EP2626506A2 - Vorrichtung zum Bewegen eines Arbeitsmittels im Erdreich - Google Patents

Vorrichtung zum Bewegen eines Arbeitsmittels im Erdreich Download PDF

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EP2626506A2
EP2626506A2 EP13154320.9A EP13154320A EP2626506A2 EP 2626506 A2 EP2626506 A2 EP 2626506A2 EP 13154320 A EP13154320 A EP 13154320A EP 2626506 A2 EP2626506 A2 EP 2626506A2
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EP
European Patent Office
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cylinder
linkage
carriage
movement
displacement
Prior art date
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EP13154320.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2626506A3 (de
EP2626506B1 (de
Inventor
Dietmar Jenne
Manfred Neumann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Terra AG fuer Tiefbautechnik
Original Assignee
Terra AG fuer Tiefbautechnik
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Publication date
Application filed by Terra AG fuer Tiefbautechnik filed Critical Terra AG fuer Tiefbautechnik
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/046—Directional drilling horizontal drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods
    • E21B19/086—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods with a fluid-actuated cylinder

Definitions

  • the invention relates to a device for moving a working fluid in the ground.
  • a working means may be a drill bit, a widening means and / or a bursting means.
  • a hole can be made or expanded.
  • using the working fluid can be replaced in the ground laid pipeline.
  • Horizontal drilling rigs and vertical drilling rigs are known, with the horizontal drilling rigs preferably being arranged in wells introduced into the soil for this purpose.
  • shaft drilling systems are known, which can be arranged in particular in a supply or disposal shaft, such as a sewer manhole.
  • Such shaft drilling systems are for example from the documents DE10159712B4 . DE10257392A1 and DE102010004287A1 known.
  • Known horizontal or vertical drilling rigs and known bursting systems have a displacement unit for generating a linear movement of a linkage along its longitudinal axis.
  • This displacement unit conventionally comprises a hydraulic cylinder or a hydraulic motor and a chain or a hydraulic motor and a gear / rack combination (rack and pinion) as a drive unit for generating the linear movement of the linkage in these systems.
  • a hydraulic cylinder provided as a drive unit has a cylinder housing and a piston guided in a pressure chamber formed by the cylinder housing.
  • a hydraulic cylinder is used as the cylinder.
  • it is advantageous to produce drilling devices which, in relation to their outer dimensions, have a long displacement path for generating the linear movement of the linkage along its longitudinal axis.
  • the device according to the invention may in particular be a horizontal drilling rig or a vertical drilling rig.
  • Horizontalbohranlagen is by the coupling of the two cylinders a more compact design of the device for moving the working fluid in the ground possible.
  • This compact design results in both advantages in devices used in pits invention (mine drilling rigs) as well as arranged on the surface of the invention devices (surface start drilling rigs). As a result, a smaller starting pit is required in mine drilling rigs by the more compact design made possible by the invention, in which the displacement unit is used.
  • the invention allows for a shorter design than conventional surface-start drilling rigs, so that surface-start drilling rigs according to the invention can be used even in confined spaces.
  • the cylinder arrangement comprises n cylinders which each perform a displacement movement along parallel axes, the length of the (n-1) th cylinder housing being equal to the sum of the length of the travel of the nth cylinder and the length of the nth Cylinder housing is.
  • n is equal to two, three, four or five.
  • the third cylinder is arranged between the second cylinder housing and the carriage, wherein at least one end of a third piston connected to a third piston of the third cylinder is coupled to the second cylinder housing such that the third piston rod for generating the linear Movement of the linkage is movable together with the second cylinder housing.
  • the carriage is then preferably coupled to the third cylinder housing such that the carriage is movable together with the third cylinder housing to produce the linear movement of the linkage. Due to the parallel arrangement of the two, three, four or five cylinders, the length of the displacement movement relative to a single cylinder can be increased, since the second, third, fourth and / or fifth cylinder a sliding movement along the cylinder housing of the (n-1) -th Cylinder performs. As a result, with the same length of the device, the displacement can be extended, whereby a larger stroke of the displacement unit is achieved with the same dimensions of the device and thus longer boom sections can be used compared to conventional displacement arrangements.
  • m cylinder arrangements are provided, which are each arranged between the carriage and the counter-pressure element.
  • the m cylinder assemblies are arranged in parallel and perform the same linear displacement movement.
  • the cylinder assemblies are identical and each comprise n cylinders, where n is equal to two, three, four or five.
  • the m cylinder arrangements are arranged at equal angular intervals around the longitudinal axis of the linkage. As a result, a symmetrical introduction of force into the carriage of the displacement unit is possible, so that a force is introduced into the linkage exclusively in the longitudinal direction of the linkage.
  • the carriage comprises at least one coupling means for generating a rotationally fixed connection between the coupling means and the linkage in at least one direction of rotation and if the coupling means is rotatable together with the linkage by means of a drive unit about the axis of rotation in at least one direction of rotation.
  • a drilling movement of a working means connected to the distal end of the linkage in particular a rotary movement of a drill bit or a drill, can be carried out in order to allow the working means to drive the linkage.
  • the linear displacement movement of the first cylinder of each cylinder arrangement takes place along a respective first axis and if linear displacement movement of the second cylinder of each cylinder assembly takes place along a respective second axis, wherein the first axis, the second axis and the longitudinal axis of the linkage are parallel.
  • the position of the second cylinder in the direction of the sliding movement can be changed by a displacement movement of the first cylinder.
  • the displacement axes can be aligned horizontally or slightly obliquely aligned at an acute angle to the horizontal.
  • a control unit controls the n cylinder arrangements in such a way that the forces exerted on the slides by the cylinder arrangements have parallel magnitude-equivalent force vectors. As a result, a symmetrical introduction of force into the slide can be achieved, so that neither slide nor linkage tilt by the force.
  • At least the first cylinder of each of the m cylinder arrangements is designed as a synchronizing cylinder.
  • the same forces and speeds can be achieved in both directions of the sliding movement.
  • the pressure chamber of all cylinders have the same diameter and if the pistons and the piston rods of all cylinders have the same diameter.
  • the same forces and the same displacement paths are generated by all cylinders of the cylinder arrangement or the cylinder arrangements with the same control.
  • in the provision of several cylinder arrangements is ensured by in that the cylinder arrangements execute the same displacement movement during the same pressurisation or during the same activation.
  • a first intermediate plate which connects the first piston rods and the second cylinder housing of the m cylinder arrangements.
  • a second intermediate plate may be provided, which connects the second piston rods and optionally third cylinder housing of the m cylinder arrangements.
  • guide elements for guiding the displacement movement of the first intermediate plate, the second intermediate plate and / or the carriage are provided.
  • at least the first cylinder are designed as a synchronous cylinder and when the piston rods of the synchronizing cylinder form the guide elements.
  • all cylinders are designed as a synchronous cylinder, the piston rods of all synchronous cylinders each serve as a guide means. It is possible that the device has additional guide elements for guiding the sliding movement.
  • FIG. 1 shows a drill 10 with a cylinder assembly 12 that includes a first cylinder 14 and a second cylinder 16.
  • the first cylinder 14 has a first cylinder housing 18, in the pressure chamber 19, a first piston 20 is arranged, which is connected to a first piston rod 22 extending from the piston 20 in two opposite Directions extends and the ends of which are connected to connecting elements 24, 26 of a drilling rig (not shown), so that the first piston rod 22 is fixedly connected to the drilling frame.
  • the second cylinder 16 has a second cylinder housing 28 with a second pressure chamber 29 in which a second piston 30 is disposed and connected to a second piston rod 32 extending from the piston 30 in opposite directions.
  • the ends of the piston rod 32 are each connected via connecting elements 34, 36 fixed to the first cylinder housing 18, so that the second cylinder 16 is displaced along the first piston rod 22 along with the first cylinder housing 18 during a displacement movement of the first cylinder housing 18.
  • the second cylinder housing 28 can be displaced along the second piston rod 32.
  • the drill 10 further includes a sliding and driving carriage 38 which is fixedly connected to the second cylinder housing 28 and which is displaced together with the second cylinder housing 28.
