-
Technisches Fachgebiet
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme zum Zertrümmern unterirdischer
Rohre und ihre Ersetzung.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Es
sind viele Systeme zur Installation von unterirdischen Rohren bekannt,
insbesondere zum Ersetzen eines vorhandenen schadhaften Rohres. Pneumatische
Schlagwerkzeuge, die horizontale Löcher bohren oder vorhandene
Rohrleitungen zertrümmern,
werden weitverbreitet verwendet. Siehe zum Beispiel Wentworth u.a.,
U.S.-Patent Nr. 5,025,868 .
Bei einem weiterhin angewendeten Verfahren wird ein pneumatisches
Schlagbohrwerkzeug durch die vorhandene Rohrleitung geschickt, so
dass der Kopf des Werkzeugs, der mit Klingen versehen sein kann,
die lokal intensiven Druck auf das vorhandene Rohr ausüben, das
vorhandene Rohr aufbricht oder spaltet. Siehe zum Beispiel Streatfield
u.a.,
U.S.-Patente Nr. 4,720,211 ,
4,738,565 und
4,505,302 . Ein Austauschrohr, normalerweise
aus Kunststoff, wie etwa HDPE (Polyäthylen hoher Dichte) hergestellt,
wird hinter dem Bohrwerkzeug hergezogen. Dieses Verfahren hat sich
als kommerziell sehr effektiv erwiesen, weil es das alte Rohr zertrümmert und
es gleichzeitig durch ein neues Rohr ersetzt. Jedoch werden die
Ausströmungen
von dem Schlagwerkzeug in das Innere des Austauschrohres abgelassen,
was für
bestimmte Typen von Rohrleitungsinstallationen, wie etwa Gas- und
Wasserleitungen nicht akzeptabel ist.
-
Maschinen
für gerichtetes
Bohren sind zum Zertrümmern
von Rohren weniger effektiv, insbesondere für schwer zu zertrümmernde
Rohre wie etwa aus Gusseisen, weil der gleichmäßig treibenden Kraft des Bohrzugs
die Schlagkraft eines pneumatischen Schlagwerkzeugs fehlt. Daher
wird in manchen Fällen
ein gerichteter Bohrer oder eine Winde verwendet, um ein pneumatisches
Schlagwerkzeug durch eine vorhandene Rohrleitung zu ziehen, um die vorhandene
Rohrleitung zum Bersten zu bringen und das Austauschrohr hereinzuziehen.
Diese Alternativen sind effektiv, erfordern aber erhebliche Ausstattung
und Handarbeit.
-
Wentworth
beschreibt in
U.S.-Patent Nr. 5,782,311 eine
Berstvorrichtung für
Rohre, die eine Richtbohrmaschine, die dazu in der Lage ist, gleichzeitig
einen Bohrzug zu drehen und zu ziehen, und ein Schlagwerkzeug verwendet,
das mit dem Bohrzug verbindbar ist. Das Schlagwerkzeug umfasst ein röhrenförmiges Gehäuse, dass
in einem vorderen Berstkopf endet, eine Eingangswelle, Lager, in
denen die Eingangswelle zur Drehung innerhalb des Gehäuses gelagert
ist, ein Schlagwerkzeug, das zur Hin- und Herbewegung innerhalb
des Gehäuses
angeordnet ist, um Schläge
auf einen vorderen Amboss auszuführen,
und einen Antriebsmechanismus zum gleichzeitigen Voranziehen des
Schlagwerkzeugs in Reaktion auf eine Zugkraft auf die Eingangswelle
und zum Hin- und Herbewegen des Schlagwerkzeugs, um das Werkzeug
durch die Wirkung der zyklischen Aufschläge auf den vorderen Amboss
voranzutreiben. Die Vorrichtung kann einen Zertrümmerungsvorgang für ein Rohr
in einer Weise ausführen,
die die Notwendigkeit für
die Verwendung eines separaten pneumatischen Schlagwerkzeugs zum
Zertrümmern
des vorhandenen Rohrs überflüssig macht.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Schlagvorrichtung bereit,
die unter Verwendung eines Druckfluids, wie etwa Druckluft, arbeitet
und die einfach mit vorhandenen Richtbohrmaschinen verwendet werden
kann.
-
Eine
Anzahl von mit Seilen betriebenen statischen Zertrümmerungssystemen
wurde verwendet, um Rohre zum Bersten zu bringen. Carter u.a. beschreiben
in der PCT-Veröffentlichung
WO 98/30350 ein Rohrzertrümmerungssystem,
das einen relativ kleinen, leichten hydraulischen Seilzug verwendet, um
einen Berstschleppkörper
für Rohre
zu ziehen. Fisk u.a. beschreiben in den
U.S.-Patenten Nr. 4,983,071 und
5,078,546 ein seilgezogenes
Werkzeug, das von einem Schlagwerkzeug unterstützt wird und mit einer Klinge
versehen ist, um eine Gasrohrleitung aus Stahl aufzuschneiden und
aufzuweiten. Wentworth u.a. beschreiben in
U.S.-Patent 6,269,889 ein anderes
Zertrümmerungsverfahren, bei
dem ein pneumatisches Werkzeug, das von einer herkömmlichen
Winde gezogen wird, zum Zertrümmern
von Rohren verwendet wird. Im Allgemeinen können Systeme, die auf einer
statischen Zugkraft beruhen, entweder nicht für große Rohrgrößen eingesetzt werden, oder
sie benötigen
ein sehr großes leistungsstarkes
Zugsystem, das in der Anwendung teuer und arbeitsintensiv ist. Systeme,
die eine Zugkraft mit einem Schlagwerkzeug kombinieren, waren dazu
in der Lage, größere Rohrgrößen zu handhaben als
vergleichbare Systeme mit nur statischer Kraft, aber man begegnete
Schwierigkeiten beim Starten und Stoppen des Werkzeugs während eines
Laufes. Wenn das Werkzeug sich tief in der Bohrung befindet, kann
es schwierig sein, es neu zu starten. Die vorliegende Erfindung
geht unter anderem diesen Nachteil an.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Eine
Schlagvorrichtung der Erfindung zur Verwendung mit einer Richtbohrmaschine
mit einem Bohrzug umfasst einen Berstkopf mit einer hinten offenen
Vertiefung und einer Öffnung
am Vorderende, die mit der Vertiefung kommuniziert, eine Einlassleitung,
die an ihrem vorderen Ende mit einem entfernten Ende des Bohrzugs
ver bunden ist und durch die Öffnung
am Vorderende in die Vertiefung des Berstkopfes hinein verläuft, ein
Schlagwerkzeug, das zur gleitenden Bewegung entlang der Einlassleitung
gelagert ist, einen Verteilungsmechanismus, der auf Druckfluid reagiert,
das durch den Bohrzug und durch die Einlassleitung zugeführt wird,
um zu bewirken, dass sich das Schlagwerkzeug in der hinten offenen Vertiefung
des Kopfes hin- und herbewegt, um Vorwärtsschläge gegen den Berstkopf auszuführen, ein röhrenförmiges Gehäuse, in
dem das Schlagwerkzeug und der Verteilungsmechanismus befestigt sind,
eine Zugverbindung, mit deren Hilfe die Schlagvorrichtung durch
den Bohrzug gezogen werden kann, während das Schlagwerkzeug Schläge gegen den
Berstkopf in die gleiche Richtung wie die durch den Bohrzug ausgeübte Zugkraft
ausführt,
und ein Ventil, das die Zufuhr von Druckfluid zu dem Verteilungsmechanismus
regelt. Der Berstkopf ist vorzugsweise gleitfähig auf der Einlassleitung
gelagert und bewegt sich relativ zu der Einlassleitung und einem Bohrzug
in Reaktion auf einen Schlag des Schlagwerkzeugs gegen den Berstkopf.
Das röhrenförmige Gehäuse, das
benötigt
wird, um abgedichtete Druckkammern bereitzustellen, kann ein separater
Körper, eine
Verlängerung
des Berstkopfes oder ein Vorderendbereich des Kunststoff-Austauschrohres
sein, wie es hierin nachfolgend noch erläutert wird.
-
In
einer bevorzugten Form der Erfindung ist in der Einlassleitung ein
Ventil vorgesehen, das den Strom des Druckfluids absperren kann,
wie etwa in Reaktion auf ein Nachlassen der Zugkraft auf den Bohrzug,
das die relative Position der Einlassleitung und des Berstkopfes
verändert.
Der Verteilungsmechanismus stößt die Abluft
nach hinten aus dem röhrenförmigen Gehäuse aus
und normalerweise ist ein geeignetes Mittel zum Hinterherziehen
des Austauschrohres hinter dem Berstkopf vorgesehen. So kann zum
Beispiel das Austauschrohr in der nach hinten offenen Vertiefung
des Kopfes befestigt sein, so das ein Vorderendbereich des Austauschrohres das
röhrenförmige Gehäuse bildet.
-
Der
Verteilungsmechanismus der Schlagvorrichtung kann von jedem geeigneten
Typ sein, wobei jedoch ein bevorzugter Mechanismus eine hinten offene
Vertiefung in dem Schlagwerkzeug, eine radiale Auslassöffnung in
dem Schlagwerkzeug, die mit der Vertiefung in Verbindung steht,
ein hinteres Dichtungslager, durch welches das Schlagwerkzeug gleitend
und abdichtend eine innere Oberfläche des röhrenförmigen Gehäuses berührt, eine radiale Auslassöffnung in
der Einlassleitung, die es dem Druckfluid gestattet, in die nach
hinten offene Vertiefung in dem Schlagwerkzeug aus der Einlassleitung
einzutreten und eine auf der Einlassleitung hinter der radialen Auslassöffnung darin
befestigte Hülse,
die sich in gleitendem, abdichtenden Kontakt mit einer inneren Oberfläche des
Schlagwerkzeugs innerhalb der Vertiefung befindet und eine hintere
Druckkammer in der Vertiefung vor der Hülse bildet, aufweist. Das Druckfluid
in der hinteren Druckkammer verursacht einen Vorwärtsschlag
des Schlagwerkzeugs, was zu einem Schlag gegen den Berstkopf führt und
bewirkt, dass sich die radiale Auslassöffnung in dem Schlagwerkzeug
an einer Vorderkante der Hülse
vorbei bewegt. Das bewirkt wiederum, dass das Druckfluid aus der hinteren
Druckkammer nach außen
zu einer vorderen Druckkammer außerhalb des Schlagwerkzeugs zwischen
dem Schlagwerkzeug und dem röhrenförmigen Gehäuse gelangt,
wodurch bewirkt wird, dass sich das Schlagwerkzeug nach hinten bewegt,
bis sich die radiale Auslassöffnung
in dem Schlagwerkzeug an einer hinteren Kante der Hülse vorbei
bewegt. Die vordere Druckkammer entleert sich dann und ein neuer
Vorwärtsschlag
des Schlagwerkzeugs beginnt. Die Hülse des Verteilungsmechanismus kann
auf der Einlassleitung befestigt sein, so dass keine hintere Anordnung
zum Befestigen des Verteilungsmechanismus an dem röhrenförmigen Gehäuse benötigt wird. „Radial„ bedeutet
im Zusammenhang mit der Erfindung eine von einer Mittelachse nach
außen
führende
Richtung, ist jedoch nicht auf eine senkrecht zu einer Mittelachse
verlaufende Richtung beschränkt.
