DE2911837A1 - Steuerung fuer selbstgetriebene rammbohrgeraete - Google Patents

Description

Dr.-lng. Reimar König .■ DipJ.-rlng. Klaus Bergen Cecilienallee yB A Düsseldorf 3O Telefon 45 SO DS Patentanwälte

23. März 1979 32 767 K

Herr Paul Schmidt, 5940 Lennestadt/Saalhausen

"Steuerung für selbstgetriebene Rammbohrgeräte"

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für selbstgetriebene, über einen Druckluftschlauch mit Druckluft beaufschlagten Rammbohrgeräte mit einem in einem rohrförmigen Gehäuse axial verschiebbaren Schlagkolben und einer dessen Vor- und Rückbewegung durch Öffnen und Schließen von im Arbeitsraum des Schlagkolbens befindlichen radialen Steueröffnungen steuernden Hülse.

Steuerungen mit einem drehbaren Steuerrohr in einer ortsfesten Hülse sind aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 34 066 und der deutschen Gebrauchsmusterschrift 78 05 673 bekannt. Die in der deutschen Offenlegungsschrift 26 34 066 beschriebene Steuerung weist eine ortsfeste Steuerhülse auf, in die ein drehbares, jedoch axial verschiebefestes Steuerrohr eingreift. Das Steuerrohr und der Druckluftschlauch sind drehfest miteinander verbunden, so daß durch Verdrehen des Druckluftschlauchs ein Umsteuern von Vor- auf Rücklauf und umgekehrt möglich ist.

Die Vorteile dieser mechanischen Drehumsteuerung liegen darin, daß die Änderung von Vor- auf Rücklauf und umgekehrt völlig unabhängig von der Druckluft ist und durch die Winkelstellung des Druckluftschlauchs, die sich auch beim Abstellen und Wiederanfahren des Rammbohrgerätes nicht verändert, ein eindeutiger

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Hinweis auf die Arbeitsrichtung des Rammbohrgerätes gegeben ist. Bei der bekannten Vorrichtung hat sich jedoch gezeigt, daß bei längeren Erdbohrungen - es lassen sich Längen von mehr als 100 m erreichen - das Umsteuern mit Hilfe des Druckluftschlauchs zu Schwierigkeiten führen kann, wenn der Druckluftschlauch bei waagerechten oder nahezu waagerechten Erdbohrungen auf der Bohrungswandung liegt und die Reibung mit zunehmender Bohrungslänge sehr stark ansteigt. Es kann auch vorkommen, daß die mittels des Rammbohrgerätes hergestellte Erdbohrung einfällt, was zu einer zusätzlichen Reibung des Schlauches in der Bohrung führt. Die Reibung kann unter Umständen so groß werden, daß sich der Druckluftschlauch überhaupt nicht mehr drehen läßt, und somit ein Umsteuern nicht mehr möglich ist.

Weiterhin besteht insbesondere beim Starten eines Rammbohrgerätes und beim Betrieb in weichem Boden der Wunsch, das Rammbohrgerät mit gedrosselter Leistung zu betreiben. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, die Druckluftzufuhr vom Kompressor über einen Absperrhahn zu drosseln. Da jedoch diese Absperrhähne im allgemeinen nicht als Drosseln zum Steuern der Druckluftzufuhr dienen, sind die Einstellmöglichkeiten höchst ungenau.