  • the carriage 38 is displaced both along a displacement movement of the second cylinder housing 28 along the second piston rod 32 and during a displacement movement of the first cylinder housing 18 along the first piston rod 22 in a propulsion direction indicated by the arrow P1 or in the opposite direction to the arrow P1.
  • the carriage 38 comprises a drive motor, not shown, with the aid of a boom support 40 in the direction of the arrow P2 and in the opposite direction of rotation can be driven.
  • the boom receptacle 40 has a threaded portion 42 with a conical external thread, which is screwed into a correspondingly complementary trained internal thread of the rod section 44, so that upon rotation of the rod receptacle 40 of the linkage portion 44 and a Further coupled to the linkage portion 44 linkage portion 45 and possible further coupled to the rod section 45 linkage sections in the direction of the arrow P2 and in the opposite direction of rotation can be driven.
  • a working tool such as a drill bit, connected to the distal end of the linkage formed by the linkage sections 44, 45 and optionally further linkage sections then performs a corresponding rotational movement during a rotational movement of the linkage in the direction of the arrow P2, so that a drilling operation is carried out.
  • the first cylinder 14 and / or the second cylinder 16 is driven such that their cylinder housings 18, 28 are displaced in the advancing direction P1.
  • the longitudinal axis of the linkage section 44 or of the linkage has the reference numeral 50.
  • the possible displacement path in the direction of the arrow P1 in relation to the use of only the first cylinder 14 can be increased considerably in one operation of the drilling device 10.
  • the displacement can amount to at least 140% of the displacement possible with only one cylinder 14 with a suitable structural design of the drill.
  • the first cylinder 14 is also referred to as the master cylinder
  • the second cylinder 16 is referred to as the slave cylinder due to its smaller displacement path.
  • the pressure chambers 19, 29, the pistons 20, 30 and the piston rods 22, 32 of the cylinders 14, 16 each have the same cross-sectional areas, so that they produce the same feed forces and the same feed movement P1 when subjected to the same pressure.
  • the cylinders 14, 16 of the cylinder assembly 12 are designed as a synchronizing cylinder.
  • the cylinder can also be designed as Doppelhubzylinder, in which case additional Guide elements for guiding the sliding movement of the carriage 38 are provided.
  • FIG. 2 is the drill 10 after FIG. 1 shown. Opposite the in FIG. 1 shown first end position of the first cylinder housing 18 and the second cylinder housing 28, the cylinder housing 18, 28 in FIG. 2 shown in their opposite end positions. Between the in FIG. 1 shown first end position and the in FIG. 2 shown second end position of the carriage 38 has been moved to the maximum with the aid of the drill 10 generating displacement in the forward direction P1.
  • FIG. 3 a drilling apparatus 100 according to a second embodiment is shown, which in addition to the cylinder assembly 12 after the Figures 1 and 2 has a second cylinder assembly 112. Elements with the same structure and / or the same function have the same reference numerals.
  • the second cylinder assembly 112 has the same structure as the cylinder assembly 12.
  • the reference numerals of the elements of the second cylinder assembly 112 are different from the indicia of the same elements of the first cylinder assembly 12 by the differential amount 100.
  • the second cylinder assembly 112 is disposed symmetrically to the longitudinal axis 50 of the linkage portion 44 so that the first cylinder assembly 12 and the second cylinder assembly 112 at two opposite ends of the carriage 38 in parallel driving the cylinder assemblies 12, 112 initiate the same force in the carriage 38, so that a smooth and tilt-free sliding movement in the direction of advance P1 is possible.
  • the cylinder assemblies 12, 112 have been displaced up to their respective first end positions against the advancing direction P1.
  • the first linkage section 44 is located completely in the area of the drill 100, so that it can be inserted into the drilling device 100 and can be connected to the linkage receptacle 40 in this first position of the carriage 38. Furthermore, the distal threaded portion of the linkage portion 44 may be connected to the drill 100 sighted end of a second linkage portion 45. During the stepwise retraction of the linkage, the linkage section 44 can also be separated from the linkage section 45. After separating the linkage section 44 from the linkage section 45 in the in FIG.
  • FIG. 4 is the drill 100 after FIG. 3 shown, wherein the cylinders 14, 16, 114, 116 of the cylinder assemblies 12, 112 in a second of in FIG. 3 shown first position opposite second end position have been moved.
  • the cylinder housings 18, 28, 118, 128 have been displaced along the respective piston rod 22, 32, 122, 132 passing therethrough.
  • the connection between the boom receptacle 40 and the linkage section 44 is achieved during the propulsion of the linkage in the forward direction P1 and the cylinder 14, 16, 114, 116 in the in FIG. 3 retracted shown first position.
  • another linkage section can be inserted into the drilling device and connected to the linkage receptacle 40 and the end of the linkage section 44 facing the linkage receptacle 40.
  • a drilling apparatus 200 having a first cylinder assembly 212 and a second cylinder assembly 262.
  • the cylinder assemblies 212 and 262 each have a third cylinder 214, 264.
  • the third cylinder 214 of the first cylinder assembly 212 has a cylinder housing 216 defining a pressure space 217 in which a piston 220 is slidably disposed.
  • the piston 220 is connected to a piston rod 222, whose opposite ends are fixedly connected to the housing 28 of the second cylinder 16 via a respective connecting element 224, 226.
  • the third cylinder 264 of the second cylinder assembly 262 has a cylinder housing 266 defining a pressure space 267 in which a piston 270 is disposed, which is connected on both sides with a piston rod 272.
  • the opposite ends of the piston rod 272 are connected via connecting elements 274, 276 fixed to the cylinder housing 128 of the second cylinder 116.
  • the cylinder housings 216, 266 of the third cylinders 214, 264 are fixedly connected to the carriage 38.
  • the effective cross sections of the cylinders 14, 16, 114, 116, 214, 264 are common to all in connection with FIGS FIGS.
  • 1 to 12 described embodiments are the same size, so that the cylinder 14, 16, 114, 116, 214, 264 perform the same force and magnitude the same feed motion with the same drive.
  • all connections are considered as a fixed connection between the elements of the cylinders 14, 16, 114, 116, 214, 264 with each other and with the carriage 38, a transmission of the displacement movement in the feed direction P1 and in the opposite direction between these elements 18th , 22, 30, 32, 118, 122, 130, 132, 216, 220, 266, 270.
  • the cylinder housings 18, 28, 118, 128, 216, 266 are arranged in the first position, ie in the retracted position.
  • these cylinder housings 18, 28, 118, 128, 216, 266 in FIG. 6 shown arranged in the retraction position opposite the second end position.
  • FIG. 7 a drilling apparatus 300 according to a fourth embodiment is shown.
  • the drilling apparatus 300 comprises two end plates 304, 306 delimiting a displacement unit 302, which are connected to one another via connecting elements 308, 310, 312, 314. About these connecting elements 308 to 314, the distance between the end plates 304, 306 is fixed.
  • With the connecting elements 312, 314 support plates 316 to 322 are connected, via which the drill 300 can be supported in a pit or a shaft.
  • the support plates 316 to 322 can be pulled out of the open ends of the connecting elements 314, 312 projecting through the end plates 304, 306 and can be connected to the connecting elements 312, 314 via bolts 324, 326 in different extension stages.
  • the face plate 304 has a linkage passage 328, through which a linkage section 44, 45 can be passed.
  • locking levers 330, 332 are shown, by which a linkage portion 44, 45 can be selectively fixed so as to prevent it from rotating, so that the fixed linkage portion 44, 45 can be connected to or from another linkage portion 44, 45 another linkage section 44, 45 can be separated. Additionally or alternatively, by means of the clamping levers 330, 332, a displacement of a linkage section 44, 45 in the advancing direction P1 and opposite to the advancing direction can be prevented.
  • a control panel 315 Connected to the connecting element 314 is a control panel 315, with the aid of which the displacement unit 302 and a drive motor 334 for generating a rotational movement of the boom receptacle 40 can be actuated.
