WO2003025337A1 - Schlagwerk für eine erdbohrvorrichtung - Google Patents

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    • E21B4/12—Electrically operated hammers

Definitions

  • the invention relates to a striking mechanism for a device for static drilling in a channel, in particular for destroying and / or replacing pipelines with a rotary, pull or push drive, a push / or pull linkage and a jacking tool.
  • Earth drilling rigs in particular for trenchless pipeline construction, are known in a variety of designs. Such drilling rigs are propelled statically or dynamically, in particular rotating and / or striking. In static driving, the drill head is pulled or pushed through the ground by means of a pulling or pushing rod or a cable pulling device, the use of a drilling rod simultaneously allowing the drilling head to be rotated, which facilitates underground driving or the expansion of pilot bores.
  • a hydraulic drive is usually used for static propulsion or traction, the thrust of which is selected according to the force to be used to destroy the old line.
  • a device for breaking underground pipes in which a static propulsion is supported by an impact unit.
  • the impact unit has no pneumatic or hydraulic drive. Rather, the dynamic propulsion is generated by converting the torque transmitted via the drill pipe of the static drive into impact impulses.
  • the device has a percussion piston which is acted upon by spring force, which is preloaded by means of a rotation of the drill pipe via a ramp and suddenly released for transmission of the percussion impulse in the direction of propulsion.
  • the invention is therefore based on the object of combining a static drive with a striking drive which has improved propulsion properties.
  • the object is achieved by a device according to the independent claims.
  • the subclaims relate to advantageous refinements.
  • the invention is based on the idea of utilizing the advantages of a percussion drive supporting static propulsion without hydraulic or pneumatic devices, without having to accept the disadvantages of the torque-mediated percussion drive, in that the percussion piston is operated electromagnetically.
  • Earth drilling equipment is to be understood in particular to mean any equipment that is moved underground to create or expand a pilot hole or to replace or not destroy a pipe laid in the ground, to pull pipes into existing pipes or other long bodies, as well as all devices for the construction work of the underground tunneling ,
  • earth channel in the sense of the present invention encompasses any type of earth hole, earth pipe or pipeline which can be expanded, destroyed or cut open by using an appropriate tool.
  • the percussion piston is preferably biased electromagnetically and the energy stored in a spring element is released by interrupting the electromagnetic field.
  • the electrical energy required to operate the electromagnetic unit can be provided by a battery or a rechargeable battery, which is preferably provided in the drilling or expanding or bursting tool.
  • the impact drive is only initiated when a certain pressure or pull of the static drive is exceeded.
  • This can be achieved by a pressure switch and has the advantage of an energy-saving mode of operation and the avoidance of bumps.
  • the device according to the invention can also be used to create pilot or expansion bores as well as to rupture or split up old lines. With the latter use, the problems in the destruction or destructive replacement of ductile iron pipes, in which considerable forces are to be exerted, particularly in the area of sockets or repair points, can be solved.
  • the rotary drive that is still available can also be used to destroy old lines. For this reason, hard metal bits can be attached to the expanding tool, which have a milling effect on the old pipe.
  • Fig. 1 an impact device according to the invention
  • Fig. 2 shows the impact device of Fig. 1 with hard metal bits.
  • the impact device 1 is arranged on a push or pull rod 10 in an expanding tool 20.
  • a pressure switch 30 is arranged between the pull rod 10 and the expanding tool 20. net to switch on the impact device 1 when a certain activation pressure is exceeded.
  • the striking device 1 has a striking piston 40, an electromagnet 50 and a spring 60.
  • the electromagnet 50 is supplied with electrical energy by a battery 80 via control electronics 70 and a cable duct 90.
  • the tensile / compressive force for example when the bursting device 20 strikes a pipe sleeve, can exceed a certain degree of activation, as a result of which the pressure switch 30 is actuated. This activates the electromagnet 50 via the control electronics 70. As a result, the percussion piston 40 is moved back against the force of the spring 60, biased and suddenly released again.
  • the control electronics 70 determine the beat frequency.
  • a further optimization of this system is the connection of the expansion body to the drill pipe via a bolt 100.
  • a milling effect can thus be generated by switching on a rotary drive.
  • hard metal bits 110 are preferably introduced into the expansion body.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schlagvorrichtung für den dynamischen Vortrieb eines horizontalen Erdbohrgerätes durch einen elektromagnetischen Antrieb.

