DE3437226C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine umkehrbare Schlagvorrichtung zum Vortreiben von Bohrungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Am effektivsten kann die vorliegende Erfindung in Maschinen zum Anlegen von Löchern in verdichteten Böden oder in Maschinen zum Einrammen von Stahlrohren ins Erdreich, die als Mäntel für unterirdische Leitungen verwendet werden, eingesetzt werden.

Die pneumatische Umsteuerungsstoßvorrichtung kann auch beim Einrammen von Rohpfählen, bei tiefgehender Bodenverdichtung und bei Pressen kleiner Pfähle unmittelbar im Boden Verwendung finden.

Weit verbreitet sind gegenwärtig pneumatische Stoßvorrichtungen mit einem Umsteuerungsmechanismus, der zum Herausbringen der Vorrichtung aus dem Loch oder zum Trennen der Vorrichtung vom Rohr, nachdem es in den Boden eingerammt worden ist, notwendig ist.

Die ständige Erweiterung des Anwendungsgebiets pneumatischer Umsteuerungsvorrichtungen macht ihre Vervollkommnung in Richtung einer erhöhten Zuverlässigkeit notwendig. Besonders zuverlässig muß der Umsteuerungsmechanismus für die Bewegung der Vorrichtung beim Anlegen horizontaler Löcher mit einer Länge über 15 bis 20 m und senkrechter Löcher (tiefgehende Bodenverdichtung, Pressen von Betonpfählen unmittelbar im Boden) funktionieren, wenn das Herausbringen der Vorrichtung aus dem Boden Schwierigkeiten bereitet.

Ebenfalls wichtig ist eine Vereinfachung der Konstruktion, die eine Erhöhung der Zuverlässigkeit und Fertigungsgerechtigkeit, eine Senkung der Kosten der Vorrichtung und eine Verkürzung der Dauer des Umsteuerungsprozesses (Umstellen der Vorrichtung auf den Rückwärtsgang) zum Ziel hat.

Bekannt ist eine Vorrichtung (DE-PS 16 34 417), die ein hohles, zylindrisches Gehäuse, einen Schlagkolben, der im Gehäuse in Achsrichtung hin und her beweglich angeordnet ist und Stöße auf das Gehäuse mit seinem Vorder- bzw. Schwanzteil ausführen kann, und ein stufenförmiges Anschlußstück enthält, das mit dem Gehäuse mit Hilfe eines Gewindes über einen Flansch verbunden ist.

Für die Umkehrung der Bewegungsrichtung der Vorrichtung muß das stufenförmige Anschlußstück in eine neue Lage in Richtung zum Schwanzteil des Gehäuses durch Drehen eines Luftzuführungsschlauches, der starr mit dem stufenförmigen Anschlußstück verbunden ist, gebracht werden.

Der Nachteil der Vorrichtung besteht in mangelhafter Zuverlässigkeit, die dadurch hervorgerufen wird, daß der Prozeß der Umsteuerung beim Betrieb in senkrechten oder langen horizontalen Löchern erschwert und manchmal sogar nicht ausführbar ist.

Außerdem umfaßt der Umsteuerungsprozeß bei dieser Vorrichtung eine Reihe zeitaufwendiger Arbeitsgänge, die die Leistung der Vorrichtung verringern: Abstellen der Druckluftzufuhr in die Vorrichtung, Abnehmen des Schlauches vom Kompressor, Glätten (Längziehen) des Schlauches vor dem Drehen.

Bekannt ist eine andere Vorrichtung (DE-PS 23 40 751), die ein hohles zylindrisches Gehäuse, einen Schlagkolben, der im Gehäuse in Achsrichtung hin und her beweglich angeordnet ist und Stöße auf das Gehäuse mit seinem Vorder- bzw. Schwanzteil ausführen kann, und ein stufenförmiges Anschlußstück enthält, das über eine Arretiervorrichtung starr in Nuten des Schwanzteils des Gehäuse befestigt und mit dem Schlagkolben verbunden ist.