  • the drive motor 334 is fixedly connected to the carriage 38.
  • a transmission chain (not shown) arranged in the carriage 38 is provided.
  • the shifting unit 302 has two cylinder assemblies 336, 338.
  • the first cylinder assembly 336 has a first cylinder 340 with a first cylinder housing 342 and a first piston rod 344. Further, the first cylinder assembly 336 has a second cylinder 346, which includes a second cylinder housing 348 and a second piston rod 350 has.
  • the second cylinder assembly 338 has a first cylinder 352 having a first cylinder housing 354 and a first piston rod 356. Further, the second cylinder assembly 338 includes a second cylinder that fits into the cylinder FIGS. 7 to 9 obscured by other elements and in the Figures 10 and 11 is visible. This second cylinder is in the FIGS. 10 to 12 designated by the reference numeral 358 and has a second cylinder housing 360 and a second piston rod 362. One end of the piston rods 344, 356 is fixedly connected to the first end plate 304 via a screw connection.
  • the opposite second ends of the piston rods 344, 356 are screwed to the opposite second end plate 306, so that the piston rods 344, 356 serve as guide elements for guiding the displacement movement of the displacement unit 302.
  • the face plate 304 facing side of the cylinder housing 342, 352 are connected via a first intermediate plate 364.
  • the connecting plate 364 one end of the piston rods 350, 362 of the second cylinder 346, 358 is fixedly connected via a screw connection.
  • the displacement unit 302 comprises a second intermediate plate 366, which is fixedly connected to the second end plate 306 facing the end of the cylinder housing 354, 342 of the first cylinder 340, 352 of the cylinder assemblies 336, 338.
  • the ends of the piston rods fixedly connected to the first intermediate plate 364 are 350, 362 opposite ends of the piston rods 350, 362 fixedly connected to the second intermediate plate 366 via a respective screw connection.
  • the carriage 38 can also be displaced in the advancing direction P1 or in the opposite direction in the case of a displacement movement produced by the second cylinders 346, 358.
  • the function of the displacement unit 302 and the basic structure of the displacement unit 302 of the drill 300 is consistent with the structure and function of the in the FIGS. 3 and 4 schematically shown drill 100 match.
  • FIG. 8 the drill 300 is shown, wherein the position of the cylinder housing 348, 360 of the second cylinder 346, 358 of the cylinder assemblies 336, 338 relative to the piston rods 350, 360 of the second cylinder 346, relative to the in FIG. 7
  • the cylinder housing 342, 354 of the first cylinder 340, 352 along the longitudinal axes of the guided through them piston rods 344, 356 in the opposite FIG. 7 have been moved opposite end position.
  • the carriage 38 is in FIG. 8 arranged in a second position.
  • FIG. 9 For example, the drill 300 is shown with the carriage 38 in a third position. Across from FIG. 8 is in FIG. 9 the position of the cylinder housing 342, 354 of the first cylinder 340, 352 unchanged. However, the location of the cylinder housings 348, 360 is opposite to the second cylinders 346, 358 FIG. 8 due to a displacement of these cylinder housings 348, 360 along which these cylinder housings 348, 360 guided piston rods 350, 362 in one opposite the FIGS. 7 and 8th has been changed so that the carriage 38 of the displacement unit 302 between the in FIG. 7 shown first position (retraction position - first end position) on the in FIG. 8 shown position (intermediate position) and the in FIG. 9 shown third position (second end position) has been moved.
  • FIG. 10 a plan view of the displacement unit 302 of the drill 300 is shown, wherein the connecting elements 312, 314 and the control panel 315 are not shown for clarity.
  • the shift unit 302 is as in FIG FIG. 7 shown in the first end position, in FIG. 11 as in FIG. 8 in the second position (intermediate position) and in FIG. 12 as in FIG. 9 in the third position (second end position).
  • the displacement travel of the carriage 38 can be considerably increased compared to the use of cylinder arrangements with only one cylinder 340, 352 each.
  • the possible displacement can be increased by up to 50%, whereby at the same size of the drill 10, 100, 200, 300 in one operation, a larger propulsion or retraction movement of the boom can be achieved, thereby at the same size of the drill 10, 100, 200, 300 longer linkage sections 44, 45 can be used.
  • the displacement path with the same size of the drilling apparatus 10, 100, 200, 300 can additionally be increased by up to 25% of the displacement path of the first cylinders 18, 118.
  • the plates 316 to 322 serve to support the drilling device 300 in the ground, so that the drilling device 300 is stationarily arranged via these plates 316 to 322, so that Both the plates 316 to 322 and the end plates 304, 306 form fixed counter-pressure elements of the displacement unit 302 or of the drilling device 300.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bewegen eines Arbeitsmittels im Erdreich, die eine Verschiebeeinheit zum Erzeugen einer linearen Bewegung eines Gestänges (44, 45) entlang dessen Längsachse (50) hat. Die Verschiebeeinheit hat zum Erzeugen der linearen Bewegung des Gestänges (44, 45) einen ersten Zylinder (14), der ein erstes Zylindergehäuse (18) und einen in einem durch das erste Zylindergehäuse (18) gebildeten Druckraum (19) geführten ersten Kolben (20) umfasst. Ferner hat die Verschiebeeinheit zum Erzeugen der linearen Bewegung mindestens eine Zylinderanordnung (12), die den ersten Zylinder (14) und mindestens einen zweiten Zylinder (16) umfasst. Der zweite Zylinder (16) hat ein zweites Zylindergehäuse (28) und einen in einem durch das zweite Zylindergehäuse (28) gebildeten Druckraum (29) geführten zweiten Kolben (30). Die Verschiebeeinheit hat einen mit dem Gestänge (44, 45) koppelbaren Schlitten (38), der durch eine Antriebsbewegung der Zylinderanordnung (12) verschiebbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bewegen eines Arbeitsmittels im Erdreich. Ein solches Arbeitsmittel kann eine Bohrkrone, ein Aufweitmittel und/oder ein Berstmittel sein. Durch die Bewegung des Arbeitsmittels kann eine Erdbohrung hergestellt oder aufgeweitet werden. Ferner kann mithilfe des Arbeitsmittels eine im Erdreich verlegte Rohrleitung ersetzt werden.
  • Es sind Horizontalbohranlagen und Vertikalbohranlagen bekannt, wobei die Horizontalbohranlagen vorzugsweise in dafür ins Erdreich eingebrachten Schächten angeordnet werden. Auch sind sogenannte Schachtbohranlagen bekannt, die insbesondere in einem Ver- oder Entsorgungsschacht, wie einem Abwasserschacht, anordenbar sind. Solche Schachtbohranlagen sind beispielsweise aus den Dokumenten DE10159712B4 , DE10257392A1 und DE102010004287A1 bekannt.
