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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Bohren von Löchern
in einem Mauerwerk oder einem anderen geeigneten Material unter
Verwendung eines Schneidkopfes oder eines ähnlichen Mittels zum Ausfördern des
Materials, wobei die Wegstrecke des Schneidkopfes während des
Schneidvorgangs eingestellt werden kann, um einem veränderlichen
Weg zu folgen.
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Werkzeuge
zum Richtbohren wurden in den letzten Jahren entwickelt, um die
grabenfreie Installation bzw. das grabenfreie Verlegen unterirdischer Versorgungsleitungen
zu ermöglichen.
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Ein
derartiges Werkzeug ist in der
US 5490569 offenbart.
Diese Vorrichtung umfasst einen kreisförmigen Bohrer, der an einer
Antriebswelle drehbar gelagert ist. Förderabseitig von dem Bohrkopf
ist die Antriebswelle in einem axialen Hohlraum untergebracht, der
innerhalb eines kreisförmigen
Gehäuses
gebildet ist, das sich im Wesentlichen entlang der Gesamtlänge des
gebohrten Lochs erstreckt. Der Radius des kreisförmigen Gehäuses ist nominal gleich groß oder kleiner
als der Schneidkreis des Bohrers. Ein Umlenkschuh ist an der Außenwand
des Gehäuses
in einer Stellung nahe bei dem Bohrer montiert. Der Umlenkschuh
erstreckt sich von dem Gehäuse
radial nach außen
und berührt
die Wand des gebohrten Lochs. Zumindest ein Abschnitt des Umlenkschuhs
liegt außerhalb
des Schneidkreises des Bohrers, und mit fortschreitendem Bohren
wird der Bohrer in einer Richtung abgelenkt, die entgegengesetzt
zu derjenigen ist, in der sich der Umlenkschuh von dem Gehäuse aus
erstreckt. Eine Drehung des Gehäuses
bewirkt eine Änderung
der Ablenkungsrichtung des Bohrers. Ein kontinuierliches Drehen
des Gehäuses
ermöglicht
es dem Bediener, geradeaus zu bohren.
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Ein
weiteres Werkzeug zum Richtbohren ist in der
US 5421421 offenbart. Dieses Dokument
lehrt, dass als Alternative zur Verwendung eines dauerhaft montierten
Umlenkschuhs einfahrbare, lenkende Druckkolben aus dem Gehäuse ausgefahren
werden können,
wenn eine Ablenkung des Bohrweges gewünscht wird, und eingefahren
werden können,
um zu ermöglichen,
dass der Bohrer sich in einer geraden Linie fortbewegt. Die Kolben
werden durch hydraulischen Druck aktiviert, der von einem Fluidsteuerungsmittel
zugeführt
wird, das die Komplexität
und die Kosten des Werkzeugs erhöht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung zum Richtbohren eines Bohrloches durch
ein festes bzw. massives Substrat bereitgestellt, wobei die Vorrichtung
gemäß Anspruch
1 definiert ist.
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Weitere
Gesichtspunkte der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 definiert.
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Gemäß der Erfindung
wird außerdem
ein Verfahren zum Richtbohren eines Bohrloches durch ein festes
bzw. massives Substrat hindurch bereitgestellt, wobei das Verfahren
gemäß Anspruch
11 und 12 definiert ist.
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Es
werden nun lediglich der Veranschaulichung dienende Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben, wobei:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht eines Bohrwerkzeugs gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht eines Bohrwerkzeugs gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
schematische Ansicht des Bohrwerkzeugs von 1 zu einem
ersten Zeitpunkt ist;
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4 eine
schematische Ansicht des Bohrwerkzeugs von 1 zu einem
zweiten Zeitpunkt ist;
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5 eine
schematische Ansicht des Bohrwerkzeugs von 1 zu einem
dritten Zeitpunkt ist;
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6 eine
schematische Ansicht des Bohrwerkzeugs von 1 zu einem
vierten Zeitpunkt ist;
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7 eine
schematische Ansicht des Bohrwerkzeugs von 1 zu einem
fünften
Zeitpunkt ist;
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8 eine
schematische Endansicht des Bohrwerkzeugs von 1 ist,
bei dem ein Drucknocken in einer eingefahrenen Stellung ist;
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9 eine
schematische Endansicht des Bohrwerkzeugs von 1 ist,
bei dem der Drucknocken in einer ausgefahrenen Stellung ist;
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10 eine
partielle schematische Seitenansicht eines Bohrwerkzeugs gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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11 eine
partielle schematische Seitenansicht eines Bohrwerkzeugs gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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12 eine
partielle schematische Seitenansicht eines Bohrwerkzeugs gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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13 eine
partielle schematische Seitenansicht eines Bohrwerkzeugs gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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14A und 14B eine
partielle schematische Seitenansicht und eine Einzelheit eines Bohrwerkzeugs
gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind;
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15A und 15B eine
partielle schematische Seitenansicht und eine Einzelheit eines Bohrwerkzeugs
gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind; und
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16 eine
partielle schematische Seitenansicht eines Bohrwerkzeugs gemäß einem
neunten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist.
