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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Schlagbohrwerkzeuge
zum Bohren von Löchern in den Boden.
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Öffentliche Versorgungsbetriebe halten es häufig für notwendig,
Rohrleitungen unter verschiedenen Oberflächenarten wie Straßen,
Zufahrten, Eisenbahngleisen, usw. zu verlegen oder zu ersetzen. Zur
Verringerung der Kosten und der öffentlichen Störung durch Vermeiden
unnötiger Ausschachtung und Wiederherstellung benutzen öffentliche
Versorgungsbetriebe Erdbohrwerkzeuge, um die neuen oder Ersatzrohre zu
verlegen. Die bestehenden Bohrwerkzeuge sind zum Bohren von kurzen
Entfernungen (bis zu 60 ft oder 18 m) geeignet.
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Herkömmliche pneumatische und hydraulische
Schlagbohrmaulwürfe sind so konstruiert, daß sie verdichtbare Böden zur Verlegung
von unterirdischen Versorgungsleitungen durchbohren und verfestigen,
ohne die Notwendigkeit des Aushebens großer Start- und
Recherchegruben, des Aufreißens von Pflaster oder der Rückgewinnung großer
Landflächen. Ein innen befindlicher Schlagbolzen oder Hammer bewegt
sich unter der Wirkung von Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit hin und her
und führt Schläge mit hoher Energie auf die innere Vorderfläche des
Körpers aus. Diese Schläge treiben das Werkzeug durch den Boden, um
ein Erdcasing innerhalb des Bodens zu formen, das offen bleibt, damit
Kabel oder Kabelrohre verlegt werden können.
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Mehrere Schlagbohrmaulwurflenksysteme sind im Stand der
Technik offenbart worden. Coyne et al, US-Patent 3,525,405 offenbart ein
Lenksystem, daß einen abgeschrägten, planen Amboß benutzt, der ständig
gedreht oder in einer vorgegebenen Lenkrichtung über ein
Kupplungsaggregat starr verriegelt werden kann. Es wird insbesondere zum
Ausheben relativ geringer Bodentiefen benutzt. Die plane, abgeschrägte
Vorderfläche des Maulwurfs sorgt für freie Axialrotation im Hinblick auf den
Maulwurfkörper. Spiralnute sind an der Nase des Maulwurfs angebracht,
welche die Nase zum Rotieren bringen. Der Maulwurf wird durch
Verriegelung oder Entriegelung des rotierenden Teils des Werkzeuges im
im Hinblick auf das abgeschrägte Vorderflächenteil des Werkzeuges
gelenkt, unter Verwendung einer ferngesteuerten Kupplung, die sich im
Werkzeug befindet. Diese Vorrichtung erreicht ein verbessertes
Lenkwerkzeug durch Verringerung der Größe der Kräfte, die zur Lenkung
eines Maulwurfs benötigt werden; durch Verringerung des Drehradius des
Maulwurfs; durch Vereinfachung des Maulwurfseinsetzungsverfahrens; und
durch Verhinderung, daß sich der Maulwurf während des Gebrauchs zur
Bodenoberfläche hin aufwärts schiebt.
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Chepurnoi et al, US-Patent 3,952,813 offenbart ein außeraxiales
oder außermittiges Hammerlenksystem, bei welchem die Schlagposition
des Hammers durch ein Getriebe- und Motorsystem gesteuert wird.
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Chepurnoi et al, US-Patent 3,794,128 offenbart ein Lenksystem,
das eine feste und eine drehbare Schwanzflosse verwendet, wobei jede
Flosse der anderen diametral entgegengesetzt ist. Die beiden Flossen sind
an der Rückseite des Maulwurfes gelegen, und der rückwärtige Abschnitt
des Maulwurfs ist spitz zulaufend. Die drehbare Flosse wird durch einen im
Maulwurf befindlichen Mechanismus gesteuert. Das Lenksystem kann
entweder krummlinige Bewegungen vornehmen oder sich in einer
Vorwärtsrichtung bewegen, wobei die Bewegungsrichtung von den
entsprechenden Positionen der Flossen abhängt. Die Vorrichtung erreicht
ein verbessertes Lenksystem durch Verwendung eines Maulwurfs, der
kleiner und kürzer als die bereits bekannten sind, während sie für einen
äquivalenten Drehradius sorgt. Die weiteren Vorteile des Systems sind die
Gewinnung von zusätzlichem Innenraum, der spitz zulaufende rückwärtige
Abschnitt gestattet kleinere Flossen und/oder einen kleineren Drehradius
für eine bestimmte Maulwurflänge.