Eine radiale Auslassöffnung könnte auch
in Längsrichtung
geneigt verlaufen.
-
Ein
alternativer pneumatischer Schlagmechanismus gemäß der Erfindung kann in einer Rohrzertrümmerungsschlagvorrichtung
verwendet und an Schlagwerkzeuge anderer Typen angepasst werden,
wie etwa Bodenstechwerkzeuge für
unterirdische Anwendungen und Bohrhämmer. Ein solcher Mechanismus
weist im Allgemeinen als Komponenten einen röhrenförmigen Körper mit einer hinten offenen
Vertiefung und einer Öffnung
am vorderen Ende, die mit der Vertiefung in Verbindung steht, eine Einlassleitung,
die an ihrem vorderen Ende mit einer Druckfluidquelle verbunden
werden kann und die sich durch die Öffnung am vorderen Ende in
die Vertiefung des Körpers
erstreckt, ein Schlagwerkzeug, das für die gleitende Bewegung entlang
der Einlassleitung und einer inneren Oberfläche des Körpers befestigt ist, zum Ausführen von
Vorwärtsschlägen, wobei
das Schlagwerkzeug eine hinten offene Vertiefung und eine vordere
zentrale Öffnung
mit kleinerem Durchmesser als die Vertiefung hat, die mit der Vertiefung
in Verbindung steht und durch die sich die Lufteinlassleitung erstreckt,
und einen Verteilungsmechanismus auf, der auf Druckfluid reagiert,
das durch die Einlassleitung zugeführt wird, um zu bewirken, dass
sich das Schlagwerkzeug zyklisch hin- und herbewegt. Der Verteilungsmechanismus
weist eine radiale Öffnung
in der Einlassleitung, die es dem Druckfluid ermöglicht, aus dem Inneren der
Einlassleitung in die nach hinten offene Vertiefung in dem Schlagwerkzeug
einzutreten, eine an einer Hinterseite der Einlassleitung gleitfähig und
abdichtend bezüglich
einer Wand der nach hinten offenen Vertiefung in dem Schlagwerkzeug
angebrachte Hülse,
die eine Druckkammer zum Vorwärtstreiben
des Schlagwerkzeugs bildet, einen ersten Durchgang, der es dem Druckfluid
ermöglicht,
aus der hinteren Druckkammer in eine vordere Druckkammer vor dem Schlagwerkzeug
einzutreten, damit das Schlagwerkzeug nach einem Schlag nach hinten
bewegt werden kann, wobei der Durchgang während eines Teils des Schlagwerkzeugzyklus,
in dem das Schlagwerkzeug nach vorne getrieben wird, getrennt ist,
und einen zweiten Durchgang zum Entleeren der vorderen Druckkammer,
nachdem sich das Schlagwerkzeug über
ein ausreichende Distanz nach hinten bewegt hat, auf. Ein solcher
Mechanismus entbindet von der Notwendigkeit, eine radiale Öffnung durch
eine dünne
röhrenförmige Wand
des Schlagelements vorzusehen, was eine häufige Ursache des Bruchs von
unterirdisch angewendeten Durchörterungswerkzeugen „mit abgestufter
Hülse„ war,
die auf Sudnishnikov u.a.,
U.S.Patente
Nr. 3,410,354 und
3,756,328 zurückgehen.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist ein Zieh-Anpassstück vorgesehen,
das an dem hinteren Ende des Berstkopfes angebracht werden kann.
Das Anpassstück
weist eine abdichtende Wand, die verhindert, dass Ausströmungen aus
dem Verteilungsmechanismus in das Austauschrohr eintreten, und Austrittsöffnungen
auf, die es ermöglichen,
dass Ausströmungen
aus dem Verteilungsmechanismus aus dem Zieh-Anpassstück und aus
dem Austauschrohr heraus gelangen können. Wenn das Zieh-Anpassstück aus Kunststoff
hergestellt ist, kann es koaxial an ein vorderes Ende des Austauschrohres
angeschweißt
werden.
-
Die
Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung für die Verwendung mit einer
Richtbohrmaschine mit einem Bohrzug zum Aufweiten einer vorhandenen Öffnung bereit.
Ein solches System weist einen Kopf mit einem vorderen Nasenbereich
und einen hinteren, die Öffnung
erweiternden Teil mit größerem Durchmesser
als der Nasenbereich sowie ein Kugelgelenk vor dem Nasenbereich,
das zum Verbinden des Kopfes mit einem Bohrzug ausgestaltet ist und
das Schwenken des Kopfes in Bezug auf den Bohrzug ermöglicht,
auf. Der Kopf kann zum Beispiel eine Schlagvorrichtung sein, die
ohne Drehung gezogen wird, oder ein Back-Reamer, der beim Ziehen
gedreht wird, um das vorhandene Loch aufzuweiten. Das Kugelgelenk
kann mit einem Durchgang zum Hindurchführen von Druckfluid aus dem
Bohrzug zum Betreiben einer pneumatischen Schlagvorrichtung versehen
sein. Ein Anpassstück
mit einem Vorderendbereich, der für die Verbindung mit einem
vorderen Ende des Bohrzugs ausgestaltet ist, und eine mechanische
Kupplung, die einen hinteren Endabschnitt des Anpassstücks mit
einem vorderen Bereich des Kugelgelenks verbindet, kann vorgesehen sein.
-
Die
Erfindung stellt in einem anderen Aspekt Verfahren zum Ersetzen
einer vorhandenen Rohrleitung unter Verwendung einer Richtbohrmaschine
mit einem Bohrzug und einer am Anschlussende des Bohrzugs befestigten
Schlagvorrichtung bereit. Bei einem solchen Verfahren weist die
Schlagvorrichtung einen Berstkopf, ein Schlagwerkzeug, das Schläge auf den
Berstkopf ausführt,
und einen durch ein Druckfluid betätigten Schlagmechanismus auf.
Das Verfahren umfasst:
- (a) Einführen des
Bohrzugs durch die Rohrleitung;
- (b) Verbinden eines entfernten Endes des Bohrzugs mit der Schlagvorrichtung;
- (c) Einziehen des Bohrzugs und der Schlagvorrichtung in die
Rohrleitung, wobei ein Austauschrohr hinter der Schlagvorrichtung
hergezogen wird, wobei eine Öffnung
des Austauschrohres am vorderen Ende sich in einem abgedichteten Zustand
befindet;
- (d) Betätigen
der Schlagvorrichtung, wie es erforderlich ist, um die Rohrleitung
zum Bersten zu bringen, indem ein ein Schmiermittel enthaltendes Druckfluid
zugeführt
wird, um die Schlagvorrichtung zu betätigen; und
- (e) Ablassen der Druckfluidausströmung einschließlich des
enthaltenen Schmiermittels aus der Schlagvorrichtung und aus dem
Austauschrohr heraus.
-
Ein
Leitblech oder ein Auslaufrohr kann verwendet werden, um das Druckfluid
nach hinten in Richtung auf das Austauschrohr zu richten. Beides verhindert
ein Verunreinigen der Innenseite des Rohrs mit der Ausströmung und
unterstützt
die Installation des neuen Rohres.
-
Bei
einem anderen Verfahren zum Ersetzen einer vorhandenen Rohrleitung
gemäß der Erfindung weist
der mit einem Druckfluid betä tigte
Schlagmechanismus ein Ventil auf, das die Zufuhr des Druckfluids
zu der Schlagvorrichtung regelt. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
- (a) Einführen
des Bohrzugs durch die Rohrleitung;
- (b) Verbinden eines entfernten Endes des Bohrzugs mit der Schlagvorrichtung;
- (c) Einziehen des Bohrzugs und der Schlagvorrichtung in die
Rohrleitung, wobei ein Austauschrohr hinter der Schlagvorrichtung
hergezogen wird;
- (d) Betätigen
der Schlagvorrichtung durch Ziehen an dem Bohrzug, wodurch bewirkt
wird, dass das Ventil dem Schlagmechanismus Druckfluid zuführt;
- (e) Stoppen der Schlagvorrichtung durch Verringern der Zugkraft
auf den Bohrzug.
-
Das
enthebt von der Notwendigkeit, die Schlagvorrichtung während des
Sprengvorgangs von Hand zu stoppen und zu starten.
-
Die
Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Ersetzen eines unterirdischen Rohres bereit, wobei ein Seil oder
ein biegsames Zugmittel (wie etwa eine Kette) verwendet werden kann,
um die Schlagvorrichtung zu ziehen. Eine Schlagvorrichtung gemäß diesem
Aspekt der Erfindung weist einen Berstkopf mit einer hinten offenen Vertiefung,
ein Schlagwerkzeug, das für
eine gleitende Bewegung in dem Kopf gelagert ist, einen Verteilungsmechanismus,
der auf durch einen Einlass zugeführtes Druckfluid reagiert,
um zu bewirken, dass das Schlagwerkzeug sich in der hinten offenen
Vertiefung des Kopfes hin- und herbewegt, um Vorwärtsschläge gegen
den Kopf auszuführen,
und eine Zugverbindung auf, mit deren Hilfe die Schlagvorrichtung gezogen
werden kann, während
das Schlagwerkzeug Schläge
gegen den Kopf in die gleiche Richtung wie eine Zugkraft ausführt. Eine
Länge eines
biegsamen Zugmittels, wie etwa ein Seil, kann mit der Verbindung
an dem vorderen Ende der Schlagvorrichtung eingreifen, um die Zugkraft
bereitzustellen. Ein Seilzugsystem zieht das Seil in mehreren wiederholten
zyklischen Zugarbeitshüben.
Ein solches System weist eine oder mehrere Halterungen, wie etwa Klemmhülsen, die
mit dem Seil eingreifen, und einen oder mehrere Zylinder auf, von
denen jeder einen bewegbaren Kolben aufweist, um die Halterungen
entlang dem Zugarbeitshub zu bewegen. In einer bevorzugten Ausführung verläuft eine
Einlassleitung in die Vertiefung des Kopfes, um dem Verteilungsmechanismus
Druckluft zuzuführen,
und ein Ventil in der Einlassleitung sperrt den Druckfluidstrom
zu dem Verteilungsmechanismus ab, wenn es geschlossen ist. Die Zugverbindung
kann an einem vorderen Ende der Einlassleitung angeordnet sein,
wodurch das Ventil durch Ziehen an der Zugverbindung mit einer Zugvorrichtung
geöffnet
und durch Verringern der durch die Zugvorrichtung ausgeübten Zugkraft
geschlossen wird.
