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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bohren durch ein Mauerwerk
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und auf eine Vorrichtung zum Bohren durch dieses
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 4. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung
sind aus der
DE 19810806 bekannt, die
eine Bohrvorrichtung zum Erzeugen von Löchern in Wänden oder Gebäuden offenbart.
Die Erfindung hat eine besondere Anwendung, wenn gekrümmte Wege
durch Mauerwerke gebohrt werden.
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Die
internationale Patentanmeldung WO/0179649 (auf den Namen desselben
Anmelders) offenbart verschiedene Geräte zum Bohren gekrümmter Wege
durch Mauerwerke. Die Anmelderin hat erkannt, dass eine Schwierigkeit
beim Bohren gekrümmter
Wege darin besteht, die notwendige Reaktionskraft für den Bohrer
bereitzustellen, um ihm zu ermöglichen,
sich durch das Mauerwerk hindurch vorwärts zu bewegen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zum Bohren durch ein Mauerwerk gemäß Anspruch 1
bereitgestellt.
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Die
Bewegung kann unterstützt
werden, indem man die Reaktionskraft verwendet, um das Bohrmittel
durch das Mauerwerk voranzutreiben und/oder um seine Bewegungsrichtung
zu verändern.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
des Verfahrens sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 und 3 offenbart.
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Gemäß der Erfindung
wird außerdem
eine Vorrichtung zum Bohren durch ein Mauerwerk gemäß Anspruch
4 bereitgestellt.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
der Vorrichtung sind in den abhängigen
Ansprüchen
5 und 6 offenbart.
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Es
werden nun lediglich der Veranschaulichung dienende Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben, wobei:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines nicht erfindungsgemäßen ersten
Ausführungsbeispiels
ist;
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2 eine
schematische Schnittansicht eines nicht erfindungsgemäßen zweiten
Ausführungsbeispiels
ist, wobei eine Einzelheit eines Teils des Reaktionsgliedes vergrößert ist;
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3 eine
schematische Schnittansicht eines nicht erfindungsgemäßen dritten
Ausführungsbeispiels
ist;
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4 eine
schematische Seitenansicht eines Reaktionsgliedes zur Verwendung
mit dem Ausführungsbeispiel
von 3 ist;
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5 eine
schematische Schnittansicht eines Bohrkopfes zur Verwendung mit
verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung ist;
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6A und 6B Vorder-
und Seitenansichten eines nicht erfindungsgemäßen alternativen Reaktionsgliedes
sind;
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7 eine
schematische Schnittansicht eines Bohrers gemäß einem weiteren, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist;
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8A eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Bohrers ist; und 8B eine
vergrößerte Einzelheit
in einer Schnittansicht des Kolbens von 8A ist;
und
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9 die
Enden verschiedener unterschiedlicher Formen von nicht erfindungsgemäßen Reaktionsgliedern
im Schnitt darstellt.
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Die
Vortriebs-Vorrichtung und das Vortriebs-Verfahren der Erfindung
lassen sich insbesondere beim Gebrauch der verschiedenen Bohrgeräte anwenden,
die in der internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/GB01/01735 (Veröffentlichungsnummer
WO/0179649) beschrieben sind. Diese Patentanmeldung beschreibt ein
Bohrgerät,
das verwendet werden kann, um gekrümmte Wege durch Mauerwerke
zu bohren. Ein derartiges Gerät
ist besonders nützlich,
wenn z.B. gekrümmte
Mauerwerke verstärkt werden,
wie z.B. Brücken
mit Mauerwerk-Bögen.
Bei der Verwendung des zuvor beschriebenen Bohrgerätes können längliche
Bohrungen durch solche Bogen-Strukturen im Wesentlichen entlang
einer Linie mit der Krümmung
des Bogens gebohrt werden, und es können Verstärkungsstangen in diese Bohrungen eingesetzt
werden. Dieses Verfahren ist in Patent Nr.
GB 2302896 beschrieben, das ebenfalls
auf den Namen des Anmelders lautet.
