Selbstantreibbares Rammbohrgerät

Abstract

 Bei einem selbstantreibbaren Rammbohrgerät, insbesondere für die Herstellung von Erdbohrungen, mit einem an der Ver­triebsseite eines zylinderförmigen Gehäuses angeordneten und von einem Schlagkolben mit Rammschlagimpulsen beauf­schlagbaren Schlagwerkzeug, wobei der Schlagkolben in pul­sierende, translatorische Arbeitshübe pneumatisch antreib­bar ist, wird vorgeschlagen, daß das Schlagwerkzeug (100) mit seiner Schrägfläche (20) im Gehäuse (1) drehbar um die Rotationsachse (x-x) gelagert ist und mit diesem zusammen­wirkende kinematische Mittel (12, 13, 14) zur Umsetzung­einer jedem Schlag des Schlagkolbens (2) folgenden transla­torischen Bewegung in eine graduelle Drehbewegung sowie pneumatisch ansteuerbare Mittel (8, 19, 105, 106) zur In­gangsetzung oder Unterbrechung der Drehbewegung aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein selbstantreibbares Rammbohrge­rät, insbesondere für die Herstellung von Erdbohrungen, mit einem an der Vortriebsseite eines zylinderförmigen Ge­häuses angeordneten und von einem Schlagkolben mit Ramm­schlagimpulsen beaufschlagbaren Schlagwerkzeug, wobei der Schlagkolben in pulsierende, translatorische Arbeitshübe pneumatisch antreibbar ist.

[0002] Aus der deutschen Patentschrift 21 57 259 ist ein pneuma­tisch angetriebenes Rammbohrgerät mit einer in einem zylin­drischen Gehäuse gehaltenen Schlagspitze und einem in dem Gehäuse hin- und hergehend bewegten Schlagkolben bekannt. Der selbststeuernde Kolben dieses Gerätes übt periodische Rammschläge auf die bewegliche Schlagspitze aus. Unter dem Einfluß dieser Rammschläge bewegt sich die über eine Druck­feder am Gerätegehäuse abgestützte Schlagspitze oszillie­rend in das Erdreich hinein und zieht schließlich, wenn ihr Hub ausgeschöpft ist, das Gehäuse nach.

[0003] Aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 05 229 ist hinge­gen ein Rammbohrgerät bekannt, bei dem die Schlagspitze ein fester Bestandteil des Gerätegehäuses ist.

[0004] Rammbohrgeräte dieser Art dienen bevorzugt dazu, Versor­gungsleitungen wie z.B. für Wasser Zu- und Abfuhr, elek­trische Energie oder Telefonanschlüsse unterirdisch im Erd­bereich zu verlegen, ohne hierfür einen Verlegungsgraben ausheben zu müssen. Dabei bewegt sich das Rammbohrgerät im Erdreich, indem es dieses beim Vordringen verdrängt und verdichtet und einen Erdkanal schafft, in den sich eine Leitung oder ein Kabel problemlos einbringen läßt.

[0005] Rammbohrgeräte, welche diesem Stand der Technik entspre­chen, sind so geartet, daß sie im wesentlichen geradlinige, d.h. in der einmal eingeschlagenen Vortriebsrichtung nicht lenkbare Bohrungen oder Erdröhren erstellen können. Geräte dieser Bauart sind beispielsweise auch in den Patentschrif­ten 23 40 751 und 26 34 066 beschrieben.

[0006] In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß es speziell in nicht homogenen Böden und insbesondere bei Überwindung von längeren Strecken zu unkontrollierbaren Richtungsabwei­chungen kommen kann. Daraus resultiert ein dringendes tech­nisches Bedürfnis nach einem in seiner Arbeitsrichtung kon­trollierbaren und lenkbaren Rammbohrgerät. Das Erfordernis einer Richtungslenkung ist beispielsweise auch für das Um­gehen von besonders schweren Hindernissen oder kreuzenden Fremdleitungen gegeben.