  • Bekannte Horizontal- oder Vertikalbohranlagen sowie bekannte Berstanlagen haben eine Verschiebeeinheit zum Erzeugen einer linearen Bewegung eines Gestänges entlang dessen Längsachse. Diese Verschiebeeinheit umfasst bei diesen Anlagen konventionell einen Hydraulikzylinder oder einen Hydraulikmotor und einer Kette oder einen Hydraulikmotor und eine Zahnrad- / Zahnstangenkombination (Rack and Pinion) als Antriebseinheit zum Erzeugen der linearen Bewegung des Gestänges. Ein als Antriebseinheit vorgesehener Hydraulikzylinder hat ein Zylindergehäuse und einen in einem durch das Zylindergehäuse gebildeten Druckraum geführten Kolben. Bei den bekannten Bohrvorrichtungen wird als Zylinder ein Hydraulikzylinder eingesetzt. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, Bohrvorrichtungen herzustellen, die im Verhältnis zu ihren Außenmaßen einen langen Verschiebeweg zum Erzeugen der linearen Bewegung des Gestänges entlang dessen Längsachse haben.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Bewegen eines Arbeitsmittels im Erdreich anzugeben, die eine Verschiebeeinheit zum Erzeugen einer linearen Bewegung eines Gestänges entlang dessen Längsachse hat und die im Bezug auf ihre Baugröße einen großen Hub zum Erzeugen der linearen Bewegung des Gestänges hat.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Bewegen eines Arbeitsmittels im Erdreich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Durch die erfindungsgemäße Kopplung des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders zu einer Zylinderanordnung wird bei einer kompakten Bauform der Verschiebeeinheit ein gegenüber der Verwendung nur des ersten Zylinders ein längerer Verschiebeweg, d.h. ein größerer Verschiebehub, ermöglicht. Der Hub bzw. der Verschiebehub ist der maximal mögliche Verschiebeweg des mit dem Gestänge koppelbaren Schlittens.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es sich insbesondere um eine Horizontalbohranlage oder eine Vertikalbohranlage handeln. Bei Horizontalbohranlagen ist durch die Kopplung der beider Zylinder eine kompaktere Bauform der Vorrichtung zum Bewegen des Arbeitsmittels im Erdreich möglich. Durch diese kompakte Bauweise ergeben sich sowohl Vorteile bei in Gruben eingesetzte erfindungsgemäße Vorrichtungen (Grubenbohranlagen) als auch bei auf der Erdoberfläche angeordnete erfindungsgemäße Vorrichtungen (Oberflächenstart-Bohranlagen). Dadurch ist bei Grubenbohranlagen durch die durch die Erfindung ermöglichte kompaktere Bauform eine kleinere Startgrube erforderlich ist, in die die Verschiebeeinheit eingesetzt wird. Bei vorgegebener Startgrubengröße, wie beispielsweise bei Abwasserentsorgungsschächten oder Versorgungsschächten, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Schachtbohrgeräten bei gleichen Außenmaßen der mögliche durch die Verschiebeeinheit erzeugbare Verschiebeweg auf einfache Weise erheblich vergrößert. Bei Oberflächenstart-Bohranlagen ermöglicht Erfindung eine kürzere Bauform als bei konventionellen Oberflächenstart-Bohranlagen, so dass erfindungsgemäße Oberflächenstart-Bohranlagen auch bei beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Zylinderanordnung n Zylinder, die jeweils eine Verschiebebewegung entlang paralleler Achsen ausführen, wobei die Länge des (n-1)-ten Zylindergehäuses gleich der Summe der Länge des Verfahrwegs des n-ten Zylinders und der Länge des n-ten Zylindergehäuses ist. Vorzugsweise ist n gleich zwei, drei, vier oder fünf. Umfasst die Zylinderanordnung drei Zylinder, ist der dritte Zylinder zwischen dem zweiten Zylindergehäuse und dem Schlitten angeordnet, wobei mindestens ein Ende einer mit einem dritten Kolben verbundenen dritten Kolbenstange des dritten Zylinders derart mit dem zweiten Zylindergehäuse gekoppelt ist, dass die dritte Kolbenstange zum Erzeugen der linearen Bewegung des Gestänges zusammen mit dem zweiten Zylindergehäuse bewegbar ist. Der Schlitten ist dann vorzugsweise derart mit dem dritten Zylindergehäuse gekoppelt, dass der Schlitten zum Erzeugen der linearen Bewegung des Gestänges zusammen mit dem dritten Zylindergehäuse bewegbar ist. Durch die parallele Anordnung der zwei, drei, vier oder fünf Zylinder kann die Länge der Verschiebebewegung gegenüber einem einzigen Zylinder vergrößert werden, da der zweite, dritte, vierte und/oder fünfte Zylinder eine Verschiebebewegung entlang des Zylindergehäuses des (n-1)-ten Zylinders ausführt. Dadurch kann bei gleichbleibender Länge der Vorrichtung der Verschiebeweg verlängert werden, wodurch bei gleichen Abmessungen der Vorrichtung ein größerer Hub der Verschiebeeinheit erreicht und somit längere Gestängeabschnitte gegenüber herkömmlichen Verschiebeanordnungen genutzt werden können.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn m Zylinderanordnungen vorgesehen sind, die jeweils zwischen dem Schlitten und dem Gegendruckelement angeordnet sind. Vorzugsweise sind die m Zylinderanordnungen parallel angeordnet und führen dieselbe lineare Verschiebebewegung aus. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Zylinderanordnungen baugleich sind und jeweils n Zylinder umfassen, wobei n gleich zwei, drei, vier oder fünf ist. Durch das Vorsehen mehrerer Zylinderanordnungen kann die für die Verschiebebewegung erforderliche Kraft gleichmäßig auf das Gestänge übertragen werden, so dass die Gefahr von Verkantungen bei der Kraftübertragung zwischen den Zylindern der Zylinderanordnung und dem Gestänge vermieden werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die m Zylinderanordnungen in gleichen Winkelabständen um die Längsachse des Gestänges herum angeordnet sind. Dadurch ist eine symmetrische Krafteinleitung in den Schlitten der Verschiebeeinheit möglich, so dass eine Kraft ausschließlich in Längsrichtung des Gestänges in das Gestänge eingeleitet wird.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Schlitten mindestens ein Kupplungsmittel zum Erzeugen einer zumindest in einer Drehrichtung drehfesten Verbindung zwischen dem Kupplungsmittel und dem Gestänge umfasst und wenn das Kupplungsmittel zusammen mit dem Gestänge mithilfe einer Antriebseinheit um die Drehachse in mindestens eine Drehrichtung drehbar ist. Dadurch kann eine Bohrbewegung eines mit dem distalen Ende des Gestänges verbundenen Arbeitsmittels, insbesondere eine Drehbewegung einer Bohrkrone oder eines Bohrers, ausgeführt werden, um mithilfe des Arbeitsmittels einen Vortrieb des Gestänges zu ermöglichen.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die lineare Verschiebebewegung des ersten Zylinders jeder Zylinderanordnung entlang jeweils einer ersten Achse erfolgt und wenn die lineare Verschiebebewegung des zweiten Zylinders jeder Zylinderanordnung entlang jeweils einer zweiten Achse erfolgt, wobei die erste Achse, die zweite Achse und die Längsachse des Gestänges parallel sind. Insbesondere ist durch eine Verschiebebewegung des ersten Zylinders die Lage des zweiten Zylinders in Richtung der Verschiebebewegung veränderbar. Die Verschiebeachsen können dabei horizontal ausgerichtet oder leicht schräg in einem spitzen Winkel zur Horizontalen ausgerichtet sein. Die beschriebenen ausgeführten linearen Verschiebebewegungen des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders gelten sowohl für Vorrichtung mit nur einer Zylinderanordnung als auch für Vorrichtung mit mehreren Zylinderanordnungen.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Steuereinheit die n Zylinderanordnungen derart steuert, dass die durch die Zylinderanordnungen auf den Schlitten ausgeübten Kräfte parallele, betragsgleiche Kraftvektoren haben. Dadurch kann eine symmetrische Krafteinleitung in den Schlitten erreicht werden, so dass sich weder Schlitten noch Gestänge durch die Krafteinwirkung verkanten.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest der erste Zylinder jeder der m Zylinderanordnungen als Gleichlaufzylinder ausgebildet ist. Dadurch können gleiche Kräfte und gleiche Geschwindigkeiten in beide möglichen Richtungen der Verschiebebewegung erreicht werden. Alternativ ist es möglich ein Paar doppelt wirkende Zylinder einzusetzen, die dann derart ausgebildet sind, dass die durch die Zylinderanordnungen bewirkte Vortriebskraft in Richtung des distalen Endes des Gestänges geringer ist als die der Vertriebskraft entgegengesetzten Rückzugskraft. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druckraum aller Zylinder den selben Durchmesser haben und wenn die Kolben und die Kolbenstangen aller Zylinder dieselben Durchmesser haben. Dadurch werden durch alle Zylinder der Zylinderanordnung bzw. der Zylinderanordnungen bei gleicher Ansteuerung dieselben Kräfte und dieselben Verschiebewege erzeugt. Insbesondere bei dem Vorsehen von mehreren Zylinderanordnungen ist dadurch sichergestellt, dass die Zylinderanordnungen bei derselben Druckbeaufschlagung bzw. bei derselben Ansteuerung dieselbe Verschiebebewegung ausführen.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine erste Zwischenplatte vorgesehen ist, die die ersten Kolbenstangen und die zweiten Zylindergehäuse der m Zylinderanordnungen miteinander verbindet. Ferner kann eine zweite Zwischenplatte vorgesehen sein, die die zweiten Kolbenstangen und gegebenenfalls dritte Zylindergehäuse der m Zylinderanordnungen miteinander verbindet. Dadurch wird ein einfacher und stabiler Aufbau der Vorrichtung insbesondere dann erreicht, wenn mindestens zwei Zylinderanordnungen vorgesehen sind. Beim Vorsehen von vier Zylindern pro Zylinderanordnung können drei Zwischenplatten und bei fünf Zylindern pro Zylinderanordnung können vier Zwischenplatten und der Schlitten als zur Kraftübertragung dienende Verbindungselemente vorgesehen sein.
