DE4008304C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung mit einem Bohrkopf, der durch eine biegsame Antriebswelle mit einem Antrieb verbunden ist und durch eine Bohrrichtungsleitvorrichtung steuerbar ist.

Derartige Bohrvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE-PS 31 07 973 zur Erstellung von Tiefenbohrungen bekannt.

Bei derartigen Bohrvorrichtungen wirkt die Steuervorrichtung durch hydraulische, pneumatische oder elektrische Stellglieder unmittelbar im Bohrgestänge auf die Richtungseinstellung des Bohrkopfes ein, wobei die Steuermittel oder Steuersignale durch das Bohrloch parallel zum Bohrgestänge oder in diesem geführt sind. Derartige Vorrichtungen sind sehr aufwendig und zum Bohren enger Kabelkanäle, z. B. zum Einziehen eines Telefon- oder Computerkabels in eine Wand, nicht geeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bohrvorrichtung zu offenbaren, die relativ einfach aufgebaut und einfach zu bedienen ist und für das Bohren eines Unterputz-Kabelkanals in eine Wand geeignet ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der Bohrkopf mit einem Permanentmagneten verbunden ist und die Leitvorrichtung einen steuerbaren Magneten enthält, der, seitlich versetzt zu dem Permanentmagneten angeordnet, derart steuerbar ist, daß der steuerbare Magnet den Bohrkopf vortreibend und in einer ersten Steuerungsart sich dem Magneten annähernd und in einer zweiten Steuerungsart sich von dem Magneten abwendend bohrend fortzubewegen ist.

Mit der neuartigen Vorrichtung läßt sich insbesondere auch in Altbauten eine Unterputzinstallation nachträglich mühelos einbringen, wobei nur eine Anfangs- und Endöffnung jeweils in bekannter Weise in die Wand einzubringen ist und die Zwischenverbindung unsichtbar zu bohren ist. Zur Vorbereitung ist lediglich sicherzustellen, daß keine Metallteile, z. B. Kabel, in der Trasse liegen, was durch ein vorheriges Überlaufen der Wand mit der Leitvorrichtung unter Beobachtung des Tiefenmessers erfolgt, da dieser als Metalldetektor ausgebildet ist.

Nach dem Einsetzen des Bohrkopfes in eine kurze Anfangsbohrung wird die Leitvorrichtung über den Putz geführt, und deren Magnet zieht den Bohrkopf nach. Durch elektromagnetische Tiefensonden wird die Polarisation des Elektromagneten der Leitvorrichtung jeweils so gesteuert, daß der Bohrkopf bei einer Abweichung von einer vorgegebenen Tiefe nach außen gerichtet wird und bei einer Abweichung nach außen bezüglich der vorgegebenen Tiefe in die Tiefe abgelenkt wird.

Vorzugsweise sind drei Tiefensonden in einem Dreieck angeordnet, so daß auch die seitliche Lage und die Neigung des Bohrkopfes in der Bohrrichtung und der Vorlauf der Leitvorrichtung vor dem Bohrkopf aus deren Differenzsignalen jeweils zu ermitteln ist. Größere Abweichungen, die eine Toleranzschwelle überschreiten, werden auf einer Anzeige sichtbar gemacht, so daß der Bediener die Leitvorrichtung mühelos vor dem Bohrkopf herführen kann, so daß dieser nachgezogen wird. Außerdem wird bei einer Toleranzgrenzenüberschreitung das Steuersignal an den Steuermagneten abgeschaltet, so daß der Bohrkopf nicht aus dem wirksamen Leitbereich abirren kann. Die Tiefenlage des Bohrkopfes ist im Wirkbereich der Leitvorrichtung stets auf eine vorgegebene Tiefe eingeregelt, indem die Stromrichtung im Elektromagneten abhängig von einer Abweichung des Tiefenmeßsignales von einem vorgegebenen Sollwert nach Art einer Zweipunktregelung umgesteuert wird.

Die Leitvorrichtung ist vorteilhaft als Handgerät mit einem Handgriff und einer Leitanzeige, die die Tiefenmeßsignale lagegerecht wiedergibt, ausgerüstet. Ein Visierzeiger ermöglicht die genaue Führung der Leitvorrichtung auf einer vorgegebenen Bahn.