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Wie
in 1 gezeigt, enthält eine Vorrichtung zum Richtbohren
in Form eines Bohrwerkzeugs 1 einen Hauptbohrungs-Bohrkopf
bzw. Haupt-Bohrkopf 2 sowie einen Pilotbohrungs-Bohrkopf
bzw. Pilot-Bohrkopf 4. Der Haupt-Bohrkopf 2 hat
eine Bohrspitze 6, die von der Mittelachse X-X des Haupt-Bohrkopfes 2 seitlich
versetzt ist. Ein Drucknocken 12 ist an der Seite des Haupt-Bohrkopfes 2 montiert
und ist so positioniert, dass er an dem von der Bohrspitze 6 am
weitesten entfernten Punkt wirkt.
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Der
Pilot-Bohrkopf 4 hat eine Pilot-Bohrachse Y-Y und ist in
einem Loch in dem Haupt-Bohrkopf 2 derart aufnehmbar, dass
die Pilot-Bohrachse Y-Y sowohl von der Mittelachse X-X des Haupt-Bohrkopfes 2 und
der Bohrspitze 6 seitlich versetzt ist. Der Pilot-Bohrkopf 4 ist
durch den Haupt-Bohrkopf 2 einfahrbar und ist in einer
ausgefahrenen Stellung 5A gezeigt sowie in einer ersten
eingefahrenen Stellung 5B und in einer zweiten eingefahrenen
Stellung 5C gestrichelt gezeigt.
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Der
Pilot-Bohrkopf 4 ist an einer flexiblen Antriebswelle 8 gelagert,
welche durch das Loch in dem Haupt-Bohrkopf 2 hindurchtritt.
Die flexible Welle 8 ist innerhalb einer anderen flexiblen
Antriebswelle 10 enthalten, die verwendet wird, um den
Haupt-Bohrkopf 2 anzutreiben.
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Der
Pilot-Bohrkopf 4 enthält
Verriegelungs-Keilnuten 13, die verwendet werden, um den Pilot-Bohrkopf 4 an
dem Haupt-Bohrkopf 2 zu verriegeln, wenn der Pilot-Bohrkopf 4 in
der zweiten eingefahrenen Stellung 5C ist. Die Verriegelungs-Teilnuten 13 werden
gelöst,
wenn der Pilot-Bohrkopf 4 in die erste eingefahrene Stellung 5B ausgefahren
wird, wodurch dem Pilot-Bohrkopf 4 ermöglicht wird, mittels der flexiblen
Antriebswelle 8 in diese Stellung gefahren zu werden.
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Die
Pilot-Bohrachse Y-Y des Pilot-Bohrkopfes 4 muss nicht notwendigerweise
parallel zur Mittelachse X-X des Haupt-Bohrkopfes 2 sein, sondern kann
statt dessen in seinem feststehenden Winkel zur Mittelachse X-X
des Haupt-Bohrkopfes 2 angeordnet sein, wie in 2 gezeigt.
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Es
wird nun die Funktionsweise des in 1 gezeigten
Bohrwerkzeuges 1 anhand von 3 bis 7 erklärt. Das
Bohrwerkzeug 1 ist innerhalb einer Haupt-Bohrung 14 gezeigt,
die breiter als der Haupt-Bohrkopf 2 ist. Wie später ausführlicher
beschrieben wird, ist dies dadurch begründet, dass die Bohrspitze 6 des
Haupt-Bohrkopfes 2 von der Mittelachse X-X des Haupt-Bohrkopfes 2 seitlich
versetzt ist.