[0007] Aus der deutschen Patentschrift 30 27 990 ist ein selbst­getriebenes Rammbohrgerät insbesondere für Erdbohrungen mit einer von einem im Gerätegehäuse hin- und herbewegten Schlagkolben beaufschlagten Schlagspitze und die Laufrich­tung steuernden Leitflächen bekannt. Kennzeichnend für die­ses Gerät ist, daß die Schlagspitze eine vordere Schräg­ fläche aufweist. Es kann sich hier beispielsweise um eine auswechselbare Schrägfläche mit unterschiedlichen Schräg­winkeln handeln. Auch kann die Schrägfläche dachförmig aus­gebildet sein.

[0008] Der Vorteil dieser Gerätebauart besteht darin, daß die Schrägfläche dem Rammbohrgerät im Erdreich eine senkrecht zu dessen Achse gerichtete Bewegungskomponente erteilt, die zu einem bogenförmigen Verlauf der durch das Rammbohr­gerät erzeugten Erdbohrungen führt. Je nach Schrägwinkel der Schrägfläche ist der Radius der bogenförmigen Erdboh­rung unterschiedlich groß, so daß sich vorteilhafterweise unterschiedliche Radien durch unterschiedliche Schrägflä­chen mit unterschiedlichen Schrägwinkeln an auswechselba­ren Schlagspitzen erreichen lassen. Auch erlaubt es eine verstellbare Schrägfläche an der Schlagspitze, eine bogen­förmige Erdbohrung herzustellen. Durch die zusätzlich mög­liche dachförmige Ausbildung wird zudem die Vortriebslei­stung des Gerätes erhöht.

[0009] Auch bei dieser bekannten Vorrichtung kann während des un­unterbrochenen Vortriebs eine vorgegebene Kurvenlaufbahn nicht willkürlich geändert oder beeinflußt und somit das Gerät gezielt gelenkt werden.

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rammbohrge­rät der eingangs genannten Art anzugeben, welches unter Überwindung der bisher bestehenden technischen Grenzen die Möglichkeit ergibt, die Gerätespitze oder ein vorne am Ge­rät angeordnetes Schlagwerkzeug während des Vortriebs zu drehen, um beispielsweise die Vortriebsrichtung während des ununterbrochenen Betriebes willkürlich zu beeinflussen und zu kontrollieren und damit die Vortriebsrichtung durch einen gezielten Lenkungseingriff zu steuern.

[0011] Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem selbstantreib­baren Rammbohrgerät der eingangs genannten Art mit der Er­findung dadurch, daß das Schlagwerkzeug, bei dem es sich auch um die Gerätespitze handeln kann, im Gehäuse drehbar um die Rotationsachse gelagert ist und mit diesem zusammen­wirkende kinematische Mittel zur Umsetzung einer jedem Schlag des Schlagkolbens folgenden translatorischen Bewe­gung in eine graduelle Drehbewegung sowie vorzugsweise pneu­matisch ansteuerbare Mittel zur Ingangsetzung oder Unter­brechung der Drehbewegung aufweist.

[0012] Um die Bewegungsrichtung (Vortriebsrichtung) des Geräts be­einflussen zu können, kann das Schlagwerkzeug bzw. die Gerätespitze mit einer Schrägfläche versehen sein.

[0013] Mit Vorteil ergibt sich durch die erfindungsgemäße Ausbil­dung des selbstantreibbaren Rammbohrgerätes die Möglich­keit, dessen Vortriebsrichtung während der ununterbrochenen Vortriebsarbeit von außen her zu kontrollieren und zu beein­flussen und damit durch gezielte Lenkungseingriffe das Ge­rät unterirdisch in seiner Arbeitsrichtung zu steuern. Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß bei einem Betriebszustand mit ununterbrochener Rotationsbewegung des Schlagwerkzeuges, wobei sich der Kopf des Rammbohrgerätes im Takt der Schlagzahl des Schlagkolbens um die Gerätelängs­achse dreht, ein geradliniger Vortrieb praktisch ohne Rich­tungsabweichungen erfolgt. Zur Steuerung einer Richtungs­abweichung wird dann die Rotation des längsbeweglichen Schlagkopfes unterbrochen, wobei entsprechend der Schräg­stellung der vorderen schrägen Lenkfläche ein bogenförmiges Stück Erdbohrung hergestellt wird.

[0014] Die Ebene dieses bogenförmigen Vortriebs verläuft in etwa senkrecht zur schrägen Lenkfläche des Schlagwerkzeuges. Deswegen ist es erforderlich, die Winkelstellung dieser schrägen Lenkfläche zu einer Bezugsebene, beispielsweise der Horizontalebene, ermitteln und einstellen zu können.