-
Ein
Verfahren zum Ersetzen eines unterirdischen Rohres unter Verwendung
einer solchen Vorrichtung umfasst die Schritte:
- (a)
Einführen
eines Seils durch eine vorhandene Rohrleitung von einem ersten Ende
zu einem zweiten Ende davon;
- (b) Verbinden eines freien Endes des Seils, das sich von dem
zweiten Ende der Rohrleitung zu einer Schlagvorrichtung erstreckt,
wobei die Schlagvorrichtung einen Berstkopf mit einer hinten offenen
Vertiefung, ein Schlagwerkzeug, das für eine gleitende Bewegung in
dem Kopf gelagert ist, einen Verteilungsmechanismus, der auf durch einen
Einlass zugeführtes
Druckfluid reagiert, um zu bewirken, dass das Schlagwerkzeug sich
in der hinten offenen Vertiefung des Kopfes hin- und herbewegt,
um Vorwärtsschläge gegen
den Kopf auszuführen
und eine Zugverbindung aufweist, mit der das Seil verbunden ist;
- (c) Ziehen der Schlagvorrichtung mit dem Seil unter Verwendung
eines Seilzugsystems, das an dem ersten Ende der Rohrleitung angeordnet
ist, wobei das Seilzugsystem das Seil in mehreren wiederholten zyklischen
Zugarbeitshüben
zieht und eine Halterung, die mit dem Seil eingreift, und einen
Zylinder mit einem bewegbaren Kolben aufweist, um die Halterung
entlang den Zugarbeitshüben
zu ziehen;
- (d) Betätigen
der Schlagvorrichtung während
eines zyklischen Zugarbeitshubs, um Schläge gegen den Kopf in der gleichen
Richtung wie die Zugkraft auszuführen;
und
- (e) Abschwächen
der Betätigung
der Schlagvorrichtung zwischen den zyklischen Zugarbeitshüben, so
dass die Schlagvorrichtung sich zwischen den Arbeitshüben im Wesentlichen
nicht bewegt.
-
„Abschwächen„ bedeutet
im vorliegenden Zusammenhang das Verringern der durch das Schlagwerkzeug
auf den Berstkopf ausgeübten Schlagkraft,
allgemein durch teilweises oder vollständiges Verringern der Zufuhr
von Druckluft oder Druckfluid zu der Schlagvorrichtung, wie es hierin noch
ausführlicher
erläutert
wird. Diese und andere Aspekte der Erfindung werden in der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung behandelt.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
In
den beigefügten
Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente, ausgenommen
wenn Schnittlinien angezeigt sind.
-
1 ist
eine schematische Darstellung einer Installation gemäß einem
Verfahren der Erfindung;
-
2 ist
eine vergrößerte Ansicht
der in 1 dargestellten Schlagvorrichtung;
-
3 ist
ein Längsschnitt
entlang der Linie 3-3, der das Schlagwerkzeug in Kontakt mit der
Ambossoberfläche
des Berstkopfes zeigt;
-
4 ist
die gleiche Ansicht wie in 3, wobei
das Schlagelement in seine Ausgangsposition zurückgezogen ist;
-
5 ist
die gleiche Ansicht wie in 3, wobei
der Berstkopf sich in der Position befindet, in der das Luftventil
abgesperrt ist;
-
6 ist
eine partielle Ansicht des hinteren Endes einer alternativen Ausführung der
Schlagvorrichtung der Erfindung;
-
7 ist
ein Längsschnitt
entlang der Linie 7-7 in 6;
-
8 ist
eine Seitenansicht einer zweiten Ausführung einer Schlagvorrichtung
gemäß der Erfindung
in einer unbetätigten
Stellung;
-
9 ist
eine Längsschnittansicht
der Schlagvorrichtung von 8;
-
10 ist
eine Seitenansicht einer zweiten Ausführung einer Schlagvorrichtung
gemäß 8 und 9 in
einer betätigten
Stellung;
-
11 ist
eine Längsschnittansicht
der Schlagvorrichtung von 10;
-
12 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 in 10;
-
13 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 13-13 in 10;
-
14 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 14-14 in 10;
-
15 ist
eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, der Schlagvorrichtung
der 8 bis 14 in einer angewinkelten Stellung,
-
16 ist
eine Ansicht der Schlagvorrichtung von 15 von
hinten;
-
17 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Kugelgelenks und des Ventilmechanismus, der in 9 dargestellt
ist;
-
18 ist
eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Entfernen einer
Schlagvorrichtung gemäß der Erfindung
aus einem Mannloch;
-
19 ist
eine Seitenansicht einer mit einem Kugelgelenk gemäß der Erfindung
versehenen Räumahle;
-
20 ist
eine Seitenansicht einer anderen Schlagvorrichtung gemäß der Erfindung,
die durch ein Seil oder eine Kette gezogen werden kann;
-
21 ist
eine Längsschnittansicht
entlang der Linie 21-21 in 20;
-
22 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 22-22 in 20;
-
23 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 23-23 in 20;
-
24 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 24-24 in 20;
-
25 ist
eine Längsschnittansicht
der Schlagvorrichtung von 20 unter
einem Winkel von 90 Grad zu 21;
-
26 ist
die gleiche Ansicht wie in 21, zeigt
jedoch das Ventil in einer geschlossenen Stellung;
-
27 ist
eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens der Erfindung
unter Verwendung der Schlagvorrichtung der 20 bis 26;
-
28 ist
eine Vorderansicht einer weiteren Ausführung einer Schlagvorrichtung
gemäß der Erfindung;
-
29 ist
ein Längsschnitt
entlang der Linie 29-29 in 28;
-
30 ist
ein Längsschnitt
entlang der Linie 30-30 in 28;
-
31 ist
die gleiche Ansicht wie in 29 mit
dem Schlagwerkzeug in einer zurückgezogenen Stellung;
-
32 ist
die gleiche Ansicht wie in 30 mit
dem Schlagwerkzeug in einer zurückgezogenen Stellung;
-
33 ist
die gleiche Ansicht wie in 29 mit
dem Ventil in einer abgesperrten Stellung;
-
34 ist
die gleiche Ansicht wie in 30 mit
dem Ventil in einer abgesperrten Stellung;
-
35 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines mittleren Bereichs von 34.
-
Wenn
auch die Ausgestaltung und Verwendung der verschiedenen Ausführungen
der vorliegenden Erfindung nachfolgend ausführlich beschrieben werden,
sollte es zu erkennen sein, dass die vorliegende Erfindung viele
anwendbare erfinderische Konzepte zur Verfügung stellt, die in einer umfangreichen
Vielzahl von spezifischen Zusammenhängen verkörpert sein können. Die
hierin behandelten spezifischen Ausführungen erläutern lediglich spezifische Arten
der Ausgestaltung und Anwendung der Erfindung und sie schränken den
Schutzumfang der Erfindung nicht ein.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Bezug
auf 1 nehmend, weist ein System zum Zertrümmern und
Ersetzen eines Rohres gemäß der Erfindung
eine Schlagvorrichtung 11 auf, die von einer Richtbohrmaschine 12 mittels
eines Bohrzuges 13 gezogen wird. Die Schlagvorrichtung 11 ist an
einer Startposition, wie etwa einem Mannloch oder einer Zugangsgrube 14,
positioniert, wird durch eine vorhandene Rohrleitung 16 gezogen
und bringt sie zum Bersten in Bruchstücke 17, die im Erdboden verbleiben.
Das Austauschrohr 18 wird hinter der Schlagvorrichtung 11 hergezogen
und nimmt den gleichen Platz ein, wie die vorhandene Rohrleitung.
-
Die
in
2 bis
5 dargestellte Schlagvorrichtung
11 weist
einen Schlagmechanismus auf, der beim Bohren durch den Erdboden
oder beim Zertrümmern
eines vorhandenen Rohres Unterstützung gibt.
Die Schlagvorrichtung
11 weist ein zentrales Lufteinlassrohr
21 auf,
das direkt oder durch ein Anpassstück
22 mit dem Anschlussende
des Bohrzuges
13 verbunden werden kann. Eine konische Hülse oder
ein Berstkopf
23 ist auf der Außenseite des Rohres
21 in
engem Gleitkontakt mit diesem gelagert. Ein Absatz
24,
der zu einem hinteren Abschnitt des Rohres
21 mit einem
vergrößerten Außendurchmesser führt, greift
mit einer abgeschrägten
Abstufung
26 an der inneren Oberfläche des Kopfes
23 ein,
so dass ein Ziehen des Bohrzuges
13 den Kopf
23 nach
vorne in Berührung
mit der vorhandenen Rohrleitung oder mit dem Bohrloch zieht. Das
Austauschrohr
18 passt in eine Öffnung am hinteren Ende
27 des
Kopfes
23 und wird darin durch Befestigungselemente, wie
etwa Schrauben, befestigt, die durch radiale Löcher
28 durch einen
hinteren zylindrischen Bereich des Kopfes
23 eingesetzt
sind. Das Rohr
18 ist normalerweise aus Kunststoff hergestellt
und daher können
die für diesen
Zweck verwendeten Schrauben direkt in das Rohr
18 schneiden.
Für die
Zwecke der Erfindung kann das Rohr
18 der vordere Endbereich des
aktuellen Rohres
18 sein oder es ist ein separater Kunststoffwerkzeugkörper (der
geringfügig
dicker sein kann, als das Rohr
18, wie es dargestellt ist)
angeschweißt,
wie es in dem gemeinsam an Wentworth erteilten
U.S.Patent Nr. 6,269,889 , ausgegeben
am 7. August 2001, beschrieben ist.
-
Ein
Schlagwerkzeug 31 ist an seinem vorderen Ende an der äußeren Oberfläche des
Rohres 21 hinter dem Kopf 23 befestigt. Während des
Betriebs kann ein Druckfluid, wie etwa durch das Rohr 21 zugeführte Druckluft,
verwendet werden, um das Schlagwerkzeug 31 hin- und herzubewegen,
wodurch bewirkt wird, dass es schnelle Schläge auf eine nach hinten weisende
innere Ambossoberfläche 32 des
Kopfes 23 ausführt.