Weitere teils mechanisch, teils pneumatisch arbeitende Umsteuerungen sind aus den deutschen Patentschriften 1 634 417, 1 634 579, 2 157 259 und 2 340 751 sowie den deutschen Offenlegungsschriften 2 105 257, 2 105 229, 2 722 297 und 2 735 062 bekannt; sie benutzen sämtlich das Prinzip einer verstellbaren Hülse, deren Lage in bezug auf die radialen Steueröffnungen des Schlagkolbens oder einer in den Arbeitsraum des Schlagkolbens eingreifenden Steuerhülse die Bewegungsrichtung des Rammbohrgeräts bestimmt. In allen diesen Fällen ist ein mechanisch oder pneumatisch induziertes Verstellen einer Hülse mit oder ohne Steueröffnungen erforderlich und ergeben sich demgemäß die vorerwähnten Schwierigkeiten.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Steuerungen so zu verbessern, daß sich das Rammbohrgerät auch bei größten Bohrungslängen auf einfache Weise umsteuern läßt, ohne daß die Gefahr einer Behinderung durch die Bodenreibung oder durch eingefallene Teilstrecken der Erdbohrung besteht. · Außerdem sollte die zusätzliche Möglichkeit gegeben sein, die Leistung des Rammbohrgerätes stufenlos einzustellen und zwar unabhängig von dem Kompressordruck.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mit der Hülse verbundene, innerhalb des Druckluftschlauchs nach außen geführte biegsame Betätigungsverbindung, vorzugsweise eine torsionssteife Welle. Die Verbindung kann verhältnismäßig dünn sein, so daß der freie Querschnitt im Druckluftschlauch auf jeden Fall ausreicht, die erforderliche Druckluft dem Rammbohrgerät zuzuführen. Gegenüber einem Druckluftschlauch ist eine biegsame Welle erheblich torsionssteifer, so daß auch bei großen Bohrungslängen die Winkelstellung des Steuerrohrs mit der Winkelstellung des Endes der biegsamen Welle übereinstimmt. Die Reibung zwischen der Innenvaad des Druckluftschlauches und der biegsamen Welle ist gering und wird auch nicht durch die Beschaffenheit der mittels des Rammbohrgerätes hergestellten Erdbohrung beeinflußt. Mittels einer an einem drehbaren Steuerrohr mit SteuerÖffnungen in einer Steuerhülse mit Steueröffnungen angreifenden biegsamen Welle läßt sich die Schlagleistung des Rammbohrgerätes auf einfache Weise stufenlos verstellen, da sich mittels der biegsamen Welle Zwischenstellungen des Steuerrohrs im Verhältnis zur Steuerhülse einstellen lassen, bei denen sich die Steueröffnungen und die Durchtrittsöffnungen nur^eilweise überschneiden und auf diese Weise ein gedrosselter Durchtritt der Druckluft erreichbar ist.

Ähnliche Zwischenstellungen lassen sich auch im Falle einer axial verstellbaren Steuerhülse oder eines axial verstellbaren Steuerrohrs in einer ortsfesten Steuerhülse erreichen.

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Die Betätigung der biegsamen Welle erfolgt vorteilhafterweise dadurch, daß sich am Schlauchende ein Winkelstück mit einer seitlichen Schlauchkupplung und einer zum Schlauch koaxialen abgedichteten Durchführung für die Welle befindet. Am Wellenende ist dann ein Verstellhebel angeordnet und am Winkelstück den Verstellwinkel des Verstellhebels begrenzende Anschläge. Das Winkelstück erlaubt es, die biegsame Welle gerade aus dem Schlauch herauszuführen und mittels des Verstellhebels zwischen den Anschlägen zu betätigen. Beim Verstellen sind Zwischenstellungen möglich, wobei die Mittelstellung zwischen den beiden Anschlägen den Stillstand des Rammbohrgerätes bewirkt.

Das Winkelstück kann entweder direkt mittels der Schlauchkupplung an den Kompressor angeschlossen sein, oder es kann ein weiteres zu einem entfernt stehenden Kompressor führendes Schlauchstück mit dem Winkelstück verbunden sein. In jedem Falle muß das Sch3.auchstück mit dem Winkelstück so lang sein, daß das Winkelstück stets außerhalb der mittels des Rammbohrgeräts hergestellten Erdbohrung verbleibt.

Um besonders lange Bohrungen herzustellen, die länger sind als die üblichen Schlauchlängen, können mehrere Schlauchstücke miteinander verbunden werden. In diesem Fall kommt erfindungsgemäß eine einer Schlauchlänge entsprechende biegsame Welle zur Verwendung, die an ihren Enden drehfeste und lösbare Kupplungen aufweist. Diese Kupplungen können vorteilhafterweise als Bajonettkupplungen ausgebildet sein, die bevor die Schläuche miteinander gekuppelt werden, ineinander gesteckt werden. Auf diese Weise lasser sich ohne Schwierigkeiten sehr große Bohrungslängen mittels eines Rammbohrgerätes herstellen und das Rammbohrgerät ift leicht von Vor- auf Rücklauf umsteuerbar.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß eine drehbare, mit Steueröffnungen versehene Hülse in den Arbeitsraum des Schlag-

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kolbens eingreift und mit einer torsionsfesten Welle verbunden ist. In diesem Falle werden die Steueröffnungen der Hülse beim Drehen der Hülse mit Hilfe der Welle zur Deckung mit den Steueröffnungen des Schlagkolbens gebracht, wenn die Bewegungsrichtung des Geräts geändert werden soll.

