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A. Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung ist in dem Gebiet, welches röhrenförmige Elemente, bezeichnet
als Kanäle,
für z.B. die
Führung
und den Schutz von Kabeln im Boden, bereitstellt. Im speziellen
betrifft sie ein Verfahren und eine Vorrichtung, um einen Kanal
um einen längslaufenden
Körper
herum zu installieren.
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2. Stand der
Technik
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Ein
Verfahren der oben beschriebenen Art ist von der
US 5,639,183 her bekannt. Das bekannte Verfahren
ist für
die Installation von Kabelkanälen
um ein Kabel herum vorgesehen, das im Boden vergraben ist. Das Verfahren
beinhaltet die Schritte des Freilegens eines Teils des vergrabenen
Kabels vom Boden in einer vorwärts
längslaufenden
Richtung des Kabels, beginnend an einem freien Ende des vergrabenen
Kabels, und des Vorschiebens eines vordersten Endes und weiterfolgenden
Abschnitten des Kabelkanals in der vorwärts längslaufenden Richtung des Kabels über den
Teil des Kabels, welcher vom Boden getrennt ist, beginnend an dem
freien Ende des Kabels. Das Vortreiben des Kanals wird erreicht,
durch Aufbringen von Zugkräften
auf das freie Ende des Kabels, mit den Mitteln eines den Kanal passierenden
Zug kabels über
das hinterste Ende davon, in Kombination mit dem Aufbringen von Druckkräften am
hintersten Ende des Kanals. Gleichzeitig kann eine unter Druck stehende
Flüssigkeit
als eine Art Bohrflüssigkeit
appliziert werden, welche durch den Kanal vom hintersten bis zum
vordersten Ende des Kanals geführt
wird, und welche am vordersten Ende ausfliesst, um das Kabel lokal
vom Boden zu trennen. In dieser Weise kann ein Kanal oder ein aus
mehreren gekoppelten Segmenten bestehender Kanal unterirdisch über eine
grosse Distanz entlang einem bestehenden Kabel installiert werden, ohne
dass grosse Ausgrabungsarbeiten für diesen Zweck nötig sind.
Wenn gewünscht
kann das Kabel nach der Installation aus dem Kanal gezogen werden.
Ein Vorteil des bekannten Verfahrens ist, dass kurvigen Abschnitten
ohne teures Ortungsmaterial einfach zu folgen ist. Nachteile jedoch
sind, dass der Kanal oder der Kanalabschnitt, welcher in einem Arbeitsablauf
installiert werden kann, in der Länge sehr begrenzt ist, und
dass während
dem Arbeitsablauf als erstes der Kanal oder der Kanalabschnitt in
seiner vollen Länge
ausgelegt werden muss und mit einem Zugseil mit mindestens der gleichen
Länge ausgestattet
werden muss. Zudem das Letztere macht eine Installation direkt von
einer Rolle, wie es in der Regel geliefert wird, nicht möglich. Dieser
Aspekt im speziellen macht die Vorbereitung des Installationsprozesses
sehr aufwändig.
Weiter ist ein gut dichtendes T-Stück, welches am hintersten Ende
des Kanals benötigt
wird, um die Flüssigkeit
unter Druck zusammen mit dem Zugseil in den Kanal einzuspeisen,
sehr problemanfällig
und in der Praxis führt
dies zum Auslaufen von Flüssigkeit.
Letztendlich verwendet das bekannte Verfahren eine statische Druckkraft
am hintersten Ende des Kanalsegmentes. Jedoch wird ein beachtlicher
Teil der Druckkraft verwendet, um den Boden vor dem vordersten Ende
des Kanals auf die Seite zu schieben. Weil die zur Verfügung stehende Druckkraft
am vordersten Ende des Kanals von dem Kraftverlust durch Reibung über die
Länge des
Kanals abhängt,
ist die totale Länge
des Kanals, welche installiert werden kann, mit der bekannten Methode auch
aus diesem Grunde limitiert.
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B. Darstellung der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit welchen ein Kanal im Boden installiert werden kann, bei welchen die
Nachteile der bekannten Technik, wie oben diskutiert, nicht auftreten.
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Gemäss einem
ersten Aspekt ist ein Verfahren der oben beschriebenen Art bereitgestellt,
umfassend einen Schritt des Antreibens des Kanals über ein
freies Ende und weitere Teile des längslaufenden Körpers, wobei
der Schritt einen Unterschritt des Drückens des Kanals mittels Druckmittel
beinhaltet, welche lokal oder mindestens teilweise um eine äussere Oberfläche des
Kanals eingreifen. Der Schritt des Antreibens beinhaltet weiterhin,
gemäss
dem ersten Aspekt der Erfindung, einen Unterschritt, um das freie
Ende des längslaufenden
Körpers
in Bezug auf die Druckmittel mit magnetischen Mitteln in einer im wesentlichen
fixierten Position zu halten, wobei die Druckmittel in die äussere Oberfläche des
Kanals in der Nachbarschaft des, optional mindestens an einer kurzen
Distanz zum, freien Ende(s) des längslaufenden Körpers im
Kanal, greifen. Die magnetischen Mittel und die Druckmittel können entweder
mechanisch oder über
eine Verankerung im Boden, oder mit beiden gekoppelt sein. Vorzugsweise
sind die magnetischen Mittel elektromagnetische Mittel, welche vorzugsweise
einen Hauptkörper
und ein Spulenmittel beinhalten. Ein vorderstes Ende des Kanals
ist durch das Spulenmittel geführt.