Description

"Schlagwerk für eine Erdbohrvorrichtung"
Die Erfindung betrifft ein Schlagwerk für eine Vorrichtung zum statischen Erdbohren in einem Kanal, insbesondere zum Zerstören und/oder Ersetzen von Rohrleitungen mit einem Dreh-, Zug- oder Schubantrieb, einem Schub-/ oder Zuggestänge und einem Vortriebswerkzeug.
Erdbohrgeräte, insbesondere für den grabenlosen Leitungsbau sind in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Der Vortrieb solcher Bohrgeräte erfolgt statisch oder dynamisch, insbesondere drehend und/oder schlagend. Beim statischen Vortrieb wird der Bohrkopf mittels eines Zug- oder Schubgestänges oder auch einer Seilzugvorrichtung durch das Erdreich gezogen bzw. geschoben, wobei die Verwendung eines Bohrgestänges gleichzeitig ein Drehen des Bohrkopfes ermöglicht, was den unterirdischen Vortrieb oder das Aufweiten von Pilotbohrungen erleichtert. Für den statischen Vortrieb oder Zug wird in der Regel ein hydraulischer Antrieb verwendet, der in seiner Schubkraft nach der für das Zerstören der Altleitung aufzubringenden Kraft ausgewählt wird.
Im praktischen Einsatz hat sich der statische Vortrieb mittels eines hydraulisch zug- oder druckbeaufschlagten Bohrgestänges in vielen Situationen bewährt, stößt jedoch an seine Leistungsgrenzen, wenn die zur Verfügung stehende Maschinenkraft für die zu überwindenden Widerstände nicht ausreicht, wie dies insbesondere beim Aufbrechen von Altleitungen größeren Durchmessers der Fall sein kann. Zur Erhöhung der Vortriebskraft ist es bekannt, den statischen Vortrieb in Kombination mit einem dynamisch schlagenden Vortrieb einzusetzen. Hierzu wird ein herkömmliches Schlaggerät in Verbindung mit einem Schuboder Zuggestänge oder einer Seilzugvorrichtung eingesetzt. Derartige Systeme sind jedoch nicht immer erwünscht, da sie einen gewissen Einrichtungs- und Materialaufwand erfordern.
Aus der US-Patentschrift 5 782 311 ist eine Vorrichtung zum Aufbrechen unterirdischer Rohrleitungen bekannt, bei der ein statischer Vortrieb durch eine Schlageinheit unterstützt wird. Die Schlageinheit weist jedoch keinen pneumatischen oder hydraulischen Antrieb auf. Vielmehr wird der dynamische Vortrieb durch eine Umsetzung des über das Bohrgestänge des statischen Antriebs übertragenen Drehmomentes in Schlagimpulse erzeugt. Die Vorrichtung besitzt hierzu einen federkraftbeaufschlagten Schlagkolben, der im Wege einer Rotation des Bohrgestänges über eine Rampe vorgespannt und zur Übertragung des Schlagimpulses in Vortriebsrichtung schlagartig freigegeben wird. Diese Vorrichtung ermöglicht zwar den Einsatz eines Schlagantriebs ohne zusätzliche hydraulische oder pneumatische Antriebsmittel, weist jedoch in der Praxis den Nachteil auf, daß die mechanische Umsetzung von Dreh- in Schlagenergie neben einem hohen Verschleiß eine erhebliche Wärmeentwicklung bewirkt und zudem die entwickelten Schlagkräfte entweder nur gering oder das zum Vorspannen der Feder erforderliche Drehmoment hoch ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen statischen Antrieb mit einem schlagenden Antrieb zu kombinieren, der verbesserte Vortriebseigenschaften aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Gegenstand der Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Vorteile eines den statischen Vortrieb unterstützenden Schlagantriebs ohne hydraulische oder pneumatische Einrichtungen zu nutzen, ohne dabei die Nachteile des drehmomentvermittelten Schlagantriebs in Kauf nehmen zu müssen, indem der Schlag- kolben elektromagnetisch betrieben wird.
Unter Erdbohrgerät ist insbesondere jedes Gerät zu verstehen, welches unterirdisch bewegt wird um eine Pilotbohrung zu erstellen oder aufzuweiten oder ein im Erdreich verlegten Rohr zerstörend oder nicht zerstörend zu ersetzen, Leitungen in bestehende Rohre oder andere Langkörper einzuziehen, sowie sämtliche Vorrichtungen für Bauarbeiten des unterirdischen Vortriebs.
Der Begriff "Erdkanal" im Sinne der vorliegenden Erfindung erfaßt jede Art von Erdbohrung, Erdleitung oder Rohrleitung, die sich durch Einsatz eines entsprechenden Werkzeugs aufweiten, zerstören oder aufschneiden läßt.
Vorzugsweise wird der Schlagkolben elektromagnetisch vorgespannt und die hierbei in einem Federelement gespeicherte Energie durch Unterbrechen des elektromagnetischen Feldes freigesetzt.
Die zum Betrieb der elektromagnetischen Einheit erforderliche elektrische Energie kann durch eine Batterie oder einen Akku, der vorzugsweise im Bohr- bzw. Aufweit- oder Berstwerkzeug vorgesehen ist, zur Verfügung gestellt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Schlagantrieb erst bei Überschreiten eines bestimmten Drucks oder Zugs des statischen Antriebs initiiert. Dies kann durch einen Druckschalter erreicht werden und weist den Vorteil einer stromsparenden Funktionsweise sowie der Vermeidung von Prellschlägen auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ebenso zum Erstellen von Pilotoder Aufweitbohrungen als auch zum Bersten oder Zerteilen von Altleitungen verwendet werden. Bei letzterer Verwendung lassen sich insbesondere die Probleme beim Zerstören bzw. zerstörenden Ersetzen von Duktilgußrohren, bei welchen insbesondere im Bereich von Muffen oder Reparaturstellen erhebliche Kräfte aufzubringen sind, lösen.
Die für solche Arbeiten im Stande der Technik eingesetzten statischen Vortriebsgeräte müssen bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit an denjenigen Rohr- abschnitten ausgerichtet werden, die am schwersten durchtrennbar sind und daher in bezug auf die überwiegende Rohrstrecke überdimensioniert ausgelegt sein. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich für den statischen Vortrieb nun Geräte geringerer Leistungsfähigkeit einsetzen, da im Bereich der Muffen und Reparaturstellen der Schlagantrieb zugeschaltet werden kann.
Der noch zur Verfügung stehende Drehantrieb kann zusätzlich noch zum Zerstören von Altleitungen verwendet werden. Aus diesem Grund können am Aufweitwerkzeug Hartmetallbits angebracht sein, welche eine fräsende Wirkung am Altrohr haben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung, dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schlagvorrichtung und
Fig. 2 die Schlagvorrichtung der Fig. 1 mit Hartmetallbits.
Die erfindungsgemäße Schlagvorrichtung 1 ist an einem Schub- oder Zuggestänge 10 in einem Aufweitwerkzeug 20 angeordnet. Zwischen dem Zuggestänge 10 und dem Aufweitwerkzeug 20 ist ein Druckschalter 30 angeord- net, um die Schlag Vorrichtung 1 bei Überschreiten eines bestimmten Aktivierungsdruckes zuzuschalten. Die Schlagvorrichtung 1 weist einen Schlagkolben 40, einen Elektromagneten 50 und eine Feder 60 auf. Der Elektromagnet 50 wird von einer Batterie 80 über eine Steuerelektronik 70 und einen Kabelkanal 90 mit elektrischer Energie versorgt.
Beim statischen Vortrieb bzw. Zug kann die Zug-/Druckkraft, beispielsweise beim Auftreffen der Berstvorrichtung 20 auf eine Rohrmuffe einen bestimmten Aktivierungsgrad überschreiten, wodurch der Druckschalter 30 betätigt wird. Dieser aktiviert den Elektromagneten 50 über die Steuerelektronik 70. Dadurch wird der Schlagkolben 40 gegen die Kraft der Feder 60 zurückbewegt, vorgespannt und schlagartig wieder freigegeben. Die Steuerelektronik 70 bestimmt die Schlagfrequenz.
Sobald der Aktivierungszug/-druck an dem Zuggestänge 10 wieder unterschritten wird, wird der Elektromagnet 50 über die Steuerelektronik endgültig abgeschaltet, so daß der Schlagkolben 40 seinen Betrieb einstellt.
Eine weitere Optimierung dieses System bildet die Anbindung des Aufweit- körpers mit dem Bohrgestänge über einen Bolzen 100. Durch Zuschalten eines Drehantriebs kann somit ein fräsender Effekt erzeugt werden. Vorzugsweise werden zu diesem Zweck Hartmetallbits 110 in den Aufweitkörper eingebracht.