Eine keine Steueröffnungen aufweisende Hülse kann jedoch auch axial verschiebbar in den Arbeitsraum des Schiagkolbens eingreifen und mit der Betätigungsverbindung verbunden sein. Das Umsteuern von Vor- auf Rücklauf geschieht in diesem Falle durch ein Verschieben der Hülse entgegen der Arbeitsrichtung des Geräts, wodurch sich der Zeitraum, während dessen Pressluft dem vor dem Schlagkolben befindlichen Raum zugeführt wird, verlängert. Demzufolge trifft der Schlagkolben am Ende seiner Rückwärtsbewegung auf einen Gehäuseanschlag und erteilt dem Gehäuse dadurch einen Impuls nach rückwärts.

Entscheidend ist bei der erfindungsgemäßen Umsteuerung, daß die Betätigungsverbindung im Druckluftschlauch verläuft und somit nicht in Berührung mit dem Erdreich kommt; die Betätigungsverbindung ist somit gegen jede Beeinträchtigung geschützt.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steuerung in einem Rammbohrgerät mit Vorlaufstellung,

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt in Rücklaufstellung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Verstellhebel der Steuerung,

Flg. 4 einen Längsschnitt durch ein Schlauchendstück mit Verstellhebel und

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Fig. 5 eine lösbare und drehfeste Kupplung zwischen den Wellenenden.

Das Rammbohrgerät besitzt ein Gehäuse 1, in dem unter Belastung eines Ringraums 10 ein Schlagkolben 2 axial verschiebbar gelagert ist. An seinem rückwärtigen Ende besitzt der Schlagkolben 2 einen Kolbenmantel 3 mit radialen Steueröffnungen 4. Am hinteren Ende des Gehäuses 1 befindet sich ein Führungsring 5 mit axialen, in die freie Atmosphäre führenden Entlüftungsbohrungen 6. Der Führungsring 5 besitzt eine rohrförmige Verlängerung 7, an der eine Steuerhülse 9 befestigt ist. In der Steuerhülse 9 befinden sich Durchtrittsöffnungen 11, die in Ringnuten 12 übergehen, so daß unabhängig von der Winkellage der Steueröffnungen 4 des Kolbenmantels 3 im Verhältnis zu den Durchtrittsöffnungen 11 stets eine Verbindung zwischen den Steueröffnungen 4 und den Durchtrittsöffnungen gegeben ist. In der Steuerhülse 9 befinden sich weitere Durchtrittsöffnurgen 13, die in Fig. 1 über Längsnuten 17 eines drehbar und axial verschiebefest gelagerten Steuerrohrs 16 mit Durchtrittsöffnungen 15 in Verbindung stehen. Auch die Durchtrittsöffnungen 13 sind in einer Ringnut 12 der Steuerhülse 9 angeordnet, während sich die Durchtrittsöffnungen 15 im Bereich der rohrförmigen Verlängerung 7 mit geringerem Durchmesser als die Steuerhülse 9 befinden.

Im Steuerrohr 16 befinden sich Steueröffnungen 21, die sich mit den Durchtrittsöffnungen 11 in der Steuerhülse 9 zur Deckung bringen lassen. Das Steuerrohr 16 ist mit einer in einen Arbeitsraum 22 des Schlagkolbens 2 mündenden Längsbohrung 18 versehen. Im Bereich der Steueröffnungen 21 ist der Durchmesser dieser Längsbohrung 18 größer als im Bereich der Längsnuten 17. Von hinteren Ende der Längsbohrung 18 gehen schräge Bohrungen 19 aus, die eine Verbindung zwischen der Längsbohrung 18 und dem inneren der rohrförmigen Verlängerung 7 herstellen.

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Das Steuerrohr 16 endet in einem mit einer Sacktiohrung versehenen zylindrischen Fortsatz 20, in dem das Ende einer biegsamen Welle 27 befestigt ist. Das Steuerrohr 16 ist in seiner axialen Lage verschiebefest aber drehbar durch einen Ansatz an der rohrförmigen Verlängerung 27 und durch einen Bund 24 an der Steuerhülse 9 gelagert. Außerhalb des Gehäuses 1 besitzt die rohrförmige Verlängerung 7 einen Nippel 8, auf den ein Druckluftschlauch 25 geschoben und mittels einer Würgehülse 26 befestigt ist.