Der Hauptkörper
ist zum freien Ende des längslaufenden
Körpers
gekoppelt und dann in das vorderste Ende des Kanals eingeführt. Anschliessend
wird der Kanal durch die Spulenmittel mit den Druckmitteln weiter
gedrückt
und die Spulenmittel werden durch einen Strom so angetrieben, dass
der Hauptkörper
in einem anziehenden Einflussbereich der Spulenmittel zurückbehalten wird.
In Abhängigkeit
der Art des magnetischen Materials des Hauptkörpers können die Spulenmittel durch
einen direkten Strom oder einen periodisch variierenden Strom, wie
einen gewöhnlichen
alternierenden Strom, oder durch eine Kombination davon angetrieben
werden, und vorzugsweise in einer steuerbaren Weise. Der Schritt
des Drückens
kann durch rotierende Transportmittel, wie Raupenmittel, ausgeführt werden.
In speziellen Fällen,
wie bei den Fällen, bei
welchen der längslaufende
Körper
im Boden vergraben ist, umfasst das Verfahren vorzugsweise einen
zusätzlichen
Schritt des Einspeisens einer unter Druck stehenden Flüssigkeit
vom hintersten Ende bis zum vordersten Ende durch den Kanal, um
den Antriebsschritt zu unterstützen.
Der Kanal wird vorzugsweise von einer Rolle bereitgestellt.
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Gemäss einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung der oben beschriebenen
Art bereitgestellt, umfassend eine Kanal-Antriebsvorrichtung, welche Zugmittel,
ausgestattet mit Kupplungsmitteln für eine spannungssichere Koppelung
zu einem freien Ende des längslaufenden
Körpers,
und Druckmittel umfasst, um den Kanal über das freie Ende und weitere
Teile des längslaufenden
Körpers zu
drücken.
Die Kanal-Antriebsvorrichtung kann gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung
ein gemeinsames Gehäuse,
ausgestattet mit einem Durchgangskanal, beinhalten. Die Zugmittel
beinhalten magnetische, vorzugsweise elektromagnetische, Mittel,
ausgestattet mit einem Durchgangskanal und einen entsprechenden
Hauptkörper,
vorzugsweise einem Spulenmittel bzw. einem entsprechenden Hauptkörper aus
einem magnetischen Material. Die Druckmittel beinhalten Kanaltransportmittel.
Die Spulenmittel und die Kanaltransportmittel wurden im gemeinsamen
Gehäuse
um Sektionen des Durchgangskanals angeordnet. Der Hauptkörper wurde
mit Kupplungsmitteln ausgestattet, um mit dem freien Ende des längslau fenden
Körpers
gekoppelt zu werden, und die Spulenmittel wurden angeordnet, um durch
einen Strom in einer Weise angetrieben zu werden, dass während dem
Arbeitsschritt das freie Ende des längslaufenden Körpers, gekoppelt
zum Hauptkörper,
im wesentlichen in einer bezüglich
den Transportmitteln fixierten Position gehalten wird. In Abhängigkeit
der Art des magnetischen Materials des Hauptkörpers wurden die Spulenmittel
angeordnet, um durch einen Gleichstrom oder einen periodisch variierenden
Strom, wie ein gewöhnlicher Wechselstrom,
angetrieben zu werden, und vorzugsweise in einer steuerbaren Weise.
Das Drücken
kann durch rotierende Mittel, wie Raupenmittel erreicht werden.
In speziellen Fällen,
wie der Fall in welchem der längslaufende
Körper
im Boden vergraben ist, umfasst die Vorrichtung vorzugsweise zusätzliche Mittel,
um ein unter Druck stehendes Fluid durch den Kanal von einem hintersten
Ende zum vordersten Ende des Kanals zu speisen, um die Funktion
des Antriebsmittels zu unterstützen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit welcher der Antriebsschritt und vorzugsweise auch der Schritt
des Speisens einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in einer dynamischeren
Weise auszuführen,
anstatt in der statischen Weise der bekannten Installationstechnik. Vorteilhafterweise
wurden im speziellen elektromagnetische Mittel angewendet.
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Gemäss einem
dritten Aspekt der Erfindung wird eine Methode bereitgestellt, in
welcher die Spulenmittel durch einen periodisch wechselnden Strom in
einer Weise angetrieben werden, dass der Hauptkörper durch die Spulenmittel
alternierend angezogen wird und nicht angezogen wird, mindestens
weniger stark angezogen wird. Vorzugsweise ist der Hauptkörper aus
einem permanent magnetischen Material und die Spulenmittel sind
durch einen wechselnden Strom, welcher eine periodisch invertierende Polarität hat, in
einer Weise angetrieben, dass der Hauptkörper durch die Spulenmittel
periodisch angezogen und abgestossen wird. In einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist der Unterschritt des Drückens durch schiebende Transportmittel
ausgeführt,
welche lokal mit einer hohen Reibung in die äussere Oberfläche um den
Kanal greifen, um ein mögliches
Verschieben gegenüber der äusseren
Oberfläche
des Kanals in Richtung der Installation zu verhindern, und mit einer
relativ tiefen Reibung für
ein leichtes Gleiten über
die äussere Oberfläche des
Kanals in entgegengesetzte Richtung, wobei die schiebenden Transportmittel
starr mit den Spulenmittel verbunden sind. Ein Vorteil einer solchen
Koppelung ist, dass die Druckmittel indirekt über die elektromagnetischen
Mittel angetrieben werden und keine weiteren Antriebsmittel benötigt werden.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schritt
des Zuführens
des unter Druck stehenden Fluids, in dem der Hauptkörper zu
einem freien Ende des längslaufenden
Körpers über Federmittel
gekoppelt ist und mit unidirektionalen Betriebskolbenmitteln ausgestattet
ist, in einer Weise ausgeführt
ist, dass das Beaufschlagen der Spulenmittel mit besagtem wechselnden
Strom Druckunterschiede im Fluid verursacht, wobei sich die Druckunterschiede
durch das Fluid zum vordersten Ende des Kanals fortpflanzen. Der
Fördereffekt
durch die Generierung einer solchen Druckvariation im Fluid an der
Installation des Kanals kann weiterhin durch Ausstatten des vordersten
Endes des Kanals mit einem Brausenelement mit einer Form, welche
unter solche Druckvariationen ausdehnbar und zurückziehbar ist, verstärkt werden.