Für die Umsteuerung der Bewegungsrichtung der Vorrichtung wird neben dem Schlauch noch ein biegsames Stahlseil verwendet. Durch Anziehen des Seils wird die Arretiervorrichtung gelöst und das stufenförmige Anschlußstück in eine neue Lage gebracht. Das bedeutet, daß die Umsteuerung durch eine einfache Translationsbewegung des stufenförmigen Anschlußstücks anstelle der schwer ausführbaren Drehbewegung ausgeführt wird.

Gleichzeitig muß aber auch der Schlauch gedreht werden, um das stufenförmige Anschlußstück aus den Nuten zu lösen und es in andere Nuten in der hinteren Endstellung einzuführen. Folglich hat die Vorrichtung nach der DE-PS 23 40 751 den gleichen Nachteil wie die bereits beschriebenen.

Bekannt ist eine Vorrichtung (DE-PS 21 05 229), die sich von den oben beschriebenen nur durch die Konstruktion des stufenförmigen Anschlußstücks unterscheidet, das eine äußere Stufe mit in radialer Richtung verlaufenden, durchgehenden Kanälen und eine innere Stufe mit in radialer Richtung verlaufenden, durchgehenden Kanälen beinhaltet, koaxial, mit hoher Genauigkeit, drehbar und in Achsrichtung relativ zur äußeren Stufe hin und her beweglich montiert ist.

Die Umsteuerung der Bewegungsrichtung der Vorrichtung geschieht durch Drehung des inneren stufenförmigen Anschlußstücks relativ zum äußeren durch mehrmalige Druckluftzufuhr in die Vorrichtung.

Der Vorteil dieser Vorrichtung im Vergleich zu den oben beschriebenen besteht darin, daß der Schlauch nicht gedreht zu werden braucht.

Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß das mehrmalige Einschalten zu einer Unbestimmtheit des Betriebszustands führt. Der Maschinenführer weiß nicht, wohin sich die Vorrichtung nach dem zuletzt vorgenommenen Einschalten bewegen wird und ob sie sich überhaupt bewegen wird, da es außer dem Kommando "Vorwärts" und "Rückwärts" auch noch Zwischenstellungen gibt. Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist außerdem eine komplizierte Konstruktion und mangelnde Fertigungsgerechtheit bei der Herstellung.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt nach dem technischen Grundgedanken und dem erzielten Ergebnis eine pneumatische Umsteuerungsvorrichtung nach der DE-PS 27 22 298 am nächsten. Sie enthält ein Gehäuse und einen Schlagkolben, der im Gehäuse in Achsrichtung hin und her beweglich angeordnet ist und in seinem Schwanzteil einen von der Stirnseite offenen, axialen Hohlraum und einen in radialer Richtung verlaufenden, durchgehenden Kanal hat. Der Schlagkolben bildet mit dem Gehäuse eine vordere Arbeitskammer. Das im Gehäuse untergebrachte, stufenförmige Anschlußstück enthält zylindrische Stufen mit größerem und kleinerem Durchmesser und mit durchgehenden, radial verlaufenden Kanälen.

Die Stufe mit dem größeren Durchmesser befindet sich in dem erwähnten axialen Hohlraum des Schlagkolbens und bildet eine hintere Arbeitskammer, während die Stufe mit dem kleineren Durchmesser mit Hilfe eines Flansches starr im Schwanzteil des Gehäuses befestigt ist. Im Innern des stufenförmigen Anschlußstücks befindet sich eine federnde Hülse, die mit hoher Genauigkeit in den Stufen des Anschlußstücks montiert ist. Ein Luftzuführungsschlauch dient als Mittel zur Steuerung der federnden Hülse. Die federnde Hülse kann sich in axialer Richtung hin und her bewegen. Dem Vorwärtsgang der Vorrichtung entspricht die vordere Endstellung der Hülse, dem Rückwärtsgang - die hintere Endstellung.