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Anfänglich wird
der Pilot-Bohrkopf 4 gewinkelt angeordnet, indem man den
Haupt-Bohrkopf 2 dreht. Der Pilot-Bohrkopf 4 wird
dann ausgefahren, wie durch den Pfeil AA gezeigt, bis die Keilnuten 13 von 1 gelöst sind
und der Pilot-Bohrkopf 4 nicht mehr an dem Haupt-Bohrkopf 2 befestigt
ist. Der Pilot-Bohrkopf 4 wird dann mittels der flexiblen
Antriebswelle 8 von 1 drehangetrieben
und wird in den Abschnitt des Mauerwerks 16 vorgetrieben.
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Sobald
der Pilot-Bohrkopf 4 um eine vorbestimmte Entfernung vorgetrieben
worden ist, wird der Pilot-Bohrkopf 4 in den Haupt-Bohrkopf 2 eingefahren,
bis die Verriegelungs-Teilnuten 13 von 1 den Pilot-Bohrkopf 4 an
dem Haupt-Bohrkopf 2 befestigen. Der Pilot-Bohrkopf 4 hinterlässt eine
Pilotbohrung 18 mit einem Durchmesser, der genauso groß wie derjenige
des Pilot-Bohrkopfes 4 ist. Das Bohren der Pilotbohrung 18 erzeugt
einen Bereich aus geschwächtem
Mauer werk 20 zwischen der Pilotbohrung 18 und
der Bohrspitze 6 des Haupt-Bohrkopfes 2.
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Sobald
der Pilot-Bohrkopf 4 an dem Haupt-Bohrkopf 2 befestigt
ist, wird der Haupt-Bohrkopf 2 dann mittels der flexiblen
Antriebswelle 10 von 1 drehangetrieben
und wird vorgetrieben, wie durch den Pfeil B-B gezeigt. Der geschwächte Bereich
des Mauerwerks 20 lässt
sich leichter bohren als das umgebende Mauerwerk, und wenn der Haupt-Bohrkopf 2 vorgetrieben
wird, bewegt er sich zu der Pilotbohrung 18 hin, wie durch
den Pfeil CC gezeigt.
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Während des
Bohrens wirkt die Bohrspitze 6 des Haupt-Bohrkopfes 2 als
Drehachse, um die herum sich der Haupt-Bohrkopf 2 dreht.
Da die Bohrspitze 6 (und daher die Drehachse) des Haupt-Bohrkopfes 2 von
der Mittelachse XX des Haupt-Bohrkopfes 2 seitlich versetzt
ist, dreht sich der Haupt-Bohrkopf 2 exzentrisch um die
Bohrspitze 6, und die sich ergebende Hauptbohrung 14 hat
einen Durchmesser, der größer als
derjenige des Haupt-Bohrkopfes 2 ist.
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Sobald
die Bohrspitze 6 des Haupt-Bohrkopfes 2 innerhalb
der Pilotbohrung 18 positioniert ist, wird das an der Pilotbohrung 18 zentrierte
Bohren fortgesetzt, bis der Haupt-Bohrkopf 2 um eine vorbestimmte
Entfernung vorgetrieben wurde. Die neue Hauptbohrung 22 ist
von der vorherigen Hauptbohrung 14 um eine Entfernung DD
seitlich versetzt, wie in der Figur gezeigt.
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Schließlich wird
der Pilot-Bohrkopf 4 erneut gewinkelt angeordnet, indem
man den Haupt-Bohrkopf 2 dreht, und die Bohrsequenz beginnt
erneut. Auf diese Weise werden der Haupt- Bohrkopf 2 und die erhaltene
Hauptbohrung mit "Seitwärts-Schritten" durch das Mauerwerk
hindurch bewegt.
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Wenn
die Pilot-Bohrachse YY zu der Mittelachse XX des in 2 dargestellten
Haupt-Bohrkopfes 2 nicht parallel ist, winkelt die erhaltene
Pilotbohrung die Haupt-Bohrachse des Haupt-Bohrkopfes 2 ab,
wenn er mit der an der Pilot-Bohrung zentrierten Bohrspitze 6 vorgetrieben
wird. Auf diese Weise kann man erreichen, dass der Haupt-Bohrkopf 2 und
die gewonnene Hauptbohrung einer sanft gekrümmten Wegstrecke anstatt der
oben beschriebenen "schrittweisen" Wegstrecke folgen.
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Der
Drucknocken 12 kann auch verwendet werden, wenn die Hauptbohrung
einem kontinuierlichen gekrümmten
Weg folgen soll oder wenn Einstellungen notwendig sind, die durch
keine der oben beschriebenen Verfahren erzielt werden können. Der Betrieb
des Drucknockens 12 wird nun anhand von 8 und 9 erklärt.
