DE60314160T2 - Verfahren und vorrichtung zum austausch von unterirdischen rohren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum austausch von unterirdischen rohren Download PDF

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Description

  • 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.

Claims (10)

  1. Schlagvorrichtung (711) mit: einem Kopf (723) mit einer sich nach hinten öffnenden Vertiefung und einer Öffnung am Vorderende, die mit der Vertiefung kommuniziert; einer Einlassleitung (721), die an ihrem vorderen Ende mit einer Zugeinrichtung verbindbar ist und in die Vertiefung des Kopfes hinein durch die Vorderendöffnung verläuft und die eine Zugverbindung hat, mit der die Schlagvorrichtung gezogen werden kann, während das Schlagwerkzeug (731) Schläge auf den Kopf (723) in die gleiche Richtung wie die durch die Zugeinrichtung ausgeübte Zugkraft ausübt; einem Schlagwerkzeug (731), das zur gleitenden Bewegung entlang der Einlassleitung gelagert ist; einem Verteilungsmechanismus (748, 743), der durch die Einlassleitung zugeführtes Druckfluid empfängt, um das Schlagwerkzeug sich in der nach hinten offenen Vertiefung des Kopfes hin- und herbewegen zu lassen, um Vorwärtsschläge gegen den Kopf auszuüben; und einem Ventil (803, 804, 806), das die Zufuhr von Druckfluid zu dem Verteilungsmechanismus regelt und das einen vorderen Bereich (720) der Einlassleitung umfasst und das eine erste Position in Reaktion auf eine auf die Einlassleitung (721) durch die Zugeinrichtung ausgeübte Zugkraft einnimmt, die den Verteilungsmechanismus dazu veranlasst, das Schlagwerkzeug (731) hin- und herzubewegen, und eine zweite Position einnimmt, in der ein Wegfall der Zugkraft auf die Einlassleitung den Verteilungsmechanismus dazu veranlasst, die Hin- und Herbewegung des Schlagwerkzeuges (731) zu beenden, und das einen Durchgang (761, 762) aufweist, der den Abfluss von Druckfluid in der Einlassleitung in die Atmosphäre ermöglicht, wenn das Ventil in der zweiten Position ist.
  2. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verteilungsmechanismus weiter eine vordere Druckkammer (748) vor dem Schlagwerkzeug und eine hintere Druckkammer (743) hinter dem Schlagwerkzeug aufweist und wobei der Durchgang (761), der den Abfluss des Druckfluids in der Einlassleitung (721) in die Atmosphäre erlaubt, wenn das Ventil (803, 804, 806) in der zweiten Position ist, einen längsweisen Durchgang aufweist, der sich an einem hinteren Endbereich in der Einlassleitung öffnet und nach vorne verläuft, um mit einem radialen Anschluss (762) zu kommunizieren, der von dem Kopf (723) in der ersten Position bedeckt ist und in der zweiten Position geöffnet ist, so dass Druckfluid aus der Einlassleitung (721) von der vorderen Druckkammer durch den radialen Anschluss in den Durchgang fließt.
  3. Schlagvorrichtung nach Anspruch 2, wobei Druckfluid aus der Einlassleitung (721) durch einen zentralen Durchflussdurchgang (733) und wenigstens eine radiale Öffnung (734) in der Einlassleitung in die hintere Druckkammer (743) fließt und von der hinteren Druckkammer durch eine ringförmige Öffnung (802) zwischen dem Schlagwerkzeug und den Kopf in die vordere Druckkammer fließt.
  4. Schlagvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Durchgang (761), der es dem Druckfluid in der Einlassleitung (721) ermöglicht, in die Atmosphäre abzufließen, wenn das Ventil (803, 804, 806) in der zweiten Position ist, in einer Wand der Einlassleitung gebildet ist und parallel zu dem zentralen Durchflussdurchgang (733) verläuft.
  5. Schlagvorrichtung nach Anspruch 3, die weiter eine Hülse (744) aufweist, die an der Einlassleitung (721) angebracht ist, und wobei das Schlagwerkzeug (731) eine nach hinten offene Vertiefung hat, in der die Hülse in gleitendem, abdichtendem Kontakt ist, wodurch die Hülse und das Schlagwerkzeug zusammenwirken, um die hintere Druckkammer (743) zu bilden, wobei die Einlassleitung wenigstens eine radiale Öffnung (734) hat, die sich innerhalb der Hülse öffnet, und wobei die Hülse wenigstens einen Durchgang (745) hat, der mit der hinteren Druckkammer kommuniziert, so dass Druckfluid durch die radiale Öffnung in die hintere Druckkammer fließt.
  6. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter eine gleitfähig in einer nach hinten offenen Vertiefung in dem Schlagwerkzeug (731) angeordnete Hülse aufweist, wobei eine äußere Oberfläche der Hülse (744) eine ringförmige Nut (771) darin hat, wobei ein Dichtungslager (746) in der Nut angeordnet ist, wobei das Dichtungslager mit Übergröße in Bezug auf die Nut versehen ist, so dass ein ringförmiger Raum unter dem Dichtungslager am Boden der Nut vorhanden ist, und wobei ein äußerer Bereich des Dichtungslagers von der Nut vorsteht, um eine Dichtung zwischen der äußeren Oberfläche der Hülse und der Vertiefung in dem Schlagwerkzeug zu bilden.
  7. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der Kopf (723) gleitfähig auf der Einlassleitung (721) gelagert ist und sich nach vorne relativ zu der Einlassleitung und einem Bohrzug in Reaktion auf einen Schlag des Schlagwerkzeugs (731) gegen den Kopf bewegt, wenn sich die Einlassleitung in der ersten Position befindet.
  8. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein vorderer Bereich der Einlassleitung (721) einen Bereich (720) mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der an einer Schulter (726) an dem Kopf (723) anliegt, wenn das Ventil (803, 804, 806) in der ersten Position ist.
  9. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schlagwerkzeug weiterhin Mittel (727, 728) aufweist, um ein Austauschrohr hinter dem Kopf herzuziehen.
  10. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kopf (723) eine sich nach vorne verjüngende äußere Oberfläche hat, die zum Sprengen von Rohren geeignet ist.
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