[0015] Hierfür sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß dem Schlagwerkzeug wenigstens ein dessen Drehwinkelstellung zu einer die Längsachse des Gehäuses schneidenden gehäuse­fest gedachten Bezugsebene signalisierender Sensor zugeord­net ist. Dieser Sensor ist vorzugsweise im vorderen Teil des Gehäuses angeordnet. Es ist nämlich bekannt, daß sich die Richtungsstabilität eines selbstgetriebenen Rammbohr­gerätes dadurch verbessern läßt, daß das Gerät mit einem in Vortriebsrichtung weitestmöglich vorne angeordneten Sen­der versehen ist.

[0016] Eine Ausgestaltung des Gerätes sieht vor, daß das Schlag­werkzeug im wesentlichen als zylinderförmiger Schlagdorn mit einem vorderen in eine Schlagspitze auslaufenden und den Schlagkopf mit der Schrägfläche tragenden Schaftteil und einem rückwärtigen, eine Aufschlagfläche aufweisenden Schaftteil und dazwischen mit einem Bereich vergrößerten Durchmessers in Form eines Kolbens mit einer Kolbenring­fläche ausgebildet ist.

[0017] Hierbei weist ein Schaftteil des Schlagwerkzeuges eine in Richtung der Rotationsachse am Schaftteil unverschiebbar, jedoch drehbar angeordnete hülsenförmige Schraube mit steil­gängigem Bewegungsgewinde im Eingriff mit einer im Gehäu­se verankerten und mit kompatiblem Steilgewinde ausgebil­deten ringförmigen Mutter auf, wobei zwischen dem Schaft­teil und der Schraube ein Freilauf angeordnet ist.

[0018] Infolge dieses kinematischen Eingriffs der Gewindeprofile von Schraube und Mutter wird erreicht, daß bei jedem Auf­schlag des Kolbens auf die Fläche der Schlagspitze, wobei sich das Schlagwerkzeug um den Betrag seines Arbeitsweges translatorisch nach vorne bis zum Anschlag bewegt, die Schraube und Mutter relativ zueinander eine helixförmige Bewegung sowohl in translatorischer als auch in rotatori­scher Richtung ausführen. Dabei sorgt der Freilauf dafür, daß sich die Schlagspitze nur in einer vorgegebenen Rich­tung und nur entweder beim Vorhub oder beim Rückhub dreht.

[0019] Vorzugsweise ist dabei die Anordnung so getroffen, daß sich die Schlagspitze nur beim Rückhub des Schlagdorns dreht. Hierdurch ergibt sich eine äußerst schonende Betriebsweise. Das System könnte auch so ausgelegt sein, daß der Schlagdorn sich im Vorwärtshub translatorisch-rotatorisch und im Rückhub nur translatorisch bewegen würde; hierbei würde es aber zu einer vergleichsweise äußerst stoßartigen und damit mechanisch hohen Belastung der Freiläufe und der Profilflanken von Schraube und Mutter kommen, was letzt­endlich eine Belastung des störungsfreien Betriebes ergeben würde. Mit Rücksicht hierauf sieht dabei die vorzugsweise Ausgestaltung der Vorrichtung vor, daß entsprechend einer Einrichtung des Freilaufes die Schlagspitze mit dem abge­schrägten Schlagkopf bei jedem Rückhub des Schlagwerkzeuges um einen bestimmten Winkel um die Gehäuseachse rotiert.

[0020] Je schneller der Schlagkolben pro Zeiteinheit schlägt, je öfter dreht sich auch der komplette Schlagkopf pro Zeitein­heit. Dabei ist der Drehwinkel pro Hub abhängig von der Steigung des Profils der Profilschraube und Profilmutter sowie von der Länge des Hubweges des Schlagwerkzeuges.

[0021] Eine Ausgestaltung der pneumatisch ansteuerbaren Mittel zur Ingangsetzung oder Unterbrechung der Drehbewegung sieht vor, daß der Kolben zwischen den beiden Schaftteilen und eine im Gehäuse angeordnete zylinderförmige Hülse als Kol­ben/Zylinder-Einheit zusammenwirkend ausgebildet und an­geordnet sind. Dabei ist weiterhin der Arbeitsraum der Kol­ben/Zylinder-Einheit über in der Wandung des Gehäuses achs­parallel verlaufende und als Druckkanäle ausgebildete Boh­rungen mit einer Druckluftquelle verbindbar.