Claims

Patentansprüche:
1. Schlagvorrichtung für den dynamischen Vortrieb eines horizontalen Erdbohrgerätes, gekennzeichnet durch einen elektromagnetischen Antrieb (50).
2. Erdbohrvorrichtung mit einem Schub- und/oder Zugantrieb sowie einem Schlagantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagantrieb als elektromagnetisch betriebene Schlagvorrichtung (1 ) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagantrieb einen Kolben (40) aufweist, der durch ein Federelement (60) beim Einschalten eines Elektromagneten vorgespannt wird und bei Ausschalten des Elektromagneten schlagartig vorschnellt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagantrieb durch eine Batterie (80) oder einem Akku mit der notwendigen elektrischen Energie versorgt wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagantrieb eine Steuerelektronik (70) zur Steuerung der Schlagfrequenz aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagantrieb mit Hilfe eines Schalters zuschaltbar ist, der auf einen bestimmten Aktivierungsdruck oder -zug beim statischen Vortrieb des Erdbohrgerätes reagiert.
7. Schlagvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufweitkörper (20) drehfest mit einem Bohrgestänge verbunden ist.
8. Schlagvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufweitkörper (20) Fräselemente aufweist.
9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Aufweiten eines Erdkanals oder beim Zerstören der Rohrleitung.
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AL Designated countries for regional patents

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