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Erdbohrvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Erdbohrvorrichtung mit einem konischen
Kopf und einem anschließenden zylindrischen Körper, auf dessen Außenmantel ein Schraubengang
ausgebildet ist und bei welcher der Kopf durch einen in die Vorrichtung eingebauten
Motor drehbar ist.
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Eine Erdbohrvorrichtung der vorstehend genannten Art ist beispielsweise
durch die US-PS 34 80 092 bekannt. Dort wird mittels einer Drehschlag-Antriebsvorrichtung
ein
impulsweises Drehen der eingängigen Spirale bewirkt.
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Zwar wird im Gegensatz zu anderen einschlägigen Vorrichtungen zur
Bildung von Erdkanälen ohne Aufgraben hier nicht durch Schlagen in Vortriebsrichtung
gearbeitet, sondern ein Vorwärtsschrauben der Vorrichtung im Erdreich vorgenommen,
doch ist der Wirkungsgrad dieser Vorrichtung unbefriedigend. Auch besteht bei dieser
Erdbohrvorrichtung insbesondere bei Lehmboden die Gefahr, daß die Vorrichtung aus
einer gewünschten Bohrrichtung verläuft und sich festbeißt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erdbohrvorrichtung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie auch in schweren Böden einen
sicheren Vor- und Rücklauf gewährleistet und einen guten Wirkungsgrad erbringt Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Außenmantel des zylindrischen Körpers
zwei gegenläufig antreibbare Abschnitte aufweist, die jeweils mit einem Schraubengang
versehen sind, dessen Steigung entgegengesetzt zur Steigung des Schraubengangs des
anderen Abschnittes verläuft. Die Schraubengänge der beiden gegenläufigen Abschnitte
können eine unterschiedliche Steigung aufweisen und mit unterschiedlichen Drehzahlen
angetrieben sein.
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Durch die Verwendung von zwei gegenläufigen Schraubengängen
wird
das beim Vordringen der Erdbohrvorrichtung vom Erdreich ausgeübte Gegendrehmoment
weitgehend ausgeglichen, so daß zur Abstützung der Erdbohrvorrichtung an einem nicht
drehbaren hinteren Endabschnitt relativ kleine radial abstehende FUhrungsflügel
ausreichen.
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Entsprechend kleiner ist der Widerstand, der durch die se Stabilisierungsflügel
bedingt ist und der vom Antrieb der Vorrichtung ebenfalls überwunden werden muß.
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Ein die Lebensdauer der Erdbohrvorrichtung von vornherein begrenzender
und eine massive Bauform erzwingender Schlagantrieb ist beim Anmeldungsgegenstand
vermieden. Die Vorrichtung erfährt eine kontinuierliche Drehantriebsbewegung der
beiden gegenläufigen Außenmantelabschnitte, wobei zwischen dem in die Vorrichtung
eingebauten, relativ schnellaufenden Antriebsmotor, insbesondere Hydromotor, und
den gegenläufig antreibbaren Außenmantelabschnitten des zylindrischen Körpers ein
hochübersetztes Getriebesystem angeordnet ist, das eine langsame Drehung der Außenmantelabschnitte
mit entsprechend starkem Drehmoment erbringt. Das Getriebesystem kann aus vorzugsweise
mehreren hintereinander-geschalteten Planetengetrieben bestehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein sogenanntes Exzentergetriebe
verwendet, wie nachfolgend in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben
wird. In einem solchen Exzentergetriebe können Ubersetzungen in der Größenordnung
von 1000:1 bei einem relativ einfachen und robusten Getriebeaufbau erzeilt werden.
Die Exzentergetriebe haben den zusätzlichen Vorteil, daß sie durch ihre
exzentrischen
Teile eine gewisse Unwucht in der Vorrichtung erzeugen, die ein Festlaufen der Erdbohrvorrichtung
auch in zähem Erdreich verhindert. Diese als günstig erkannten Querschwingungen
können durch zusätzliche Unwuchtkörper im Antriebsteil der Vorrichtung noch verstärkt
werden.
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In Anpassung an bestimmte Bodenverhältnisse kann die äußere Formgebung
der Erdbohrvorrichtung verschiedene abwandlungen erfahren. Dies gilt zunächst einmal
für die Steigungsstärke der Schraubengänge. An der Spitze des Kopfes der Erdbohrvorrichtung
kann ein koaxialer Spiralbohrerabschnitt angesetzt sein, der die Spurhaltung begünstigt.
