DE102004032356A1

DE102004032356A1 - Kanalbearbeitungsgerät

Info

Publication number: DE102004032356A1
Application number: DE200410032356
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Püttmann
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2004-07-03
Filing date: 2004-07-03
Publication date: 2006-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kanalbearbeitungsgerät, bei dem eine Antriebsbewegung eines Linearantriebs über ein Schubelement auf ein Gestänge übertragen wird, dessen Längsachse nicht parallel zu der Längsachse des Linearantriebs verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kanalbearbeitungsgerät, wie es beispielsweise für das zerstörende Ersetzen erdverlegter Leitungen verwendet wird.

Ein solches Kanalbearbeitungsgerät in einer Ausführung als Bohrgerät ist beispielsweise aus der EP 0 794 315 B1 bekannt. Das dort dargestellte Bohrgerät weist ein Bohrgestänge, bestehend aus einzelnen gekuppelten Gestängeschüssen und einer Antriebsvorrichtung auf, wobei die Antriebsvorrichtung in einer Startgrube für die Bohrung verankert wird.

Die Antriebsvorrichtung umfaßt zwei Linearantriebe in Form von Hydraulikzylindern, deren Kolben gemeinsam mit einem Mitnehmer verbunden sind. Die Längsrichtung der Zylinder liegt parallel zu der Bewegungsrichtung der Gestängeschüsse, so daß der Mitnehmer bei seiner Bewegung in Kupplungselemente der Gestängeschüsse greifen kann und diese, je nach Arbeitsrichtung, in das Erdreich hineintreibt oder aus diesem herauszieht.

Am Ende eines Hubs der Zylinder wird der Mitnehmer aus dem Kontaktbereich mit den Kupplungselementen zurückgezogen; die Zylinder können einen Rückwärtshub ausführen, am Ende dessen der Mitnehmer wiederum in die Kupplungselemente der Gestängeschüsse eingreift. Ein weiterer Vorschubzyklus beginnt.

Während des Rückhubs der Zylinder kann ein Sperrelement, welches am Rahmen der Antriebsvorrichtung befestigt ist, ein Rückfedern des Gestänges infolge der elastischen Verformung des Erdreichs verhindern, indem es in die Kupplungselemente eingreift. Während des Arbeitshubs wird das Sperrelement aus dem Kontaktbereich der Kupplungselemente zurückgezogen.

Die Arbeitsrichtung der Bohrvorrichtung der EP 0 794 315 B1 kann auf einfache Weise umgekehrt werden. Dazu müssen der Mitnehmer bzw. das Sperrelement lediglich jeweils bei der entgegengesetzten Bewegungsrichtung der Zylinder in die Kupplungselemente in Eingriff gebracht werden.

Die dargestellte Bohrvorrichtung bietet die Möglichkeit, die hohen Kräfte, die von dem Linearantrieb bereitgestellt werden, auf einfache und kostengünstige Weise auf das Bohrgestänge zu übertragen.

Nachteilig an der beschriebenen Bohrvorrichtung ist deren großer Platzbedarf, der insbesondere von den Ausmaßen der verwendeten Zylinder definiert wird. Somit beträgt die Breite der Vorrichtung mindestens den doppelten Durchmesser der Zylinder und die Länge wird mindestens durch die Länge der Zylinder im ausgefahrenen Zustand definiert.

Insbesondere ist hinsichtlich der Länge der Antriebsvorrichtung unbefriedigend, daß der Hub nicht einmal die Hälfte der Zylinderlänge im ausgefahrenen Zustand betragen kann. Somit weist die Vorrichtung eine Länge auf, die mindestens doppelt so lang wie der Bewegungshub des Gestänges ist.

Da Kanalbearbeitungsgeräte häufig an Orten betrieben werden, deren Platzbedarf äußerst beschränkt ist, wie z.B. in Kanalschächten oder Mannlöchern, wirkt sich das unvorteilhafte Verhältnis Gesamtlänge der Antriebsvorrichtung zu Hub negativ aus.

Ferner ist aus der DE 100 11 994 C1 eine Antriebsvorrichtung für ein Kanalbearbeitungsgerät bekannt, die vertikal innerhalb eines Schachts angeordnet ist. Die Antriebsvorrichtung weist zwei antizyklisch gesteuerte Linearantriebe auf, die über Seilklemmen abwechselnd ihre Bewegung auf ein Zugseil übertragen. Das Zugseil wird somit vertikal in der Grube geführt und an deren Grund über eine Umlenkrolle in die Horizontale umgelenkt, wo es durch eine Pilotbohrung zu einem Aufweitgerät geführt wird.