Zu diesem Zweck wird Druckluft von der Maschine 12 durch
den Bohrzug 13 und in das Rohr 21 geleitet. Das
Rohr 21 weist einen vorderen zentralen Durchfluss-Durchgang 33 auf, der
zu einem inneren Ventil 34 führt. Das Ventil 34 steuert
den Betrieb des Schlagmechanismus. Der vordere Durchfluss-Durchgang 33 endet,
wie dargestellt, in einem radialen Durchgang oder mehreren radialen
Durchgängen 36,
die einen Teil des Ventils 34 bilden. In der in 3 dargestellten
Position, stehen die Durchgänge 36 mit
einer ringförmigen
Nut 37 an der inneren Oberfläche des Kopfes 23 in
Verbindung. Die Druckluft kann aus den Durchgängen 36 durch die
Nut 37 zu einem zweiten Satz von radialen Durchgängen 38 hinter
den Durchgängen 36 strömen. Die Durchgänge 38 leiten
wiederum die Druckluft durch eine Reihe von hinteren radialen Durchgängen 41, die
in Richtung auf das hintere Ende des Rohres 21 angeordnet
sind, zu einem hinteren Durchfluss-Durchgang 39 in dem Rohr 21,
dessen Ende durch eine Kappe 42 abgedeckt ist.
-
Dadurch
wird die Druckluft in eine hintere Druckkammer 43 geleitet,
die durch eine hinten offene Vertiefung 45 in dem Schlagwerkzeug 31 und
eine Hülse 44 gebildet
wird, die auf dem Rohr 21 hinter den Löchern 41 befestigt
ist. Die in ringförmigen
Nuten an der Außenseite
der Hülse 44 befestigten
Dichtungen 46 befinden sich in abgedichteten Kontakt mit der
inneren Oberfläche
des Schlagwerkzeugs 31. Dadurch kann die Druckluft in der
Kammer 43 nur durch die radialen Öffnungen 47 in eine
ringförmige vordere
(variable) Druckkammer 48 entweichen. Eine ringförmige Dichtung 51 an
der hinteren äußeren Oberfläche des
Schlagwerkzeugs 31 verhindert, dass die Druckluft aus der
vorderen Druckkammer 48 entweicht. Dadurch bewirkt die
größere vordere Oberfläche des
Schlagwerkzeugs 31, dass die durch die Druckluft ausgeübte Gesamtkraft
das Schlagwerkzeug 31 nach hinten bewegt, bis sich die Öffnungen 47 über die
hintere Kante der Hülse 44 bewegt haben,
wie es in 4 dargestellt ist. An diesem Punkt
entleert sich die vordere Druckkammer 48 in das Innere
es Austauschrohres 18, der Druck in der Konstantdruckkammer 43 wird
größer als
der Druck in der vorderen Kammer 48 und das Schlagwerkzeug 31 wird
nach vorne getrieben, bis es gegen die Ambossfläche 32 stößt. Der
Zyklus wiederholt sich dann solange, wie das Ventil 34 offen
bleibt. In der vorliegenden Ausführung
ist der Schlagmechanismus so dimensioniert, das er in enger Passung
in das Rohr 18 passt und das Rohr 18 als Schlagwerkzeugkörper verwendet
wird, wodurch die Notwendigkeit für einen teuren Stahlwerkzeugkörper entfällt. Anders
als die allgemein in pneumatischen Bodenstechwerkzeugen verwendeten
Schlagwerkzeuge, verschiebt das Schlagelement 31 sich außerhalb
des Rohres 21, berührt
jedoch vorzugsweise an keiner Stelle, mit Ausnahme der hinteren
Dichtung 51, die Innenseite des Rohres 18 oder
einen entsprechenden Metallwerkzeugkörper.
-
Der
Berstkopf 21 ist, anders als bei einem normalen Stechwerkzeug,
in Reaktion auf den von dem Schlagwerkzeug 31 empfangenen
Schlag frei für
eine Vorwärtsbewegung über eine
kurze Distanz D in Bezug auf den Rest der Schlagvorrichtung 11. Ein
vorderer Bereich des Anpassstücks 22 mit
einem vergrößerten Durchmesser
bildet einen Anschlag für das
vordere Ende 56 des Kopfes 23. In der Praxis ist jedoch
die Distanz D so gewählt,
dass der Kopf 23 während
des Normalbetriebs nicht weiter als eine sehr begrenzte Distanz
nach vorne bewegt wird, vorzugsweise um weniger als die Distanz
D, normalerweise etwa 2,5 bis 12,5 mm (0,1 bis 0,5 Inch). Der Widerstand
des Bodens und/oder der vorhandenen Rohrleitung vor dem Kopf 23 begrenzt,
zusammen mit der Trägheit
des Austauschrohrs 18, eine solche Vorwärtsbewegung. Das Entkoppeln
des Kopfes 23 von dem Bohrzug 13 ist in der Erfindung
bevorzugt, weil eine befestigte Auftreibvorrichtung es gestatten würde, Schläge von dem
Schlagwerkzeug direkt auf den Bohrzug zu übertragen und sowohl den Bohrzug 13 als
auch die Richtbohrmaschine 12 zu beschädigen. Bis zur Größe dieser
Bewegung schließt
das Luftventil 34 vollständig oder teilweise und die
konstante, auf den Bohrzug nach dem Schlag ausgeübte Zugkraft öffnet erneut
das Ventil 34.
-
Alternativ
ist es, wenn die Auftreibvorrichtung bezüglich der Einlassleitung nicht
bewegbar ist, bevorzugt, ein weiches Glied oder ein Seil zwischen dem
Anschlussende des Bohrzuges und der Vorderseite der Schlagvorrichtung 11 anzuordnen,
so dass die Schlagkraft während
eines Schlages über
den Bohrzug nicht zurück übertragen
wird, jedoch die Schlagvorrichtung 11 noch durch den Bohrzug
gezogen werden kann. Zu diesem Zweck kann es erforderlich sein,
sowohl eine Seilverbindung (zum Ziehen) als auch einen separaten
Luftschlauch für
das Leiten der Druckluft von dem Bohrzug zu dem Kopf vorzusehen,
wobei das zu einer Unbequemlichkeit für den Betreiber führt.
-
Für einige
Bohrarbeitsgänge,
wie etwa die Installation einer Gas- oder Wasserleitung, kann es vorteilhaft
sein, eine Verunreinigung der Innenseite des Austauschrohres mit
der Ausströmung
der Schlagvorrichtung zu vermeiden, die Öl und andere Verunreinigungen
mit sich führt.
Zu diesem Zweck ist ein separater Werkzeugkörper
71, der vollständig aus
Kunststoff sein kann oder der einen vorderen Metallbereich
76 aufweisen
kann, mit einem hinteren Kunststoffbereich
77 durch Schrauben,
Gewinde oder Ähnlichem verbunden.
Der hintere Kunststoffbereich
76 weist eine abdichtende
Endwand
78 und ein Loch oder mehrere Löcher
77 genau vor
der Wand
72 auf. Alternativ kann das vordere Ende des Austauschrohres
in einer herkömmlichen
Art und Weise hinter der Schlagvorrichtung hergezogen werden, wobei
eine abnehmbare Kappe über
sein offenes Ende befestigt ist, um eine Verunreinigung zu vermeiden.
Durch solche Mittel kann während
des Ausströmteils
des Zyklus die aus der Druckkammer entweichende Druckluft zu der
Außenseite
des Rohres
18 entweichen. Ein überstehender Flansch
74 oder ein
Ein-Weg-Ventilmechanismus
können
verwendet werden, um zu verhindern, dass während der Zeiträume, wenn
der Raum
81 vor der Endwand
78 nicht unter Druck
steht, Abfall durch die Löcher
79 eindringt.
Wenn der Werkzeugkörper
71 oder
der hintere Bereich
77 aus dem gleichen Kunststoff hergestellt ist,
wie das Rohr
18, können
die beiden Teile Ende an Ende zusammengeschweißt werden und später, nachdem
der Lauf abgeschlossen ist, abgesägt werden, wie es in dem Wentworth-
U.S.Patent Nr. 6,269,889 beschrieben
ist.
-
Gemäß einer
bevorzugten Version der vorliegenden Ausführung, enthält das für den Antrieb des Schlagmechanismus
verwendete Druckfluid ein Schaumbildungsmittel eines im Fachgebiet
bekannten Typs, das bewirkt, dass sich die Druckluft nach der Druckentlastung
in einen Schmierschaum umwandelt. Die Ausströmung wird dann zu einem Schaum
auf der Außenseite
des Rohres 18, der es schmiert. und seinen Durchgang in
den Erdboden erleichtert, die Bohreffektivität ist wegen der geringeren Reibung
zwischen dem Austauschrohr und dem Erdboden erhöht und Beschädigungen
an dem neuen Rohr werden verringert, wenn es durch den Erdboden
mit Bruchstücken
des alten Rohres darum herum gezogen wird.
-
Wenn
die Einheit in Betrieb ist, ist das Ventil offen, wie vorher angeführt und
in 3 und 4 dargestellt ist. Wenn jedoch
der Bohrzug aufhört, eine
Zugkraft auf die Schlagvorrichtung 11 auszuüben, bewegt
sich der Kopf 23 in seine vorderste Position, wie es in 5 dargestellt
ist. Die ringförmige Nut 37 wird
von den hinteren radialen Durchgängen 38 getrennt,
die Zufuhr der Druckluft zu dem Schlagmechanismus wird abgesperrt
und bewirkt das Stoppen des Schlagwerkzeugs. Der Schlagmechanismus wird
erneut in Betrieb genommen, wenn die durch den Bohrzug ausgeübte Zugkraft
das Ventil erneut öffnet,
wie es in 3 und 4 dargestellt
ist. Auf diese Art und Weise dient die Bewegung des Kopfes 23 über einen
begrenzten Bereich einem doppelten Zweck, indem sie als ein Absperrventil
wirkt und den Bohrzug vor Schlägen
schützt.
-
In
Betrieb wird, wie es in 1 dargestellt ist, der Bohrzug 13 zuerst
durch die vorhandene Rohrleitung zu der Startposition geschickt.
Das erfolgt vorzugsweise durch das Betätigen der Richtbohrmaschine 12 mit
einem herkömmlichen
Bohrereinsatz, um von einer ersten Oberflächenposition 15 an
der Erdoberfläche
zu einer Austrittsposition, wie etwa eine Austrittsgrube oder ein
Mannloch 19 zu bohren. Der Bohrzug wird dann durch die
vorhandene Rohrleitung 16 bis zu der Eintrittsposition,
wie etwa eine Eintrittsgrube oder ein Mannloch 14, erweitert.