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Jedoch, trotz dieser und anderer Systeme früherer Technik, war die
praktische Durchführung eines technisch effektiven und rentablen
Lenksystems schwer zu erreichen, weil die früheren Systeme komplizierte
Teile und umfangreiche Änderungen an vorhandenen Bohrwerkzeugen
erfordern, oder ihre Lenkreaktion viel zu langsam war, um Hindernisse zu
umgehen oder die Richtung des Bohrweges innerhalb der typischerweise
verwendeten Bohrlängen bedeutend zu verändern.
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In einem Versuch, dieses Problem durch Steuerung der
Bohrrichtung zu mildern, wurden mehrere Lenksysteme entwickelt. Erfahrungen
zeigen jedoch, daß sich das Werkzeug im wesentlichen der
Seitwärtsbewegung widersetzt, was die Lenkreaktion stark einschränkt. Es wird eine
Methode benötigt, durch die sich das Werkzeug auf einem gekrümmten
Weg bewegen kann, ohne eine bedeutende Bodenmenge in der Krümmung
zu bewegen. Die Verringerung dieser widerstrebenden Seitenkraft würde
für höhere Lenkgeschwindigkeiten dieser Werkzeuge sorgen. Die frühere
Technik offenbart kein lenkbares Schlagbohrwerkzeug, das Mittel zur
Verringerung der Reibung während des Bohrens und Drehens hat.
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Die Werkzeuge nach dem Stand der Technik waren in dem Maße
unbefriedigend, wie ihre Verschiebebewegung nicht genau oder steuerbar
war. Allzuoft wurden andere unterirdischen Versorgungsleitungen
durchbohrt, oder das objektive Ziel wurde wesentlich verfehlt. Es war auch
schwierig, um Hindernisse zu lenken und auf Kurs zurückzukommen.
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Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein rentables gelenktes
Horizontalbohrwerkzeug zu schaffen, das zur Herstellung von Bohrlöchern
mit kleinem Durchmesser benutzt werden kann, in welche
Versorgungsleitungen, z. B. Strom- oder Telefonleitungen, Fernsehkabel, Gasleitungen
oder ähnliches, verlegt werden können.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung
eines Lenksystems, welches eine wiederholbare und nützliche Lenkreaktion
in Bohrlöchern bietet, die mit vorhandenen Bohrausrüstungen und
-methoden kompatibel ist und nur minimale Veränderung der vorhandenen
Bohrwerkzeuge erfordert.
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Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines
Bohrwerkzeuges, welches gegen widrige Umweltbedingungen immun ist,
und welches gestattet, daß der Bohrbetrieb durch typische
Außendiensttrupps durchgeführt wird.
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Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines
gelenkten Horizontalbohrwerkzeuges, das eine minimale Ausgrabung für
Start und Recherche erfordert und dadurch die Störung von Bäumen,
Sträuchern oder umweltempfindlichen Ökosystemen verringert.
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Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines
Horizontalwerkzeuges, das die Reibung während des Drehens und der
genauen Bewegung verringert . .
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Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines
Bohrwerkzeuges, welches gebaut wird, um die Übertragung der Stoßkraft
des Werkzeugs auf den Boden zu ermöglichen, während das Werkzeug
frei rotieren kann.
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Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines
Bohrwerkzeuges mit Übermaßkörperabschnitten, die einen
Zweipunktkontakt (vordere und hintere Seite) des äußeren Werkzeuggehäuses mit
der Bodenwand gestatten, im Gegensatz zum Linienkontakt, der ohne den
Unterschnitt eintritt.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines
Schlagbohrwerkzeuges mit einer Körperflächengestaltung, welche gestattet, daß
das Werkzeug in einem Bogen bohrt, ohne das runde Querschnittsprofil
des durchbohrten Loches zu deformieren.
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Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines
Schlagbohrwerkzeuges mit einem Aufbau, bei welchem eine höhere
Drehleistung für eine bestimmte Lenkkraft an der Vorderseite und/oder
Rückseite des Werkzeuges möglich ist, da eine kleinere Bodenmenge
bewegt werden muß.
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Andere Aufgaben der Erfindung werden von Zeit zu Zeit in der
Spezifikation und den Ansprüchen, wie nachfolgend angeführt, offenbar.
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Ein gelenktes Horizontalbohrwerkzeug, das gemäß der vorliegenden
Erfindung gebaut wird, nutzt den Zahlern von Versorgungseinrichtungen
und Gebühren durch bedeutend verringerte Verlegungs- und
Wartungskosten von unterirdischen Versorgungseinrichtungen, indem die
Anwendung von teuren Methoden des Aushebens offener Gräben reduziert wird.