Eine optionale Winde an der Erdoberfläche kann dazu dienen, das von den Linearantrieben gezogene Zugseil aufzurollen.

Die beschriebene Antriebsvorrichtung bietet den Vorteil, daß durch die vertikale Anordnung der Linearantriebe die Größe des Schachts, insbesondere dessen Durchmesser gering gehalten werden kann. Nachteilig ist jedoch, daß das Zugmittel in dessen Verlauf um 90° umgelenkt wird, so daß lediglich hochflexible Zugmittel, wie Seile und Ketten, zum Einsatz kommen können. Diese Art der Zugmittel können jedoch keine Druckkräfte übertragen.

Die Antriebsvorrichtung der DE 100 11 994 C1 ist folglich nur für das Ziehen, jedoch nicht für das Schieben von Lasten geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kanalbearbeitungsgerät zu schaffen, welches mindestens einen Nachteil des Standes der Technik überwindet.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Die Erfindung sieht vor, ein Kanalbearbeitungsgerät, das ein Gestänge und einen Linearantrieb umfaßt, derart auszuführen, daß die Längsachse des Linearantriebs in einem Winkel ungleich 180° zu der Längsachse des Gestänges verläuft und die Antriebsbewegung des Linearantriebs über ein Zug-/Schubelement auf das Gestänge übertragen wird. Es findet somit eine Umlenkung der Antriebsbewegung in die benötigte Richtung statt.

Unter "Kanalbearbeitungsgerät" wird insbesondere jedes Gerät verstanden, welches in einem bestehenden oder zu erstellenden, im wesentlichen horizontal verlaufenden Kanal bewegt wird, um eine Bohrung zu erstellen oder aufzuweiten oder ein bestehendes Rohr zerstörend oder nicht zerstörend zu ersetzen, zu reinigen, Leitungen in bestehende Rohre oder andere Langkörper einzuziehen sowie sämtliche Vorrichtungen für Bauarbeiten des unterirdischen Vortriebs. Das Kanalbearbeitungsgerät im Sinne dieser Erfindung ist nicht auf unterirdische Erdarbeiten beschränkt. So können beispielsweise Leitungen, in denen ein Kanalbearbeitungsgerät betrieben wird, auch oberirdisch verlaufen.

Der Begriff "Kanal" im Sinne der vorliegenden Erfindung erfaßt insbesondere jede Art von bestehenden oder zu erstellenden, vorzugsweise horizontalen Kanälen in einem Körper, insbesondere Erdkanäle einschließlich Erdbohrungen, Felsbohrungen oder Erdleitungen sowie unterirdischer oder oberirdischer Rohrleitungen und Abwasserkanäle.

Als Zug-/Schubmittel werden sämtliche Mittel verstanden, die in der Lage sind, Zug- und/oder Schubkräfte zu übertragen und dabei steif oder flexibel ausgeführt sein können. Die Zug-/Schubmittel können auch so ausgeführt sein, daß sie Zug- und/oder Schubkräfte lediglich unter bestimmten Voraussetzungen übertragen können. Insbesondere wenn die Zug-/Schubmittel aus zusammenhängenden Teilelementen bestehen, kann die Fähigkeit zur Übertragung der Kräfte von der Lage der Teilelemente zueinander abhängen. Ferner kann diese Fähigkeit auch von der Lage der Zug-/Schubmittel zu den übrigen Bauteilen der Vorrichtung, insbesondere in den entsprechenden Anlenkpunkten abhängen.

Der Begriff "Gestänge" erfaßt insbesondere alle Zug- und/oder Schubmittel für das horizontale Erdbohren, wie beispielsweise Rohrgestänge, Stabgestänge und Leitergestänge, aber auch Seile, Ketten und Leitungen.

Es ist offensichtlich, daß die Lage der Längsachse des Gestänges im Bereich des Linearantriebs erfindungswesentlich ist. Dies schließt aber nicht aus, daß die Längsachse bei der Verwendung eines flexiblen Gestänges an einer Stelle, die außerhalb des Wirkbereichs des Linearantriebs liegt, beliebig verläuft.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verläuft die Gestängelängsachse entsprechend der Bohrung horizontal. Während die Längsachse des Linearantriebs vertikal verläuft.