Die biegsame Antriebswelle ist lösbar mit dem Bohrkopf und mit dem Bohrantrieb verbunden, der aus einer handelsüblichen Bohrmaschine bestehen kann. Die Welle besteht vorzugsweise aus einer drehbaren Seele und einem von dieser beabstandeten Mantel, der etwas dünner als der Bohrkopf und somit dünner als das entstehende Bohrloch ist. Auf diese Weise läßt sich der Bohrstaub außenseitig mit einem Staubsauger abziehen, und innenseitig des Mantels läßt sich Luft zuführen, die den Staub vom Bohrkopf abführt.

Die Luft ist vorteilhaft von einem Lüfter, der von dem Antrieb der Seele mitbetrieben ist, in den Mantel eingeführt. Ein Staubsauger ist am Anfang des Bohrloches anzusetzen.

Besonders vorteilhaft ist die Einführung der Antriebswelle in den Anfangsbereich des Bohrloches über ein Bogenführungsstück, das durch Spreizbacken in dem Mauerschlitz oder ggf. in einer Abzweigdose gehalten ist, verschieblich gelagert, wodurch ein leichtes Nachziehen ermöglicht ist.

An dem Bogenführungsstück ist vorteilhaft ein Anschlußstutzen für einen Staubsauger angeordnet, der mit dem Bohrloch seitlich abgedichtet in Verbindung steht, so daß der Unterdruck von einem Staubsauger sich im Bohrloch ausbreitet und den Bohrstaub herausholt.

Die Antriebswelle ist vorteilhaft abschnittsweise trenn- und kuppelbar, so daß bei langen Bohrkanälen weitere Wellenstücke nachgesetzt werden können. Der Bohrkopf ist ebenfalls kuppelbar, so daß am Ende eines Bohrkanals der Bohrer entweder herausgelenkt wird oder die Wand dort aufgestemmt und der Kopf abgekuppelt wird. An der Welle läßt sich dann ein einzuziehendes Kabel oder ein Ziehdraht befestigen, der dann beim Herausziehen der Welle in den Kanal eingezogen wird.

Durch diese Vorrichtung lassen sich somit die Installationskosten, insbesondere bei nachträglichem Einbau von Kabeln, erheblich senken, da eine Restaurierung des Putzes und der Wandverkleidungen und Tapeten entfällt.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 11 dargestellt und nachfolgend beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Steuerschaltung der Vorrichtung;

Fig. 2 zeigt einen frontseitigen Schnitt durch die Leitvorrichtung, verkleinert;

Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch die Leitvorrichtung, verkleinert;

Fig. 4 zeigt eine Perspektivansicht durch die Leitvorrichtung, verkleinert;

Fig. 5 zeigt einen Anzeige- und Bedienteil der Leitvorrichtung;

Fig. 6 zeigt den Bohrkopf mit der Antriebsvorrichtung;

Fig. 7 zeigt einen Antriebswellenabschnitt, vergrößert;

Fig. 8 zeigt ein Bogenführungsstück in einer Abzweigdose;

Fig. 9 und 10 zeigen ein Bogenführungsstück in einem Mauerschlitz in verschiedenen Bohrstellungen;

Fig. 11 zeigt eine Antriebswellenverbindung in vergrößerter Explosionszeichnung.

Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt der Leitvorrichtung (2) in Arbeitsstellung, in der sie auf dem Putz (P) einer Mauer aufgesetzt und über diesen fortbewegt wird, so daß der im Putz (P) befindliche Bohrkopf (1) der Leitvorrichtung (2) folgt. In der Bohrrichtung gesehen befindet sich hinter dem Bohrkopf (1) ein stabförmiger, axial magnetisierter Permanentmagnet (3), an dem sich die biegsame Antriebswelle (10) anschließt. In der Leitvorrichtung (2) befindet sich ein Elektromagnet (4), der senkrecht zum Verlauf der Bohrrichtung abhängig von der Stromrichtung in der Wicklung (25) ist, die durch die Steuervorrichtung (ST) bestimmt ist. Je nach der Magnetfeldrichtung des Magneten (4) wird der Permanentmagnet (3) und damit der Bohrkopf (1) abweisend oder anziehend zum Magneten (4) beaufschlagt. Dies wird zur Steuerung eines Bohrungsverlaufs auf einer gleichbleibenden Bohrungstiefe (BT) genutzt.

Um eine automatische Tiefenregelung zu bewirken, ist an der Leitvorrichtung (2) in seiner Betriebslage jeweils oberhalb des Bohrkopfes mindestens eine elektromagnetische Tiefensonde (50) angeordnet, deren Signal in der Steuervorrichtung (ST) ausgewertet wird. Weiterhin sind zur Kontrolle und Steuerung des Bohrungsverlaufs, gegen die Bohrrichtung zur ersten Tiefensonde (50) zurückversetzt, nebeneinander ein Paar weiterer Tiefensonden (51, 52) angeordnet, die, wie in Verbindung mit Fig. 2 ersichtlich ist, ein Dreieck bezüglich der Lage des Bohrkopfes (1) bilden, so daß aus den Sondendifferenzsignalen jeweils die Bohrkopflage in Bohrrichtung und eine Seitenabweichung des Bohrkopfes bezüglich der Leitvorrichtung (2) abzuleiten sind.