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Der
Anmelder hat erkannt, dass eine Schwierigkeit beim Bohren einer
gekrümmten
Bohrung durch eine Struktur hindurch darin besteht, die notwendige
Reaktionskraft bereitzustellen, um die Vorwärtsbewegung des Bohrers durch
die Struktur aufrecht zu erhalten. Wegen der Krümmung des Bohrweges kann es
schwieriger sein, eine derartige Reaktionskraft entlang der Welle
zu erzeugen, weshalb man sich des Mauerwerks bedienen muss, um die
Reaktionskraft zu erzeugen. Allerdings sind derartige Mauerwerke
oftmals relativ alt, und es kann vorkommen, dass sie nicht ausreichend
stabil sind, um diese Reaktionskraft wirkungsvoll zu erzeugen. Außerdem kann
ein genaues Steuern der Bohrrichtung schwierig sein.
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Wie
man in der nicht erfindungsgemäßen 1 sieht,
ist dort ein Bohrer 10 mit einem Bohrkopf 12,
einem Bohrerkörper 14 und
einem flexiblen Antrieb 16 dargestellt. Der Bohrer 10 ist
auf seinem Weg beim Bohren einer gekrümmten Bohrung 18 durch ein
gekrümmtes
Mauerwerk 20 gezeigt.
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Die
vorwärts
gerichtete Kraft, die den Bohrer durch das Mauerwerk hindurch in
Bewegung hält, wird
zum Teil durch die Bohrwirkung des Bohrers in dem Mauerwerk und
zum Teil durch eine Antriebskraft entlang des flexiblen Antriebs 16 erzeugt.
Insbesondere dann, wenn man auf ein hartes Stück Mauerwerk trifft, kann es
jedoch vorkommen, dass diese Kraft nicht ausreicht und der Bohrer
seine Vorwärtsbewegung
aufgibt oder sich in die falsche Richtung zu bewegen beginnt. Wenn
dies geschieht, ermöglichen
es das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung, den Bohrer vorwärts anzutreiben,
wie im Folgenden gezeigt wird.
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Man
erkennt, dass ein Schlitz 22 in das Mauerwerk 20 von
seiner unteren Seite 24 aus gebohrt wurde. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Schlitz 22 schmal, wo er zuerst in das Mauerwerk 20 eindringt, öffnet sich
jedoch keilförmig
zu einem breiten Teil 26 hin, wo der Schlitz auf die Bohrung 18 trifft.
Der Schlitz kann jedoch auch parallele Seiten haben, wenn z.B. einfach
Mörtel
zwischen den Ziegeln entfernt wird.
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Ein
Reaktionsglied in Form eines Hebels 28 ist innerhalb des
Schlitzes 22 vorgesehen. Das Reaktionsglied enthält einen
un teren Teil 30, der aus dem Schlitz herausragt, und einen
Endteil 32, der mit dem Bohrer 10 in Eingriff
gelangen kann, wie weiter unten beschrieben wird.
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Wie
man in der nicht erfindungsgemäßen 5 sieht,
ist der Bohrerkörper 14 mit
einer Anzahl von Löchern 34 ausgestattet,
die im Wesentlichen eine komplementäre Form zu dem Endteil 33 des
Hebels haben. Der Endteil 32 des Hebels kann somit in eines
der Löcher 34 eingeführt werden,
um einen Eingriff zwischen dem Hebel 28 und dem Bohrerkörper 14 zu
bilden. Wie man in der nicht erfindungsgemäßen 1 sieht,
wird beim ruhenden Bohrer 10 der Endteil 34 in
eines der Löcher 32 eingeführt, und der
untere Teil 30 des Hebels 28 wird in die Richtung des
Pfeils A gedrückt,
wodurch der Hebel in dem Schlitz verschwenkt wird und den Bohrerkörper 14 entlang
seines Bohrweges durch das Mauerwerk vorwärts zwingt (Pfeil B). Der Bohrer 10 kann
so durch beliebige, besonders harte Bereiche von Mauerwerk gezwungen
werden, bevor das normale Bohren wieder beginnt. Auf den Bohrer
kann auch eingewirkt werden, um seine Richtung bei Bedarf zu ändern.