  • Es ist vorteilhaft, wenn Führungselemente zum Führen der Verschiebebewegung der ersten Zwischenplatte, der zweiten Zwischenplatte und/oder des Schlittens vorgesehen sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn zumindest die ersten Zylinder als Gleichlaufzylinder ausgeführt sind und wenn die Kolbenstangen der Gleichlaufzylinder die Führungselemente bilden. Vorzugsweise sind alle Zylinder als Gleichlaufzylinder ausgebildet, wobei die Kolbenstangen aller Gleichlaufzylinder jeweils als Führungsmittel dienen. Dabei ist es möglich, dass die Vorrichtung zusätzliche Führungselemente zum Führen der Verschiebebewegung hat.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Bohrgeräts zum Herstellen und/oder Aufweiten einer horizontalen Erdbohrung gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei ein Antriebsschlitten des Bohrgerätes in einer ersten Position angeordnet ist;
    Figur 2
    eine schematische Anordnung des Bohrgeräts nach Figur 1, wobei der Antriebsschlitten in einer zweiten Position angeordnet ist;
    Figur 3
    eine schematische Darstellung eines Bohrgeräts zum Herstellen und/oder Aufweiten einer horizontalen Erdbohrung gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei der Antriebsschlitten des Bohrgerätes in einer ersten Position angeordnet ist;
    Figur 4
    eine schematische Darstellung des Bohrgeräts nach Figur 3, wobei ein Antriebsschlitten des Bohrgerätes in einer zweiten Position angeordnet ist;
    Figur 5
    eine schematische Darstellung eines Bohrgeräts zum Herstellen und/oder Aufweiten einer horizontalen Erdbohrung gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei ein Antriebsschlitten des Bohrgerätes in einer ersten Position angeordnet ist;
    Figur 6
    eine schematische Darstellung des Bohrgeräts nach Figur 5, wobei der Antriebsschlitten des Bohrgerätes in einer zweiten Position angeordnet ist;
    Figur 7
    eine perspektivische Darstellung eines Bohrgeräts zum Herstellen und/oder Aufweiten einer Erdbohrung gemäß einer vierten Ausführungsform, wobei ein Antriebsschlitten des Bohrgeräts in einer ersten Position angeordnet ist;
    Figur 8
    eine perspektivische Darstellung des Bohrgeräts nach Figur 7, wobei der Antriebsschlitten in einer zweiten Position angeordnet ist;
    Figur 9
    eine perspektivische Darstellung des Bohrgeräts nach den Figuren 7 und 8, wobei der Antriebsschlitten in einer dritten Position angeordnet ist;
    Figur 10
    eine Draufsicht auf das Bohrgerät nach den Figuren 7 bis 9, wobei ein in den Figuren 7 bis 9 gezeigtes Bedienpult sowie in den Figuren 7 bis 9 dargestellte Verbindungselemente zwischen zwei Endplatten des Bohrgeräts zur besseren Übersichtlichkeit ausgeblendet sind und wobei der Antriebsschlitten in der ersten Position angeordnet ist;
    Figur 11
    eine Darstellung des Bohrgeräts nach Figur 10, wobei der Antriebsschlitten in der zweiten Position angeordnet ist; und
    Figur 12
    eine Darstellung des Bohrgeräts nach den Figuren 10 und 11, wobei der Antriebsschlitten in der dritten Position angeordnet ist.
  • Figur 1 zeigt ein Bohrgerät 10 mit einer Zylinderanordnung 12, die einen ersten Zylinder 14 und einen zweiten Zylinder 16 umfasst. Der erste Zylinder 14 hat ein erstes Zylindergehäuse 18, in dessen Druckraum 19 ein erster Kolben 20 angeordnet ist, der mit einer ersten Kolbenstange 22 verbunden ist, die sich vom Kolben 20 in zwei entgegengesetzte Richtungen erstreckt und deren Enden mit Verbindungselementen 24, 26 eines Bohrgestells (nicht dargestellt) verbunden sind, so dass die erste Kolbenstange 22 fest mit dem Bohrgestell verbunden ist.
  • Der zweite Zylinder 16 hat ein zweites Zylindergehäuse 28 mit einem zweiten Druckraum 29, in dem ein zweiter Kolben 30 angeordnet und mit einer sich vom Kolben 30 in entgegengesetzte Richtungen erstreckenden zweiten Kolbenstange 32 verbunden ist. Die Enden der Kolbenstange 32 sind jeweils über Verbindungselemente 34, 36 fest mit dem ersten Zylindergehäuse 18 verbunden, so dass der zweite Zylinder 16 bei einer Verschiebebewegung des ersten Zylindergehäuses 18 entlang der ersten Kolbenstange 22 zusammen mit dem ersten Zylindergehäuse 18 verschoben wird. Unabhängig von dieser ersten durch den ersten Zylinder 14 bewirkten Verschiebebewegung kann das zweite Zylindergehäuse 28 entlang der zweiten Kolbenstange 32 verschoben werden. Das Bohrgerät 10 umfasst ferner einen Verschiebe- und Antriebsschlitten 38, der fest mit dem zweiten Zylindergehäuse 28 verbunden ist und der zusammen mit dem zweiten Zylindergehäuse 28 verschoben wird. Somit wird der Schlitten 38 sowohl bei einer Verschiebebewegung des zweiten Zylindergehäuses 28 entlang der zweiten Kolbenstange 32 als auch bei einer Verschiebebewegung des ersten Zylindergehäuses 18 entlang der ersten Kolbenstange 22 in eine durch den Pfeil P1 gekennzeichneten Vortriebsrichtung bzw. in entgegengesetzter Richtung zum Pfeil P1 verschoben.
  • Der Schlitten 38 umfasst einen nicht dargestellten Antriebsmotor, mit dessen Hilfe eine Gestängeaufnahme 40 in Richtung des Pfeils P2 und in entgegengesetzte Drehrichtung antreibbar ist. Die Gestängeaufnahme 40 hat einen Gewindeabschnitt 42 mit einem konischen Außengewinde, der in ein entsprechend komplementär ausgebildetes Innengewinde des Gestängeabschnitts 44 einschraubbar ist, so dass bei einer Drehbewegung der Gestängeaufnahme 40 der Gestängeabschnitt 44 und ein weiterer mit dem Gestängeabschnitt 44 gekoppelter Gestängeabschnitt 45 sowie mögliche weitere mit dem Gestängeabschnitt 45 gekoppelte Gestängeabschnitte in Richtung des Pfeils P2 sowie in entgegengesetzte Drehrichtung antreibbar sind.
  • Ein mit dem distalen Ende des durch die Gestängeabschnitte 44, 45 und gegebenenfalls weitere Gestängeabschnitte gebildeten Gestänges verbundenes Arbeitswerkzeug, wie einer Bohrkrone führt dann bei einer Drehbewegung des Gestänges in Richtung des Pfeils P2 eine entsprechende Drehbewegung aus, so dass ein Bohrvorgang ausgeführt wird. Zum Vortrieb des Arbeitswerkzeugs in Richtung des Pfeils P1 wird der erste Zylinder 14 und/oder der zweite Zylinder 16 so angesteuert, dass ihre Zylindergehäuse 18, 28 in Vortriebsrichtung P1 verschoben werden. Die Längsachse des Gestängeabschnitts 44 bzw. des Gestänges hat das Bezugszeichen 50.