Diese Vorrichtung weist nicht die den oben beschriebenen Vorrichtungen eigenen Nachteil auf, da die Umsteuerung der Bewegungsrichtung nur durch Anziehen des Schlauches bewerkstelligt wird und die Einzelteile der Vorrichtung immer eine genau definierte, eindeutige Stellung einnehmen, die dem Vorwärts- oder Rückwärtsgang der Vorrichtung entspricht.

Aber auch diese Vorrichtung hat wesentliche Nachteile. Das Gleiten und Abdichten der Hülse auf ihren zwei zylindrischen Oberflächen erfordert höchste Genauigkeit bei der Herstellung der miteinander kontaktierenden Oberflächen, wodurch die Vorrichtung mangelnde Fertigungsgerechtheit aufweist. Sie ist auch im Betrieb unzuverlässig, da es beim Gleiten der Hülse über zwei zylindrische Oberflächen und ihrer genauen Passung oft zum Festklemmen der Hülse kommt, wodurch ihre axiale Bewegung gehemmt wird, besonders bei Verschmutzung der Gleitflächen.

Diese Vorrichtung hat einen hermetisch dicht abgeschlossenen Hohlraum aus drei isolierten Zellen, die von der federnden Hülse zusammen mit dem stufenförmigen Anschlußstück gebildet werden. Der hermetisch dichte Abschluß des Hohlraums wird durch eine Präzionsausführung der Gleitflächen erzielt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Umsteuerungsvorrichtung zu schaffen, in der die Hülse bei ihrer Bewegung nur durch eine ihrer zylindrischen Oberflächen mit dem stufenförmigen Anschlußstück kontaktiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Konstruktion der Vorrichtung beseitigt ein Gleiten der Hülse auf der ersten zylindrischen Stufe des Anschlußstücks und vermeidet dadurch ein Verklemmen der Hülse bei ihrer Bewegung. Außerdem entfällt die Notwendigkeit einer Präzisionsausführung der Außenfläche der Hülse und der sie umfassenden ersten Stufe mit dem größeren Durchmesser.

Das vereinfacht erheblich die Konstruktion der Vorrichtung und erhöht die Fertigungsgerechtheit bei ihrer Herstellung. Die Existenz eines ringförmigen Kanals zwischen der Hülse und der ersten Stufe des Anschlußstücks beseitigt praktisch die Möglichkeit eines Verklemmens der Hülse bei ihrer Bewegung, wodurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung im Betrieb im ganzen erhöht wird.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus folgender ausführlicher Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung und den Zeichnungen verständlich, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung, in der die Stellung der Funktionsteile dem Vorwärtsgang der Vorrichtung entspricht;

Fig. 2 wie oben, für den Rückwärtsgang der Vorrichtung;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer Ausführungsvariante der Vorrichtung.

Die pneumatische Umsteuerungsvorrichtung enthält ein Gehäuse 1 und einen Schlagkolben 2, der im Gehäuse 1 in Achsrichtung hin und her beweglich angeordnet ist. Der Schlagkolben 2 hat in seinem Schwanzteil einen von der Stirnseite offenen, axialen Hohlraum und einen durchgehenden, radial verlaufenden Kanal 3 und bildet zusammen mit dem Gehäuse 1 eine vordere Arbeitskammer 4.