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Die oben angeführten Aufgaben und andere Aufgaben der Erfindung
sind begleitet durch das Schlagbohrwerkzeug zum Bohren in die Erde in
einem Winkel oder in einer allgemein horizontalen Richtung.
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Demgemäß liefert die vorliegende Erfindung ein
Schlagbohrwerkzeug zum Bohren von Löchern in den Boden, mit
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einem zylindrischen Gehäuse mit einer zum Bohren geformten
Vorderseite,
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einem ersten Mittel an der genannten Vorderseite zum Angriff einer
Bohrkraft auf den Boden,
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einem zweiten Mittel im genannten Gehäuse zum Angriff einer
Schlagkraft auf das genannte Bohrkraftangriffsmittel, gekennzeichnet
dadurch, daß
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das genannte Gehäuse vordere und hintere Abschnitte von einem
gleichbleibend konstanten Außendurchmesser hat, der größer als jener des
Zwischenabschnittes des Gehäuses ist, dadurch zwei räumlich aufgeteilte,
gleichbleibende Reibkontaktumfangszonen mit dem Boden während des
Bohrens hat, und dadurch die Reibung mit der Wand der durch das
Werkzeug geformten Bohrung verringert, und sich das Werkzeug auf
seinem Weg entlang einem kürzeren Radius drehen kann.
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Das Schlagbohrwerkzeug hat einen zylindrischen Körper mit
Übermaßbohrhülsen, die sich über einem Abschnitt des befestigten
Außenkörpers befinden, so daß sie rotieren aber nicht axial rutschen
können. Die Übermaßflächen an der Vorder- und Rückseite des
Werkzeuges oder als Alternative ein Untermaßabschnitt in der Mitte des
Werkzeugkörpers gestattet einen Zweipunktkontakt (vorn und hinten) des
äußeren Gehäuses mit der Bodenwand, im Gegensatz zu dem
Linienkontakt, er ohne den Unterschnitt eintritt. Der Zweipunktkontakt
gestattet, daß das Werkzeug in einem Bogen ohne Deformierung des
runden Querschnittprofils des durchbohrten Loches abweicht. Somit ist für
eine bestimmte Lenkkraft an der Vorderseite und/oder Rückseite des
Werkzeuges eine höhere Drehgeschwindigkeit möglich, da eine kleinere
Bodenmenge bewegt werden muß.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht und ein Teilsenkrechtschnitt
durch die Erde, die ein gelenktes Horizontalbohrwerkzeug zeigt, welches
eine Alternativdarstellung des Schlagbohrwerkzeugs mit
Übermaßabschnitten am Werkzeuggehäuse und das Werkzeug, wie mit einen
magnetischen Lagetastsystem benutzt, veranschaulicht.
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Fig. 2 ist eine Ansicht im Aufriß eines Schlagbohrwerkzeuges mit
Übermaßhülsen, gezeigt in Schnittdarstellung, gesichert in festen
Positionen an der Vorder- und Rückseite des Werkzeuggehäuses.
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Fig. 3 ist eine Ansicht im Aufriß eines Schlagbohrwerkzeuges mit
Übermaßhülsen, gezeigt in Schnittdarstellung, eine in einer festen Position
an der Vorderseite und die andere gestützt auf Läger zur Rotation an der
Rückseite des Werkzeuggehäuses.
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Fig. 4 ist eine Ansicht im Aufriß eines Schlagbohrwerkzeuges mit
Übermaßhülsen, gezeigt in Schnittdarstellung, gesichert in festen
Positionen an der Vorder- und Rückseite des Werkzeuggehäuses, und
weiter zeigend ein Bohrbauteil mit abgeschrägter Nase an der Vorderseite
und drehungssteuernden Flossen an der Rückseite.
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Fig. 5 ist eine Ansicht im Aufriß eines Schlagbohrwerkzeuges mit
Übermaßhülsen, gezeigt in Schnittdarstellung, eine in einer festen Position
an der Vorderseite und die andere gestützt auf Läger zur Rotation an der
Rückseite des Werkzeuggehäuses, und weiter zeigend ein Bohrbauteil mit
abgeschrägter Nase an der Vorderseite und drehungssteuernden Flossen
an der Rückseite.
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Figs. 6A, 6B und 6C sind Segmente im Längsquerschnitt eines
Bohrwerkzeuges, wie gezeigt in Fig. 5, mit einem Schrägnasenbauteil und
fester/verriegelbarer Flossenanordnung in der entriegelten Position.
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Die Erfindung wird jetzt nur mittels Beispiel beschrieben, mit Verweis
auf die Zeichnungen, welche folgen.