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In 2 ist
ein zweites, nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
dargestellt. Teile, die den in 1 gezeigten
entsprechen, wurden mit denselben Bezugsziffern versehen. In dem
Ausführungsbeispiel
von 2 enthält
die Vorrichtung ein Reaktionsglied in Form einer Zahnradstange 36.
Die Zahnradstange enthält
eine Hohlwelle 38, die mit einem Griff 40 an einem
ihrer Enden und einem Zahnrad 42 an ihrem anderen Ende
ausgestattet ist.
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Der
Bohrerkörper 14 enthält Rillen
oder ein Gewinde, das mit den Zähnen
des Zahnrads 42 derart in Eingriff gelangen kann, dass
beim Verwenden des Griffs 40 zum Drehen der Welle 38 um ihre
eigene Achse die Bewegung des Zahnrads 42 eine Vorwärtsbewegung
des Bohrers 10 durch das Mauerwerk hindurch bewirkt.
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In 3 und 4 ist
ein weiteres nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
gezeigt, in welchem einander entsprechende Teile wiederum dieselben
Bezugsziffern haben. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Reaktionsglied
in Form einer Führung 46 mit
Gewinde vorgesehen. Die Führung 46 mit
Gewinde enthält
eine längliche
Welle 48 und ein Ringglied 50, das die Form eines
Ringabschnitts hat und innen mit einem Gewinde versehen ist. Der für dieses
nicht erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
verwendete Bohrer 10 enthält ein Außengewinde an seinem Körper 14 (in 3 nicht
sichtbar). Das Innengewinde an dem Ringglied 50 kann mit
dem Außengewinde
an dem Bohrkopf 12 in Eingriff gelangen.
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In
diesem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
wird die Führung
mit Gewinde zuerst durch ein Loch 52 in dem Mauerwerk eingeführt, bevor
der Bohrer vorangetrieben wird, so dass der Bohrkopf 12 durch
das Ringglied 50 der Führung 46 mit
Gewinde hindurchtritt und sein Gewinde-Bohrerkörper 14 mit dem Gewinde
an dem Glied 50 in Eingriff gelangt. Eine fortgesetzte
langsame Drehung des Bohrers bewirkt sein Fortschreiten in Vorwärtsrichtung,
wobei der Eingriff des Bohrerkörpers 14 mit dem
Innengewinde an dem ringförmigen
Glied 50 eine vorwärts
gerichtete Reaktionskraft erzeugt, um die Vorwärtsbewegung aufrecht zu erhalten
und die Richtung zu steuern.
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In 6A und 6B ist
ein alternatives nicht erfindungsgemäßes Reaktionsglied 60 dargestellt.
Das Reaktionsglied 60 enthält eine längliche Welle 62 und
zwei Zinken 64. Die Zinken 64 können einen
Bohrkopf 12 oder einen Bohrerkörper 14 umgreifen
und mit ihm in Eingriff gelangen. Auf das Reaktions glied 60 kann
dann eingewirkt werden, um den Bohrer wie zuvor beschrieben vorwärts zu drücken.
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7 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
eines nicht erfindungsgemäßen Bohrers 10.
Der Bohrer 10 enthält
einen Bohrkopf 12, einen Bohrerkörper 14 und einen
flexiblen Antrieb 16. Der Bohrerkörper 14 ist mit einem
Außengewinde 54 versehen. Eine
Hülle 56,
die ein Innengewinde enthält,
umgibt den Bohrerkörper 14 und
ist mit ihm in Eingriff. Im Normalbetrieb ist daher das Außengewinde
des Bohrerkörpers
nicht freiliegend.
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Die
Hülle 56 enthält außerdem einen
rückziehbaren
Nocken 58, der ähnlich
zu demjenigen ist, der in der früheren
Patentanmeldung WO/0179649 ausführlicher
beschrieben ist. Wenn der Bohrer 10 verwendet wird, um
normal durch das Mauerwerk zu bohren, ist seine Drehrichtung derart,
dass der Nocken keine Wirkung hat. Wenn jedoch der Bohrer in der
entgegengesetzten Richtung gedreht wird, blockiert der Nocken an
der Innenwand der durch das Mauerwerk gebohrten Bohrung. Dies verhindert
eine weitere Vorwärtsbewegung
des Nockens 58 und somit der Hülle 56, bis die Bohrrichtung
erneut umgekehrt wird.