Die Leitvorrichtung (2) wird an einem Handgriff (20) jeweils entlang der vorgegebenen Bahn geführt, wobei der Bediener mit einer Visiervorrichtung (55) der vorgezeichneten oder abgesteckten Bahnlinie folgt. Außerdem beobachtet er die Anzeigevorrichtung (21), die eine evtl. auftretende seitliche Abweichung des Bohrkopfes (1) und den Stand des Nachfolgens desselben anzeigt. Der Anzeige gemäß wird die Leitvorrichtung in einfacher Weise fortbewegt.

Die Tiefenregelung des Bohrkopfes (11) geschieht automatisch gemäß der Vorgabe durch einen Einstellhebel an einem Potentiometer (22) im Griffbereich der Bedienerhand, dessen Sollsignal der Steuervorrichtung (ST) zugeführt ist.

Um einer seitlichen Abweichung des Bohrkopfes (1) von der Bahn der Leitvorrichtung (2) vorzubeugen, ist der zentrale Polschuh des Magneten (4) in seiner parallel zur Bohrrichtung verlaufenden Fläche konkav gekrümmt oder in zwei Polstücke (40, 41) längs gespalten, wie Fig. 2 zeigt.

Fig. 4 zeigt eine Außenansicht der Leitvorrichtung (2) mit dem Handgriff (20), dem Einstellhebel (22) zur Tiefeneinstellung und der Anzeigevorrichtung (21).

Fig. 5 zeigt die Anzeigevorrichtung (21) mit der Tiefeneinstellung (22), die eine Skala trägt, und mit vier Anzeigeleuchten (26-29), von denen zwei mittig hintereinander versetzt und zwei seitlich versetzt sind. Die beiden mittigen Leuchten (26, 27) sind zur Vorschubanzeige und die beiden seitlichen Leuchten (28, 29) zur Darstellung einer seitlichen Abweichung zwischen dem Bohrkopf und der Leitvorrichtung vorgesehen. Bei richtiger Führung der Leitvorrichtung brennt jeweils nur die eine mittige Leuchte (27).

Fig. 6 zeigt die Antriebsvorrichtung (11) an der biegsamen Antriebswelle (10). Letztere besteht aus einer drehbar gelagerten Seele (60) und einem feststehenden Mantel (61). Der Mantel (61) ist mit einer Halteklammer (11A) an dem Bohrmaschinengehäuse drehfest angeklemmt. Innerhalb der Halteklammer (11A) ist ein Drucklufterzeuger (12) angeordnet, der zusammen mit der Seele (60) angetrieben wird und dessen Luftstrom in einen Zwischenraum (63) zwischen der Seele (60) und dem Mantel (61) eingeleitet ist. Auf diese Weise bleibt dieser Zwischenraum (63) frei vom Bohrstaub, und die bohrkopfseitig austretende Luft fördert den Bohrstaub durch das Bohrloch hinaus.

Fig. 7 zeigt einen Abschnitt der biegsamen Antriebswelle (10), die aus der Seele (60) und dem davon beabstandeten Mantel (61) besteht. Der Mantel ist vorzugsweise aus einem Spiralschlauch mit einem luftdichten flexiblen Überzug hergestellt. Der Zwischenraum (63) dient der Luftführung.

Fig. 11 zeigt vergrößert einen Anschluß zweier lösbarer Antriebswellenabschnitte auseinandergenommen. Die drehbaren Seelenabschnitte (60, 60′) haben eine drehfeste, komplementäre Stecker-Muffenverbindung, und die Mantelabschnitte (61, 61′) sind mit einer Schraubmuffenverbindung zusammensetzbar.

Fig. 8 zeigt ein Stück Mauerwerk mit einer Unterputz- Abzweigdose. Dort ist ein Bogenführungsstück (7) mit zangenförmigen Klemmbacken (72, 73) eingeklemmt, so daß der Austritt des bogenförmigen Führungskanals mit einer kurzen Anfangsbohrung im Putz (P) abschließt. In die Anfangsbohrung ist der Bohrkopf (1) eingesetzt, und an diesen schließt sich die Antriebswelle (10), die den Permanentmagneten enthält, an.