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In der Europäischen Patentanmeldung Nr. EP 0202013 des
Anmelders wird eine Erfindung beschrieben, welche die Steuerung eines
Schlagbohrwerkzeuges entweder zum geraden Bohren oder zum Bohren
entlang eines abweichenden oder bogenförmigen Weges liefert. Die
Erfindung kann ein abgeschrägtes Nasenbauteil oder einen
Exzenterhammer für einen außeraxialen Schlag einschließen, der eine Nutzkraft auf
das Werkzeug erzeugt. Entweder ein Exzenterhammer oder ein
Nasenbauteil werden das gewünschte Resultat hervorbringen, da die
einzige Anforderung ist, daß die Achse des Schlages nicht durch das
vordere Druckzentrum hindurchgeht. Damit sich das Werkzeug auf einem
geraden Weg bewegen kann, sind Schwanzflossen in das hintere Ende des
Werkzeugs eingebaut, die wahlweise so bewegt werden können, daß sie
dem Werkzeug eine Drehbewegung verleihen, welche die Lenkbewegung
des abgeschrägten Nasenbauteils oder des Exzenterhammers negieren
wird.
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Diese Darstellung der vorliegenden Erfindung besteht aus einer
Übermaßbohrhülse oder -bohrhülsen, die sich über einem Abschnitt der
Werkzeugaußenfläche befinden und so befestigt sind, daß sie rotieren,
aber nicht axial rutschen können. Dies gestattet die Übertragung der
axialen Stoßkraft vom Werkzeug auf den Boden, wohingegen das
Werkzeug während Drehungsoperationen frei rotieren kann. Die
Übermaßflächen sind an der Vorder- und Rückseite des Werkzeuges, oder
alternativ ist ein Untermaßabschnitt in der Mitte des Werkzeugkörpers.
Dieser Unterschnitt in der Mitte des Werkzeuges gestattet einen
Zweipunktkontakt (vorn und hinten) des Werkzeugaußengehäuses mit der
Bodenwand, im Gegensatz zum Linienkontakt, der ohne den Unterschnitt
eintritt. Der Zweipunktkontakt erlaubt dem Werkzeug, daß es in einem
Bogen ohne Deformierung des runden Querschnittprofils des durchbohrten
Loches abweicht. Somit ist für eine bestimmte Lenkkraft an der Vorderseite
und/oder Rückseite des Werkzeuges eine höhere Drehgeschwindigkeit
möglich, da eine kleinere Bodenmenge bewegt wird.
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In Fig. 1 wird ein bevorzugtes, gelenktes Horizontalbohrwerkzeug
1010 mit Übermaßkörperabschnitten gezeigt, das mit einem
Magnetfeldlagetastsystem benutzt wird. Das Bohrwerkzeug 1010 kann mit diversen
Tastsystemen benutzt werden, und ein magnetisches Lagetastsystem wird
allgemein als ein Beispiel beschrieben.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält das Bohrwerkzeug 1010 ein
Lenksystem mit einem Nasenbauteil mit abgeschrägter Vorderfläche 1018,
das am Amboß 1033 des Werkzeuges angebracht ist, um eine Drehkraft
auf das Werkzeug und die Schwanzflossen 1017 an einem Drehgehäuse
1019a am hinteren Ende des Werkzeuges zu erzeugen, die angepaßt sind,
damit sie zwecks Negierung der Dreh kraft bezüglich auf den Körper des
Werkzeuges wahlweise positioniert werden können. Drehkraft kann dem
Werkzeug auch durch einen inneren Exzenterhammer verliehen werden,
wie gezeigt in Fig. 41 der EP-A-6202-013-Anmeldung, auf die sich das
Obige bezieht, welcher einen außeraxialen Schlag auf den
Werkzeugamboß ausführt.
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Zum Drehen des Werkzeuges werden die Schwanzflossen 1017 in
eine Position bewegt, wo sie sich um die Längsachse des Werkzeuges
1010 drehen können, und das abgeschrägte Nasenbauteil 1018 oder der
Exzenterhammer das Werkzeug in eine bestimmte Richtung umlenken
werden. Wenn die Flossen 1017 in eine Position bewegt werden, in
welcher das Werkzeug 1010 dazu gebracht wird, um seine Längsachse zu
rotieren, wird die Rotation den Dreheffekt des Nasenbauteils 1018 oder des
Exzenterhammers negieren sowie ein Mittel zur Ausrichtung des
Nasenstückes in einer bestimmten Ebene für nachfolgende Drehung oder
Richtungsänderung liefern.