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Der
Drucknocken 12 ist an der Seite des Haupt-Bohrkopfes 2 montiert
und ist innerhalb des Haupt-Bohrkopfes 2 aufnehmbar, wenn
er in einer eingefahrenen Stellung 24A ist. Der Drucknocken 12 enthält eine
Nocken-Spannfeder 28, die derart wirkt, dass sie den Drucknocken 12 in
einer ausgefahrenen Stellung 24B hält. Der Drucknocken 12 wird
so angeordnet, dass er an dem weitest entfernten Punkt von der Bohrspitze 6 des
Haupt-Bohrkopfes 2 ist,
um welche sich der Haupt-Bohrkopf 2 während des Betriebs dreht. Dies
bedeutet, dass der Drucknocken 12 stets mit der Innenfläche der
Hauptbohrung 26 in Berührung
ist. Wenn der Haupt-Bohrkopf 2 stationär ist oder sich in einer Schneidrichtung
CW dreht, bewirkt die Sägezahn-Form
des Drucknockens 12, dass er durch die Innenfläche der
Hauptbohrung 26 in der eingefahrenen Stellung 24A gehalten
wird.
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Eine
Aktivierung oder Deaktivierung des Drucknockens wird erzielt, indem
man die Drehrichtung des Haupt-Bohrkopfes 2 umkehrt. Wenn
der Haupt-Bohrkopf 2 in einer Richtung entgegengesetzt zu
der Schneidrichtung ACW gedreht wird, bewirkt die Reibung zwischen
dem Drucknocken 12 und der Innenfläche der Hauptbohrung 26 aufgrund
der Sägezahn-Form
des Drucknockens 12 sowie die durch die Nocken-Spannfeder 24 ausgeübte zusätzliche Kraft,
dass der Drucknocken 12 aktiviert und nach außen geschwenkt
wird. Der Drucknocken 12 übt eine radiale Kraft auf die
Innenfläche
der Hauptbohrung 26 aus und bewirkt, dass sich der Haupt-Bohrkopf 2 von
der Seite der Hauptbohrung 26 wegbewegt. Weitere Richtungsänderungen
können
erfolgen, indem man den Drucknocken 12 abwechselnd aktiviert
und deaktiviert, um den Haupt-Bohrkopf 2 zu steuern bzw.
zu lenken.
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Das
Bohrwerkzeug 1 kann z.B. beim Verstärken gekrümmter Konstruktionen wie Bogenbrücken verwendet
werden. Ein Bediener kann das Bohrwerkzeug 1 verwenden,
um ein gekrümmtes
oder gestuftes Loch zu bohren, das im Wesentlichen der Form der
Brücke
folgt. Markierungen in Form von Linien, die sich entlang der Antriebswelle
bis zum angetriebenen Ende erstrecken, können die Umfangsstellungen
der Pilotbohrung und des Nockens anzeigen, um den Bediener in die
Lage zu versetzen, den Weg des Bohrwerkzeugs je nach Bedarf einzustellen.
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Der
Weg des Bohrwerkzeugs kann überwacht
werden, indem man kleine Pilotlöcher
in die Konstruktion im Wesentlichen quer zur Bohrrichtung bohrt.
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Sobald
ein geeignetes Haupt-Bohrloch gebohrt worden ist, kann eine Verstärkungsstange
eingeführt
werden. Die Verstärkung ist
vorzugsweise aus Metall, hat aber einen ausreichend engen Durchmesser,
dass sie gebogen werden kann, um dem Weg des gekrümmten Lochs
zu folgen. Die Stange kann eingegipst bzw. einzementiert werden,
indem man von der Basis des Lochs Gips bzw. Zement einspritzt. Wenn
Gips bzw. Zement aus dem ersten Pilotloch herausfliest, zeigt dies,
dass das Haupt-Bohrloch zumindest bis zu dem Punkt mit Gips bzw.
Zement gefüllt
ist, bei dem es auf das Pilotloch trifft. Das Ende dieses Pilotlochs
wird dann abgedichtet, und es wird weiter Gips bzw. Zement eingespritzt,
bis er aus dem nächsten
Pilotloch herauszufliesen beginnt. Dieser Vorgang wird fortgesetzt,
bis alle Pilotlöcher
und somit die gesamte Länge
des Haupt-Bohrloches mit Gips bzw. Zement gefüllt sind.