Ein Gehäuse, welches sowohl den Linearantrieb abstützt als auch als Führung für das Gestänge dient, kann somit eine L-förmige Form aufweisen.

Die Länge des waagerechten Balkens des "L" kann somit im wesentlichen durch den Hub des Linearantriebs, übertragen auf das Schubelement, definiert werden. Die horizontalen Ausdehnungen der gesamten Vorrichtung können demnach gering gehalten werden. Dies wirkt sich insbesondere dort aus, wo entsprechende Bohrvorrichtungen in engen Schächten oder eigens für die Bohrarbeiten ausgehobenen Gruben verwendet werden.

Die Länge des senkrechten Balkens des "L" entspricht folglich im wesentlichen der Länge des Linearantriebs im ausgefahrenen Zustand.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Zug-/Schubelement als Gliederkette ausgeführt. Die Gliederkette ist derart ausgeführt, daß sie sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen, dabei jedoch auch bogenförmig verlaufen kann. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die Gliederkette aus einzelnen steifen Elementen aufgebaut ist, die miteinander über Drehgelenke verbunden sind. Ein Knicken der Gliederkette wird dadurch vermieden, daß das Biegemoment entweder von einer äußeren Führung, beispielsweise des Gehäuses der Bohrvorrichtung, oder durch innere (zur Gliederkette gehörende) Stützelemente abgestützt wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verläuft die Gliederkette in einer oder mehreren bogenförmigen Führungen, die beispielsweise in eine oder zwei Seitenwände des Gehäuses eingefräst wurden. Die Anteile der Antriebskräfte des Linearantriebs, die nicht tangential zu der bogenförmig verlaufenden Gliederkette liegen, werden somit von den Flanken der Nut abgestützt.

Zur Verringerung der Reibung innerhalb der Führung kann die Gliederkette, insbesondere an den Drehgelenken mit Rollen ausgestattet werden, deren Durchmesser annähernd der Breite der Führungsnut entsprechen kann.

Bevorzugt werden für den Linearantrieb ein oder mehrere Fluidzylinder verwendet. Hydraulisch oder pneumatisch betriebene Zylinder zeichnen sich insbesondere durch ein gutes Leistungsgewicht und -volumen aus. Zudem kann die Antriebsleistung einfach von einem entfernt an der Oberfläche stehenden Druckerzeuger an den Linearantrieb übertragen werden.

Es eignen sich jedoch alle Arten von Antrieben, die in der Lage sind, einen geradlinigen Hub an der Kontaktstelle des Linearantriebs mit dem Zug-/Schubelement zu ermöglichen. Hier sei insbesondere noch auf einen Antrieb bestehend aus einer Zahnstange in Verbindung mit einem Elektromotor verwiesen.

Als Gestänge wird in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Gestängestrang aus einer Mehrzahl miteinander verbundener, steifer Gestängeschüsse verwendet. Die Verbindungen der einzelnen Gestängeschüsse kann über Schnellverschlüsse erfolgen, die ein Verbinden auch ohne die Zuhilfenahme von Werkzeug ermöglichen.

Vorzugsweise können die Verbindungen sowohl Zug- und Druckkräfte als auch Biegemomente übertragen, so daß entsprechend der gesamte Gestängestrang diese Belastungen übertragen kann.

Ferner kann das Gestänge bzw. die einzelnen Gestängeschüsse eine Mehrzahl an Kupplungsmitteln aufweisen, an denen ein erstes Kupplungselement des Schubelements angreifen kann.

Als Beispiel für ein derartiges Gestänge bzw. derartige Gestängeschüsse können Leitergestänge(-schüsse) dienen. Diese können zwei Längsstreben mit in regelmäßiger Teilung angeordneten Verbindungsstücken aufweisen. Das Kupplungselement des Schubelements kann formschlüssig an diese Verbindungsstücke angreifen, um eine Kraft zu übertragen.

Ein anderes Beispiel eines entsprechenden Gestängeschusses oder Gestänges besteht im wesentlichen aus einem Grundkörper – hohl oder aus Vollmaterial mit beliebigem Querschnitt – mit seitlich angeordneten Vorsprüngen oder Vertiefungen.

Andere Ausführungsformen entsprechender Gestängeschüsse oder Gestänge sind vorhanden und möglich.

Die Kupplungsmittel können auch ein konstruktives Merkmal der Gestängeschußverbindungen darstellen. Das Kupplungselement des Schubelements greift folglich auf Höhe der Gestängeschußverbindungen an dem Gestänge an.