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Der Körper des Werkzeuges 1010 hat Übermaßkörperabschnitte an
der Vorderseite 1021 und der Rückseite 1022, welche eine verbesserte
Leistung des Werkzeuges beim Winkel- oder Bogenbohren liefern. Diese
Übermaßabschnitte sind längs am Werkzeugkörper fixiert und können
gegen Rotation fixiert werden oder können auf Lägern angebracht werden,
welche ihnen das Rotieren gestatten.
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Das Lenksystem der vorliegenden Erfindung gestattet dem Bediener,
Beschädigungen anderer unterirdischer Versorgungsleitungen (wie
Stromkabel) zu vermeiden oder die Verlegung von unterirdischen
Versorgungseinrichtungen, wo sie beschädigt werden können, zu
vermeiden. Der Körperaufbau des Werkzeuges einschließlich der
Übermaßabschnitte wirkt für eine insgesamt verbesserte Leistung mit dem
Lenkmechanismus zusammen.
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Figs. 2 bis 5 veranschaulichen diverse Ausführungsformen des
Bohrwerkzeuges mit Übermaßabschnitten am Werkzeugkörper. In Fig. 2
wird ein Bohrwerkzeug 1010 mit einem Körper 1020 gezeigt, welcher den
das Werkzeug antreibenden Schlagbohrmechanismus umschließt. Die
Vorderseite des Werkzeuges 1020 ist spitz zulaufend, wie bei 1029, und
hat den Außenabschnitt 1035 des Ambosses, der zum Schlagbohren
daraus hervortritt.
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Die vordere Bohrhülse 1021 und die hintere Bohrhülse 1022 sind am
Werkzeugkörper oder Gehäuse 1020 durch eine Schrumpf- oder
Preßpassung angebracht. In dieser Darstellung sind die
Übermaßbohrhülsen 1021 und 1022 beide gegen Längs- oder Drehverrutschen
fixiert. Die Bohrhülsen können in Position verstiftet werden, wie bei 1024
angegeben. Der hintere Körperabschnitt ist zur Zuführung einer unter
Druck stehenden Betriebsflüssigkeit zum Werkzeug an eine Hydraulik- oder
Luftleitung angeschlossen.
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In Fig. 3 wird eine weitere Darstellung des Bohrwerkzeuges gezeigt,
in der eine der Übermaßbohrhülsen frei drehbar ist. In dieser Darstellung
hat das Bohrwerkzeug 1010 einen Körper 1020, welcher den das
Werkzeug antreibenden Schlagbohrmechanismus umschließt. Die
Vorderseite des Körpers 1020 ist spitz zulaufend, wie bei 1029, und hat den
Außenabschnitt 1035 des Ambosses, der zum Schlagbohren daraus
hervortritt.
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Die vordere Bohrhülse 1021 ist am Werkzeugkörper oder Gehäuse
1020 durch eine Schrumpf- oder Preßpassung angebracht. Die
Übermaßbohrhülse 1021 ist gegen Längs- oder Drehverrutschen fixiert. Die
Bohrhülse 1021 kann in Position verstiftet werden, wie bei 1024
angegeben. Die hintere Bohrhülse 1022 ist am Körper 1020 auf Lagern
1025 zur Rotationsbewegung darauf angebracht. Der hintere
Körperabschnitt ist zur Zuführung einer unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit
zum Werkzeug an eine Hydraulik- oder Luftleitung angeschlossen.
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In den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 wurde der
hervortretende Amboßabschnitt 1035 nicht mit einer Spezialbohrfläche
versehen. In den Ausführungsformen nach Fig. 4 und 5 hat das Werkzeug
ein abgeschrägtes Nasenbauteil, welches bewirkt, daß das Werkzeug von
einem geraden Bohrweg in einem Winkel oder längs eines Bogenweges
abweicht. Die Rückseite des Werkzeuges hat steuerbare Flossen, die dem
Werkzeug gestatten, sich ohne Rotation zu bewegen oder um seine
Längsachse zu rotieren. Diese Anordnung ist wie im EP-A-0 202 013, auf
den sich das Obige bezieht, und wird unten mindestens teilweise
beschrieben.
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In Fig. 4 wird ein Bohrwerkzeug 1010 mit einem Körper 1020
gezeigt, welches den das Werkzeug antreibenden
Schlagbohrmechanismus umschließt. Die Vorderseite des Körpers 1020 ist spitz
zulaufend, wie bei 1029, und hat den Außenabschnitt 1035 des Ambosses,
der zum Schlagbohren daraus hervortritt. Der hervortretende Abschnitt
1035 des Ambosses hat ein abgeschrägtes Nasenbauteil 1018, das zum
Winkel- oder Bogenbohren darauf gesichert ist.