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Gemäss einem
vierten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt,
in welcher Spulenmittel angeordnet wurden, um durch einen periodisch
wechselnden Strom angetrieben zu werden, um den Hauptkörper während der
Installation alternierend anzuziehen und abzustossen, mindestens weniger
stark abzustossen.
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Vorzugsweise
ist der Hauptkörper
aus einem permanent magnetischen Material und das Spulenmittel wurde
angeordnet, um durch einen wechselnden Strom mit periodisch invertierenden
Polaritäten angetrieben
zu werden, um den Hauptkörper
periodisch abzustossen oder anzuziehen. In einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung sind die Druckmittel schiebende Transportmittel, ausgestattet
mit Festsetzmitteln, um lokal die äussere Oberfläche des
Kanals mit einer relativ hohen Reibung festzusetzen, um mögliches
Gleiten gegenüber der äusseren
Oberfläche
des Kanals in einer Installationsrichtung zu blockieren, und mit
einer relativ tiefen Reibung für
leichtes Gleiten gegenüber
der äusseren
Oberfläche
des Kanals in der entgegengesetzten Richtung. Die schiebenden Transportmittel
sind starr zu den Spulenmittel gekoppelt sind. Vorzugsweise beinhalten
die Festsetzmittel einen hauptsächlich
hohlen zylindrischen Körper
um einen Abschnitt des Durchgangskanals angeordnet, starr zu den Spulenmittel
verbunden, und an der Innenseite mit greiferähnlichen einseitigen Elementen
in einer Weise ausgestattet, dass ein Kanal angeordnet im Durchgangskanal,
im wesentlichen mindestens in der Installationsrichtung frei bewegbar
ist, aber für Bewegung
in die andere Richtung blockiert ist. In einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung wurde der Hauptkörper
mit einem unidirektional wirkendem Kolbenmittel ausgestattet, um eine
undirektionale Ventilfunktion für
das während der
Installation durch den Kanal geführte
Fluid zu erreichen und für
das Generieren von Druckveränderungen
im Fluid, wenn während
der Installation der Hauptkörper
periodisch durch die Spulenmittel abgestossen und angezogen wird.
Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise einen Brausenkörper, angeordnet,
um am vordersten Ende des Kanals montiert zu werden und um Fluid
abzugeben, welches während der
Installation unter Druck durch den Kanal zum vordersten Ende des
Kanals geführt
wird, wobei der besagte Auslaufkörper
mit einer Form ausgestattet worden ist, welche unter Druckverän derungen
im Fluid ausdehnbar und zurückziehbar
ist.
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Zusammenfassend
sind verschiedene Vorteile der Erfindung zu nennen:
- – Der
Kanal kann von einer Rolle installiert werden, ohne vorgängig die
ganze Länge
des Kabels abzuspulen;
- – Es
muss kein Zugkabel durch die volle Länge des Kanals installiert
werden;
- – Zuführen von
Fluid ist in einer fluiddichten Weise leichter zu realisieren;
- – Aufbringen
von Kräften
auf das vorderste Ende des Kanals in einer dynamischeren Weise erreicht eine
bessere Leistung (wie Realisieren von längeren Distanzen und/oder problematischen
Strecken der Installation);
- – Mindestens
eines der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Antriebsmittel, d.h. die Kombination von Spulenmitteln und schiebenden
Transportmitteln, erlaubt eine sehr kompakte, solide und verlässliche
Konstruktion, welche nur eine (elektrische) Energiequelle benötigt, und
welche für
den Einsatz in einem Mannloch sehr geeignet ist. Aus der Druckschrift
[2] ist ein Prozess und eine Vorrichtung bekannt, um einen Kanal
in einen Graben im Boden zu legen, in welchen Magnetmittel verwendet
werden, um während
dem Einlegen, das Kabel gleichzeitig durch den Kanal zu ziehen.
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C. Druckschriften
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- [1] US-A-5,639,183
- [2] US-A-5,464,308
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Die
Druckschriften wurden als Referenzen in die vorliegende An meldung
integriert.
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D. Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme zu einer Zeichnung, welche die folgenden
Figuren umfasst, erläutert:
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1 zeigt
in einem Diagramm einen ersten Aufbau gemäss der Erfindung, um einen
Kanal um ein längslaufendes
Element im Boden zu installieren;
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2 zeigt
in einem Diagramm einen zweiten Aufbau gemäss der Erfindung, um einen
Kanal um ein längslaufendes
Element im Boden zu installieren;
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3 zeigt
schematisch eine erste Variante eines Teils des Aufbaus von 1 im
Detail
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4 zeigt
schematisch eine zweite Variante eines Teils des Aufbaus von 1 im
Detail in einem ersten Schritt der Installation;
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5 zeigt
schematisch die zweite Variante in ähnlicher Weise wie 4 in
einem zweiten Schritt der Installation.