Hier wird der Bohrereinsatz wieder angebracht und die Bohrmaschine
bohrt nach oben bis zu einer zweiten Oberflächenposition 20. Wenn
erforderlich, kann eine am Boden des Mannloches 14 angeordnete
Ablenkplatte verwendet werden, um den Bohrzug 13 unter dem
gewünschten
Winkel nach oben zu richten oder es können durch eine Winde gezogene
Ketten verwendet werden, um den Bohrzug im Mannloch 14 nach
oben zu ziehen. Wenn der Bohrereinsatz und der Bohrzug die zweite
Oberflächenposition 20 erreichen,
wird der Bohrereinsatz abgenommen, durch die Schlagvorrichtung 11 ersetzt,
und das Austauschrohr 18 wird an der Rückseite der Schlagvorrichtung 11 durch
Schrauben oder durch Schweißen,
wie vorher angeführt,
oder durch andere geeignete Mittel, wie etwa ein Rohrzug-Anpassstück angebracht.
-
Der
Bohrzug wird dann nach unten zu der Eintrittsgrube oder zu dem Mannloch 14 zurückgezogen,
um den Lauf zu beginnen. Die Maschine 12 wird dann betätigt, um
die Schlagvorrichtung 11, wie dargestellt, zu der Austrittsposition 19 zurückzuziehen, wobei
Druckluft oder ein anderes Fluid durch die Innenseite des Bohrzugs
geleitet wird, um den Schlagmechanismus zu betätigen. Jedes Mal, wenn ein neuer
Bohrstangenabschnitt hinzugefügt
werden muss, bewirkt das Ventil 34, dass der Schlagmechanismus
in Reaktion auf den verringerten Zug auf den Bohrzug automatisch
stoppt, wie es vorher beschrieben ist, ohne dass der Betreiber den
Betrieb der Schlagvorrichtung von Hand steuern muss. Das ist in der
Hinsicht ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, weil
tatsächlich
alle Rohrzertrümmerungssysteme,
die gegenwärtig
kommerziell genutzt werden, mit Unterbrechungen und nicht kontinuierlich
arbeiten. Die Schlagvorrichtung muss, während der Betreiber eine andere
Stange zu dem Bohrzug hinzufügt
oder davon abnimmt, zwischen den Arbeitshüben im Fall von hydraulischen
Zugsystemen angehalten werden. Wenn die Schlagvorrichtung 11 in
die Austrittsgrube oder in das Mannloch 19 austritt, kann sie
von dem Austauschrohr 18 getrennt und der gesamte Mechanismus
aus dem Rohr gezogen und durch die Öffnung des Mannlochs 19 entnommen werden.
-
Der
Schlagmechanismus der Erfindung kann kräftige Schläge mit einem viel einfacheren
Schlagmechanismus als Systeme, die nur auf Drehung des Bohrzuges,
Federkraft oder Ähnlichem
für den
Vortrieb des Schlagwerkzeugs basieren, ausführen. Die Verwendung von Schaum,
der außen
auf das Austauschrohr gespritzt wird, schmiert das Austauschrohr
und erleichtert sein Ziehen. Die vorher angeführte Struktur entkoppelt den
Kopf, so dass er sich in Bezug auf den Bohrzug bewegen kann, wodurch
der Verschleiß des
Bohrzuges und der Bohrmaschine stark verringert wird, ohne dass
zusätzliche
Verbindungselemente, wie etwa ein weiches Zwischenglied, verwendet
werden müssen.
-
8 bis 17 zeigen
eine alternative Schlagvorrichtung 211 gemäß der Erfindung.
Die Schlagvorrichtung 211 weist ein zentrales Einlassrohr 221 auf,
das entweder direkt oder mittels eines Anpassstücks 222 mit dem Anschlussende
des Bohrzuges 13 verbunden werden kann. In der vorliegenden
Ausführung
ist jedoch das Anpassstück 222 durch
ein Kugelgelenk 201 mit dem Rohr 221 verbunden,
wie es hierin nachfolgend beschrieben wird. Eine abgestufte konische
Hülse oder
Berstkopf 223 ist an der Außenseite des Rohres 221 in
engem, gleitendem Kontakt damit gelagert. Eine Schulter 224 des
Rohres 221 greift mit einer abgeschrägten Abstufung 226 an
der inneren Oberfläche 2 des
Kopfes 223 ein, so dass das Ziehen des Bohrzuges 13 den
Kopf 223 nach vorne in Kontakt mit der vorhandenen Rohrleitung
oder dem Bohrloch zieht. Das Austauschrohr 18 passt in
eine Öffnung 227 am
hinteren Ende 27 des Kopfes 223 und wird darin
durch Befestigungselemente, wie etwa Schrauben, befestigt, die durch
radiale Löcher 228 durch
einen hinteren zylindrischen Bereich des Kopfes 223 eingesetzt
sind. In der vorliegenden Ausführung
weist der Kopf 223 eine ausreichende Länge auf, um den gesamten Schlagmechanismus
aufzunehmen. Das Austauschrohr wird nicht als Werkzeugkörper verwendet.
-
Ein
Schlagwerkzeug 231 ist an seinem vorderen Ende an der äußeren Oberfläche des
Rohres 221 hinter dem Kopf 223 befestigt. Während des
Betriebs bewegt, wie in der vorhergehenden Ausführung, ein Druckfluid, wie
etwa durch das Rohr 221 zugeführte Druckluft, das Schlagwerkzeug 231 hin
und her, wodurch bewirkt wird, dass es schnelle Schläge auf eine
nach hinten weisende innere Ambossoberfläche 232 des Kopfes 223 ausführt. Zu
diesem Zweck wird Druckluft von der Maschine 12 durch den Bohrzug 13,
das Anpassstück 222 und
das Kugelgelenk 201 in das Rohr 221 geleitet.
Das Rohr 221 weist einen vorderen zentralen Durchfluss-Durchgang 233 auf,
der zu einem inneren Ventil 234 führt, das den Betrieb des Schlagmechanismus
steuert. Der vordere Durchfluss-Durchgang 233 endet in
einem oder in mehreren nach hinten angewinkelten radialen Durchgang
oder mehreren radialen Durchgängen 236,
die einen Teil des Ventils 234 bilden. Die Durchgänge 236 stehen
mit einer ringförmigen
Nut 237 an der inneren Oberfläche des Kopfes 223 in Verbindung.
Die Druckluft kann in der in 11 dargestellten
Stellung aus den Durchgängen 236 durch
die Nut 237 zu einem zweiten Satz von radialen Durchgängen 238 hinter
den Durchgängen 236 strömen. Die
Durchgänge 238 leiten
die Druckluft durch eine Reihe von hinteren radialen Durchgängen 241,
die in Richtung auf das hintere Ende des Rohres 221 angeordnet
sind, zu einem hinteren Durchfluss-Durchgang 239 in dem Rohr 221,
dessen Ende durch eine Kappe 242 abgedeckt ist. Dadurch
wird die Druckluft in eine hintere Druckkammer 243 geleitet,
die durch eine hinten offene Vertiefung 245 in dem Schlagwerkzeug 231 und eine
Hülse 244 gebildet
wird, die auf dem Rohr 221 hinter den Löchern 241 befestigt
ist. Die in ringförmigen
Nuten an der Außenseite
der Hülse 244 befestigten
Dichtungen 246 befinden sich in abgedichtetem Kontakt mit
der inneren Oberfläche
des Schlagwerkzeugs 231. Das hintere Ende des Rohres 221 ist durch
eine Abdeckplatte 247 abgedichtet, die mit Schraubenbolzen 249 an
der Rückseite
der Hülse 244 befestigt
ist.
-
In
diesem Punkt unterscheidet sich der Schlagmechanismus wesentlich
von dem der vorherigen Ausführung.
Es sind keine radialen Öffnungen durch
das Schlagwerkzeug ähnlich
den Öffnungen 47 vorgesehen.
Statt dessen weist das Lufteinlassrohr 211 einen vorderen
Bereich mit vergrößertem Durchmesser 301 auf,
der abdichtend die Innenseite des Kopfes 223 berührt. Die
Durchgänge 236, 238 sind
an den vorderen bzw. hinteren Enden des vorderen Bereichs 301 offen.
Wenn die Schlagvorrichtung 11 sich in ihrer ausgeschalteten
Stellung befindet, wie es in 9 dargestellt
ist, wird ein ringförmiger Durchgang 302,
der sich vorne zwischen der Außenseite
des Rohres 221 und der Innenseite des Schlagwerkzeugs 231 erstreckt,
von einer vorderen Druckkammer mit variablem Volumen 248 abgesperrt
und stellt effektiv ein zweites Ventil für das Stoppen der Schlagvorrichtung
zur Verfügung,
wenn es erforderlich ist. Wenn das Rohr 221 durch den Bohrzug
in die in 11 dargestellte Position gezogen
wird, ist der Durchgang 302 in der Lage, Druckluft von
der hinteren Kammer 243 vor das Schlag werkzeug, d.h. zu der
vorderen Kammer 248 zu liefern. Ein hinterer Bereich mit
vergrößertem Durchmesser 303 des
Rohres 221 ist vorzugsweise mit einem Dichtring 304 versehen,
der ebenfalls die Innenseite des Kopfes 223 abdichtend
berührt,
um den Durchgang 302 zu bestimmten Zeiten des Zyklus abzusperren.
Eine sich nach hinten öffnende
Gegenbohrung oder eine Anzahl von parallelen Nuten 306 in
der Wand des Durchgangs 302, die als Umgehungs-Durchgänge wirken,
gestatten es der Druckluft durch den vergrößerten Bereich 303 zu
strömen,
wenn das Schlagwerkzeug seinen Schlag ausgeführt hat, wie es in 9 dargestellt
ist, wodurch bewirkt wird, dass es sich nach hinten bewegt. Die
vordere Kammer 248 wird von der hinteren Kammer 203 getrennt,
wenn der Bereich 303 das vordere Ende der Gegenbohrung 306 erreicht.
-
Die
vordere Druckkammer entleert sich, wenn eine hintere ringförmige Dichtung 251 an
der Außenseite
des Schlagwerkzeugs einen oder mehrere in Längsrichtung verlaufende Ausström-Durchgänge 307 freigibt,
die auf der Innenseite des Kopfes 223 eingearbeitet sind,
wie es in 15 dargestellt ist. Der Druck
in der hinteren Druckkammer 243 wird dann größer als
der Druck in der vorderen Kammer 248 und der Schlagzyklus
wiederholt sich. Damit der Raum vor dem Schlagwerkzeug 231 mit
den Ausström-Durchgängen 307 in
Verbindung stehen kann, weist das Schlagwerkzeug 231 eine
oder mehrere in Längsrichtung
verlaufenden Nuten 309 durch den Kopfbereich des Schlagwerkzeugs,
die die Innenseite des Kopfes 223 hinter ihrer kegelförmigen Nase 310 berühren, und
einen hinteren Bereich mit verringerten Durchmesser auf, der einen
ringförmigen
Luftdurchgang 311 bildet, der sich nach hinten zu dem Ausström-Durchgang 307 erstreckt.