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Die vordere Bohrhülse 1021 und die hintere Bohrhülse 1022 sind am
Werkzeugkörper oder -gehäuse 1020 durch eine Schrumpf- oder
Preßpassung angebracht. In dieser Darstellung sind die
Übermaßbohrhülsen 1021 und 1022 beide gegen Längs- oder Drehverrutschen
fixiert. Die Bohrhülsen können in Position verstiftet werden, wie bei 1024
angegeben.
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An der Rückseite des Körpers 1020 gibt es ein drehbares Gehäuse
1019a, an dem sich Flossen 1017 befinden. Das Gehäuse- und
Flossenaggregat ist zwischen einer inaktiven Position bedienbar, in welcher das
Werkzeug nicht um seine Achse rotiert und eine betätigte Position, wo die
Flossen das Werkzeug zum Rotieren bringen. Der hintere Körperabschnitt
ist zur Zuführung einer unter Druck stehenden Betriebsflüssigkeit zum
Werkzeug an eine Hydraulik- oder Luftleitung angeschlossen.
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In Fig. 5 wird eine weitere Ausführungsform des Bohrwerkzeuges
gezeigt, in welcher eine der Übermaßbohrhülsen frei drehbar ist. In dieser
Ausführungsform hat das Bohrwerkzeug 1010 einen Körper 1020, welcher
den das Werkzeug antreibenden Schlagbohrmechanismus umschließt. Die
Vorderseite des Körpers 1020 ist spitz zulaufend, wie bei 1029, und hat den
Außenabschnitt 1035 des Ambosses, der zum Schlagbohren daraus
hervortritt. Der hervortretende Abschnitt 1035 des Ambosses hat ein
abgeschrägtes Nasenbauteil 1018, das zum Winkel- oder Bogenbohren
darauf gesichert ist.
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Die vordere Bohrhülse 1021 ist am Werkzeugkörper oder -gehäuse
1020 durch eine Schrumpf- oder Preßpassung angebracht. Die
Übermaßbohrhülse 1021 ist gegen Längs- oder Drehverrutschen fixiert. Die
Bohrhülse 1021 kann in Position verstiftet werden, wie bei 1024
angegeben. Die hintere Bohrhülse 1022 ist am Körper 1020 auf Lagern
1025 zur Drehbewegung darauf angebracht.
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An der Rückseite des Körpers 1020 gibt es ein drehbares Gehäuse
1019, an welchem Flossen 1017 angebracht sind. Das Gehäuse- und
Flossenaggregat ist bedienbar zwischen einer inaktiven Position, in
welcher das Werkzeug nicht um seine Achse rotiert , und einer betätigten
Position, wo die Flossen das Werkzeug zum Rotieren bringen. Der hintere
Körperabschnitt ist zur Zuführung einer unter Druck stehenden
Hydraulikflüssigkeit zum Werkzeug an eine Hydraulik- oder Luftleitung
angeschlossen.
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Figs. 6A, 6B und 6C veranschaulichen ein Bohrwerkzeug 1027 mit
einem abgeschrägten Nasenbauteil und fester/verriegelbarer
Flossenanordnung, wie in Verweis auf Figs. 1 und 2 in EP-A-0 202 013 allgemein
beschrieben.
BETRIEB
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Das oben beschriebene Werkzeug kann horizontal lenken, hat
Übermaßkörperabschnitte und wird vorzugsweise mit einem
Magnetfeldlagetastsystem benutzt. Das Bohrwerkzeug kann mit diversen
Tastsystemen benutzt werden, und ein magnetisches Lagetastsystem wird als
ein Beispiel allgemein dargestellt. Die Übermaßbohrhülsen können fixiert
oder drehbar auf Lagern sein, wie oben beschrieben. Ebenso können die
Übermaßbohrhülsen mit einem Schlagbohrwerkzeug dieses allgemeinen
Typs benutzt werden, ohne Eingrenzung auf die besondere
Lenkungsanordnung, d. h., das abgeschrägte Nasenbauteil und steuerbare
Schwanzflossen, die oben beschrieben werden. Es wird besonders
angemerkt, daß jede der Anordnungen, die in der Patentanmeldung
EP-A-0 202 013, bezogen auf das Obige, beschrieben sind, mit
Übermaßbauhülsen benutzt werden können, um die gewünschten Vorteile zu
erreichen.
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Das Verfahren zur Anwendung dieses Schlagbohrwerkzeuges soll
zuerst die Start- und Recherchebaugruben lokalisieren und vorbereiten.