Der Schlauch 25 und die biegsame Welle 27 sind bis zu einem Winkelstück 28 mit einem Nippel 8 geführt, auf den der Druckluftschlauch 25 geschoben und mit Hilfe einer Würgehülse 26 befestigt ist. Am Winkelstück 28 ist seitlich eine Schlauchkupplung 29 angeordnet, mittels derer ein weiteres Schlauchstück angeschlossen oder aber eine direkte Verbindung zu einem Kompressor hergestellt wird. In axialer Verlängerung des Druckluftschlauchs 25 und der biegsamen Welle 27 befindet sich im Winkelstück 28 eine abgedichtete Durchführung 30, die ein Verdrehen der biegsamen Welle 27 erlaubt, aber keinen Austritt von Druckluft gestattet. Zwei auf der Außenfläche des Winkelstücks 28 angeordnete Anschläge 32 begrenzen den Winkelausschlag eines mit der biegsamen Welle 27 drehfe.st verbundenen Verstellhebels 31.

Um bei großen Bohrungslängen sowohl den Druckluftschlauch 25 als auch die biegsame Welle 27 nach Bedarf verlängern zu können, sind im Bereich der üblichen Schlauchkupplungen drehfeste, aber lösbare Kupplungen an den Enden der biegsamen Welle 27 angeordnet. Diese Kupplungen sind als Bajonettkupplungen ausgebildet und bestehen am einen Wellenende aus einer Kupplungshülse 33 mit einer Nut 35 und am anderen Wellenende aus einem Kupplungszapfen 34 mit Zapfen 36. Die Kupplungshälften 33,34 werden in bekannter Weise zusammengesteckt und rasten so ein, daß eine Drehübertragung von einem Wellenende auf das andere Wellenende möglich ist.

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Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorlaufstellung tritt Druckluft über die schrägen Bohrungen 19 und die Längsbohrung 18 in den Arbeitsraum 22. Gleichzeitig gelangt über die Steueröffnungen 4 und den Ringraum 10 Druckluft vor die Stirnfläche des Schlagkolbens 2. Da die wirksame Kolbenfläche des Schlagkolbens 2 größer ist als die Fläche des Arbeitsraums 22, bewegt sich der Schlagkolben 2 im Gehäuse 1 nach rechts bis die Steueröffnungen 4 in den Bereich der Durchtrittsöffnungen 13 und der Ringnut 14 gelangen. In diesem Moment entspannt sich die Druckluft im Raum vor dem Schlagkolben 2 über den Ringraum 10, die Steueröffnungen 11, die Ringnut 14, die Durchtrittsöffnungen 13, die Längsnuten 17 sowie die Durchtrittsöffnungen

15 und gelangt durch die Entlüftungsbohrungen 6 in die freie Atmosphäre. Da von diesem Augenblick an der Druck im Arbeitsraum 22 größer ist als der Druck vor dem Schlagkolben 2,wird der Schlagkolben nach vorn getrieben, bis er auf die Schlagspitze des Rammbohrgerätes trifft und über die Steueröffnungen 4 vom Arbeitsraum 22 erneut Druckluft vor den Schlagkolben 2 gelangt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorlaufstellung sind die Durchtrittsöffnungen 11 in der Steuerhülse 9 durch das Steuerrohr

16 verschlossen, so daß Druckluft durch die Steueröffnungen 4 und den Ringraum 10 erst dann vor die Vorderseite des Schlagkolbens 2 gelangen kann, wenn diese Steueröffnungen 4 die Vorderkante der Steuerhülse 9 überfahren haben.

Wird, wie in Fig. 2 dargestellt, das Steuerrohr 6 so verdreht, daß die Durchtrittsöffnungen 11 und die Steueröffnungen 21 zur Deckung gelangen, wobei gleichzeitig die Längsnuten 17 so verdreht werden, daß eine Verbindung zwischen den Durchtrittsöffnungen 13 und 15 in der Steuerhülse 9 nicht mehr besteht, so gelangt Druckluft aus der Längsbohrung 18 schon dann in den Raum vor dem Schlagkolben 2, wenn die Steueröffnungen 4 die

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Durchtrittsöffnungen 11 in der Steuerhülse 9 erreichen. Der Druckaufbau vor dem Schlagkolben 2 tritt somit früher als in der in Fig. 1 dargestellten Stellung ein, so daß der Schlagkolben 2 früher abgebremst wird und nicht oder nur mit einer geringen Energie auf die Schlagspitze des Rammbohrgerätes aufschlägt. Andererseits kann sich die Druckluft vor dem Schlagkolben 2 erst entspannen, wenn die Steueröffnungen 4 das hintere Ende der Steuerhülse 9 überfahren haben und in den Bereich der rohrförmigen Verlängerung 7 gelangt sind. Demzufolge schlägt der Kolbenmantel 3 gegen den Führungsring 5 am hinteren Ende des Gehäuses 1 und bewirkt den Rückwärtslauf des Rammbohrgerätes.