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E. Detaillierte Beschreibun
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Ausführungsbeispiele
eines Verfahrens und einer Vorrichtung, um ein röhrenförmiges Element um einen an
einem Stück
der Installation vorhandenen längslaufenden
Körper
gemäss
der Erfindung zu installieren, sind nachfolgend beschrieben. Alle
der beschriebenen Ausführungsbeispiele
sind im Prinzip anwendbar, um ein röhrenförmiges Element rund um einen
im Boden vergrabenen längslaufenden
Körper zu
installieren. Mindestens einige von denen werden ausserdem geeignet
sein, um solch ein Element um einen am Boden liegenden längslaufenden
Körper herum
zu installieren, z.B. einer Baugrube, Abwasserkanal, oder verschiedene
Typen von Wasserbauten. Hier wird unter einem röhrenförmigen Element jedes röhrenförmige Element
verstanden, welches generell als Kanal bezeichnet wird, wie z.B.
zum Führen
oder zum Schützen
von Kabeln, aber auch um Fluide zu leiten (z.B. Hahnenwasser, Erdgas
etc.), und welches im speziellen aber nicht ausschliesslich im Boden
vergraben ist. Und unter einem längslaufenden
Körper
sind nicht nur alle Kabel zu verstehen, die schon im Boden vergraben
sind, sondern auch jede Röhre
oder andere röhrenförmige Elemente,
die schon an dem Teil der Installation vorhanden sind und um welche
ein neues röhrenförmiges Element mit
einem grösseren
Durchmesser bereitgestellt werden sollte. Nur der Kürze wegen
und ohne Ausschluss werden die generellen Ausdrücke „röhrenförmiges Element" und „längslaufender
Körper" im folgenden mit
den Ausdrücken „Kanal" bzw. „Kabel" bezeichnet, das
Kabel wird als im Boden vergraben beschrieben. Die beschriebene
Methode ist im Prinzip für
das Installieren von Kabeln ungeachtet ihrer Steife anwendbar. Der
zu installierende Kanal erfordert in Abhängigkeit von der Anwendung
eine gewisse Flexibilität,
nicht nur für
das Folgen einer beliebigen Kurve, vorhanden im längslaufenden
Element über
der Strecke der Installation, sondern auch vorzugsweise, um von
einer Rolle, auf welcher es üblicherweise
angeliefert wird, bereitgestellt zu werden. Weiterhin kann ein Kanal
so ausgestaltet sein, dass seine Wand mit einem oder mehreren so
genannten Mikrokanälen
ausgestattet ist, um Fluide oder dünne kabelähnliche Elemente, wie optische
Fasern zu führen. Zudem
sollten die Kanäle
für die
Installationsmethode, wie später
beschrieben, aus nicht-magnetischem Material sein. Deshalb können solche
Kanäle
aus gewöhnlichem
synthetischen Material, wie HDPE, etc., sein.
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1 zeigt
in einem Diagramm einen ersten Aufbau, um einen Kanal 1 um
ein im Boden 5 vergrabenes Kabel 3 herum zu instal lieren.
In einem Mannloch 7 wird ein Ende 9 des Kabels 3 vom
Boden befreit. Ein vorderstes Ende 11 und folgende Teile
des Kanals 1 sind von einer Rolle 13 bereitgestellt,
z.B. ausserhalb des Mannloches auf einer versetzbaren Plattform 15 über dem
Boden positioniert, durch eine im Mannloch positionierte Antriebsvorrichtung 17, über das
freie Ende 9 und weitere Teile des im Boden vergrabenen
Kabels 3. Die Antriebsvorrichtung 17 (siehe unten
für weitere
Details) hat zwei Funktionen. Erstens strafft die Vorrichtung das
freie Ende 9 des mit dem freien Ende 9 im Kanal
gekoppelten Kabels mit den Mittel des Zugkörpers 19. Zweitens übt die Vorrichtung
Druckkräfte
auf den Kanal aus, um den Kanal weiter über das Kabel in den Boden
zu treiben. Aus Stabilitätsgründen kann
die Vorrichtung mit Stollenmitteln 21 ausgestattet sein,
welche vorzugsweise z.B. hydraulisch gegen eine Wand 23 des
Mannloches 7 einstellbar sind. Von einem Speicher 25,
auch auf der Plattform 15 angeordnet, ist (oder kann) ein unter
Druck stehendes Fluid über
eine Versorgungsleitung 27, welche eine rotierende flüssigkeitsdichte Kupplung 29 mit
einen hintersten Ende des Kanals durch eine hohle Achse 31 der
Rolle 13 hat, durch den Kanal zugeführt (werden). Wird der Kanal
als Zuführleitung
verwendet, fliesst die Flüssigkeit
in Richtung des vordersten Ende 11 des Kanals, wo es ausströmt, um den
Boden zu schwächen
und diesen wegspült.