[0022] Mit Hilfe dieser Steuerelemente kann die Unterbrechung der Rotation dadurch eingeleitet werden, daß der Arbeitsraum der Kolben/Zylinder-Einheit drucklos gemacht wird, wobei der Schlagdorn in der vorderen Position gehalten wird und somit beim Aufschlag des Schlagkolbens keine translatori­sche Bewegung und demgemäß auch keine rotatorische Bewe­gung ausführt.

[0023] Zur absoluten Messung der Stellung der Schrägfläche zur Horizontalen ist es erforderlich, die Drehrichtung des Ramm­bohrgerätes um die Längsachse und die Rotationsstellung des Schlagkopfes relativ zum Rammbohrgerät zu erfassen. Zu diesem Zweck ist nach einem weiteren Vorschlag vorge­sehen, daß das Gerät zur Bestimmung einer Winkelstellung seines Gehäuses, gemessen an der Neigung der gehäusefest gedachten Längsschnittebene zu einer Vergleichsebene im Raum, beispielsweise der Horizontalebene, einen am Gehäuse drehfest angebrachten Inklinator, wie z.B. einen torsions­steifen Draht, aufweist. Dieser kann auch beim Kurvengang einer Erdbohrung vom Gerät nachgeschleppt werden und läßt infolge seiner torsionssteifen Eigenschaft die Verdrehung des Rammbohrgerätes um die Längsachse auch bei längeren und Kurven aufweisenden Bohrungen erkennen.

[0024] Sehr vorteilhaft kann das Gerät auch unter Bildung einer insbesondere horizontalen Bohranlage mit einem Bohrgestänge als Steuereinrichtung vor Kopf angeordnet und mit diesem drehfest verbunden sein.

[0025] Weiterhin kann des Gerät zur Verstärkung seiner Vortriebs- und Bohrleistung über das Bohrgestänge mit einer dieses nachdrückenden Vorschubeinrichtung in kraftschlüssiger Ver­bindung stehen. Und schließlich kann die Vorschubeinrich­tung im Falle einer besonders einfachen Ausführung mit ei­nem Gestänge-Drehantrieb zusammenwirkend ausgebildet sein.

[0026] Die Erfindung wird in schematischen Zeichnungen in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei aus den Zeich­nungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ent­nehmbar sind. Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des Gerätes;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gerätes;

Fig. 3 eine horizontale Bohranlage mit einem Bohrgestän­ge und einem vor Kopf angeordneten Rammbohrgerät mit einem eine vordere Schrägfläche aufweisen­den rotierbaren Schlagwerkzeug;

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Gerät entsprechend der Schnittebene IV-IV in Fig. 1.

[0027] Das in der Fig. 1 dargestellte Rammbohrgerät weist an der Vortriebsseite seines zylinderförmigen Gehäuses 1 ein axial um die Hublänge 102 beweglich angeordnetes und von einem Schlagkolben 2 mit Rammschlagimpulsen beaufschlagbares Schlagwerkzeug 100 mit einer vorderen schrägen Lenkfläche 20 auf. Dabei ist der Schlagkolben 2 mittels Druckluft in pulsierende, translatorische Arbeitshübe pneumatisch an­treibbar ausgebildet und angeordnet.

[0028] Das Schlagwerkzeug 100 ist mit seiner Schrägfläche 20 im Gehäuse drehbar um die Rotationsachse x-x gelagert und weist mit diesem zusammenwirkende kinematische Mittel 12, 13, 14 zur Umsetzung einer jedem Schlag des Schlagkolbens 2 folgenden translatorischen Bewegung in eine graduelle Drehbewegung sowie pneumatisch ansteuerbare Mittel 8, 19, 105, 106 zur Ingangsetzung oder Unterbrechung der Drehbe­wegung auf.