Im Gehäuse 1 ist ein zylindrisches, stufenförmiges Anschlußstück 5 angebracht, das zwei zylindrische Stufen 6, 7 mit größerem bzw. kleinerem Durchmesser hat, die koaxial zueinander angeordnet sind. Das Anschlußstück 5 ist mit Hilfe eines an der Stufe 7 angebrachten Flansches 8 starr am Schwanzteil des Gehäuses 1 befestigt. Die Stufe 6 hat einen durchgehenden, radial verlaufenden Kanal 9 und die Stufe 7 - einen durchgehenden, radial verlaufenden Kanal 10 und einen axial verlaufenden Kanal 11. Die Stufe 6 liegt in einem axialen Hohlraum des Schlagkolbens 2 und bildet mit ihm eine hintere Arbeitskammer 12. Zwischen den Stufen 6, 7 des Anschlußstücks 5 befindet sich ein ringförmiger Hohlraum 13, in dem auf der Stufe 7 in Achsrichtung hin und her beweglich eine zylindrische Hülse 14 angeordnet ist, deren Außendurchmesser wesentlich kleiner ist, als der Innendurchmesser der Stufe 6 zur Vermeidung eines Kontaktes zwischen der Hülse 14 und der zylindrischen Innenfläche der Stufe 6. Zwischen der Hülse 14 und der Stufe 6 befindet sich ein ringförmiger Kanal 15. An der Stufe 7 des Anschlußstücks 5 ist eine Feder 16 angebracht, deren eines Ende sich auf den Flansch 8 stützt während das andere - auf die Stirnfläche der Hülse 14. Das Mittel zum Abschließen des Hohlraums 13 ist in Form eines elastischen Dichtungselements 17 ausgeführt, das an der Stirnseite der Hülse 14 und an einem Sattel 18 im inneren Stirnteil der Stufe 6 angebracht ist. Die Hülse 14 besitzt ein Mittel zur ihrer Steuerung in Form eines Stahlseils 19 (Fig. 1, 2) oder in Form eines Rohres 20 (Fig. 3), dessen eines Ende mit einem Luftzuführungsschlauch 21, während das andere mit der Hülse 14 mit Hilfe eines Stifts 22 verbunden ist, der im Kanal 10 in Achsrichtung beweglich relativ zur Stufe 7 installiert ist.

Zwischen dem Flansch 8 und dem Schlagkolben 2 befindet sich im Gehäuse 1 ein Hohlraum 23, der durch Öffnungen 24 im Flansch 8 mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert folgendermaßen.

a) Betriebszustand "Vorwärtsgang der Vorrichtung"

Die normale Stellung der Hülse 14, d. h., die äußerste Stellung relativ zum Kopfteil der Vorrichtung, wird durch die Feder 16 (Fig. 1) eingestellt. Diese Stellung der Hülse entspricht dem Betriebszustand "Vorwärtsgang der Vorrichtung". Die Ausgangslage des Schlagkolbens 2 im Gehäuse 1 kann beliebig sein. Das Seil 19 ist frei, nicht angespannt. Vor Beginn des Betriebs wird die Vorrichtung an einen Kompressor (in den Fig. nicht abgebildet) angeschlossen. Mit Hilfe des Schlauches 21 wird die Vorrichtung in die geforderte Richtung gebracht und mit dem vorderen zugespitzten Teil mit Hilfe einer speziellen Startvorrichtung oder eines einfachen Hebels in den Boden gedrückt.

Dann öffnet man den Hahn des Kompressors, und die Druckluft strömt vom Kompressor durch den Schlauch 21 und den axial verlaufenden Kanal 11 des Anschlußstücks 5 in die hintere Arbeitskammer 12, schiebt den Schlagkolben 2 bis zum Anschlag an das Stirnende des Kopfteils des Gehäuses 1 und legt dadurch den radial verlaufenden Kanal 3 des Schlagkolbens 2 frei wie in Fig. 1 abgebildet. Die Druckluft gelangt in die vordere Arbeitskammer 4. Da die Arbeitsfläche des Schlagkolbens 2 von seiten der Kammer 4 größer ist als von seiten der Kammer 12, ist bei gleichem Druck in diesen Kammern 4, 12 die an den Schlagkolben 2 von seiten der Kammer 4 angreifende Kraft größer, als die Kraft von seiten der Kammer 12. Unter Einwirkung der Kraftresultierende bewegt sich der Schlagkolben 2 in Richtung zum Flansch 8 (in Fig. 1 - nach rechts).