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Der
nicht erfindungsgemäße Bohrer
von 7 kann wie im Folgenden beschrieben verwendet
werden. Der Bohrer 10 wird verwendet, um durch das Mauerwerk
hindurch auf normale Weise zu bohren, wobei die Bohrrichtung so
ist, dass der Nocken in seiner neutralen inaktiven Stellung bleibt.
Wenn der Bohrer auf ein hartes Material auftrifft, so dass eine
zusätzliche
vorwärts
gerichtete Kraft benötigt wird,
bleibt der Bohrer anfänglich
stehen. Die Drehrichtung kann dann umgekehrt werden, um den Nocken 58 zu
aktivieren, der die Hülle 56 innerhalb
der Bohrung festhält.
Das Bohren kann dann erneut begonnen werden, wobei die zu der vorherigen
entgegengesetzte Bohrrichtung verwendet wird, so dass der Nocken 58 mit
der Bohrung 18 in Eingriff bleibt. Dies fährt den
Bohrerkörper
am Vorderteil der Hülle aus,
wobei der Nocken an den Innenwänden
des Bohrlochs 18 in Eingriff ist und die notwendige Reaktionskraft
bewirkt. Der Bohrer 10 würde zwei Wellen enthalten,
und zwar eine äußere Welle
zum Betätigen
des Nockens 58 und einen innere Welle zum Drehen des Bohrkopfes.
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8A und 8B zeigen
einen Bohrer 10 gemäß der Erfindung.
Der Bohrer 10 enthält
einen Bohrkopf 12 und eine flexible innere Antriebswelle 62,
welche die Drehung des Kopfes antreibt. Der Bohrkopf 12 kann
in der einen oder der anderen Richtung gedreht werden, um durch
das Mauerwerk zu bohren. Der Bohrer 10 enthält außerdem eine äußere Welle 64,
die mit der Welle 62 konzentrisch ist. Die innere und die äußere Welle 62 und 64 können gemeinsam
und unabhängig
voneinander gedreht werden.
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Die äußere Welle 64 ist
mit einem Reaktionsglied in Form eines Kolbens 66 versehen
(siehe die ausführliche
Ansicht in 8B). Der Kolben 66 ist beweglich
zwischen einer passiven Stellung, die durch den im oberen Teil von 8 gezeigten Kolben dargestellt ist, und
einer aktiven Stellung, die durch den im unteren Teil von 8 gezeigten Kolben dargestellt ist. Der
Kolben wird durch eine Druckfeder 67 (siehe 8B)
in die passive Stellung gedrückt.
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Die
innere Welle 62 ist mit einem radialen Vorsprung in Form
eines Nockens 68 ausgestattet. Wenn der Nocken 68 mit
dem Kolben 66 radial ausgerichtet wird, bewirkt er, dass
sich der Kolben 66 von seiner passiven Stellung in eine
aktive Stellung bewegt. Wenn eine solche Bewegung erfolgt, berührt der
Kolben die innere Wand 70 der Bohrung und drückt gegen
sie.
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Der
Bohrer von 8A und 8B kann wie
im Folgenden beschrieben verwendet werden. Der Bohrer 10 wird
verwendet, um durch das Mauerwerk auf normale Weise zu bohren, wobei
die innere Welle 62 und die äußere Welle 64 gemeinsam
gedreht werden. Die relativen Stellungen dieser Wellen sind so,
dass der Nocken 68 den Kolben 66 nicht berührt und
der Kolben 66 in seiner passiven Stellung bleibt. Wenn
der Bohrer 10 auf ein hartes Material trifft, so dass eine
zusätzliche
vorwärts
gerichtete Kraft benötigt
wird, bleibt der Bohrer zunächst
stehen. Nun kann veranlasst werden, dass sich die äußere Welle
nicht mehr dreht und die innere Welle 62 sich langsam dreht,
wodurch eine Relativbewegung der inneren zur äußeren Welle bewirkt wird. Dies bringt
den Nocken 68 in eine Stellung, in der er den Kolben 66 in
seine aktive Stellung schiebt. Dies bewirkt eine Reaktionskraft
gegen eine Innenwand 70 der Bohrung, wodurch der Bohrer 10 innerhalb
der Bohrung vorangetrieben wird.
