer zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein
schematisch dargestelltes Rammbohrgerät und Fig. 2 einen Teilschnitt desselben In
vergrößerten Maßstab.
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Das anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellte Rammbohrgerät besitzt
ein rohrförmiges Gehäuse 1,an dessen vorderem Ende ein Führungsring 2 befestigt
ist. Dieser Führungsring 2 ist auf einem Teil seiner axialen Länge mit einem Außengewinde
versehen,welches in ein Innengewinde am vorderen Ende des rohrförmigen Gehäuses
1
eingeschraubt ist. Hierdurch ergibt sich eine lösbare, jedoch
feste Verbindung mischen dem Führungering 2 und dem rohrförmigen Gehause 1* In der
zentralen Bohrung des Führungsringes 2 ist eine Schlagspitze 3 in axialer Richtung
frei beweglich geführt. Diese Schlagspitze 3 besteht aus einem Führungsteil 3a,
auf den ein Meißelteil 3b aufgeschraubt ist. Die Verbindung zwischen den Führungsteil
3a und dem Moißelteil 3b erfolgt durch einen in eine Gewindebohrung des Meißelteils
3b eingeschraubten Gewindezapfen 3c, der einstückig mit dem Führungsteil 30 ausgebildet
ist. Am hinteren Ende des Führungsteils 3a ist ein Anschlagflansch 3d ausgebildet,der
durch seine Anlage am Führungsring 2 die vordere Endstellung der gegenüber dem Führungsring
2 frei verschiebbaren Schlagspitze 3 bewirkt. Die hintere Endstellung wird durch
Anlage des Meißelteils Ab an der vorderen Stirnfläche des Führungsringes 2 bewirkt.
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Die vordere Stirnfläche 3e des Meißelteils 3b ist kreisförmig ausgebildet
und besitzt im Verhältnis zum Durchmesser des rohrförmigen Gehäuses 1 eine verhältnismäßig
große Fläche. Diese Fläche ist,wie insbesondere Fig. 2 erkennen läßt, konkav ausgerundet.
An die Stirnfläche 3e schließt sich nach einem kurzen nahezu zylindrischen Teil
eine Erweiterung auf den Durchmesser des Gehäuses 1 an,die als Verdrängungskonus
Ar bezeichnet wird.
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Mit der rückwärtigen, als Amboßfläche 3g bezeichneten Flache des
Führungsteils 3a wirkt ein Schlagkolben 4 zusammen, der im Gehäuse 1 axial beweglich
gefUhrt ist. Dieser Schlagkolben 4 wird durch Druckluft im Gehäuse t hin- und hergehend
bewegt. die Druckluft wird dem Gehäuse 1 durch eine feststehende, jedoch in axialer
Richtung in zwei unterschiedlichen Stellungen arretierbare Steuarhülse 5 zugeführt.
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Diese Steuerhülse 5 besitzt ein mit einer durchgehenden Bohrung versehenes
Zuführrohr 5a und einen im Durchmesser erweiterten Steuerkopf 5b. Mittels des Zuführrohres
5a ist die Steuerhülse 5
an einem Lagerring la des Gehäuses 1 gelagert.Dieser
Lagerring 1a ist mit Bohrungen 1b zum Durchtritt der Abluft versehen. Der Steuerkopf
5b der Steuerhülse 5 liegt stets innerhalb einer Anbohrung 4b des Schlagkolbens
4. Im Bereich dieser Anbohrung 4b besitzt der Schlagkolben 4 Steuerbohrungen 4c,die
mit der als Steuerkante wirkenden vorderen und hinteren Kante des Steuerkopfes Sb
zusammenwirken.
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Durch Zufuhr von Druckluft durch die Steuerhülse 5 in die Anbohrung
4b des Schlagkolbens 4 wird der Schlagkolben 4 in Richtung auf die Schlagspitze
3 bewegt bis er mit seiner Hammerfläche 4a auf die Amboßfläche 3g der Schlagspitze
3 aufprallt. Kurz vor dem Auftreffen des Schlagkolbens 4 auf die Schlagspitze 3
gelangen beim Vorlauf des Rammbohrgerätes die Steuerbohrungen 4a des Schlagkolbens
4 vor die Steuerkante der Steuerhülse 5,so daß nunmehr die Druckluft in den Ringraum
zwischen dem Schlagkolben 4 und den Gehäuse 1 gelangt.
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Da die vordere Fläche des Schlagkolbens 4 größer ist als die Fläche
innerhalb der Anbohrung bb, treibt die einströmende Druckluft nun.
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mehr den Schlagkolben 4 zurück.Seine Rückwärtsbewegung wird dadurch
gebremst,daß der Luftdruck im Ringraum zwischen dem Schlagkolben 4 und dem Gehäuse
1 abni@@t,nachdem die Steuerbohrungen 40 rückwärtslaufend die vordere Steuerkante
des Steuerkopfes 5b überlaufen haben und damit die Verbindung zwischen der unter
vollem Luftdruck stehenden Anbohrung 4b und dem Ringraum unterbunden ist. Der Sohlagkolben
4 kommt zum Stillstand und wird dann sofort wieder nach vorne bewegt, wenn die Steuerbohrungen
40 in der Rückwärtsbewegung die hintere Kante des Steuerkopfes 5b überfehren haben,da
sich jetzt der Luftdruck im Ringraum voll entspannt und die Abluft durch die Bohrungen
@b des Lagerringes @a entweichen kann.
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Bei einer Richtungsumkehr, d.h. wenn das Remmbohrgerät in dem erzeugten
Bohrloch zurückwandern soll,wird die Steuerhülse 5 innerhalb des rohrförmigen Gehäuses
1 in axialer Richtung verstellt, so daß der Schlagkolben 4 seine Schlagimpulse nunmehr
Uber seine hintere Ringfläche 4d auf den Lagerring la des Gehäuses 1 überträgt,
während
das Druckluftpolster bei einem derartigen RUcklauf zwischen der Hammerfläche 4a
des Schlagkolbens 4 und der Schlagspitze 3 aufgebaut wird.
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Die Schlagspitze 3 ist gegenüber dem Gehäuse 1 zwischen den erwähnten
Anschlägen frei verschiebbar,wobei diese Längsverschiebbarkeit nur geringfügig größer
ist als der Bohrfortschritt je Schlagimpuls.
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Das dargestellte Rammbohrgerät führt je Minute 300 bis 500 Schläge
aus und erzielt hierbei in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit einen Vortrieb
pro Schlag zwischen o,l und 3 mm. Die unterhalb der Pig.2 eingezeichnete Größe des
Verschiebeweges liegt somit bei wenigen Millimetern.
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Beim Auftreffen des Schlagkolbens 4 auf die Amboßfläche 3g der Schlagspitze
3 wird somit zuerst die Schlagspitze 3 mit der vollen Schlagenergie des Schlagkolbens
4 durch das Erdreich getrieben, bevor mit der verbleibenden Restenergie des Gehäuse
1 nachgezogen wird. Es findet somit eine dämpfungsfreie Übertragung der Schlagenergie
VOM Scblagkolben 4 auf die Schlagspitze 9 statt. Gleichzeitig wird das Gehäuse 1
von schlagartigen Belastungen freigehalten.