Wie oben beschrieben, wird die Startbaugrube P etwas tiefer gegraben als
die geplante Bohrtiefe und groß genug, um für den Bediener
ausreichende Bewegung zu schaffen. Das Bohrwerkzeug 1010 wird an eine
pneumatische oder hydraulische Quelle 11 angeschlossen, wird dann im
Boden gestartet, angehalten und genau ausgerichtet, vorzugsweise mit
einem Sichtrahmen und Richtwaage. Das Werkzeug wird dann neu
gestartet und das Bohren wird fortgesetzt, bis das Werkzeug in die
Recherchebaugrube (nicht gezeigt) abgeht.
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Das Werkzeug kann sich in einer geraden Richtung bewegen, wenn
es mit einer exzentrischen Bohrkraft angewendet wird, d. h., das
abgeschrägte Nasenbauteil oder der Exzenterhammer oder Amboß,
vorausgesetzt, daß die Flossen 1017 in Position gebracht sind, um das
Werkzeug zum Drehen um seine Längsachse zu bringen. Wenn die
Flossen eingestellt sind, damit sich das Werkzeug ohne Rotation um die
Längsachse bewegen kann, bewirken die exzentrischen Bohrkräfte, daß es
sich entweder in einem Winkel oder längs eines Bogenweges bewegt.
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Wie vorher beschrieben, sind die Übermaßbohrhülsen, welche sich
über einem Abschnitt der Werkzeugaußenfläche befinden, so befestigt, daß
sie rotieren aber nicht axial rutschen können. Dies gestattet die
Übertragung der axialen Stoßkraft vom Werkzeug auf den Boden, wogegen
das Werkzeug während der Drehoperationen frei rotieren kann. Die
Übermaßflächen sind an der Vorder- und Rückseite des Werkzeuges, oder
alternativ ein Untermaßabschnitt in der Mitte des Werkzeugkörpers. Dieser
Unterschnitt in der Mitte des Werkzeuges gestattet einen Zweipunktkontakt
(vorn und hinten) des Werkzeugaußengehäuses mit der Bodenwand, im
Gegensatz zu dem Linienkontakt, der ohne den Unterschnitt eintritt. Der
Zweipunktkontakt erlaubt, daß das Werkzeug in einem Bogen abweicht,
ohne das runde Querschnittprofil des durchbohrten Loches zu deformieren.
Somit ist für eine bestimmte Lenkkraft an der Vorderseite und/oder
Rückseite des Werkzeuges eine höhere Drehgeschwindigkeit möglich, da
eine kleinere Bodenmenge bewegt werden muß.
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In der gezeigten Darstellung werden zum Drehen des Werkzeugs
die Schwanzflossen 1017 in eine Position bewegt, wo sie sich um die
Längsachse des Werkzeuges 1010 drehen können, und das abgeschrägte
Nasenbauteil 1018 oder der Exzenterhammer werden das Werkzeug in
eine bestimmte Richtung umlenken. Wenn die Flossen 1017 in eine
Position bewegt werden, die das Werkzeug 1010 veranlaßt, sich um seine
Längsachse zu bewegen, wird die Rotation den Dreheffekt des
Nasenbauteils 1018 oder des Exzenterhammer negieren sowie das
Hilfsmittel zur Ausrichtung des Nasenstückes in einer bestimmten Ebene
zur nachfolgenden Drehung oder Richtungsänderung liefern.
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Die Übermaßkörperabschnitte der Vorderseite 1021 und der
Rückseite 1022 liefern eine verbesserte Leistung des Werkzeuges sowohl
beim Geradbohren als auch beim Winkel- oder Bogenbohren. Diese
Übermaßabschnitte sind längs am Werkzeugkörper fixiert und können
gegen Rotation fixiert werden oder können auf Lagern angebracht werden,
welche ihnen gestatten, sich zu drehen.
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Während die Übermaßbohrhülsen mit einem Schlagbohrwerkzeug
benutzt werden können, wurden sie in Kombination mit einer der
Darstellungen der EP-A-0 202 013-Anmeldung, die sich auf das Obige
bezieht, gezeigt. Der Betrieb dieses Schlagbohrwerkzeuges 1027 ist wie
folgt: Unter der Einwirkung von Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit im
zentralen Hohlraum 1041 bewegt sich der Hammer 1037 zur Vorderseite
des Körpers 1028. In der vordersten Position vollführt der Hammer einen
Schlag auf die ebene Oberfläche 1036 des Ambosses 1033.