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Es
werden somit ein Bohrwerkzeug und ein Bohrverfahren bereitgestellt,
die verwendet werden können,
um gestufte, gewinkelte oder allgemein gekrümmte Bohrungen in einem Mauerwerk
zu bohren. Die Bedienung des Werkzeugs ist relativ unkompliziert
im Vergleich zu den Verfahren des Stands der Technik. Das Werkzeug
ist besonders nützlich
zur Verstärkung
von Brücken
gemäß dem europäischen Patent
Nr. 2302896 des Anmelders.
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Es
können
verschiedene Abwandlungen an dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel durchgeführt werden,
ohne dass man den Bereich der Erfindung verlässt. Die Abmessungen der Vorrichtung
hängen
natürlich
von ihrer Anwendung ab. Die flexible Antriebswelle hat aller Wahrscheinlichkeit nach
einen Durchmesser von 15 mm bis 100 mm, wobei der Durchmesser des
Haupt-Bohrkopfes
in einem ähnlichen
Bereich liegt, aber üblicherweise
etwa zweimal so groß wie
der Durchmesser der Antriebswelle ist. Der Durchmesser der Pilotwelle
liegt aller Wahrscheinlichkeit nach zwischen 5 mm und 20 mm.
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Es
muss keine Pilotbohrung verwendet werden, um das Substrat zu schwächen. Andere
Mittel zum Schwächen
des Substrats können
z.B. darin bestehen, einen Wasserstrahl auf den Bereich des zu schwächenden
Substrats zu richten.
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Anstatt
zuzulassen, dass der Haupt-Bohrkopf sich mit dem geschwächten Bereich
oder dem Pilot-Bohrloch ausgerichtet anordnet, kann die Pilotbohrung
innerhalb des Pilot-Bohrloches belassen werden und der Haupt-Bohrkopf
mit der angebrachten Pilotbohrung gedreht werden. Dies zwingt den Haupt-Bohrkopf
dazu, seine Achse zu derjenigen der Pilotbohrung hin zu verschieben.
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Alternativ
kann der Nocken allein verwendet werden, um die Achse des Haupt-Bohrkopfes
zu verschieben. Wo das Substrat relativ schwach ist, kann es vorkommen,
dass man die Pilotbohrung nicht benötigt.
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Anstatt
an dem Haupt-Bohrkopf angeordnet zu sein, kann der Nocken an der
Antriebswelle in der Nähe
des Haupt-Bohrkopfes angeordnet sein. Es könnten Nocken sowohl an dem
Haupt-Bohrkopf als auch
an der Antriebswelle vorgesehen sein.
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Alternativ
kann die Richtung des Bohrens gesteuert werden, wie in 10 gezeigt.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die flexible Antriebswelle 10 mit einem
Spanndraht 30 zum Einstellen der Bohrrichtung ausgestattet.
Der Spanndraht 30 ist an der Antriebswelle 10 an
einem von dem Bohrende 34 der Antriebswelle 10 beabstandeten
Punkt 32 angebracht. Der Spanndraht 30 erstreckt
sich dann zu dem Bohrende 34 der Antriebswelle und verläuft frei
durch eine Führung 36 hindurch,
wo er auf sich umgebogen ist, um sich zu dem Antriebsende der Antriebswelle 10 hin
zu erstrecken. Der Draht 30 verläuft durch weitere Führungen
hindurch (nicht dargestellt), um zu gewährleisten, dass er sich nicht
um den Umfang der Antriebswelle herum bewegt.
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In
dem obigen Ausführungsbeispiel
kann an dem Spanndraht 30 gezogen werden, um die Ausrichtung
der Antriebswelle einzustellen. Der Draht 30 kann an einer äußeren Hülle 40 vorgesehen
sein, die bezüglich
der Antriebswelle 10 frei drehbar ist. Die äußere Hülle 40 kann
in eine gewünschte
Ausrichtung hin gedreht werden, wobei an dem Draht 30 gezogen
wird, um die Antriebswelle während
des Bohrens in eine spezielle Richtung zu verbiegen.
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In
jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kann eine äußere Hülle verwendet werden,
um den Durchtritt des Bohrwerkzeugs in das Substrat hinein zu unterstützen. Eine äußere Hülle oder
ein Schaft könnte
die Welle 10 umgeben und mit ihr verschraubt sein. Es könnte dann
verhindert werden, dass sich der äußere Schaft dreht, während sich die
Welle 10 dreht, wodurch eine relative Axialbewegung dazwischen
bewirkt wird. Dies könnte
verwendet werden, um die Welle 10 in ein Substrat zu drücken und
wäre dort
besonders nützlich,
wo harte Substrate auftreten.