Die Dichtung 251 und der hintere Bereich 303 des
Rohres 221 sind als aufgeschraubte Ringe dargestellt, aber
wenn keine Einstellfähigkeit
gefordert ist, sind sie vorzugsweise einstückig mit ihren jeweiligen Basisteilen
ausgeführt.
-
Das
Schlagwerkzeug beginnt in dieser Art und Weise sich hin- und herzubewegen,
bis der Zug auf den Bohrzug abgeschwächt wird, wodurch bewirkt wird,
dass sich der Spalt zwischen dem Kopf 223 und dem Kugelgelenk 201 schließt, das
Ventil 234 geschlossen und die Zufuhr von Druckluft (oder eines
anderen Fluids) zu der hinteren Kammer 243 abgesperrt wird.
Die Ausström-Durchgänge 307 können, wenn
es gewünscht
wird, radial oder unter einem Winkel nach hinten gerichtet sein,
um die Ausströmung
aus den vorher angeführten
Gründen
aus dem Berstkopf heraus anstatt in das Austauschrohr hinein zu
richten. Zu diesem Zweck können
die Durchgänge 307A (gestrichelt),
welche die Durchgänge 307 ersetzen,
angeordnet werden.
-
Das
Kugelgelenk 201 in Richtung auf die Vorderseite der Schlagvorrichtung 211 bietet
für das fallweise
Abwinkeln der Vorrichtung in Bezug auf den Bohrzug Flexibilität und unterstützt das
Entfernen der Schlagvorrichtung 211 aus einem in Handarbeit
erzeugten, begrenzten Raum, wie etwa ein Mannloch, wo ein Vergrößern des
Raums zum Entfernen des Kopfes eine Beschädigung der vorhandenen Struktur nach
sich ziehen würde.
Das Kugelgelenk 201 weist eine zylindrische, nach vorn
offene Rohrmuffe 320 mit dem gleichen Durchmesser wie ein
vorderes Ende des Kopfes 223, eine unten an der Rohrmuffe 320 angeordnete
Kugelanordnung 321 und einen Bolzen 325 zum Koppeln
des Kugelgelenks 201 mit einem erweiterten hinteren Endbereich 218 des
Anpassstücks 222 auf.
Ein Vorderendbereich 219 des Anpassstücks 222 weist, jenachdem
wie es für
die Richtung der Verbindung mit einem vorderen Ende des Bohrzuges
geeignet ist, Innen- oder Außengewinde
auf. Wie in 17 dargestellt, weist die Kugelanordnung 321 vordere
und hintere Abschnitte 322, 323 auf, die durch
Schraubenbolzen 324 verbunden sind. Die Abschnitte 322, 323 haben
ausgerichtete durchgehende Gewindelöcher, die es gestatten, das Kugelgelenk 201 mit
dem Außengewinde
an einem vordere Endbereich des Rohres 221 zu verschrauben.
Das Festziehen der Schraubenbolzen 324 bei einem geringfügigen Abstand
zwischen den Abschnitten 322, 323 erzeugt eine
Klemmbelastung auf jede der Schraubverbindungen, macht das Kugelgelenk 201 sicherer
und es kann nach dem Lösen
der Schraubenbolzen 324 noch leichter entfernt werden.
-
Nachdem
die Kugelanordnung 321 und die Rohrmuffe 320 an
dem Rohr 221 befestigt sind, wie es dargestellt ist, wird
ein hinteres Ende des Anpassstücks 222 in
die Rohrmuffe 320 eingeführt, bis sich ein Querloch 326 in
Ausrichtung mit einem Paar von Querlöchern gleicher Größe 327 in
der Rohrmuffe 320 befindet. Darauf wird der Bolzen 325 in
die Löcher 326, 327 eingesetzt,
um das Anpassstück 222 und
das Kugelgelenk 201 miteinander zu koppeln. Der Bolzen 325 kann
in Presspassung eingesetzt oder durch einen weiteren Haltebolzen,
wie etwa einen Bolzen aus Walzstahl, gesichert sein, der senkrecht
zu der Länge
des Bolzens 325 ausgerichtet ist und sich durch ein Loch 330 in
dem Bolzen 325 und entsprechende Löcher in der Rohrmuffe 320 und dem
Anpassstück 222 in
Ausrichtung mit dem Loch 330 erstreckt. Der Bolzen 325 weist
ein durchgehendes Loch 329, das mit einer Bohrung 331 des
Anpassstücks 222 ausgerichtet
ist und einen Durchgang 233 zum Durchleiten von Druckluft
oder eines anderen Druckfluids zu dem Schlagmechanismus auf. Eine
Vorderendfläche 332 des
Anpassstücks 222 ist
wie eine innere Haltefläche 333 der
Rohrmuffe 320 abgerundet, um mit der Krümmung der Kugelanordnung 321 zusammenzupassen.
Zwischen dem Anpassstück 222 und
der Kugelanordnung 321 verbleibt eine geringfügiges Spiel,
wobei jedoch der Stahl-zu-Stahl-Kontakt der Kugelanordnung 321 mit der
Oberfläche 333 der
Rohrmuffe 320 eine ausreichende Abdichtung zur Verfügung stellt,
wenn die Schlagvorrichtung in Betrieb ist.
-
Das
Kugelgelenk 201 bietet eine Anzahl von Vorteilen. Wenn
der Berstkopf in das vorhandene Rohr eintritt, wird der Bohrzug
unter einem Winkel gebogen. Das Kugelgelenk erleichtert das Ausrichten des
Berstkopfes mit dem vorhandenen Rohr und macht es für den Kopf
leichter, geringfügigen
Richtungsänderungen
in dem vorhandenen Rohr zu folgen, ohne dass er sich verklemmt.
Bezug auf 18 nehmend muss, wenn die Vorrichtung
in ein Austrittsmannloch 319 eintritt, die Schlagvorrichtung 211 abgenommen
und durch die vorhandene Mannlochöffnung 341 herausgezogen
werden. Zu diesem Zweck muss die Schlagvorrichtung 211 sowohl
von dem Bohrzug 13 (an der Vorderseite) als auch von dem Austauschrohr 18 (an
der Rückseite)
abgenommen werden. Jede Gehäuse-Bolzen-Verbindung
erfordert eine axiale Bewegung der betreffenden Bauteile voneinander
weg. Das Mannloch 319 kann zu eng sein, um das zu ermöglichen,
wenn die Schlagvorrichtung 211 gerade (koaxial) in Bezug
auf den Bohrzug verläuft.
Gemäß einem
Zerlegungsverfahren gemäß der Erfindung
wird der Bohrzug zuerst so weit nach vorne gezogen, dass die in
die Öffnungen 228 eingesetzten Schrauben
zugänglich
sind, und die Schlagvorrichtung 211 wird von dem Austauschrohr 18 durch
das Entfernen der Schrauben, Schraubenbolzen oder anderer Befestigungselemente
getrennt. Dabei kann sich das Kugelgelenk 201 auf der gegenüberliegenden
Seite tatsächlich
einige wenige Zoll außerhalb des
Mannloches befinden. Der Kopf 223 wird dann nach oben und über das
Ende des Rohres 18 gekippt, der Bohrzug 13 dann
um eine kurze Strecke, z.B. 15 bis 25 cm (sechs bis zehn Inches)
oder in dieser Größenordnung
nach hinten bewegt und das Gelenk 201 in dem Mannloch freigelegt,
wie es dargestellt ist. Das Gelenk wird dann durch Entfernen des Bolzens 325 demontiert,
der Bohrzug 13 mit daran angebrachtem Anpassstück 222 zurückgezogen
und die Schlagvorrichtung 211 mit einer Winde oder Ähnlichem
durch die Öffnung 341 aus
dem Mannloch 319 herausgehoben. Das erleichtert wesentlich
die Anwendung des Zertrümmerungssystems
in städtischen
Gebieten, in denen an die Mannlöcher
angeschlossene Abwasserleitungen ein Zertrümmern und Ersetzen erfordern.
-
Das
Kugelgelenk 201 weist einen beträchtlichen Durchmesser auf und
ist allgemein nur dort verwendbar, wo der Durchmesser der vorhandenen Rohrleitung
relativ groß ist,
d.h. mindestens größer als
der Außendurchmesser
des Kugelgelenks. Vor dem Gelenk 201 kann jedoch eine zweite
kleine Aufweitungseinrichtung positioniert werden, um ihm einen
ausreichenden Spielraum zu bieten.
-
Gleichermaßen könnte ein
Kugelgelenk gemäß der Erfindung
auch verwendet werden, um eine Räumeinrichtung
mit einer dem Kopf 223 ähnlichen Form,
jedoch ohne eine innere Schlagvorrichtung, mit dem Bohrzug zu verbinden,
die zum Räumen zwecks
Vergrößerung eines
vorhandenen Loches verwendet wird. So sind zum Beispiel, wie in 19 dargestellt
ist, das Anpassstück 222 und
das Kugelgelenk 201 vor einer herkömmlichen Räumeinrichtung 340 mittels
eines mit Gewinde versehenen Vorsprungs 341 an der Vorderseite
der Räumeinrichtung 340 befestigt,
der in einer mit Gewinde versehenen Öffnung 342 an dem
hinteren Ende des Kugelgelenks 201 angebracht. In einer
Doppel-Räumanordnung,
bei der eine erste Räumeinrichtung,
mit kleinerem Durchmesser mit dem Bohrzug und eine zweite Räumeinrichtung
mit einem größeren Durchmesser mit
der Rückseite
der ersten Räumeinrichtung
verbunden ist, kann das Kugelgelenk der Erfindung als ein Mittel
zum Verbinden der zweiten Räumeinrichtung
mit der Rückseite
der ersten Räumeinrichtung vorgesehen
sein, so dass das Doppelräumeinrichtungssystem
in der Lage sein würde,
sich entlang seiner Länge
zu biegen, wenn es erforderlich ist.
-
20 bis 26 stellen
eine weitere Ausführung
der durch Ziehen in Betrieb gesetzten Schlagvorrichtung 411 gemäß der Erfindung
dar, die Bauelemente aufweist, die auch in den vorherigen Ausführungen
enthalten sind. Das zentrale Lufteinlassrohr 421, der Berstkopf 423,
das Rohr 421, die Schulter 424, die Abstufung 426,
die Öffnung
am hinteren Ende 427, die radialen Löcher 428, das Schlagwerkzeug 431,
die Ambossoberfläche 432,
die ringförmige
Nut 437, die hintere Druckkammer 443, die Hülse 444,
die nach hinten offene Vertiefung 445, die Dichtung 446,
die Abdeckplatte 447, die vordere Druckkammer 448 und
die Schraubenbolzen 449 gleichen im Wesentlichen den vorher
unter Verwendung der entsprechenden jeweiligen Bezugszahlen 211 bis 249,
außer
wenn es anders angeführt
wird. Die Schlagvorrichtung 411 ist dazu ausgestaltet, durch
ein Seil oder eine Kette anstatt durch einen Gestängestrang
gezogen zu werden und empfängt Druckluft
durch einen Schlauch, der innerhalb des Austauschrohres verläuft und
der die Druckluft zu einer Öffnung
am hinteren Ende 452 eines zweiten inneren Einlassrohres 451 leitet,
das innerhalb und koaxial mit dem Rohr 421 angeordnet ist.