Ein Brausenkörper 33,
am vordersten Ende des Kanals angeordnet, kann weiterhin das Ausfliessen
und Abfliessen der Flüssigkeit
unterstützen.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es für den gleichen Zweck willkommen,
dass anstelle von unter Druck stehenden Flüssigkeiten auch ein unter Druck
stehendes Gas (z.B. komprimierte Luft) durch den Kanal gegen das
vorderste Ende des Kanals geführt
wird. Aufgrund der Dienlichkeit ist die Beschreibung jedoch auf
ein unter Druck stehendes Fluid beschränkt. Ferner wird in den meisten
Applikationen ein unter Druck stehendes Fluid be vorzugt, da es besser
kontrollierbar ist.
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2 zeigt
in ähnlicher
Weise wie 1 einen zweiten Aufbau, um einen
Kanal 1 um ein im Boden 5 vergrabenes Kabel 3 herum
zu installieren. Anstelle im Mannloch, ist das Antriebsmittel 17 auch
auf der versetzbaren Plattform 15 über der Bodenebene positioniert.
Der zweite Aufbau beinhaltet einen Führungsarm 35, um den
Kanal 1 zu führen,
der das Antriebsmittel 17 auf der Plattform über der
Bodenebene zur Ebene des Kabels 3 im Boden verlässt. Der Führungsarm 35 ist
mit Stollenmitteln 37 in einer ähnlichen Weise wie das Antriebsmittel
im ersten Aufbau ausgestattet. Der Führungsarm 35 hat vorzugsweise eine
Konstruktion, welche genügende
Steifigkeit hat und dennoch eine Umgestaltung seiner Form/Gestalt in
einer Weise zulässt,
dass der Kanal entlang einer gleichmässigen Kurve und mit geringer
Reibung von der Bodenebene zur Ebene des Kabels 3 im Boden geführt wird.
Das Zugmittel 19 ist natürlich länger als im ersten Aufbau.
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Mit
Bezug auf 3 wird jetzt eine erste Variante
des Antriebmittels 17 gemäss der Erfindung im Detail
beschrieben. Die Figur zeigt schematisch einen Teil des Aufbaus
der 1. Das Antriebsmittel 17 umfasst in einem
(vorzugsweise, aber nicht erforderlichen) gemeinsamen Gehäuse 39 einen
Druckteil 41 und einen Zugteil 43, beide um einen
Durchgangskanal 45 herum angeordnet, um einen Kanal 1 zu
installieren. Der Druckteil beinhaltet Transportmittel 47,
wie Transporträder
oder Raupen, wie in den Figuren gezeigt, welche in einen ersten
Abschnitt 45.1 des Durchgangskanals 45 ragen,
um einen Kanal durch den Durchgangskanal zu transportieren. Der
Zugteil 43 ist durch Magnetmittel erstellt, in dieser Variante
durch einen Elektromagneten, welche eine Spule 49, ausgestattet
mit einer Spirale 51 koaxial um einen zweiten Abschnitt 45.2 des
Durchgangskanals 45 gewunden, und einen Hauptkörper 53 aufweisen,
ausgestattet mit Kupplungsmit teln 55, um diesen eventuell über ein
Zugkabel 57 mit einer notwendigen Länge mit einem freien Ende 9 des
Kabels 3 zu koppeln. Der Hauptkörper 53 ist aus einem nicht-permanent
magnetischen Material, z.B. einem Eisenkern. Die Spule 49 wird
durch einen alternierenden Strom über Kontakte 59 angetrieben.
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Um
einen Kanal 1 über
ein Kabel 3 zu installieren, funktioniert das Antriebsmittel 17 wie
folgt. Zuerst wird der erste Hauptkörper 53 mit dem freien Ende 9 des
Kabels 3 gekoppelt. Anschliessend wird die Vorrichtung 17 in
der Nähe
des freien Endes 9 in einer Weise positioniert, dass der
Hauptkörper 53 in den
zweiten Abschnitt 45.2 des Durchgangskanals eingeführt werden
kann. Weiter wird ein vorderstes Ende 11 des Kanals 1 von
der Rolle 13 genommen und (von Hand) sukzessive durch den
ersten und den zweiten Abschnitt 45.1/2 des Durchgangskanals 45 geführt und,
sofern er verwendet wird, auf der anderen Seite der Vorrichtung
mit dem Brausenkörper 33 ausgestattet.
Dann wird der Hauptkörper 53 über den Brausenkörper 33 in
das vorderste Ende 11 des Kanals eingeführt; dann wird der Elektromagnet
angetrieben, durch welchen der Hauptkörper in den zweiten Abschnitt 45.2 des
Durchgangskanals gezogen wird und mindestens teilweise wieder rückgestellt wird,
die Transportmittel 47 werden in Funktion gesetzt, und
die unter Druck stehende Flüssigkeit
wird bereitgestellt. Durch die Funktion der Transportmittel 47 möchte das
Antriebsmittel 17 sich von der Position, in welcher der
Hauptkörper 53 mit
dem gekoppelten freien Ende 9 des Kabels zurück gehalten
wird, in die Richtung (Pfeil A), von welcher der Kanal bereitgestellt
wird, weg bewegen. Das Resultat ist, dass Druckkräfte in Installationsrichtung
(Pfeil B) auf den Kanal ausgeübt
werden, während
gleichzeitig das Kabel, am freien Ende zum Hauptkörper gekoppelt, gespannt
wird. Wenn und solange diese resultierenden Druckkräfte gross
genug sind, um gegengerichtete Reibungskräfte zu überwinden, wird der Kanal vorgetrieben
und gleitet weiter über
das freie Ende 9 und weitere Teile des Kabels 3 im
Boden. Die Funktion des Elektromagnetes garantiert eine statische
Position der Spule 49 und auch des Antriebsmittels als ein
Ganzes, in Bezug auf das freie Ende des Kabels durch die Mittel
der Koppelung (durch das gemeinsame Gehäuse 39) mit den Transportmitteln 47.