[0029] Das Schlagwerkzeug 100 ist im wesentlichen als zylinderför­miger Schlagdorn mit einem vorderen in eine Schlagspitze 6 auslaufenden und den Schlagkopf 7 mit der Schrägfläche 20 tragenden Schaftteil 18.1 und einem rückwärtigen, eine Aufschlagfläche 101 aufweisenden Schaftteil 18.2 und da­zwischen mit einem Bereich vergrößerten Durchmessers in Form eines Kolbens 19 mit einer Kolbenringfläche 108 aus­gebildet. Der Schaftteil 18.1 und der Schlagkopf 7 sind durch Spannstifte 10 miteinander fest verbunden.

[0030] Dem Schlagwerkzeug 100 ist wenigstens ein dessen Dreh-Win­kelstellung zu einer die Längsachse x-x des Gehäuses schnei­denden gehäusefest gedachten Bezugsebene y-y (Fig. 4) sig­nalisierender Sensor 16 zugeordnet und vorzugsweise ent­sprechend dem Ausführungsbeispiel im vorderen Teil des Ge­häuses 1 angeordnet. Dieser Sensor 16 kann vorzugsweise einen induktiven Geber mit wenigstens zwei am Umfangsbe­reich des Schaftteils 18.1 zu diesem berührungslos und in gleichen Umfangsabständen im Gehäuse 1 angeordneten Induk­ tionsspulen 16.1, 16.2 sowie mit einem mit diesen zusammen­wirkenden, als Exzenter 103 ausgebildeten Bereich des Schaftteils 18.1 aufweisen.

[0031] Das hier dargestellte Meßsystem arbeitet induktiv in der Weise, daß sich bei Rotation des Schlagwerkzeuges 100 in­folge der Ausbildung des Schaftteils 18.1 mit einem Exzen­ter 103 im Bereich der Sensorspulen 16 der Abstand 112 der ferromagnetischen Masse dieses exzentrischen Bereiches 103 je nach Rotationsstellung im Verhältnis zu den Spulen 16 bzw. deren magnetischem Kern 16.1 nach Maßgabe der Winkel­stellung des Schlagdorns ändert und ein entsprechendes in­duktives Signal ergibt. Die Spulenleitungen verlaufen dann durch die achsparallele Mantelbohrung 105 (Fig. 4) zum hin­teren Ende des Gerätes und weiter durch die Erdbohrung zum Bedienungsstand.

[0032] Zur Steuerung und Ortung des Rammbohrgerätes im Erdreich ist weiterhin ein umfangreiches Meßsystem erforderlich. Bei­spielsweise muß die Tiefenlage des Rammbohrgerätes, ge­messen von der Erdoberfläche, und die Seitenlage ermittelt werden. Weiterhin muß die Lage der Schrägfläche bezogen auf die Horizontale ermittelbar sein.

[0033] Zur Messung der Tiefen- und Seitenlage des Rammbohrgerätes ist in der Spitze 6 des Schalgwerkzeuges 100 eine Bohrung 111 zur Aufnahme eines Peilsenders vorgesehen. Dieser Sen­der (nicht dargestellt) sendet Signale aus, für deren Aus­tritt Längsschlitze 115 in der Schlagspitze 6 vorgesehen sind. Infolge dieser Austrittsschlitze 115 ändert sich die Intensität der Sendeimpulse nach Maßgabe der rotativen Stellung dieser Schlitze zur Horizontalen und ergibt somit die Möglichkeit, die Stellung der Schrägfläche 20 zur Hori­ zontalen zu bestimmen, wie dies rein schematisch in der Fig. 2 dargestellt ist. Dabei sind die Sendeimpulse mit der Ziffer 116 bezeichnet.

[0034] Wie vorgängig bereits angesprochen, kann die Ermittlung der rotativen Stellung der Schrägfläche 20 zur Horizontalen so erfolgen, daß die Verdrehung des Rammbohrgerätes um die Längsachse x-x und die Rotationsstellung des Schlagkopfes relativ zum Gehäuse 1 gemessen werden. Die beiden Meßwerte ergeben dann die absolute Stellung der schrägen Fläche 20 zur Horizontalen. Zur Messung der Verdrehung des Rammbohr­gerätes um seine Längsachse x-x kann an diesen gemäß sche­matischer Darstellung in der Fig. 2 ein Inklinator 27 be­festigt sein, der am Ende des Rammbohrgerätes sitzt oder kurz hinter dem Rammbohrgerät über eine drehfeste Kupplung, beispielsweise mit den Kupplungselementen 24, 25 mit dem Rammbohrgerät verbunden ist. Die Stromversorgungsleitungen sowie die Leitungen zur Meßwertüberwachung laufen, aus­gehend von den Induktionsspulen 16 durch den Ringkanal 114 und die Bohrung 105 zum Geräteende und weiter zur Strom­quelle bzw. zum Datenerfassungsgerät.