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In dieser Position wird Druckluft über die Kanäle 1044 vom zentralen
Hohlraum 1041 in den ringförmigen Hohlraum 1039 eingelassen. Da die
Wirkfläche des Hammers einschließlich des größeren Durchmessers des
hinteren Abschnitts 1040 größer als die Wirkfläche des zentralen
Hohlraums 1041 ist, beginnt sich der Hammer in die Gegenrichtung zu
bewegen. Während dieser Bewegung schließt die Buchse 1042 die Kanäle
1044, wodurch der Einlaß von Druckluft in den ringförmigen Hohlraum
1041 unterbrochen wird.
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Der Hammer 1037 setzt seine Bewegung durch die Ausdehnung der
Luft im ringförmigen Hohlraum 1039 fort, bis die Kanäle 1044 über die
Enden der Buchse 1042 hinaus verschoben sind, und der ringförmige
Hohlraum entweicht über die Löcher 1050 im Absperrbauteil 1049 in die
Atmosphäre. Dann wird der Zyklus wiederholt.
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Der Betrieb des Schwanzflossenaggregates 1062 ist am besten mit
Bezugnahme auf Fig. 6C zu sehen. Die Druckluft oder -flüssigkeit in dem
ringförmigen Hohlraum 1114 bewegt den Kolben 1077 gegen die Feder
1090 und zur Vorderseite der sub?1063 hin. In der vordersten Position
berührt die Vorderseite des Kolbens 1077 den Bund 1071, und die
Antriebsverzahnungen 1086 und 10101 werden ausgerückt. In dieser
Position wird Druckluft oder -flüssigkeit über den Kanal 1119 von der
Quelle in die ringförmige Kammer 1114 eingelassen. Die Flossenbohrhülse
1091 ist dann frei drehbar bezüglich auf den Werkzeugkörper. Druck, der
ansonsten im ersten Hohlraum 1080 eingeschlossen werden kann und Hin- und
Herbewegung verhindert, wird über den Druckentlastungskanal 1120
in die Atmosphäre abgegeben.
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Wenn der Luft- oder Flüssigkeitsdruck innerhalb der Kammer 1114
entlastet wird, bewegt die Kraft der Feder 1090 den Kolben 1077 in die
Gegenrichtung. Während dieser Bewegung werden die
Antriebsverzahnungen 1086 und 1 101 wieder eingerückt, und die Flossenbohrhülse
1091 wird gegen Rotationsbewegung bezüglich auf den Werkzeugkörper
verriegelt. Der Zyklus kann wahlweise wiederholt werden, wie zur genauen
Ausrichtung des abgeschrägten Nasenbauteils 1018 und der
Lageeinstellung des Werkzeuges notwendig. Es sollte sich verstehen, daß der
Kanal 1120 auch an eine Flüssigkeitsquelle, d. h. Flüssigkeit oder Luft,
angeschlossen werden kann, um den Kolben in die hinterste Position zu
bewegen.
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Die Hin- und Herbewegung des Hammers auf den Amboß und das
Nasenbauteil, wie vorher beschrieben, erzeugt eine exzentrische oder
asymmetrische Bohrkraft, welche bewirkt, daß sich das Werkzeug durch die
Erde entlang eines Weges vorwärtsbewegt, der in einem Winkel abweicht,
oder längs eines bogenförmigen Weges, wenn sich das Werkzeug nicht
dreht. Wenn das Werkzeug durch Betrieb der Flossen gedreht wird, bewegt
es sich längs eines im wesentlichen geraden Weges (tatsächlich eine sehr
enge Spirale). Die Übermaßbohrhülsen stützen das Werkzeuggehäuse an
zwei getrennten Punkten. Dieser Zweipunktkontakt (vorn und hinten) des
Werkzeuggehäuses mit der Bodenwand erlaubt, daß das Werkzeug in
einem Bogen abweicht, ohne das runde Querschnittprofil des durchbohrten
Loches zu deformieren. Somit ist für eine bestimmte Lenkkraft an der
Vorderseite und/oder Rückseite des Werkzeuges eine höhere
Drehgeschwindigkeit möglich, da eine kleinere Bodenmenge bewegt werden
muß, und die Spiralenlänge verringert ist.
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Andere Arten von Bohrsystemen können in Verbindung mit der
vorliegenden Erfindung benutzt werden, wie hydraulische
Schlagbohrwerkzeuge, Turbobohrmotoren (pneumatisch oder hydraulisch) oder
Rotarybohrwerkzeuge.
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Es sollte angemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung auch in
Verbindung mit dem Lenkungssystem angewendet werden kann, welches
in der europäischen Patentanmeldung Nr. 90 122 530.0 (EP-A-0 428 180)
beschrieben wird.