Demnach benötigt
die Vorrichtung lediglich eine vertikale Unterstützung, welche, jedoch nur aus
Stabilitätsgründen, eine
Verankerung im Grund beinhalten kann, z.B. durch Mittel wie die
Stollenmittel 21 (1). Im Falle,
dass eine solche Verankerung eine volle Kompensation der Druckkräfte ermöglicht,
wird ein Mittel bereitgestellt, um die Zugkräfte (wie durch Elektromagneten
bereitgestellt, d.h. Spule 49 und Hauptkörper 53)
und die Druckkräfte
(wie durch die Transportmittel 47 bereitgestellt) separat
zu regulieren. Dies gibt die Möglichkeit,
den Installationsprozess zu optimieren, was um so wichtiger wird,
desto kurviger die Strecke ist.
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Auch
kann ein Permanentmagnet als Hauptkörper in Kombination mit einem
direkten Strom in einer passenden Richtung und einer Magnetisierung, um
die Spule zu speisen, verwendet werden.
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Das
Antriebsmittel funktioniert unter Umkehr der Transportrichtung der
Transportmittel und in Richtung des möglicherweise verwendeten direkten Stromes
in der gleichen Weise, im Falle, dass die Vorrichtung um 180° in Bezug
auf die Installationsrichtung umgekehrt wird.
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Im
generellen ist es für
die Verwendung von anziehenden und/oder abstossenden Kräften, generiert
oder abgeleitet von magnetischen Feldern willkommen, dass minimal
zwei magnetische Felder benötigt
werden. Solche Felder können
Felder sein, die durch Permanentmagnete generiert werden oder elektrisch
generiert werden oder eine Kombination von beiden. Das heisst, dass
anstelle der Spulenmittel auch ein Permanentmagnet oder eine geeignete Anordnung
von Permanentmagnetteilen verwendet werden kann. Der Hauptkörper kann
sogar, mindestens theoretisch, mit einer passenden strombetriebenen
Spule konstruiert sein. Auch die Spulenmittel können zwei passende strombetriebene
Spulen, um zwei voneinander getrennte Abschnitte des Durchgangskanals,
zwischen welchen der Hauptkörper
zurückbehalten
werden kann, beinhalten. Somit soll, im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung, der Bereich des Ausdruckes „Magnetmittel" in einem Sinn verstanden
werden, der alle diese Möglichkeiten
umfasst, wobei der Ausdruck „elektromagnetische
Mittel" so verstanden
werden soll, um alle Möglichkeiten
zu umfassen, in welchen mindestens eines der Felder elektrisch generiert
wird, das heisst, durch die Verwendung von passenden strombetriebenen Spulenmitteln.
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Die
Verwendung einer Spule um einen Abschnitt des Durchgangskanals 47 erlaubt
jedoch ein Antreiben mit einem spezifischeren variierenden Strom,
um die resultierenden Druckkräfte
auf den Kanal, welche den Installationsprozess verbessern, dynamischer
zu machen. Solch resultierende dynamische Druckkräfte können z.B.
durch Überlagerung von
dynamischen Druck/Zug-Kräften
(durch den Elektromagneten) auf eine konstante Druckkraft (durch
die Raupe) erreicht werden. Solch eine Überlagerung kann über einen
sehr einfachen Weg realisiert werden, z.B. durch die Mittel einer
kurzen periodischen Unterbrechung geeigneter Dauer des angelegten
Stromes. Üblicherweise
sollte solch ein periodisch variierender Strom so sein, dass der
Hauptkörper
immer noch im anziehenden Einflussbereich der Spule zurückgezogen
ist, bezogen zur Grösse
der Druckkräfte
ausgeübt
durch den Druckteil. Im speziellen in Kombination mit der Verwendung
einer unter Druck stehenden Flüssigkeit
und dem Brausenkörper 33 am
vordersten Ende 11 des Kanals, können solch dynamische Druckkräfte das
Wegstossen des Bodens lokal verbessern und damit die Installation
för dern.
Mit einer vergrösserten
Länge des
Kanals, der schon über
das Kabel gezogen wurde, wird jedoch die Effektivität von solchen
dynamischen Druckkräften
relativ schnell vermindert. Die Effektivität wird jedoch gefördert, wenn
dynamische variierende Druckkräfte
mit ähnlichen
dynamischen Druckvariationen der Bohrflüssigkeit angewendet werden.