[0035] Eine bereits erwähnte Möglichkeit, die Stellung der Schräg­fläche 20 zu messen, und damit gegebenenfalls auch die vor­erwähnte Messung zu kontrollieren, besteht darin, daß die Sendeimpulse 116 des in der Spitze 6 des Schlagwerkzeuges 100 eingebauten Peilsenders ausgewertet werden.

[0036] Das Sende/Empfangssystem ist so aufgebaut, daß die Sende­impulse, wenn die Schrägfläche 20 nach oben zeigt, ein Sig­nal X ergeben, wenn diese nach unten zeigt, ergeben sie ein Signal X2; zeigt die Schrägfläche zur linken Seite, ergeben sie ein Signal X3; zeigt sie zur rechten Seite, ergeben sie ein Signal X4.

[0037] Auf dieser Basis werden vier Stellungen der Schrägfläche 20 auf dem Vollkreis von 360^o angezeigt. Dazwischen kann jede beliebige Stellung der Schrägfläche auf dem Vollkreis von 360^o durch eine entsprechende elektronische Auswertung angezeigt werden. Hierdurch kann das Rammbohrgerät durch entsprechend gezielte Einstellung der schrägen Lenkfläche 20 mit Hilfe eines einfachen Lenkeingriffes nach rechts, links, oben oder unten zur Abweichung aus der geraden Rich­tung gesteuert werden.

[0038] Die beschriebene Meßeinrichtung und das darauf aufbauende Meßverfahren sind im Rahmen der Erfindung nur beispielhaft aufzufassen. Sie sind insbesondere infolge ihrer Einfach­heit von besonderem Vorteil. Dies schließt jedoch nicht aus, daß auch andere Vorrichtungen und Verfahren zur Stel­lungsmessung der schrägen Lenkfläche 20 am Schlagwerkzeug 100 herangezogen werden können. Beispielsweise kann die Stellung der Schrägfläche 20 auch so ermittelt werden, daß drehfest am Druckluftschlauch 118 kurz hinter der Maschine oder am Maschinenende zwei Potentiometer befestigt sind. Einer dieser Potentiometer mißt das Lot (Drehstellung des Rammbohrgerätes 1), während der andere Potentiometer bei­spielsweise mit Hilfe einer flexiblen Welle, die axial zen­trisch durch das Rammbohrgerät zur Schlagspitze 6 verläuft und mit dieser rotationsfest verbunden ist, die Rotation bzw. Kopfstellung des Schlagwerkzeuges 100 anzeigt.

[0039] Damit sich nur das Schlagwerkzeug 100 und nicht das Gehäuse selbst bzw. das Rammbohrgerät im Boden dreht, kann es er­forderlich sein, daß das Rammbohrgerät mit Stabilisierungs­flächen 17 ausgerüstet ist, welche der Verdrehsicherung dienen.

[0040] Im Bereich der mechanischen Ausgestaltung des Gerätes nach der Erfindung zeigt die Fig. 1 weiterhin die Ausbildung des Kolbens 19 zwischen dem vorderen Schaftteil 18.1 und dem hinteren Schaftteil 18.2 des Schlagdornes. Dieser weist am hinteren Ende die Aufschlagfläche 101 auf, welche vom Schlagkolben 2 pulsatorisch beaufschlagt wird. Zwischen der rückwärtigen Kolbenfläche und zwei gekonterten Muttern 11 befindet sich ein in Richtung der Rotationsachse x-x am Schaftteil 18.2 unverschiebbar, jedoch drehbar angeordnete hülsenförmige Schraube 12 mit steilgängigem Bewegungsgewin­de 109 im Eingriff mit einer im Gehäuse 1 verankertem und mit kompatiblem Steilgewinde 110 ausgebildeten ringförmigen Mutter 13. Zwischen dem Schaftteil 18.2 und der Schraube 12 ist der Freilauf 14 angeordnet. Dieser ist, wie gesagt, so ausgelegt, daß bei Bewegung des Schlagdorns nach vorn, unter der Wirkung eines Rammschlagimpulses des Schlagkol­bens 2, die Schraube 12 gegenüber dem Schaftteil 18.2 freiläuft, dagegen beim Rückhub des Schlagwerkzeuges eine rotatorische Bewegung ausführt. Dieser Rückhub erfolgt in­folge der Ausbildung des Kolbens 19 und der Hülse 8, die im Gehäuse 1 fest eingeschraubt ist sowie durch die Wirkung von Druckluft in der von der Hülse 8 umschlossenen Kammer 106 als Kolben/Zylinder-Einheit unter Beaufschlagung der Ringfläche 108 des Kolbens 19 mit Druckluft. Diese Druck­luft wird durch die Bohrung 113 und deren Anschlußöffnung 104 in die Druckkammer 106 eingeführt.