An der Stellung des Verstellhebels 31 ist eindeutig erkennbar, ob sich das Rammbohrgerät beim Einschalten der Druckluft vorwärts oder rückwärts bewegt, da jeder Stellung des Verstellhebels 31 eindeutig eine entsprecnende Stellung des Steuerrohrs 16 im Verhältnis zur Steuerhülse 9 zugeordnet ist. In der Mittelstellung zwischen den in Fig. 3 dargestellten Stellungen befindet sich das Steuerrohr in einer Stellung, bei der das Rammbohrgerät stillsteht, während von dieser Stellung aus sowohl für den Rückwärtslauf als auch für den Vorwärtslauf die Möglichkeit besteht, das Rammbohrgerät stufenlos von verminderten bis zur vollen Leistung zu steuern.

Die erfindungsgemäße Steuerung eignet sich für alle Arten von Rammbohrgeräten, bei denen ein mit Steueröffnungen versehener Schlagkolben unter dem Einfluß von Druckluft auf einer axial verstellbaren oder drehbaren Steuerhülse oder auf einer ortsfesten Steuerhülse mit einem darin angeordneten axial verstellbaren oder einem drehbaren Steuerrohr hin- und herbewegt wird. Unterschiedlich ist i& Einzelfall nur die Anordnung der einzelnen Steueröffnungen. Die Betätigungsverbindung ist jedoch immer durch den Druckluftschlauch geführt und greift entweder an der beweglichen Hülse oder an dem beweglichen Steuerrohr an.

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Je nach der Beschaffenheit der Umsteuerung tritt an die Stelle der biegsamen, torsionsfesten Welle ein Zugseil oder ein biegsamer Stab als Betätigungsverbindung. In all diesen Fällen ergibt sich tifer Vorteil, daß die Betätigungsverbindung gegen äußere Einflüsse völlig geschützt ist.

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Claims (8)

Herr Paul Schmidt, 5940 Lennestadt/Saalhausen Patentansprüche:

1.)Steuerung für selbstgetriebene, über einen Druckluftschlauch mit Druckluft beaufschlagte Rammbohrgeräte mit einem in einem rohrförmigen Gehäuse axial versdiebbarem Schlagkolben und einer dessen Vor- und Rückbewegung durch Öffnen und Schließen von im Arbeitsraum des Schlagkolbens befindlichen, radialen Steueröffnungen steuernden Hülse, gekennzeichnet durch eine mit der Hülse (16) verbundene, innerhalb des Druckluftschlauchs (25) nach außen geführte biegsame Betätigungsverb indung (27).

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehbare, mit Steueröffnungen (21) versehene Hülse (16) in den Arbeitsraum (22) des Schlagkolbens (2) eingreift und mit einer torsionsfesten Welle (27) verbunden ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in einer Hülse (7) mit Durchtrittsöffnungen (11) drehbar und axial verschiebefest ein Steuerrohr (16) mit korrespondierenden Steueröffnungen (21) gelagert und mit einer torsionsfesten Welle (27) verbunden ist.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen am Wellenende angeordneten Verstellhebel (31) und am Winkelstück (28) angeordnete, den Verstellwinkel des Verstellhebels (31) begrenzende Anschläge (32).

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5. Steuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekenn zeichnet durch einer Schlauchlänge entsprechende Welle (27) und drehfeste, lösbare Kupplungen (33,34,35,36) an den Wellenenden.

6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (33,34,35,36) als Bajonettkupplungen ausgebildet sind.

7. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial verschiebbare Hülse (16) in den Arbeitsraum (22) des Schlagkolbens (2) eingreift und mit einer Betätigungsverbindung (27) verbunden ist.

8. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlauchende aus einem Winkelstück (28) mit einer seitlichen Schlauchkupplung (29) und einer zum Schlauch (25) koaxialen, abgedichteten Durchführung (30) für die Betätigungsverbindung (27) besteht.

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