DE10146024A1

DE10146024A1 - Schlagwerk für eine Erdbohrvorrichtung

Info

Publication number: DE10146024A1
Application number: DE2001146024
Authority: DE
Inventors: Frank Hofmann
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: DE10146024C2; WO2003025337A1

Abstract

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

Description

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 Schub- oder 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 Schlagkolben 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 Pilot- oder 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 Rohrabschnitten 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 angeordnet, um die Schlagvorrichtung 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 Aufweitkörpers 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

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.