Vorzugsweise ist die durch den Linearantrieb initiierte Bewegung des Zug-/Schubelements derart ausgelegt, daß der Anlenkpunkt zu dem ersten Kupplungselement zumindest streckenweise eine Bewegung ausführt, die parallel zu der Längsrichtung des Gestänges in diesem Bereich verläuft.

Das erste Kupplungselement kann dann so ausgelegt sein, daß es in eine Arbeitsrichtung formschlüssig an einem Kupplungsmittel des Gestänges ein greift (Sperrichtung des Kupplungselements) und das Gestänge entsprechend mitnimmt.

Bei einem Rückwärtshub des Linearantriebs gleitet das erste Kupplungselement frei über die Kupplungsmittel (Freilaufrichtung). Das Gestänge verbleibt folglich unbewegt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann das erste Kupplungselement um eine horizontale Achse, die quer zu der Gestängelängsachse verläuft, rotiert werden. Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Kupplungselements und der Kupplungsmittel kann dadurch die Sperrichtung und die Freilaufrichtung verkehrt werden.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann weiterhin ein zweites Kupplungselement aufweisen, das ähnlich oder identisch zu dem ersten Kupplungselement, jedoch positionsfest (in Relation zu dem Gestänge), beispielsweise an dem Gehäuse der Vorrichtung angeschlagen sein kann.

Das zweite Kupplungselement ist vorzugsweise derart geschaltet, daß eine Rückbewegung infolge einer elastischen Rückstellkraft des Erdreichs verhindert wird, während das erste Kupplungselement infolge des Rückhubs des Linearantriebs relativ zu dem Gestänge bewegt wird.

Auch das zweite Kupplungselement ist vorzugsweise umlegbar gestaltet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des ersten und zweiten Kupplungselements sieht vor, diese in Form eines "Y" auszuführen. Eine Drehachse der Kupplungselemente verläuft dann an dem äußeren Ende des vertikalen Abschnitts des "Y". Die oberen Streben sorgen dann, je nach Kipprichtung des "Y" und Bewegungsrichtung relativ zu den Kupplungsmitteln des Gestänges für eine formschlüssige Verbindung mit oder ein freies Gleiten auf diesen.

Die Verbindung zwischen Zug-/Schubelement und Gestänge kann auch kraftschlüssig erfolgen. Dazu können Klemmelemente, die an dem Zug-/Schubelement angeordnet sind, vorgesehen sein, eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Gestänge herstellen. Insbesondere können diese Klemmelemente selbsthemmend ausgeführt sein. Beispielsweise durch eine Anlenkung über einen Hebel kann erreicht werden, daß die Klemmelemente bei einer Bewegungsrichtung des Gestänges selbsthemmend wirken und in die entgegengesetzte Richtung eine Relativbewegung zwischen Klemmelement und Gestänge zulassen.