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11 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Eine Vorrichtung zum Richtbohren in Form eines Bohrwerkzeuges 1 enthält einen Pilot-Bohrkopf
in Form eines Bohrkopfes 28, der an einer flexiblen inneren
Antriebswelle 30 montiert ist. Das Bohrwerkzeug 1 enthält außerdem Haupt-Bohrköpfe in Form
von Bohrköpfen 32, 34 und 36.
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Üblicherweise
hat der Pilot-Bohrkopf 28 einen Durchmesser von 15 mm,
wobei die Querschnittsfläche
etwa 180 mm2 beträgt. Ein Zweitstufen-Bohrkopf 32 kann
dann einen Durchmesser von etwa 30 mm haben und die darauf folgenden
Bohrköpfe
einen noch größeren Durchmesser.
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Die
Bohrköpfe
in diesem Ausführungsbeispiel
haben flache Stirnflächen
und enthalten Diamanten, die in Harz eingesetzt sind, das an den
Stirnflächen
in einem gewünschten
Muster verschweißt ist,
um die Bohrleistung zu optimieren.
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Eine äußere flexible
Antriebswelle 38 umgibt die innere Antriebswelle und ist
koaxial zu ihr. An der äußeren flexiblen
Antriebswelle 38 befindet sich ein einfahrbarer Steuernocken 40,
dessen Funktion weiter unten erklärt wird.
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Jeder
der Bohrköpfe 28, 32, 34 und 36 können einer
nach dem anderen oder miteinander selektiv an der inneren Antriebswelle
befestigt werden, wobei Stifte, Gewindeverbindungen, verkeilte Krägen verwendet
werden oder ein Futter bzw. Backen festgeklemmt werden. Derartige
Verfahren sind dem Fachmann bekannt und sind in 11 nicht
dargestellt.
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Im
Betrieb wird der Pilot-Bohrkopf 28 anfänglich mit der inneren Antriebswelle 30 gekoppelt
und gedreht, um eine kleine Pilotbohrung zu bohren. Es ist wünschenswert,
anfänglich
einen Pilotbohrer mit kleinem Durchmesser zu verwenden, da sämtliche Bohrer
in der Mitte einen "Totpunkt" haben, an dem sich
der Bohrer zwar um sein Achse dreht, jedoch nicht schneidet. Bei
einem Pilotbohrer mit kleinem Durchmesser ist dieser Totpunkt relativ
klein.
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Sobald
das Pilot-Bohrloch erzeugt worden ist, können die weiteren Bohrköpfe zusammen
oder jeder für
sich mit der inneren Antriebswelle 30 gekoppelt werden
und zum Bohren des Lochs verwendet werden, bis dieses eine ausreichende
Größe hat.
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Die
Haupt-Bohrköpfe 32, 34 und 36 werden dann
entfernt, bevor das nächste
Pilotloch erzeugt wird. Jetzt kann der Nocken 40 verwendet
werden, um das Bohrwerkzeug 1 zu steuern bzw. zu lenken. Sobald
die Haupt-Bohrköpfe
entfernt worden sind, wird das Bohrwerkzeug 1 in einer
Bohrung angeordnet, die einen Durchmesser hat, der größer als
derjenige des Bohrloches ist. Der einfahrbare Nocken 40 kann
daher ausgefahren werden, um das Bohrwerkzeug 1 in eine
gewünschte
Richtung innerhalb der Bohrung zu drücken. Die äußere flexible Antriebswelle 30 kann
in eine gewünschte
Stellung gedreht werden, wobei der Nocken entgegengesetzt zu der
gewählten
Bewegungsrichtung des Bohrwerkzeugs 1 angeordnet wird.
Der Nocken 40 kann dann z.B. durch einen Nockenkolben oder
eine Druckplatte ausgefahren werden, der bzw. die durch Luft, Gas, Fluid
etc. aktiviert wird. Dies schiebt daher das Bohrwerkzeug 1 zu
einer ausgewählten
Seite der Bohrung hin. Die innere Antriebswelle kann dann gedreht
werden, um den Pilotbohrer zu aktivieren, wobei der Nocken immer
noch ausgefahren und mit der Innenseite des Bohrlochs in Eingriff
ist. Der Nocken zwingt daher den Pilotbohrer, ein Bohrloch zu erzeugen,
das bezüglich
der Achse der zuvor gebohrten größeren Bohrung
exzentrisch angeordnet ist. Der oben beschriebene Vorgang kann dann
wiederholt werden, und das Bohrwerkzeug 1 kann somit verwendet
werden, um in jede ausgewählte
Richtung zu bohren.