Der Bohrkopf (1) hat einen größeren Durchmesser als die Antriebswelle (10), so daß zwischen der Bohrlochwandung (75) und dem Antriebswellenmantel ein Zwischenraum (65) vorhanden ist, der an einen Entlüftungsstutzen (76), der als Staubsaugeranschluß genutzt werden kann, und der an dem Bogenführungsstück (7) angeordnet ist, angeschlossen ist. Das Bogenführungsstück (7) ist vorteilhaft mit Rollen oder Kugeln (71) innenseitig bestückt, so daß die Antriebswelle (10) dort leicht hindurchgeschoben und hinausgezogen werden kann.

Fig. 9 zeigt, wie das Bogenführungsstück (7) in einen Mauerspalt eingeklemmt ist, der als Bohrungsanfang in dem Putz (P) eingebracht ist.

Fig. 10 zeigt eine Weiterführung der Bohrung von Fig. 9. Wenn der Bohrkopf (1) seine Endposition erreicht hat, wird der Putz (P) geöffnet, und zwar auf die Länge des Bohrkopfes (1), und dieser von der Steckverbindung zur Antriebswelle (10) gelöst. An den Steckverbinder läßt sich dann das einzuziehende Kabel oder ein Ziehdraht anschließen.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung der Steuervorrichtung (ST). Das Tiefensensorsignal (TSO) des vorderen Tiefensensors (50) wird in einem Differenzverstärker (DV1) mit einem mittleren Tiefensignal (TM) der Tiefensignale (TS1, TS2) der beiden hinteren Tiefensensoren (51, 52) verglichen, und jeweils nur dann, wenn ein Schwellwert (SW1) durch das Differenzsignal nach oben oder unten über- oder unterschritten ist, ist eine der beiden Anzeigelampen (26, 27) von einem der Schwellwertschalter (SS1, SS2) bestromt, die somit eine richtige Arbeitsposition der Leitvorrichtung zu dem Bohrkopf anzeigen und hintereinander auf der Anzeigevorrichtung angeordnet sind.

Die Tiefensensorsignale (TS1, TS2) der beiden hinteren, nebeneinander angeordneten Tiefensensoren (51, 52) sind einem weiteren Differentialverstärker (DV2) zugeführt, und jeweils nur dann, wenn ein Schwellwert (SW3) durch das so entstehende Differenzsignal nach oben oder unten über- oder unterschritten ist, ist eine der beiden Anzeigelampen (28, 29) von einem der Schwellwertschalter (SS3, SS4) bestromt, die auf der Anzeigevorrichtung nebeneinander angeordnet sind und brennend jeweils eine seitliche Lageabweichung der Leitvorrichtung von dem Bohrkopf anzeigen.

Das mittlere Bohrtiefensignal (TM) wird in einem dritten Differentialverstärker (DV3) mit einem vorgegebenen Bohrertiefensignal (BB) von dem Potentiometer (22) der Tiefeneinstellvorrichtung verglichen, und das so erzeugte Differenzsignal wird über eine hysteresebehaftete Schmitt-Triggerschaltung (SS) in der einen oder anderen Stromrichtung auf die Wicklung (25) des Magneten (4) gegeben. Somit ist eine Zweipunktregelung der Bohrertiefe gegeben.

Vorteilhaft ist eine Sicherheitsschaltung der Reglerschaltung übergeordnet, die aus zwei Gattern (GN, GU) besteht, die eine Bestromung der Magnetwicklung (25) durch den Schmitt-Trigger (SS) nur dann freigeben, wenn die Leitvorrichtung sich in einer zulässigen Lage zum Bohrkopf befindet. Hierzu werden die Bestromungssignale der Lampen (26, 28, 29), die bei einer richtigen Lagezuordnung nicht zu brennen haben, in einem Nor-Gatter (GN) zusammengefaßt, dessen Ausgangssignal in einem Und-Gatter (GU) mit dem Bestromungssignal der Lampe (27) verknüpft ist, die normal zu brennen hat. Das Ausgangssignal des Und-Gatters (GU) steuert die Ausgänge des Schmitt-Triggers (SS) aktiv, die jeweils in einer tristate-Bauweise komplementär ausgeführt sind.

Eine Ansteuerung der Sonden (50, 51, 52) und die Steuerschaltung läßt sich fachmännisch zusammenfassen und auch durch eine Mikroprozessorschaltung verwirklichen, in die die Tiefenmeßwerte (TSO, TS1, TS2) und das Tiefensollsignal (BB) digital aufgenommen werden, wo sie dann digital weiterverarbeitet werden.