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Unter
Bezugnahme auf 4 und 5 wird jetzt
ein Ausführungsbeispiel
beschrieben, welches eine Kombination von dynamischen Variationen der
Druckkräfte
auf den Kanal und dynamischen Variationen im Druck der Flüssigkeit
erlaubt. Zu diesem Zweck zeigen diese Figuren schematisch eine zweite Variante
eines Teils des Aufbaus der 1 im Detail in
einem ersten bzw. einem zweiten Schritt der Installation. Das Antriebsmittel 17 umfasst
wiederum in einem gemeinsamen Gehäuse einen Druckteil 63 und einen
Zugteil 65, beide um einen Durchgangskanal 67 angeordnet,
um einen Kanal 1 zu installieren. Der Zugteil 65 ist
wiederum durch einen Elektromagneten gebildet, welcher eine Spule 69,
ausgestattet mit einer koaxial um einen ersten Abschnitt 67.1 des Durchgangskanals 67 gewundenen
Spule 71, und einen Hauptkörper 73 umfasst. Der
Hauptkörper 73 ist ein
Permanentmagnet, der im wesentlichen ein zylindrischer Körper ist,
welcher zusammen mit einer Feder 75 koaxial verschiebbar
auf einer Gleitschiene 77 montiert ist, welche auf einer
Seite mit einem Anschlagskörper 79 und
auf der anderen Seite mit den Mitteln eines Kupplungskörpers 81 zum
freien Ende 9 des Kabels 3 gekoppelt ist. Der
Hauptkörper 73 wurde
um seine zylindrische Oberfläche
mit Kolbenringen 83 ausgestattet, welche in einer Weise
in den zu installierenden Kanal 1 passen, so dass diese
eine unidirektionale Ventilfunktion erfüllen können. Der Druckteil 63 wird
durch einen hauptsächlich
hohlen z.B. zylindrischen Körper 85 gebildet,
welcher eine Erweiterung des Zugteils 65 um einen zweiten
Abschnitt 67.2 des Durchgangskanals 67 ist. Innen
ist der hohle Körper 65 mit
sogenannten einseitigen Krallen 87 ausgestattet, welche
mit einem im Durchgangskanal 67 vorhandenen Kanal in einer
Weise zusammen kommen können,
dass der Kanal mindestens im wesentlichen in Installationsrichtung
frei bewegbar oder schiebbar ist, aber für Bewegungen in andere Richtungen
blockiert ist. Eine Bohrflüssigkeit, z.B.
Bentonit, welche in Richtung des vordersten Ende 11 des
Kanals durch den Kanal fliesst (Pfeil D), wird vom Speicher 25 bereitgestellt.
Der Brausenkörper 33,
montiert auf dem vordersten Ende 11 des Kanals 1 ist
z.B. durch zwei harte zusammensetzbare Teile 89 und 91,
verbunden mit einem harmonika-ähnlichen
Verbindungsteil 93, wie abgebildet, in einer Weise gebildet,
dass mindestens in der Installationsrichtung der Brausenkörper 33 unter
ansteigenden Druckvariationen der Bohrflüssigkeit, die während der
Installation durch den Brausekörper 33 fliesst,
ausdehnbar ist und wenn der Druck sinkt, z.B. als Konsequenz eines
weiteren Antriebes des vordersten Endes des Kanals, einziehbar ist.
Die Spule 69 wird durch einen geeigneten Strom über Kontakte 95 angetrieben.
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Um
einen Kanal 1 über
einem Kabel 3 zu installieren, funktioniert die zweite
Variante, abgebildet in 4 und 5, wie folgt.
Zuerst wird der Brausenkörper 33 über das
freie Ende 9 des Kabels 3 geschoben und der Hauptkörper 73 ist über die
Gleitschiene 77 und den Kupplungskörper 81 zum freien Ende 9 des
Kabels 3 gekuppelt. Dann wird die Vorrichtung 17 in
der Nähe
des freien Endes 9 in einer Weise positioniert, dass der
Hauptkörper 73 in
den ersten Abschnitt 67.1 des Durchgangskanals 67 eingeführt werden
kann. Als nächstes
wird ein vorderstes Ende 11 des Kanals 1 von der
Rolle 13 genommen und (von Hand) sukzessive durch einen
ersten und einen zweiten Abschnitt 67.1/2 des Durchgangskanals 67 geführt. Dann
wird der Hauptkörper
in das vorderste Ende 11 des Kanals eingeführt. Dann
wird das vorderste Ende 11 des Kanals mit dem Brausenkörper 33 ausgestattet
und so weit wie möglich
von Hand weiter über
das Kabel geschoben; dann wird der Elektromagnet (zuerst) temporär mit einem Gleichstrom
angetrieben, in einer Weise, dass der Hauptkörper in den ersten Abschnitt 67.1 des
Durchgangskanals 67 angezogen und, mindestens teilweise,
abgestossen wird und die unter Druck stehende Flüssigkeit bereitgestellt wird.
Dann wird der Elektromagnet durch einen Betriebsstrom über die
Kontakte 95 angetrieben. Dieser Betriebsstrom kann ein
wechselnder Gleichstrom sein, geregelt durch eine Elektro/Elektronik
Einheit (nicht gezeigt), zu welcher der elektrische Strom durch
z.B. Netz oder Batterien (ebenfalls nicht gezeigt) bereitgestellt
wird.
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Das
Prinzip des Typs der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung funktioniert
in drei Schritten pro Periode, in einer Weise, dass eine Art peristaltische
Bewegungen entstehen:
Schritt 1: Der Betriebsstrom durch die
Spule hat eine erste, z.B. +/– Polarität in einer
Weise, dass der Permanentmagnet (Hauptkörper 73) sich zum
freien des Kabels (zur Linken in der Zeichnung) bewegen möchte und
die Spule 69 in die entgegengesetzte Richtung (zur Rechten
in der Zeichnung). 5 zeigt Schritt 1.
Schritt
2: Der Betriebsstrom wird für
eine genügend kurze
Zeit (Δt ≥ 0) abgeschaltet:
Der Permanentmagnet kehrt in eine Position zurück, in welcher der Permanentmagnet
gegen den Anschlagkörper 79 durch den
Federdruck anliegt, wie in 4 gezeigt.