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In
dem obigen Ausführungsbeispiel
lässt sich
der Nocken 40 auch mit den Haupt-Bohrköpfen vor Ort betätigen. In
diesem Fall erzeugt er eine Vorspannkraft, die das Bohrwerkzeug
in eine spezielle Richtung innerhalb der Bohrung zwingt. In dem
oben beschriebenen Ausführungsbeispiel,
bei dem die Haupt-Bohrköpfe mit
der inneren Antriebswelle 30 selektiv koppelbar sind, kann
sich der äußere Schaft bzw.
die äußere welle
nur drehen, um den Nocken 40 zu bewegen und zu betätigen. In
einem alternativen Ausführungsbeispiel
können
jedoch einer oder mehrere der Haupt-Bohrköpfe 32, 34, 36 mit
der äußeren Antriebswelle 38 koppelbar
sein, die dann gedreht würde,
um den Bohrvorgang zu bewirken.
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12 veranschaulicht
ein Bohrwerkzeug gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
sind ein Pilot-Bohrkopf 28 und Haupt-Bohrköpfe 32 und 34 mit einer
inneren Antriebswelle 30 selektiv koppelbar. Ein großer Bohrkopf 36 ist
mit einer Zwischen-Antriebswelle 42 gekoppelt, die außerhalb
von und koaxial zu der inneren Antriebswelle 30 angeordnet
ist. Eine äußere flexible
Antriebswelle 38 umgibt die Zwischen-Antriebswelle 42.
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In
dem obigen Ausführungsbeispiel
ist ein einfahrbarer Steuernocken 44 in dem großen Bohrkopf 36 montiert.
Der Nocken kann je nach der Drehrichtung der Zwischen-Antriebswelle 42 aktiviert
oder deaktiviert werden, wie weiter oben bezüglich des Ausführungsbeispiels
von 1 bis 9 beschrieben wurde. Dieses
Ausführungsbeispiel
funktioniert im Allgemeinen ähnlich
wie das Ausführungsbeispiel von 11 mit
der Ausnahme, dass die Drehung des großen Bohrkopfes 36 verwendet
wird, um die Richtungsänderungen
des Bohrwerkzeuges 1 zu bewirken.
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13 veranschaulicht
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das im Allgemeinen ähnlich wie das von 12 ist
mit der Ausnahme, dass ein Rohr 44 vorgesehen ist, um Wasser
zum Schmieren des Bohrkopfes und Entfernen von Schutt bereit zustellen.
Das Rohr ist innerhalb der inneren Antriebswelle 30 koaxial
mit dieser angeordnet und befördert
Wasser zu einem Wasser-Einspritzpunkt 46 an dem Pilot-Bohrkopf 28.
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Die
Ausführungsbeispiele
von 14A und 14B enthalten
wiederum einen Pilot-Bohrkopf 28, der an einer inneren
Antriebswelle 30 montiert ist, sowie einen größeren Bohrkopf 32,
der an einer Zwischen-Antriebswelle 42 montiert ist. Eine
Lenk- bzw. Steuerplatte 48 ist
mit einer äußeren flexiblen
Antriebswelle 38 gekoppelt.
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Die
Steuerplatte 48 enthält
an jeder von zwei diametral gegenüberliegenden Seiten einen Nocken 50,
der normalerweise durch eine Feder 52 in eine Stellung
(in 14A dargestellt) vorgespannt
ist, in welcher er nicht über
den äußeren Durchmesser
des Bohrkopfes 32 hinausragt. Wie man bei der Einzelheit
von 14B sieht, kann an einem Spannkabel 54 gezogen
werden, das sich entlang der Achse des Bohrwerkzeuges im Innern
der äußeren flexiblen
Antriebswelle 38 erstreckt, um die Vorspannung der Feder 52 zu überwinden
und den Nocken in die in 14B gezeigte
Stellung zu zwingen. In einer derartigen Stellung zwingt der Nocken 50 das
Bohrwerkzeug 1 dazu, sich von der Seite 56 des
gebohrten Loches wegzubewegen. Die Steuerplatte und der Nocken können somit
verwendet werden, um die Bohrrichtung zu steuern.