Auch kann für bestimmte Anwendungsfälle der konische Kopf an seinem an den zylindrischen
Körper angrenzenden Ende bis zu einem Außendurchmesser erweitert sein, der mindestens
dem maximalen Durchmesser der mit Schraubengängen versehenen drehbaren Abschnitte
des zylindrischen Körpers entspricht.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Erdbohrvorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der Erdbohrvorrichtung,
zur Hälfte im zentralen Längsschnitt;
Fig. 2 einen Querschnitt durch
die Erdbohrvorrichtung im Getriebeteil entlang der Linie II - II in Fig. 1 in gegenüber
Fig. 1 ver größertem Maßstab.
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Im hohlzylindrischen stationären Endabschnitt 10 der Erdbohrvorrichtung
ist ein Hydraulikmotor 11 befestigt, dessen Abtriebswelle 12 über einen Flanschring
13 mit dem Ende 14.1 einer zentralen, mehrstufigen Antriebswelle 14 der Erdbohrvorrichtung
verbunden ist, deren einzelne Abschnitte nachfolgend näher beschrieben werden. Die
zentrale Antriebswelle 14 ist mit ihrem zweiten Abschnitt 14.2 über ein Kugellager
15 in einem koaxial an den Endabschnitt 10 anschließenden, ebenfalls stationären
Gehäuse abschnitt 16 gelagert, der auf seiner Außenseite in über den Umfang symmetrischer
Verteilung relativ kurze radiale Stabilisierungsflügel 17 trägt. Weitere Kugel-
oder Rollenlagerstellen der zentralen Antriebswelle 14 sind mit den Bezugsziffern
18, 19 und 20 bezeichnet.
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Auf dem zweiten Antriebswellenabschnitt 14.2 und auf dem das Kugellager
20 tragenden Endabschnitt 14.4 der Antriebswelle 14 ist jeweils ein Unwucht-Ringkörper
21 bzw. 22 angeordnet.
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Die Antriebswel e 14 weist einen exzentrischen Mittelabschnitt 14.3
auf, auf welchem nebeneinander drei Zahnkränze
23, 24 und 25 angeordnet
sind. Die drei Zahnkränze 23, 24 und 25 sind auf einem gemeinsamen Ringkörper ausgebildet.
Ihre Zähnezahl unterscheidet sich geringfügig voneinander. Beispielsweise kann das
Zahnverhältnis zwischen dem inneren Zahnkranz 23, dem mittleren Zahnkranz 24 und
dem äußeren Zahnkranz 25 20:21:19 betragen. Die exzentrisch umlaufenden Zahnkränze
23, 24 und 25 sind jeweils ein Teil von drei sogenannten Exzentergetrieben und stehen
jeweils in stellenweisem Eingriff mit einem konzentrisch angeordneten, den jeweiligen
Zahnkranz außen umfangenden Innenzahnkranz 26, 27 oder 28. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt
durch das erste oder innere Exzentergetriebe 23/26. Der außenliegende Innenzahnkranz
26 dieses ersten Exzentergetriebes ist stirnseltig mit der Stirnseite des stationären
Gehnuseabschnittes 16 fest verbunden. Der Schnitt der Fig. 2 verläuft noch durch
den ersten drehbaren Außenmantelabschnitt 29 der Erdbohrvorrichtung, der drehstarr
mit einem ersten hülsenartigen Schraubengangabschnitt 30 verbunden ist. Mit diesem
ersten drehbaren Außenmantelabschnitt 29 ist der mittlere Innenzahnring 27 fest
verbunden.
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Der Innenzahnring 28 des dritten oder äußeren Exzentergetriebes 25/28
schließlich ist stirnseitig starr mit einer Innenhülse 31 verbunden, die unter Zwischenlage
des Rollenlagers 19 auf der zentralen Antriebswelle 14 gelagert ist und auf welcher
der erste Schraubengangabschnitt 30 relativverdrehbar angeordnet ist. Die Innenhülse
31 ist stirnseitig mit dem hohlzylindrischen Endabschnitt eines
Innendrehkörpers
32 drehstarr verbunden, auf welchem über ein Rollenlager 33 ein konischer Außenringkörper
34 relativdrehbar gelagert ist, der wiederum mit dem ersten Schraubengangabschnitt
30 drehstarr verbunden ist. Auf dem inneren Drehkörper 32 ist ein zweiter äußerer
Schraubengangabschnitt 35 befestigt, der in dem mehrteiligen konischen Kopf 36 der
Erdbohrvorrichtung endet. Der Kopf 36 ist über zentrale, in der Zeichnung nicht
näher dargestellte und bezeichnete Zuganker mit dem Innendrehkörper 32 verspannt
und nicht allein über den zweiten Schraubengangabschnitt 35 mit dem inneren Drehkörper
32 verbunden.