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Als
Alternative oder zusätzlich
zu dem Kolben 66 kann der Bohrer 10 mit einem
Seitenkolben 72 ausgestattet sein, der durch einen Nocken 74 nach
außen
gegen die Innenwand 70 der Bohrung ausgefahren werden kann,
wodurch eine seitwärts gerichtete
Bewegung des Bohrers 10 bewirkt wird, um eine Richtungsänderung
zu unterstützen.
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Verschiedene
unterschiedliche Formen von Reaktionsglied-Enden sind in 9 dargestellt.
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Der
flexible Antrieb 16 kann ein hohles Zentrum haben zur Fluidzufuhr
zu dem Bohrkopf 12 und/oder zur Abfallbeseitigung von dem
Bohrkopf oder zur Aufnahme eines Kabels, optischer Fasern oder anderer
Kommunikationskabel. Es können
interne Schläuche
innerhalb des flexiblen Antriebs 16 vorgesehen sein, zur
Luft- oder Fluidübertragung,
um den Bohrkopf mit Energie zu versorgen, oder für hydraulisch oder pneumatisch
angetriebene Motoren.
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Der
Bohrkopf 12 kann durch Nocken gesteuert werden, die durch
die Welle oder durch Druck von Wasser, Luft, Gas, etc. oder durch
in dem Kopf angeordnete Druckstrahle aktiviert werden. Alternativ kann
der Bohrkopf 12 durch versetzte Pilotbohrer in dem Haupt-Bohrkopf
bzw. dem Kopf der Hauptbohrung oder durch funkgesteuerte Röntgen-,
Radar- oder ähnliche
Leitsysteme gesteuert werden.
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Der
Bohrkopf kann außerdem
funkgesteuerte Erfassungssysteme enthalten oder kann mit entfernten
Sensoren an in das Mauerwerk eingeführten Reaktionsgliedern reagieren,
um zu ermöglichen, dass
der Bohrkopf das Reaktionsglied findet und sich bei ihm anordnet.
Der Bohrkopf kann durch einen in dem Kopf angeordneten Antriebsmotor
mit Energie versorgt werden, der durch Luft, Wasser, Strom, etc. angetrieben
wird. Er kann durch Funk, magnetisch, elektrisch, durch Luft, Wasser,
Gas oder optische Fasern betätigte
Steuerungen haben. Dabei kann mit dem Reaktionsglied eine Beziehung
hergestellt werden, um den Bohrkopf zu lenken und gleichzeitig eine Rückkopplung
zu erzeugen. Der Kopf kann außerdem
mit einem Steuerungszentrum durch Funkwellen, Strom, Faseroptik
oder durch Druck-Platten/Anzeigen/Sensoren
kommunizieren, um eine Überwachung
des Fortschreitens und des Orts des Bohrkopfes zu ermöglichen.
Der Bohrkopf kann alternativ mit dem Steuerungszentrum durch Kommunikation
mittels eines in der flexiblen Antriebswelle angeordneten zentralen
Kabels kommunizieren.
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Das
Reaktionsglied kann Funkwellen-, Radar-, magnetische oder elektrische
Sensoren und Sender sowie Ortungsvorrichtungen enthalten, um das
Aufzeichnen jeder Position zu ermöglichen. Das Reaktionsglied
kann auch eine Führung
für den
Bohrkopf und den entfernten Bediener mittels Übertragungssignalen erzeugen.
Das Reaktionsglied kann in das Mauerwerk vor dem Bohrkopf eingeführt werden und
kann verwendet werden, um Klebstoffe, Mörtel oder andere Materialien
einzuspritzen oder um Wasser und Abfallmaterialien abzuleiten. Darüber hinaus kann
es als Einspritzöffnung
verwendet werden, um das Einspritzen von Material zu erleichtern.