Zu diesem Zweck weist eine Abdeckplatte 431 eine zentrale Öffnung 450 auf,
durch die sich das innere Rohr 421 und das äußere Rohr 421 erstrecken.
Die Druckluft oder ein anderes Druckfluid strömt durch einen Durchfluss-Durchgang 453,
der das Innere des Rohres 451 darstellt, nach vorne zu
den radialen Löchern 456 nahe
dem vorderen Ende des Rohres 421, wobei die radialen Löcher mit
ausgerichteten Löchern 457 im äußeren Rohr 421 in
Verbindung stehen.
-
In
der in 21 bis 25 dargestellten Stellung
mit dem durch Zug betriebenen offenen Ventil, tritt die Druckluft
in die Nut 437 ein und strömt durch die Durchgänge 458 in
dem äußeren Rohr 421, das
mit einem ringförmigen
Durchgang 459 hinter den Löchern 456, 457 in
Verbindung steht, zurück und
strömt
zwischen den Rohren 421 und 451. Der Strömungsweg
der Druckluft, der im Wesentlichen in sich rückläufig ist, führt dann nach außen durch
die hinteren radialen Öffnungen 461 in
dem äußeren Rohr 421 und
in die hintere Druckkammer 443. An dieser Stelle kann die
Druckluft nach vorne an der Dichtung 462 vorbei, durch
die Nuten 463 und in den ringförmigen Durchgang 464 in
der gleichen Art und Weise strömen,
wie es für
den Durchgang 302 und 306 vorher beschrieben ist,
wodurch eine Rückwärtsbewegung
des Schlagwerkzeugs 431 hervorgerufen wird. Das Ausströmen aus
der vorderen Druckkammer 448 erfolgt, wenn sich die vorderen
Enden der hinteren Dichtungen 466 an dem Schlagwerkzeug 431 an
den vorderen Enden der Ausströmnuten 467 vorbei
bewegen.
-
Die
sich ergebende Neuanordnung gestattet die Verwendung einer hinteren
Druckluftzuführung
in Verbindung mit einem vorderen Ventil, das offen bleibt, wenn
eine Zugkraft aufgebracht wird, das jedoch in der in 26 dargestellten
Stellung schließt, wenn
die Zugkraft aufgehoben wird. Für
Zwecke der Anbringung, weist ein vorderer Endbereich des äußeren Rohres 421 einen
geeigneten Verbindungsbereich, wie etwa einen Gabelkopf 471,
zum Verbinden mit einem Seil auf. Ein Bolzen in Presspassung 472 kann
durch die ausgerichteten Querlöcher
in den inneren und äußeren Rohre 421, 451 eingesetzt
werden, um die Rohre zusammenzuhalten. Die vorstehenden Enden 473 des
Bolzens 472 können
als ein Anschlag dienen, der die vorderste Stellung des Kopfes bestimmt.
Wie in 26 dargestellt, sperrt das Ventil
bei seinem Schließen
die Zufuhr von Druckluft allmählich
ab und in einigen Fällen
kann das Ventil nicht vollständig
schließen
und erlaubt es dem Werkzeug mit geringer Leistung weiterzulaufen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein seilbetätigtes, statisches Zertrümmerungssystem
zur Verfügung
gestellt, wie es im Wesentlichen in der PCT-Veröffentlichung
WO 98/30350 von Carter u.a. und in
dem
U.S.Patent 6,305,880 , ausgegeben
am 23. Oktober 2001, beschrieben wird. Eine Schlagvorrichtung
411 der
Erfindung ersetzt den beschriebenen Maulwurf, wobei der Luftzufuhrschlauch
durch das Kunststoff-Austauschrohr zurück verläuft.
-
Bezug
auf 27 nehmend, befindet sich ein vorhandenes, zertrümmerbares
Rohr 514 im Erdboden 518 unter der Erdoberfläche 520.
Ein erstes Eintrittsloch (nicht dargestellt) ist gegraben, um ein erstes
Ende des Rohres 514 freizulegen, und ein zweites Loch oder
eine Austrittsgrube 532 ist gegraben, um das zweite oder
Austrittsende 536 des Rohres 514 freizulegen.
Die Schlagvorrichtung 411 wird mit dem Nasenteil zuerst
in das erste Ende des Rohres 514 eingesetzt. Eine Länge des
Austauschrohrs 560 ist an dem hinteren Ende der Schlagvorrichtung 411 unter
Verwendung von Schrauben angebracht, wie es vorher beschrieben ist.
Die Schlagvorrichtung 411 ist weiterhin mit einem flexiblen
Druckluftschlauch 471 verbunden, der durch die Innenseite des
Austauschrohres 560 verläuft und Druckluft von einem
an der Oberfläche
nahe der Eintrittsgrube positionierten Kompressor 472 zuführt. Ein
Maulwurf-Zugseil 570 verläuft durch die vorhandene Rohrlei tung 514 und
ist durch einen Stift oder Bolzen an dem Gabelkopf 471 befestigt.
-
In
vielen Fällen
ist das Seil 570 aus geflochtenen Stahllitzen hergestellt
und ist steif genug, um durch die vorhandene Rohrleitung 560 von
Hand vor dem Beginn des Laufes zugeführt werden zu können. In
anderen Fällen,
insbesondere in Abwasser- oder Wasserleitungen, in denen die Innenseite
des Rohres teilweise mit Ablagerungen verstopft ist, kann das Seil
durch Befestigen an einer geeigneten Führung, wie etwa an einer Glasfaserstange
oder einer Klempnerschlange befestigt werden, wenn erforderlich
mit einer Wirkung wie ein Schneckenbohrer, wenn ein Weg für das Seil
freigeräumt
werden muss und die Führung
wird dann durch die Rohrleitung 514 von der Austrittsgrube
zu der Eintrittsgrube vorgeschoben. Darauf wird die Führung zurückgezogen
und das Seil 570 kann an der Schlagvorrichtung 411 befestigt
werden.
-
Ein
Seilzugsystem 580 ist in der Austrittsgrube 532 angeordnet.
Das System 580 weist einen Zugrahmen 584 mit Schenkeln 588 und
einer daran angebrachten Seilrolle 592 auf. Eine Stützplatte 596 ist gegen
eine Seitenwand 600 des Loches 532 platziert,
um eine sichere Stützfläche bereitzustellen. Das
Seil 570 wird durch einen Schlitz in der Platte 596 und
um die Rolle 592 zu einer Seilzugvorrichtung 620 geführt. Die
Seilzugvorrichtung 620 ist abnehmbar in einem geschlitzten
Befestigungsring 624, der an dem Rahmen 584 befestigt
ist, angebracht. Die Vorrichtung 620 ist vorzugsweise eine
hydraulische Doppelzylinder-Seilzugvorrichtung, ausgerüstet mit Klemmhülsen, die
funktionsmäßig mit
den Zylindern verbunden sind, um das Seil pro Arbeitshub um eine kurze
Distanz zu ziehen. Ein zweiter Satz von Klemmhülsen ist innerhalb des Ringes 624 vorgesehen,
um das Seil 570 zwischen den Arbeitshüben auf Spannung zu halten.
Ein solches System wird kommerziell von der TRIC Trenchless Ltd.
vertrieben. Die Zylinder der Vorrichtung 620 sind durch
ein Paar Hydraulikleitungen 632 mit einer Hydraulikpumpe 628 verbunden.
Alternativ können
für Arbeiten,
die weniger Zugkraft erfordern, die Zylinder der Vorrichtung 620 pneumatische
Zylinder sein, die durch Schläuche
mit einem Luftkompressor verbunden sind, der den Platz der Pumpe 628 einnimmt.
-
Das
beschriebene Hydrauliksystem zieht die Schlagvorrichtung 411 in
einer Reihe von unterbrochenen Arbeitshüben. Zwischen den Arbeitshüben können verschiedene
Mittel, wie etwa Klemmhülsen oder
Spannbacken verwendet werden, um das Seil auf Spannung zu halten.
Somit kann die Schlagvorrichtung 411 über eine kurze Zeit, nachdem
der Arbeitshub abgeschlossen ist, weiter betrieben werden, wobei
sie jedoch stoppt oder die Leistung verringert, nachdem der Berstkopf
in Bezug auf das mit dem Seil verbundene Rohr, das nicht mehr einer
konstanten Zugkraft ausgesetzt ist, vorwärts geschoben wird. Das ist
deswegen nützlich,
weil Druckluft eingespart wird und weil verhindert wird, dass das
Werkzeug das Seil zwischen den Arbeitshüben überläuft, wodurch sich möglicherweise
das Seil verheddert. Das durch Zug in Betrieb gesetzte Ventil der
Erfindung erleichtert weiterhin ein erneutes Starten des Werkzeugs,
wenn es sich weit unter dem Erdboden befindet im Vergleich zu einem
Ventil, das an der Oberfläche
nahe dem Luftkompressor angeordnet ist.
-
28 bis 34 stellen
eine weitere Ausführung
der Erfindung dar, in der der Luftstrom so modifiziert wird, dass
der Primärluftzuführungsdurchgang
abgesperrt wird, wenn sich die Zugkraft auf den Bohrzug abschwächt, anstatt
er in die Atmosphäre ausströmen lässt. Diese
Ausführung
weist ebenfalls eine unterschiedliche Ventilstruktur auf, die ein
großes
Luftstromvolumen in einer relativ kurzen Schlagvorrichtung zur Verfügung stellt.
Die beschriebene Schlagvorrichtung 711 empfängt Druckluft
von dem Bohrzug, könnte
jedoch modifiziert werden, dass sie durch eine Kette oder ein Seil
gezogen wird und Druckluft von einem an ihrem hinteren Ende angeschlossenen
Schlauch empfängt.
-
28 bis 32 stellen
die Schlagvorrichtung 711 in ihrer normalen Betriebsart
mit einer auf den Bohrzug ausgeübten
Zugkraft dar. Die Schlagvorrichtung 711 weist ein zentrales
Lufteinlassrohr 721 auf, das direkt an das Anschlussende
eines Bohrzuges angeschlossen werden kann. Eine konische Hülse oder
konischer Berstkopf 723, die oder der als Gehäuse für den Schlagmechanismus
dient, ist an der Außenseite
des Rohres 721 in engem, gleitenden Kontakt damit wie bei
den vorhergehenden Ausführungen
gelagert. Eine Schulter 724 mit einem vorderen Bereich
mit vergrößertem Durchmesser 720 des
Rohres 721 greift mit einer abgeschrägten Abstufung 726 an
der inneren Oberfläche
des Kopfes 723 ein, so dass ein Ziehen des Bohrzugs den
Kopf 723 nach von in Berührung mit der vorhandenen Rohrleitung
oder dem Bohrloch führt.