Nach dem Schließen des radialen Kanals 3 durch die zylindrische Stufe 6, d. h., nach Unterbrechung der Druckluftzufuhr in die Kammer 4, bewegt sich der Schlagkolben 2 weiter unter Einwirkung des Druckes der sich in der Kammer 4 ausdehnenden Luft. Beim Zusammentreffen des radialen Kanals 3 des Schlagkolbens 2 mit dem radialen Kanal 9 der Stufe 6 gelangt die Luft aus der Kammer 4 durch die Kanäle 3 und 9 in den Raum 13 und dann in den Raum 23 und entweicht durch die Öffnungen 24 des Flansches 8 in die Atmosphäre.

Da in der Kammer 4 jetzt kein Luftdruck herrscht, die Kammer 12 dagegen ständig unter dem Druck der Preßluft steht, bewegt sich der Schlagkolben 2 in Richtung zum Kopfteil des Gehäuses 1 (Fig. 1 - nach links) und schlägt auf dessen innere Stirnseite auf.

Im Augenblick des Aufschlagens füllt sich die Kammer 4 mit Druckluft auf die oben beschriebene Weise, und der Zyklus wiederholt sich.

Unter Einwirkung der Stöße auf das Gehäuse 1 dringt die Vorrichtung in den Boden ein (wobei ein Loch entsteht) oder rammt in den Boden ein Stahlrohr ein, wozu die Vorrichtung koaxial und starr mit dem Endteil des Rohrs verbunden wird.

b) Betriebszustand "Rückwärtsgang"

Die Umsteuerung der Bewegungsrichtung ist notwendig zum Ausbringen der Vorrichtung aus dem Loch.

Zum Umschalten der Vorrichtung auf "Rückwärtsgang" muß, ohne die Luftzufuhr zu unterbrechen, das Seil 19 (Fig. 1, 2) angezogen, und die Hülse 14 durch Überwinden der Spannkraft der Feder 16 in die äußerste hintere Stellung gebracht werden, d. h., aus der in Fig. 1 abgebildeten Stellung in die in Fig. 2 gezeigte Stellung verlagert werden.

In dieser Stellung kommt das elastische Dichtungselement 17 in innigen Kontakt mit dem Sattel 18 und verschließt hermetisch den Ringraum 13. Dabei wird der radiale Kanal 10 der zylindrischen Stufe 7 geöffnet, und die Funktion des radialen Kanals 9 der Stufe 6 und des Ringraums 13 ändert sich: sie werden vom System der Auslaßkanäle getrennt und an das System der Druckluftzuführung in die Arbeitskammer 4 angeschlossen.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Stellung der Teile der Vorrichtung zueinander gelangt die Druckluft vom Kompressor durch den Schlauch 21 und den axial verlaufenden Kanal 11 in die hintere Arbeitskammer 12 und in den Ringraum 13 durch den radialen Kanal 10. Durch den Luftdruck im Ringraum 13 wird die Hülse 14 mit dem Dichtungselement 17 an den Sattel 18 der Stufe 7 gedrückt und in dieser Lage gehalten, wobei die Spannkraft der Feder 16 überwunden wird.

Unter Einwirkung des Luftdrucks in der Kammer 12 bewegt sich der Schlagkolben 2 in Richtung der Stirnseite des Kopfteils des Gehäuses 1. Beim Zusammentreffen des radialen Kanals 3 des Schlagkolbens 2 mit dem radialen Kanal 9 der Stufe 6 gelangt die Druckluft aus dem Ringkanal 13 in die Kammer 4. Das führt zum Bremsen des Schlagkolbens 2 und dessen Stillstand in einiger Entfernung von der Stirnfläche des Gehäuses 1.

Bei gefüllter Kammer 4 führt der Schlagkolben 2 einen Hub in Richtung zum Flansch 8 aus und schlägt auf ihn auf. Im Moment des Aufschlagens strömt die Luft aus der Kammer 4 durch den radialen Kanal 3 des Schlagkolbens 2 in den Raum 23, wie in Fig. 2 gezeigt, und dann durch die Öffnungen 24 des Flansches 8 in die Atmosphäre.