  • Durch die gezeigte Kopplung des ersten Zylinders 14 und des zweiten Zylinders 16 kann der in einem Arbeitsgang des Bohrgeräts 10 mögliche Verschiebeweg in Richtung des Pfeils P1 gegenüber der Verwendung nur des ersten Zylinders 14 erheblich vergrößert werden. Der Verschiebeweg kann bei geeigneter konstruktiver Ausgestaltung des Bohrgeräts mindestens 140 % des mit nur einem Zylinder 14 möglichen Verschiebewegs betragen. Der erste Zylinder 14 wird auf Grund seines größeren Verschiebewegs auch als Hauptzylinder und der zweite Zylinder 16 wird auf Grund seines kleineren Verschiebewegs als Nebenzylinder bezeichnet. Die Druckräume 19, 29, die Kolben 20, 30 und die Kolbenstangen 22, 32 der Zylinder 14, 16 haben jeweils dieselben Querschnittsflächen, so dass sie bei einer Beaufschlagung mit demselben Druck dieselben Vorschubkräfte und dieselbe Vorschubbewegung P1 erzeugen. Vorzugsweise sind die Zylinder 14, 16 der Zylinderanordnung 12 als Gleichlaufzylinder ausgeführt. Alternativ zu der Ausführung der Zylinder als Gleichlaufzylinder können die Zylinder auch als Doppelhubzylinder ausgebildet sein, wobei dann zusätzliche Führungselemente zur Führung der Verschiebebewegung des Schlittens 38 vorzusehen sind.
  • In Figur 2 ist das Bohrgerät 10 nach Figur 1 gezeigt. Gegenüber der in Figur 1 gezeigten ersten Endposition des ersten Zylindergehäuses 18 und des zweiten Zylindergehäuses 28 sind die Zylindergehäuse 18, 28 in Figur 2 in ihren entgegengesetzten Endpositionen gezeigt. Zwischen der in Figur 1 gezeigten ersten Endposition und der in Figur 2 gezeigten zweiten Endposition ist der Schlitten 38 um den mithilfe des Bohrgeräts 10 maximal erzeugbaren Verschiebeweg in Vortriebsrichtung P1 verschoben worden.
  • In Figur 3 ist ein Bohrgerät 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt, das zusätzlich zu der Zylinderanordnung 12 nach den Figuren 1 und 2 eine zweite Zylinderanordnung 112 hat. Elemente mit gleichem Aufbau und/oder gleicher Funktion haben dieselben Bezugszeichen.
  • Die zweite Zylinderanordnung 112 hat den selben Aufbau wie die Zylinderanordnung 12. Die Bezugszeichen der Elemente der zweiten Zylinderanordnung 112 unterscheiden sich von den Dezugszeichen derelben Elemente der ersten Zylinderanordnung 12 um den Differenzbetrag 100. Die zweite Zylinderanordnung 112 ist symmetrisch zur Längsachse 50 des Gestängeabschnitts 44 angeordnet, so dass die erste Zylinderanordnung 12 und die zweite Zylinderanordnung 112 an zwei gegenüberliegenden Enden des Schlittens 38 bei paralleler Ansteuerung der Zylinderanordnungen 12, 112 dieselbe Kraft in den Schlitten 38 einleiten, so dass eine gleichmäßige und verkantungsfreie Verschiebebewegung in Vortriebsrichtung P1 möglich ist. In Figur 3 sind die Zylinderanordnungen 12, 112 bis zu ihren jeweiligen ersten Endpositionen entgegen der Vortriebsrichtung P1 verschoben worden. In dieser gezeigten ersten Position sind sie somit in ihrer maximalen Rückzugsposition gezeigt. In dieser ersten Position ist auch der Schlitten 38 in seiner maximalen Rückzugsposition. Ferner befindet sich der erste Gestängeabschnitt 44 in dieser ersten Position vollständig im Bereich des Bohrgeräts 100, so dass er in das Bohrgerät 100 eingesetzt werden kann und mit der Gestängeaufnahme 40 in dieser ersten Position des Schlittens 38 verbindbar ist. Ferner kann der distale Gewindeabschnitt des Gestängeabschnitts 44 mit dem zum Bohrgerät 100 gesichteten Ende eines zweiten Gestängeabschnitts 45 verbunden werden. Beim schrittweisen Rückzug des Gestänges kann der Gestängeabschnitt 44 auch vom Gestängeabschnitt 45 getrennt werden. Nach dem Trennen des Gestängeabschnitts 44 vom Gestängeabschnitt 45 in der in Figur 3 gezeigten ersten Position des Schlittens 39 wird in einem nachfolgenden Arbeitsschritt der Gestängeabschnitt 44 von der Gestängeaufnahme 40 getrennt, sodass er anschließend aus dem Bohrgerät 100 entnehmbar ist. Das Verbinden und Trennen von Gestängeabschnitten 44, 45 untereinander und mit bzw. von der Gestängeaufnahme 40, 42 sowie der in Verbindung mit Figur 1 bis 3 beschriebene Antrieb des Gestänges und des am distalen Ende des Gestänges angeordneten Werkzeugs ist bei allen in Verbindung mit den Figuren 1 bis 12 beschriebenen Ausführungsformen gleich.
  • In Figur 4 ist das Bohrgerät 100 nach Figur 3 gezeigt, wobei die Zylinder 14, 16, 114, 116 der Zylinderanordnungen 12, 112 in eine zweite der in Figur 3 gezeigten ersten Position gegenüberliegenden zweiten Endposition verfahren worden sind. Zum Erreichen dieser zweiten Endposition sind die Zylindergehäuse 18, 28, 118, 128 entlang der jeweiligen durch sie hindurchführenden Kolbenstange 22, 32, 122, 132 verschoben worden. In dieser zweiten Position wird beim Vortrieb des Gestänges in Vortriebsrichtung P1 die Verbindung zwischen der Gestängeaufnahme 40 und dem Gestängeabschnitt 44 gelöst und die Zylinder 14, 16, 114, 116 in die in Figur 3 gezeigte erste Position zurückgefahren. Anschließend kann ein weiterer Gestängeabschnitt in das Bohrgerät eingesetzt und mit der Gestängeaufnahme 40 und dem der Gestängeaufnahme 40 zugewandten Ende des Gestängeabschnitts 44 verbunden werden.
  • In Figur 5 ist ein Bohrgerät 200 gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt, das eine erste Zylinderanordnung 212 und eine zweite Zylinderanordnung 262 hat. Im Unterschied zu den Zylinderanordnungen 12 und 112 der zweiten Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 haben die Zylinderanordnungen 212 und 262 jeweils einen dritten Zylinder 214, 264. Der dritte Zylinder 214 der ersten Zylinderanordnung 212 hat ein Zylindergehäuse 216, das einen Druckraum 217 begrenzt, in dem ein Kolben 220 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 220 ist mit einer Kolbenstange 222 verbunden, deren gegenüberliegende Enden über jeweils ein Verbindungselement 224, 226 mit dem Gehäuse 28 des zweiten Zylinders 16 fest verbunden sind.
  • Der dritte Zylinder 264 der zweiten Zylinderanordnung 262 hat ein Zylindergehäuse 266, das einen Druckraum 267 begrenzt, in dem ein Kolben 270 angeordnet ist, der beidseitig mit einer Kolbenstange 272 verbunden ist. Die gegenüberliegenden Enden der Kolbenstange 272 sind über Verbindungselemente 274, 276 fest mit dem Zylindergehäuse 128 des zweiten Zylinders 116 verbunden. Ferner sind die Zylindergehäuse 216, 266 der dritten Zylinder 214, 264 fest mit dem Schlitten 38 verbunden. Die wirksamen Querschnitte der Zylinder 14, 16, 114, 116, 214, 264 sind bei allen in Verbindung mit den Figuren 1 bis 12 beschriebenen Ausführungsformen gleich groß, so dass die Zylinder 14, 16, 114, 116, 214, 264 bei gleicher Ansteuerung dieselbe Kraft und betragsmäßig dieselbe Vorschubbewegung ausführen. Bei allen Ausführungsformen werden als feste Verbindung zwischen den Elementen der Zylinder 14, 16, 114, 116, 214, 264 untereinander sowie mit dem Schlitten 38 alle Verbindungen angesehen, die eine Übertragung der Verschiebebewegung in Vorschubrichtung P1 bzw. in entgegengesetzter Richtung zwischen diesen Elementen 18, 22, 30, 32, 118, 122, 130, 132, 216, 220, 266, 270 ermöglichen.