Anders als bei den vorherigen Ausführungen weist der vordere Bereich
mit vergrößertem Durchmesser 720 keine
Ventildurchgänge
auf. Das Austauschrohr passt in eine Öffnung am hinteren Ende 727 in
dem Kopf 723 und wird darin durch Befestigungselemente,
wie etwa durch die radialen Löcher 728 durch
einen hinteren zylindrischen Bereich des Kopfes 723 eingesetzte Schrauben
befestigt. Ein Schlagwerkzeug 731 ist an seinem vorderen
Ende an der äußeren Oberfläche des
Rohres 721 hinter dem Kopf 723 befestigt. Während des
Betriebs wird ein Druckfluid, wie etwa durch das Rohr 721 zugeführte Druckluft,
verwendet, um das Schlagwerkzeug 731 hin- und herzubewegen, wodurch
bewirkt wird, dass es schnelle Schläge gegen den Kopf 723 ausführt. Zu
diesem Zweck wird Druckluft von der Maschine 12 durch den
Bohrzug 13 und in das Rohr 721 geleitet. Das Rohr 721 weist
einen inneren zentralen Durchflussdurchgang 733 auf, der
zu einer Reihe von drei unter gleichen Winkeln beabstandeten radialen
Ventillöchern 734 führt und der
an seinem hinteren Ende durch einen zentralen Bereich einer Kappe 742 abgedichtet
wird.
-
Die
Druckluft wird in eine hintere Druckkammer 743 geleitet,
die durch eine hinten offene Vertiefung in dem Schlagwerkzeug 731 und
eine an dem Rohr 721 befestigte Hülse 744 gebildet wird.
Die Hülse 744 umfasst
in dieser Ausführung
einen Hohlzylinder. Die Löcher 734 sind
in der Hülse 744 offen
und die Druckluft tritt durch eine kreisförmige Ausbildung von unter
gleichen Winkeln beabstandeten Luftdurchgängen 745 in der Vorderseite
der Hülse 744 in die
Kammer 743 ein. Die Kappe 742 ist durch Schraubenbolzen 749 an
einem Stopfen 749 befestigt, der das hintere Ende der Hülse 744 abdichtet. Eine
Dichtung 746, die in einer Ringnut an der Außenseite
der Hülse 744 befestigt
ist, befindet sich in einem gleitenden, abdichtenden Eingriff mit
der inneren Oberfläche
der hinteren Öffnung
in dem Schlagwerkzeug 731.
-
Ein
ringförmiger
Durchgang 802, der sich nach vorne zwischen der Außenseite
des Rohres 721 und der Innenseite des Schlagwerkzeugs 731 erstreckt,
führt die
Druckluft zu einer vorderen Druckkammer mit variablen Volumen 748.
Ein hinterer Bereich mit vergrößertem Durchmesser 803 des
Rohres 721, vorzugsweise mit einem Dichtungsring 804 versehen,
greift dichtend mit der Innenseite des Kopfes 723 ein,
um den Durchgang 802 zu bestimmten Zeiten in dem Schlagzyklus
abzudichten. Eine sich nach hinten öffnende Gegenbohrung oder eine
Anzahl von parallelen Nuten 806 in der Wand des Durchgangs 802,
die als Umgehungs-Durchgänge
wirken, gestatten, dass die Druckluft an dem vergrößerten Bereich 803 vorbei
strömt,
wenn das Schlagwerkzeug seine Schläge ausgeführt hat, wie es in den 29 und 30 dargestellt
ist, wodurch bewirkt wird, dass sich das Schlagwerkzeug nach hinten
bewegt. Die vordere Kammer 748 wird von der hinteren Kammer 743 getrennt,
wenn der Bereich 803 das vordere Ende der Nuten 806 erreicht.
-
Die
vordere Druckkammer entleert sich, wenn eine hintere ringförmige Dichtung 751 an
der Außenseite
des Schlagwerkzeugs einen oder mehrere der in Längsrichtung verlaufenden Ausström-Durchgänge 807 freigibt,
die an der Innenseite des Kopfes 723 eingearbeitet sind,
wie es in 31 und 32 dargestellt
ist. Der Druck in der hinteren Druckkammer 743 wird dann
größer als
der Druck in der vorderen Kammer 748 und der Schlagzyklus
wiederholt sich.
-
Das
Schlagwerkzeug bewegt sich in dieser Art und Weise weiter hin und
her, bis sich der Zug auf den Bohrzug abschwächt, wodurch bewirkt wird, dass
sich das Rohr 721 relativ zu dem Kopf 723 nach hinten
bewegt. Das Rohr 721 weist eine Anzahl von Durchfluss-Durchgängen 761 auf,
die sich an dem Bereich mit vergrößerten Durchmesser 720 öffnen und
die während
des normalen Betriebs durch die innere Oberfläche des Kopfes 723 (oder
eine darin eingesetzte Dichtungslage) abgedeckt bleiben. Nach der
Rückwärtsbewegung
des Rohres 721 werden die radialen Öffnungen 762 dieser
Durchgänge 761 freigegeben,
wie es in 33 und 34 dargestellt
ist. Die Druckluft aus der vorderen Kammer 748 wird dann
in die Atmosphäre
entleert und die Luft von der hinteren Druckkammer 743 strömt entlang
den Durchgängen 802 und
wird durch die Durchgänge 761,
die mit den entsprechenden Löchern 766 in
der Kappe 742 ausgerichtet sind, ebenfalls in die Atmosphäre geleitet.
-
Wenn
auch das Schlagwerkzeug 731 in seiner vordersten Position
die Durchgänge 802 durch das
vollständige
Verschieben über
den vorderen Bereich mit vergrößertem Durchmesser 720 abdichten könnte, ist
das in der Praxis nicht der Fall. Das Schlagwerkzeug 731,
auf das Druckluft auf beiden Seiten einwirkt und das aus dem vorhergehenden
Zyklus noch in Bewegung ist, bewegt sich in eine Position, in der
die darauf wirkenden Kräfte
auf beiden Seiten gleich sind. Zu diesem Zweck ist es wichtig, dass
ein Teil des vorderen Bereichs mit vergrößertem Durchmesser 720 sich
von der Öffnung 762 nach
hinten erstreckt. Die Größe der Öffnung zwischen
dem Bereich mit vergrößertem Durchmesser 720 und
dem Schlagwerkzeug 731 am Ende des Durchgangs 802 wird
durch die Position des Schlagwerkzeugs geregelt und verändert die
Druckhöhe
auf jeder Seite des Schlagwerkzeugs. Auf diese Art und Weise stoppt das
Schlagwerkzeug in einer geeigneten Position, um seine zyklische
Bewegung wieder aufzunehmen, wenn der Bereich mit vergrößertem Durchmesser 720 nach
vorn gezogen wird, um die Öffnungen 762 erneut
abzudecken.
-
Der
vordere Bereich mit vergrößertem Durchmesser 720 des
Rohres 721 wirkt wiederum als ein Ventilelement zum Stoppen
des Schlagelements, wobei das jedoch derart erfolgt, dass der Strom
der Druckluft durch das Werkzeug nicht abgesperrt wird. Das ermöglicht eine
wesentliche Verringerung der Gesamtlänge des Werkzeugs, weil unter
anderem der vordere Bereich mit vergrößertem Durchmesser 720 kürzer sein
kann als in den vorherigen Ausführungen
und Auslassdurchgänge
vorgesehen sind, um den Luftstrom abzusperren. Das verkürzte Werkzeug
ist vorteilhafter, wenn die Schlagvorrichtung aus einem Mannloch
mit einer engen oberen Öffnung
entfernt werden muss, wie es vorher erläutert ist, und es kann möglich sein,
das verkürzte
Werkzeug zu entfernen, ohne dass das vordere Kugelgelenk abgenommen
werden muss.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung hat sich herausgestellt, dass der
Metall-auf-Metall-Kontakt zwischen dem Schlagelement 731 und der
Hülse 744 eine
häufige
Ursache von Verklemmungen und Versagen ist, wenn nicht Schritte
unternommen werden, um eine losere, jedoch abdichtende Passung zu
sichern. Wie detailliert in 35 dargestellt
ist, weist die Dichtung 746 einen Teflonring auf, der geringfügig größer als
die Nut 771 ist, in die er passt, wobei ein geringfügiges Spiel
unter 0,8 mm (0,03 Inch) vorhanden ist. Ein gleiches Spiel ist zwischen
der Außenseite
der Hülse 744 und
der Innenseite des Schlagwerkzeugs 731 vorgesehen, um ein Verklemmen
zu verhindern. Die Dichtung 746 passt lose genug in die
Nut 771, um kleine Veränderungen der
Position des Schlagwerkzeugs 731 in Bezug auf die Hülse 744 in
radialer Richtung aufzunehmen, ist jedoch groß genug, um Undichtigkeiten
durch das Spiel dazwischen zu verhindern. Die Verwendung eines Dichtungsrings
mit Übergröße und einer
Nut mit Spiel unter dem Dichtungsring gestattet einen gewissen Bewegungsgrad
der Dichtung 744, verhindert ein Verklemmen und gestattet
die Verwendung einer relativ langen Hülse 744. Der vordere
Dichtungsring 804 ist vorzugsweise ein Teflonring, der
in der gleichen Art und Weise befestigt ist. Weiterhin ist zwischen
einer Schulter 773 des Rohres 721 und der Vorderseite
der Hülse 744 ein
elastomerer Stoßdämpfungsring 772 vorgesehen,
um Stöße auf das Rohr 721 zu
dämpfen.
-
Wenn
auch bestimmte Ausführungen
der Erfindung für
die Zwecke der vorliegenden Offenbarung erläutert worden sind, können von
Fachleuten zahlreiche Veränderungen
in dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
durchgeführt werden,
wobei solche Veränderungen
im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verkörpert sind, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist. Eine Anzahl von Aspekten der Erfindung hat eine umfangreiche
Anwendungsfähigkeit
und kann in anderen Typen von pneumatischen Schlagwerkzeugen, wie
in Erdbodendurchörterungs-Schlagwerkzeugen
mit Eigenantrieb verwendet werden. Der Ausdruck „Druckfluid„ sollte
so verstanden werden, dass er Druckluft und andere Formen von Druckfluids
einschließt,
die für
einen gleichen Zweck verwendet werden könnten, wie etwa andere Gase
oder Flüssigkeiten.