Claims (16)

1. Bohrvorrichtung mit einem Bohrkopf (1), der durch eine biegsame Antriebswelle (10) mit einem Antrieb (11) verbunden ist und durch eine Bohrrichtungsleitvorrichtung (2) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (1) mit einem Permanentmagneten (3) verbunden ist und die Leitvorrichtung (2) einen steuerbaren Magneten (4) enthält, der, seitlich versetzt zu dem Permanentmagneten (3) angeordnet, derart steuerbar ist, daß der steuerbare Magnet (4) den Bohrkopf (1) vortreibend und in einer ersten Steuerungsart sich dem Magneten (4) annähernd und in einer zweiten Steuerungsart sich von dem Magneten (4) abwendend bohrend fortzubewegen ist.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (3) koaxial zur Bohrkopfachse und Bohrrichtung polarisiert ist und der steuerbare Magnet (4) zu dem Permanentmagneten (3) ein anziehendes oder ein abstoßendes Magnetfeld für den Permanentmagneten (3) aufweist.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (4) einen Polschuh aufweist, der in seiner parallel zur Bohrrichtung verlaufenden Fläche konkav gekrümmt ist oder in zwei parallele Polstücke (40, 41) längs gespalten ist.

4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Magnet (4) ein Elektromagnet ist, der zusammen mit mindestens einer elektromagnetischen Tiefensonde (50, 51, 52) in der Leitvorrichtung (2) angeordnet ist, und der Magnet (4) abhängig von einem Tiefensondensignal (TM) gesteuert ist und/oder dieses angezeigt ist.

5. Bohrvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (2) mindestens zwei bezüglich des Magneten (4) jeweils in der Bohrrichtung gegeneinander versetzt angeordnete Tiefensonden (50; 51, 52) trägt, deren Tiefensondensignale (TSO, TM) derart differentiell verknüpft sind, daß jeweils bei einer bestimmten Abweichung eines Bohrertiefensignales (TM), einer so gemessenen Bohrertiefe (BT), von einem vorgegebenen Bohrertiefensignal (BS) ein entsprechendes Steuersignal entsteht, das den Magneten (4) jeweils in entgegengesetzter Wirkrichtung polt und somit regelnd auf eine Bohrrichtungseinhaltung wirkt und/oder die Differentialsignale angezeigt sind.

6. Bohrvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Tiefensonden (51, 52) bezüglich der Bohrrichtung nebeneinander angeordnet sind, deren Differenzsignal gebildet und angezeigt wird und/oder eine Abweichung desselben über einen Toleranzwert des Differenzsignales angezeigt ist.

7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (2) einen Visierzeiger (55) für eine vorgegebene Bahn, einen Handgriff (20), eine Anzeigevorrichtung (21) für die von den Tiefensondensignalen (TSO, TS1, TS2) abgeleiteten Signale und/oder die Steuersignale des Magneten (4) sowie ein Stellpotentiometer (22), daß das Bohrtiefensignal (BS) liefert, im Griffbereich des Handgriffs (20) angeordnet sind.

8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Antriebswelle (10) aus einer drehbar gelagerten Seele (60) und einem davon beabstandeten Mantel (61) besteht.

9. Bohrvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (63) zwischen der Seele (60) und dem Mantel (61) mit einer Druckluftquelle (12) verbindbar ist.

10. Bohrvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucklufterzeuger (12) mit dem Antrieb (11) antriebsmäßig verbunden ist.

11. Bohrvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (10) abschnittsweise zusammengefügt ist, wobei die Seele (60) drehfest verbunden ist und der Mantel (61) muffenartig zusammengesteckt oder -geschraubt ist.

12. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (61) als ein Spiralschlauch mit einem luftdichten Schlauch aufgebaut ist.

13. Bohrvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Antriebswelle (10) in einem Bogenführungsstück (7) verschieblich gelagert ist.

14. Bohrvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (10) in dem Bogenführungsstück (7) in Rollen oder Kugeln (71) gelagert ist.

15. Bohrvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogenführungsstück (7) seitlich spreizbare zangenförmige Backen (72, 73) trägt.

16. Bohrvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (10) dünner als der Bohrkopf (1) ist und ein dadurch gebildeter Zwischenraum (65) zwischen der Antriebswelle (10) oder deren Mantel (61) und einer Bohrlochwandung (75) durch das Bogenführungsstück (7) mit einem daran befindlichen Staubsaugeranschluß (76) verbunden ist.