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Die
Innen- und Zwischen-Antriebswellen 30 und 42 können mit
der Außen-Antriebswelle 38 über ein
Gewinde in Eingriff sein. Wenn die äußere Antriebswelle in ihrer
Stellung gehalten wird, zwingt eine Drehung des Pilot-Bohrkopfes 28 oder
des Bohrkopfes 32 den Bohrkopf bezüglich der äußeren flexiblen Antriebswelle 38 vorwärts und
unterstützt
somit die Vorwärtsbewegung
des Bohrkopfes.
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Das
Ausführungsbeispiel
von 15A und 15B ist
im Wesentlichen ähnlich
wie dasjenige von 14A und 14B mit
der Ausnahme, dass das Spannkabel 54 sich außerhalb
der äußeren flexiblen
Antriebswelle 38 befindet.
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Das
Ausführungsbeispiel
von 16 enthält einen
Pilot-Bohrkopf 28,
der an einer inneren Antriebswelle 30 montiert ist, die
mit einer äußeren Antriebswelle 38 über ein
Gewinde in Eingriff ist. Ein Haupt-Bohrkopf 32 ist an der äußeren Antriebswelle montiert.
Ein Nocken 40 ist an dem Haupt-Bohrkopf 32 montiert,
ist jedoch inaktiv, wenn sich der Haupt-Bohrkopf in einer Bohrrichtung dreht.
In diesem Ausführungsbeispiel
kann der Pilot-Bohrkopf 28 verwendet werden, um eine Pilotbohrung
zu bohren, wobei die äußere Antriebswelle
stationär
und mit dem Nocken in Eingriff mit einer Innenwand der Bohrung gehalten
wird. Der Gewindeeingriff zwischen der inneren und der äußeren Antriebswelle
gewährleistet,
dass beim Drehen des Pilot-Bohrkopfes dieser bezüglich der äußeren Antriebswelle und des Haupt-Bohrkopfes 32 vorwärts gedrückt wird.
Da der Nocken 40 mit der Innenwand der Bohrung in Eingriff ist,
verhindert dies eine Rückwärtsbewegung
der äußeren Antriebswelle 38 und
zwingt den Pilot-Bohrkopf 28 vorwärts.
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Bei
jedem der obigen Ausführungsbeispiele kann
eine Vibration verwendet werden, um die Vorwärtsbewegung des Bohrkopfes
zu unterstützen.
Die Vorrichtung könnte
einen nicht-schneidenden Kopf enthalten, der als Abtragungs- und
Austragungsvorrichtung zum Entfernen von Material wirkt, damit sich die
Bohrköpfe
vorwärts
bewegen lassen. Ein derartiger nicht-schneidender Kopf kann eine
Hochdruck-Wasserdüse,
Luft, Elektrizität,
hin- und herbewegte Nadeln, Drehglieder, etc. enthalten.
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Ein
Mittel zum Drehen der flexiblen Antriebswellen ist an den nicht-bohrenden
Enden der Wellen vorgesehen. Diese Mittel enthalten einen Haupt-Antriebsmotor,
der die Wellen je nach Bedarf dreht und der eine ausgewählte Antriebswelle
auch durch ein Rohr schieben kann, das sie zu der Struktur führt, wo gebohrt
wird. Dies gewährleistet,
dass die Wellen in dem Bohrloch bleiben und in dieses richtig hineingelangen.
Auch der Motor kann die Welle innerhalb der Bohrung vorwärts schieben.
Es kann auch eine Pumpe vorgesehen sein, um Wasser oder ein anderes Schmiermittel
zu den Bohrköpfen
zu befördern,
und es können
Drähte
oder Schläuche
vorgesehen sein, die mit dem Bohrkopf verbunden sind, um den Steuermechanismus
zu betätigen.
Die Drähte
oder Schläuche
können
mit Hebeln an oder in der Nähe des
Bohrkopfes verbunden sein, um zusätzlichen Druck auszuüben, um
den Bohrkopf vorwärts
zu drücken.
Dieser zusätzliche
Vorwärtsdruck
ist besonders nützlich,
wenn sich der Bohrkopf von dem Bohrgestell weiter wegbewegt.
-
In
der vorgenannten Beschreibung wurde zwar die Aufmerksamkeit auf
diejenigen Merkmale der Erfindung gerichtet, die als besonders wichtig
erachtet werden, doch sollte klar sein, dass der Anmelder Schutz
begehrt bezüglich
jeglichen patentierbaren Merkmals oder jeglicher patentierbaren
Kombination von Merkmalen, auf die weiter oben Bezug genommen wurde
und/oder die in der Zeichnung gezeigt wurden, und zwar unabhängig davon,
ob dies speziell hervorgehoben wurde oder nicht.