Das erfindungsgemäße Kanalbearbeitungsgerät ermöglicht, eine Gliederkette zur Übertragung der Antriebskraft eines Linearantriebs auf ein Bohrgestänge zu verwenden, dessen Längsachse nicht parallel zur Längsachse des Linearantriebs verläuft.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt ein erfindungsgemäßes Kanalbearbeitungsgerät in einer seitlichen, teilweise geschnittenen Darstellung.
Die dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kanalbearbeitungsgeräts besteht aus einem L-förmigen Gehäuse 1, an dessen senkrechtem Schenkel an dem oberen Ende ein Fluidzylinder 2 angeordnet ist, dessen Kolbenstange 3 in das Gehäuse 1 ein- und ausfahren kann.
Die Kolbenstange 3 ist mit einem äußersten Glied einer Gliederkette 4 verbunden, die bogenförmig von dem senkrechten Schenkel des Gehäuses 1 in den waagerechten Schenkel geführt wird. Die Führung wird über eine Nut 5 erreicht, die in die Seitenwände des Gehäuses 1 gefräst wurde.
An dem zweiten äußeren Ende der Gliederkette 4 ist ein erstes Kupplungselement 6 angeordnet, das die Form eines "Y" aufweist und um eine Rotationsachse rotiert werden kann.
Das erste Kupplungselement 6 greift mit einer seiner Sperrkanten 7 formschlüssig an einem Kupplungsmittel 8 eines Gestängeschusses 9 an, so daß eine Bewegung des Kupplungselements 6 nach links auf das Gestänge, das aus einer Mehrzahl miteinander über Schnellverschlüsse verbundener Gestängeschüsse 9 besteht, übertragen wird.
Das Gestänge, das im Kontaktbereich mit dem Kupplungselement 6 horizontal innerhalb des waagerechten Schenkels des Gehäuses 1 auf Führungselementen 10 verläuft, endet in einem erdverlegten Altrohr 11 an einem Aufweitkonus 12. Dieser wird infolge der Bewegung des Gestänges durch das Altrohr 11 gezogen und zerstört dieses aufgrund seines vergrößerten Durchmessers.
Das freie Ende des Gestänges wird ebenfalls in einer Führung 15 bogenförmig in den senkrechten Schenkel des Gehäuses 1 und dort aus diesem herausgeführt. Die Kupplungselemente 8 der Gestängeschüsse 9 ermöglichen dabei eine relative Drehung der Gestängeschüsse 9 zueinander sowie das einfache Abnehmen einzelner Gestängeschüsse 9 zum Verkürzen des Gestänges entsprechend dem Vortrieb des Aufweitkonus 12 innerhalb des Altrohrs 11.
An der rechten Seite des Gehäuses 1 befindet sich ein zweites, gehäusefestes Kupplungselement 13.
Während des Rückhubs der Kolbenstange 3 (was im vorliegenden Fall einem Ausfahren der Kolbenstange entspricht) wird das erste Kupplungselement 6 relativ zu dem Gestänge bewegt, indem es mit einer seiner Gleitkanten 14 an den Kupplungsmitteln 8 der Gestängeschüsse 9 entlang glei tet. Während dieses Rückhubs verhindert das gehäusefeste Kupplungselement 13, daß sich das Gestänge infolge elastischer Kräfte innerhalb des Erdreichs zurückbewegt.
In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform, bei der ein Zug-/Schubelement verwendet wird, das kaum Schubkräfte übertragen kann (z.B. ein Seil), kann die Rückbewegung des ersten Kupplungselements 6 auch über ein zusätzliches Element sichergestellt werden. Beispielsweise kommt hier ein Federelement in Frage, das während des Arbeitshubs des Fluidzylinders 2 vorgespannt wird und während dessen Rückhubs die Rückbewegung des ersten Kupplungselements unterstützt.

Claims

Kanalbearbeitungsgerät mit einem Gestänge und einem Linearantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Linearantriebs und des Gestänges in einem Winkel ungleich 180° zueinander verlaufen und die Antriebsbewegung des Linearantriebs über ein Zug-/Schubelement auf das Gestänge übertragen wird.
Kanalbearbeitungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen horizontalen Verlauf der Gestängelängsachse und einen vertikalen Verlauf der Längsachse des Linearantriebs.
Kanalbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Zug-/Schubelement in Form einer Gliederkette (4).
Kanalbearbeitungsgerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mindestens eine bogenförmige Führung für die Gliederkette (4).
Kanalbearbeitungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen) in die Seitenwände eines Gehäuses (1) des Kanalbearbeitungsgeräts gefräste Nuten (5) sind.
Kanalbearbeitungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Linearantrieb in Form eines Fluidzylinders (2).
Kanalbearbeitungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gestänge bestehend aus einer Mehrzahl gekoppelter Gestängeschüsse (9).
Kanalbearbeitungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gestänge mit einer Mehrzahl von Kupp lungsmitteln (8), an denen ein erstes Kupplungselement (6) des Zug-/Schubelements angreifen kann.
Kanalbearbeitungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste Kupplungselement (6) im wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des Gestänges bewegt und in einer Richtung die Bewegung formschlüssig auf das Gestänge überträgt (Sperrichtung) und in der anderen Richtung sich frei relativ zu dem Gestänge bewegt (Freilaufrichtung).
Kanalbearbeitungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupplungsmittel (6) um eine waagerechte Rotationsachse umgelegt werden kann und sich somit die Sperrichtung des Kupplungselements (6) verkehrt.
Kanalbearbeitungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zweites, gehäusefestes und um eine waagerechte Rotationsachse umlegbares Kupplungselement (13).
Verwendung einer Gliederkette (4) zur Übertragung der Antriebskraft eines Linearantriebs eines Kanalbearbeitungsgeräts auf ein Bohrgestänge, dessen Längsachse nicht parallel zur Längsachse des Linearantriebs verläuft.