  • In Figur 5 sind die Zylindergehäuse 18, 28, 118, 128, 216, 266 in der ersten Position, d.h. in der Rückzugsposition, angeordnet. Demgegenüber sind diese Zylindergehäuse 18, 28, 118, 128, 216, 266 in Figur 6 in der der Rückzugsposition gegenüberliegenden zweiten Endposition angeordnet dargestellt.
  • In Figur 7 ist ein Bohrgerät 300 gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt. Das Bohrgerät 300 umfasst zwei eine Verschiebeeinheit 302 begrenzende Stirnplatten 304, 306, die über Verbindungselemente 308, 310, 312, 314 miteinander verbunden sind. Über diese Verbindungselemente 308 bis 314 ist der Abstand zwischen den Stirnplatten 304, 306 festgelegt. Mit den Verbindungselementen 312, 314 sind Abstützplatten 316 bis 322 verbunden, über die das Bohrgerät 300 in einer Grube oder einem Schacht abgestützt werden kann. Die Abstützplatten 316 bis 322 sind aus den durch die Stirnplatten 304, 306 ragenden offenen Enden der Verbindungselemente 314, 312 herausziehbar und über Bolzen 324, 326 in verschiedenen Auszugsstufen mit den Verbindungselementen 312, 314 verbindbar. Die Stirnplatte 304 hat eine Gestängedurchführung 328, durch die ein Gestängeabschnitt 44, 45 hindurchführbar ist. Ferner sind Arretierungshebel 330, 332 gezeigt, durch die ein Gestängeabschnitt 44, 45 wahlweise derart fixiert werden kann, dass er an einer Drehbewegung gehindert wird, so dass der fixierte Gestängeabschnitt 44, 45 mit einem weiteren Gestängeabschnitt 44, 45 verbunden werden kann oder von diesem weiteren Gestängeabschnitt 44, 45 getrennt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann mithilfe der Klemmhebel 330, 332 eine Verschiebung eines Gestängeabschnitts 44, 45 in Vortriebsrichtung P1 sowie entgegengesetzt der Vortriebsrichtung verhindert werden.
  • Mit dem Verbindungselement 314 ist ein Bedienpult 315 verbunden, mit dessen Hilfe die Verschiebeeinheit 302 sowie ein Antriebsmotor 334 zum Erzeugen einer Drehbewegung der Gestängeaufnahme 40 angesteuert werden kann. Der Antriebsmotor 334 ist fest mit dem Schlitten 38 verbunden. Zur Kraftübertrag zwischen dem Antriebsmotor 334 und der Gestängeaufnahme 40 ist eine im Schlittens 38 angeordnete Übertragungskette (nicht dargestellt) vorgesehen.
  • Die Verschiebeeinheit 302 hat zwei Zylinderanordnungen 336, 338. Die erste Zylinderanordnung 336 hat einen ersten Zylinder 340 mit einem ersten Zylindergehäuse 342 und einer ersten Kolbenstange 344. Ferner hat die erste Zylinderanordnung 336 einen zweiten Zylinder 346, der ein zweites Zylindergehäuse 348 und eine zweite Kolbenstange 350 hat.
  • Die zweite Zylinderanordnung 338 hat einen ersten Zylinder 352 mit einem ersten Zylindergehäuse 354 und einer ersten Kolbenstange 356. Ferner umfasst die zweite Zylinderanordnung 338 einen zweiten Zylinder, der in den Figuren 7 bis 9 von anderen Elementen verdeckt und in den Figuren 10 und 11 sichtbar ist. Dieser zweite Zylinder ist in den Figuren 10 bis 12 mit dem Bezugszeichen 358 bezeichnet und hat ein zweites Zylindergehäuse 360 sowie eine zweite Kolbenstange 362. Ein Ende der Kolbenstangen 344, 356 ist jeweils mit der ersten Stirnplatte 304 über eine Schraubverbindung fest verbunden. Die gegenüberliegenden zweiten Enden der Kolbenstangen 344, 356 sind mit der gegenüberliegenden zweiten Stirnplatte 306 verschraubt, so dass die Kolbenstangen 344, 356 als Führungselemente zum Führen der Verschiebebewegung der Verschiebeeinheit 302 dienen. Die der Stirnplatte 304 zugewandte Seite der Zylindergehäuse 342, 352 sind über eine erste Zwischenplatte 364 verbunden. Mit der Verbindungsplatte 364 ist jeweils ein Ende der Kolbenstangen 350, 362 der zweiten Zylinder 346, 358 über eine Schraubverbindung fest verbunden. Ferner umfasst die Verschiebeeinheit 302 eine zweite Zwischenplatte 366, die an dem der zweiten Stirnplatte 306 zugewandten Ende der Zylindergehäuse 354, 342 der ersten Zylinder 340, 352 der Zylinderanordnungen 336, 338 fest verbunden ist. Ferner sind die den mit der ersten Zwischenplatte 364 fest verbundenen Enden der Kolbenstangen 350, 362 gegenüberliegenden Enden der Kolbenstangen 350, 362 mit der zweiten Zwischenplatte 366 über jeweils eine Schraubverbindung fest verbunden. Dadurch werden bei einer Bewegung der Zylindergehäuse 342, 354 entlang der Kolbenstangen 344, 356 die zweiten Zylinder 346, 358 zusammen mit den Zwischenplatten 364, 366 und dem mit den Zylindergehäusen 348, 360 verbundenen Schlitten 38 in Vortriebsrichtung P1 bzw. in entgegengesetzter Richtung verschoben.
  • Der Schlitten 38 kann bei einer durch die zweiten Zylinder 346, 358 erzeugten Verschiebebewegung ebenfalls in Vortriebsrichtung P1 bzw. in entgegengesetzter Richtung verschoben werden. Die Funktion der Verschiebeeinheit 302 sowie der grundsätzliche Aufbau der Verschiebeeinheit 302 des Bohrgeräts 300 stimmt mit dem Aufbau und der Funktion des in den Figuren 3 und 4 schematisch gezeigten Bohrgeräts 100 überein.
  • In Figur 8 ist das Bohrgerät 300 dargestellt, wobei die Position der Zylindergehäuse 348, 360 der zweiten Zylinder 346, 358 der Zylinderanordnungen 336, 338 gegenüber den Kolbenstangen 350, 360 der zweiten Zylinder 346, gegenüber der in Figur 7 dargestellten ersten Position unverändert ist, wohingegen die Zylindergehäuse 342, 354 der ersten Zylinder 340, 352 entlang der Längsachsen der durch sie hindurchgeführten Kolbenstangen 344, 356 in die gegenüber Figur 7 entgegengesetzte Endposition verfahren worden sind. Dadurch ist der Schlitten 38 in Figur 8 in einer zweiten Position angeordnet.
  • In Figur 9 ist das Bohrgerät 300 gezeigt, wobei der Schlitten 38 in einer dritten Position angeordnet ist. Gegenüber Figur 8 ist in Figur 9 die Lage der Zylindergehäuse 342, 354 der ersten Zylinder 340, 352 unverändert. Jedoch ist die Lage der Zylindergehäuse 348, 360 der zweiten Zylinder 346, 358 gegenüber Figur 8 infolge einer Verschiebung dieser Zylindergehäuse 348, 360 entlang der durch diese Zylindergehäuse 348, 360 geführten Kolbenstangen 350, 362 in eine gegenüber den Figuren 7 und 8 dargestellten Endposition entgegengesetzten Endposition geändert worden, so dass der Schlitten 38 der Verschiebeeinheit 302 zwischen der in Figur 7 dargestellten ersten Position (Rückzugsposition - erste Endposition) über die in Figur 8 dargestellte Position (Zwischenposition) und die in Figur 9 dargestellte dritte Position (zweite Endposition) verfahren worden ist.