Schritt
3: Der Betriebsstrom wird in eine zweite, d.h. –/+ Polarität in einer Weise gewendet,
dass der Magnet sich vom freien Ende 9 des Kabels weg bewegt (zur
Rechten in der Zeichnung) und die Spule sich zum freien Ende hin
bewegt (zur Linken in der Zeichnung). 4 zeigt
Schritt 3.
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Jetzt
im Detail:
Schritt 1: Wenn der Betriebsstrom mit der ersten
(+/–) Polarität an die
Kontakte 95 der Spule 69 angelegt wird, bewegt
sich der kolben-ähnliche
Hauptkörper 73 von
rechts nach links über
die Gleitschiene 77 und verursacht einen Flüssigkeitsdruckstoss,
der einen (zusätzlichen)
Flüssigkeitsbetrag
zur Brausendüse führt. Da
die Bewegung des kolbenähnlichen
Hauptkörpers 73 durch
den Aufbau des Flüssigkeitsdruck behindert
wird, resultiert die elektromagnetische Kraft auf den Hauptkörper 73 in
einer Reaktionskraft, die die Spule 69 zur gleichen Zeit
zur Rechten drängt (5).
Der Flüssigkeitsdruckstoss
vom kolbenähnlichen
Hauptkörper 73 verursacht,
dass die Brausendüse 33 sich
ausdehnt und gegen die Erde vor ihr „hämmert", während
zur gleichen Zeit die Erde geschwächt wird und durch das durch
die Brausenöffnungen
in der Brausendüse
ausströmende
Fluid entfernt wird.
Schritt 2: Wenn der Betriebsstrom durch
die Spule 69 abgeschaltet wird, bewirkt die Feder 75 über der Gleitschiene 77,
dass der Hauptkörper 73 in
seine Position gegen den Anschlagkörper 79 (wie in 4 gezeigt)
zurückkehrt.
Mit dieser Rückwärtsbewegung erlaubt
die unidirektionale Kolbenfunktion des Hauptkörpers 73 das Einfliessen
und Speichern einer neuen Menge Fluid auf der anderen (linken) Seite
des kolbenähnlichen
Hauptkörpers 73.
Schritt
3: Wenn der Betriebsstrom an die Spule 69 mit der zweiten
(–/+)
Polarität
angelegt wird, wird eine Zugkraft auf die Gleitschiene 77 und
demnach auf das straff gespannte Kabel 3 ausgeübt. Diese
Zugkraft bewirkt eine kontraproduktive Kraft in der Spule 69 und
als Folge im hohlen Körper 85 mit
den Krallen 87 in der Installationsrichtung (zur Linken),
und wenn die Krallen 87 den Kanal 1 halten, wird
zur gleichen Zeit die Brausendü se 33 am
vordersten Ende 11 des Kanals in ihren eingefahrenen Zustand
komprimiert. (4)
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Es
ist klar, dass die Effizienz der Implementation eines elektromagnetischen
Antriebes, wie in Bezug auf 4 und 5 beschrieben,
von optimal gewählten
Dimensionen, Gewichten, Federraten, Reibung und Antriebskräften (geregelt
durch den Betriebsstrom) abhängt,
welche ihrerseits von den Umständen
der Installation abhängen,
welche überdies während der
Installation variieren können.
Weiter muss die Bewegung des Hauptkörpers 73 und der Spule 69 gut
ausgewogen sein. Die Länge
eines Hubes, d.h. das Mass der Verschiebung des Hauptkörpers 73 in
Längsrichtung
während
des Schrittes 2, hängt
von der Hublänge
während
Schritt 3 ab, wegen der Rückstellung des Hauptkörpers 73 und
Federkraft während
Schritt 2. Auch die Kräfte,
die benötigt werden,
um den Fluidstoss zu produzieren und die Bewegung in Installationsrichtung
(zur Linken) der Spule (gegen die Richtung der Krallen) während Schritt 1,
können
sich von den Kräften,
die benötigt werden,
um den Kanal während
Schritt 3 anzutreiben, unterscheiden. Abgesehen von der
mechanischen Konstruktion kann eine Balance dieser Kräfte während der
Installation auch durch elektrisch/elektronische Regelung des Stromes,
der die Spule antreibt, erreicht werden. Dies gilt auch für andere
Ausführungsbeispiele
beschrieben in Bezug auf 1–3.
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Mit
passend gewählten
Dimensionen kann der hohle Körper 85,
anstelle als ein Erweiterungsteil davon, innerhalb der Spule montiert
werden, demnach wird die Länge
der Antriebsvorrichtung in Installationsrichtung vermindert. Natürlich sollte
der hohle Körper
in diesem Fall aus einem Material sein, welches für magnetische
Kräfte
durchlässig
ist.
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Die
mit den Krallen 87 auf den Druckteil 63 ausgeübten dynami schen
Druckkräfte,
können
durch eine konstante Druckkraft, ausgeübt durch ein zusätzliches
separates Transportmittel (z.B. wie die Raupenmittel gezeigt in 3),
positioniert und passend zwischen den Antriebsmitteln 17 und
der Rolle 13 verankert, unterstützt werden.
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Andere
Konstruktionen für
die ausdehnbare und einziehbare Gestalt des Brausenkörpers können lamellenförmig, d.h.
zwei harte Teile, welche flexibel verbunden sind und einander im
einziehbaren Zustand überlappen,
oder ballonförmig
sein.