Nach dem Aufschlagen auf den Flansch 8 bewegt sich der Schlagkolben 2 unter Einwirkung des Luftdruckes in der Kammer 12 in Richtung zur Stirnseite im Kopfteil des Gehäuses 1, und der Zyklus wiederholt sich auf die oben beschriebene Weise.

Als notwendige und hinreichende Bedingung einer zuverlässigen Umsteuerung der Vorrichtung gilt die Einhaltung folgender Bedingungen:

1) P₁<P _c ;  2) P _b <P₂+P _c
worin es bedeuten:
P₁--Vorspannkraft der Feder 16,
P₂--Restspannkraft der Feder 16,
P _c --Kraft des Bewegungswiderstands (Reibung) des Schlauchs bei der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung (Fig. 3),
P _b --Kraft, die durch den Druck der Preßluft im Ringraum 13 erzeugt wird und die die Hülse 14 an den Sattel 18 andrückt.

Das Umschalten auf Rückwärtsgang kann sowohl vor dem Anfahren der Vorrichtung, als auch während des Betriebs im Zustand "Vorwärtsgang" ohne Unterbrechung der Druckluftzufuhr vorgenommen werden.

Beim Betriebszustand der Vorrichtung "Rückwärtsgang" steht der Ringraum 13 ständig unter dem Druck der Preßluft. Dieser Umstand garantiert einen ständigen Abschluß des Ringraums 13 durch die Hülse 14 und folglich eine stabile Lage der Hülse 14 im Kontakt mit dem Sattel 18.

Ein Öffnen des Ringraums 13, d. h., die Herstellung einer Verbindung mit der Atmosphäre, ist nur durch Abschalten der Vorrichtung von der Preßluftquelle möglich, wobei mit Hilfe der Feder 16 die Hülse 14 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung gebracht werden kann.

Claims (3)

1. Umkehrbare Schlagvorrichtung zum Vortreiben von Bohrungen mit einem Gehäuse (1), einem in diesem in Achsrichtung hin und her beweglichen Schlagkolben (2), der einen nach hinten offenen axialen Hohlraum und wenigstens einen radial verlaufenden, durchgehenden Kanal (3) hat und der mit dem Gehäuse (1) eine vordere Arbeitskammer (4) bildet, mit einem zylindrischen, gestuften Stutzen (5), dessen erste Stufe (6) größeren Durchmessers wenigstens einen durchgehenden Radialkanal (9) aufweist und koaxial zur zweiten Stufe (7) kleineren Durchmesser liegt, wobei sich die erste Stufe (6) des Stutzens (5) unter Bildung einer hinteren Arbeitskammer (12) im Hohlraum des Schlagkolbens (2) befindet und die zweite Stufe (7) mit Hilfe eines Flansches (8) im hinteren Ende des Gehäuses (1) befestigt ist, und mit einer federbeaufschlagten zylindrischen Hülse (14), die im Sinne einer Axialverschiebung im Inneren des Stutzens (5) betätigbar ist und mit diesem einen Ringraum (13) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (6) des Stutzens (5) einen Abschnitt der zweiten Stufe (7) konzentrisch umfaßt und die federbeaufschlagte Hülse (14) unter Belassung eines Ringkanals (15) zwischen ihrer Außenfläche und der Innenfläche der ersten Stufe (6) in dieser auf der zweiten Stufe (7) gleitend sitzt.

2. Umkehrbare Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebebetätigung der Hülse (14) an dieser ein nach hinten aus der Schlagvorrichtung herausgeführtes Seil (19) befestigt ist.

3. Umkehrbare Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebebetätigung der Hülse (14) ein verschieblich im Kanal (11) der zweiten Stufe (7) eingesetztes Rohr (20) vorgesehen ist, das an seinem vorderen Ende mit der Hülse (14) verbunden ist und an dessen hinterem Ende der Druckluftzufuhrschlauch (21) befestigt ist (Fig. 3).