  • In den Figuren 10, 11 und 12 ist jeweils eine Draufsicht auf die Verschiebeeinheit 302 des Bohrgeräts 300 dargestellt, wobei die Verbindungselemente 312, 314 sowie das Bedienpult 315 zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. In Figur 10 ist die Verschiebeeinheit 302 wie in Figur 7 in der ersten Endposition dargestellt, in Figur 11 wie in Figur 8 in der zweiten Position (Zwischenposition) und in Figur 12 wie in Figur 9 in der dritten Position (zweite Endposition).
  • Bei allen gezeigten Ausführungsformen kann der Verschiebeweg des Schlittens 38 gegenüber dem Einsatz von Zylinderanordnungen mit jeweils nur einem Zylinder 340, 352 erheblich vergrößert werden. Beim Einsatz von Zylinderanordnungen 336, 338 mit jeweils zwei Zylindern 352, 358; 340, 346 kann der mögliche Verschiebeweg um bis zu 50 % vergrößert werden, wodurch bei gleicher Baugröße des Bohrgeräts 10, 100, 200, 300 in einem Arbeitsgang eine größere Vortriebs- bzw. Rückzugsbewegung des Gestänges erreicht werden kann, wodurch bei gleicher Baugröße des Bohrgeräts 10, 100, 200, 300 längere Gestängeabschnitte 44, 45 eingesetzt werden können. Beim Einsatz von drei Zylindern pro Zylinderanordnung 212, 262 kann der Verschiebeweg bei gleicher Baugröße des Bohrgeräts 10, 100, 200, 300 zusätzlich um bis zu 25 % des Verschiebewegs der ersten Zylinder 18, 118 vergrößert werden. Die Platten 316 bis 322 dienen zur Abstützung des Bohrgeräts 300 im Erdreich, so dass über diese Platten 316 bis 322 das Bohrgerät 300 ortsfest angeordnet ist, so dass sowohl die Platten 316 bis 322 als auch die Stirnplatten 304, 306 ortsfeste Gegendruckelemente der Verschiebeeinheit 302 bzw. des Bohrgeräts 300 bilden.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zum Bewegen eines Arbeitsmittels im Erdreich,
    mit einer Verschiebeeinheit (302) zum Erzeugen einer linearen Bewegung eines Gestänges (44, 45) entlang dessen Längsachse (50),
    wobei die Verschiebeeinheit (302) zum Erzeugen der linearen Bewegung des Gestänges (44, 45) einen erste Zylinder (14, 340) hat, der ein erstes Zylindergehäuse (18) und einen in einem durch das erste Zylindergehäuse (18, 342) gebildeten Druckraum (19) geführten ersten Kolben (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verschiebeeinheit (302) zum Erzeugen der linearen Bewegung mindestens eine Zylinderanordnung (12, 336) hat, die den ersten Zylinder (14, 340) und mindestens einen zweiten Zylinder (16, 346) umfasst, wobei der zweite Zylinder (16, 346) ein zweites Zylindergehäuse (28, 348) und einen in einem durch das zweite Zylindergehäuse (28, 348) gebildeten Druckraum (21) geführten zweiten Kolben (30) umfasst,
    dass die Verschiebeinheit (302) einen mit dem Gestänge (44, 45) koppelbaren Schlitten (38) hat, der durch eine Antriebsbewegung der Zylinderanordnung (12, 336) verschiebbar ist,
    wobei mindestens ein Ende einer mit dem ersten Kolben (20) verbundenen ersten Kolbenstange (22, 344) mit einem ortsfesten Gegendruckelement (316 bis 322; 304, 306) der Verschiebeeinheit (302) im Eingriff steht,
    wobei ein Ende einer mit dem zweiten Kolben (30) verbundenen zweiten Kolbenstange (32, 350) derart mit dem ersten Zylindergehäuse (18, 348) gekoppelt ist, dass die zweite Kolbenstange (32, 350) zum Erzeugen der linearen Bewegung des Gestänges (44, 45) zusammen mit dem ersten Zylindergehäuse (18, 342) bewegbar ist, und
    wobei der Schlitten (38) derart mit dem zweiten Zylindergehäuse (28, 348) gekoppelt ist, dass der Schlitten (38) zum Erzeugen der linearen Bewegung des Gestänges (44, 45) zusammen mit dem zweiten Zylindergehäuse (28, 348) bewegbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zylinderanordnung (12, 212, 336) n Zylinder umfasst, die jeweils eine Verschiebebewegung auf parallelen Achsen ausführen, wobei die Länge des (n-1)-ten Zylindergehäuses (18, 28, 342) gleich der Summe der Länge eines Verfahrwegs des n-ten Zylinders (16, 214, 346) und der Länge des n-ten Zylindergehäuses (28, 216, 348) ist, wobei n gleich 2, 3, 4 oder 5 ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass m Zylinderanordnungen (12, 112, 212, 262, 336, 338) vorgesehen sind, die jeweils zwischen dem Schlitten (38) und dem Gegendruckelement (316 bis 322, 304, 306) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die m Zylinderanordnungen (12, 112, 212, 262, 336, 338) parallel angeordnet und dieselbe lineare Verschiebebewegung parallel ausführen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die m Zylinderanordnungen (12, 112, 212, 262, 336, 338) in gleichen Winkelabständen um die Längsachse (50) des Gestänges (44, 45) herum angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (38) mindestens ein Kupplungsmittel (40, 42) zum Erzeugen einer drehfesten Verbindung zwischen dem Kupplungsmittel (40, 42) und dem Gestänge (44, 45) umfasst, und dass das Kupplungsmittel (40, 42) zusammen mit dem Gestänge (44, 45) mit Hilfe einer Antriebseinheit (334) um eine Drehachse P2 in mindestens eine Drehrichtung drehbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Verschiebebewegung des ersten Zylinders (14, 114, 340, 352) jeder Zylinderanordnung (12, 112, 212, 262, 336, 338) entlang jeweils einer ersten Achse erfolgt und dass die lineare Verschiebebewegung des zweiten Zylinders (16, 116, 346, 358) jeder Zylinderanordnung (12, 112, 212, 262, 336, 338) entlang jeweils einer zweiten Achse erfolgt, wobei die erste Achse, die zweite Achse und die Längsachse (50) des Gestänges (44, 45) parallel sind.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit die m Zylinderanordnungen (12, 112, 212, 262, 336, 338) derart steuert, dass die durch die Zylinderanordnungen (12, 112, 212, 262, 336, 338) auf den Schlitten (38) ausgeübten Kräfte parallele, betragsgleiche Kraftvektoren haben.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zylinder ( 14, 114, 340, 352) jeder der m Zylinderanordnungen (12, 112, 212, 262, 336, 338) als Gleichlaufzylinder ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zylinder ( 14, 16, 114, 116, 340, 346, 352, 356) als Gleichlaufzylinder ausgebildet sind.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zwischenplatte (346) vorgesehen ist, die die ersten Kolbenstangen (344, 356) und die zweiten Zylindergehäuse (348, 360) der m Zylinderanordnungen (12, 112, 212, 262, 336, 338) miteinander verbindet.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Führungselemente (362, 350, 344, 356) zum Führen der Verschiebebewegung der ersten Zwischenplatte (364), der zweiten Zwischenplatte (366) und/oder des Schlittens (38) vorgesehen sind.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die ersten Zylinder (340, 352) als Gleichlaufzylinder ausgeführt sind, und dass die Kolbenstangen (344, 356) Führungselemente zum Führen der Verschiebebewegung der ersten Zwischenplatte (364), der zweiten Zwischenplatte (366) und/oder des Schlittens (38) bilden.
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