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Der Schraubengang des ersten Schraubengangkörpers 30 weist eine Steigung
auf, die entgegengesetzt zum Schraubengang des zweiten Schraubengangabschnittes
35 gerichtet ist und hat einen größeren Außendurchmesser. Auch können die Steigungswerte
der beiden Schraubengänge unterschiedlich sein.
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Die Drehrichtung der beiden Schraubengangabschnitte 30 und 35 ist
entgegengesetzt zueinander. Die Drehrichtung und die Relativgeschwindigkeit der
Schraubengangabsohnitte 30 und 35 ist durch den Aufbau der zugehörigen Exzentergetriebe
24/27 bzw. 25/28 bedingt, und zwar durch das Zahnverhältnis zum innersten Exzentergetriebe
23/26 und das jeweilige Zahnverhältnis zwischen dem exzentrisch umlaufenden Zahnkranz
24 oder 25 und dem außenliegenden Innenzahnkranz 27 oder 28. Bei den Exzentergetrieben
weicht die Zahl der Zähne der außenliegenden Innenzahnkränze von der Zahl der Zähne
des zugehörigen, exzentrisch umlaufenden Zahnkranzes geringfügig, vorzugsweise um
einen Zahn ab. Dadurch ergibt sich bei dem exzentrischen Umlauf der Zahnkränze 24
und 25
ein hochuntersetzter Antrieb der zugehörigen außenliegenden
konzentrischen Innenzahnkränze 27 und 28. Wie bereits erwähnt sind die drei exzentrisch
umlaufenden Zahnkränze 23, 24 und 25 der drei Exzentergetriebe auf einem einstückigen
Ringkörper ausgebildet, und der innere Zahnkranz 23 wirkt mit dem außenliegenden
Innenzahnkranz 26 zusammen, der starr mit dem die radialen StabilisierungsfOügel
17 tragsenden Gehäuseabschnitt 16 verbunden ist und durch die Fliigel 16 an einer
Drehbewegung gehindert wird. Somit bildet der Innenzahnkranz 26 eine stationäre
gezahnte Abrollkurve des Getriebesystems. Da die Zahnzahl des mittleren Zahnkranzes
24 größer ist als die Zahnzahl des inneren Zahnkranzes 23, die Zahnzahl des äußeren
Zahnkranzes 25 aber kleiner ist als die Zahnzahl des inneren Zahnkranzes 23 des
gemeinsam exzentrisch umlaufenden Teiles der drei Exzentergetriebe werden die zugu
hörigen Außenzahnringe 27 und 28 nach entgegengesetzten Drellrichtungen relativ
zum stationär gehaltenen Innenzahnkrnz 26 bewegt. Dies bedeutet eine relativ langsame
Drehbewegung des ersten Schraubengangabschnittes 30 der Erdbohrvorrichtung gegenüber
dem durch die Stabilisierungsflügel 17 stationär gehaltenen Gehäuseabschnittes 16
in der einen Drehrichtung und eine Drehbewegung des zweiten Schraubengangabschnittes
25 gegenül)er dem stationnr gehaltenen Gehäuseabschnitt 16 in der entgegengesetzten
Drehrichtung.
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Durch die unterschiedlichen Steigungsrichtungen der Schraubengangabschnitte
30 und 35 wird trotzdem eine gleichgerichtete Vorschubbewegung der Erdbohrvorrichtung
erreic] t. Diese Vorschubbewegung
kann durch eine irehrichtungsunschaltung
des Hydromotors 11 in eine gemeinsame Rückschubbewegung umgekehrt werden.
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Anstelle der beschriebenen Exzentergetriebe könnten auch übliche Planetengetriebe
verwendet werden, wobei gegebenenfalls auch mehrere Planetengetriebe hintereinander
angeordnet sein können. Eine solche Getriebeausbildung würde aber einen größeren
konstruktiven Aufwand als die beschriebenen robusten Exzentergetriebe erfordern.
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