[0041] Die Unterbindung der Rotation des Schlagwerkzeuges 100 er­folgt dadurch, daß die Druckkammer 106 drucklos gemacht wird, wodurch der Kolben 19 und damit das Schlagwerkzeug 100 in der vorderen Position gehalten wird, wobei die vor­dere Fläche des Kolbens 19 gegen die Anschlagkante 107 der Verschraubung 8 anliegt. In dieser Position wird das Schlag­werkzeug durch Luftdruck im Raum 21 während des Rückhubes des Schlagkolbens 2 gehalten, solange die Druckkammer 106 drucklos bleibt.

[0042] Die Verschraubung 8 wird von der aufgeschraubten Kappe 30 umschlossen, welche die eingebauten Sensorenspulen 16.1, 16.2 vor Verschmutzung und Eindringen von Feuchtigkeit schützt. Bei Aufgabe von Druckluft durch die Bohrung 113 und die Öffnung 104 in die Druckkammer 106 erfolgt ein Bleeding von Druckluft unter Entspannung entlang des Dich­tungsspaltes zwischen dem Schaftteil 18.1 und der vorderen Verschraubung 8 entsprechend dem sich aus der Passung zwi­schen diesen beiden Bauteilen ergebenden Passungsspalt 32. Diese im Bleeding austretende Abluft dient einerseits infol­ge eines von ihr mitgeführten Ölnebels als Führungs-, Gleit- und Schmiermittel für den Schlagdorn bzw. dessen Schaftteil 18.2. Weiter tritt diese Luft zwischen dem Schlagwerkzeug 100 und dessen die vordere Verschraubung 30 umfassenden zylinderförmigen Kragen 33 ins Freie aus und verhindert durch ihre Strömung das Eindringen von Feuch­tigkeit oder Verunreinigungen in den schützenden Spalt zwi­schen diesen letztgenannten Bauelementen.

[0043] Fig. 2 zeigt in Seitenansicht rein schematisch das von ei­ner Startgrube 26 in das Erdreich eindringende Gerät. Es trägt am hinteren Ende die Leit- oder Stabilisierungsflä­chen 17, welche verhindern, daß sich das Gehäuse 1 bei Ro­tation des Schlagwerkzeuges 100 und seiner schrägen Lenk­fläche 20 im Gegensinn ebenfalls während der Vortriebsar­beit um seine Achse x-x drehen kann. Am hinteren Ende ist der Druckluftschlauch 118 erkennbar. Weiterhin ist das Ge­rät über die Kupplungselemente 24, 25 und das Befestigungs­glied 23 mit einem biegsamen, jedoch torsionssteifen Inkli­nator 27 ausgerüstet. Der im Kopf des Schlagwerkzeuges 100 eingebaute Sender sendet vorzugsweise durch die Schlitze 115 hindurch Ortungssignale 116, welche oberirdisch in an sich bekannter Weise empfangen und ausgewertet werden. Da­mit kann, wie gesagt, Tiefe, Laufrichtung und Stellung der Schrägfläche 20 zur Horizontalen ermittelt werden. Die Dreh­stellung des Gehäuses 1 wird über den Inklinator 27 an ei­nen mechanischen, elektrischen oder elektronischen Empfän­ger übertragen und ergibt ein weiteres Meßsignal, welches beispielsweise in Verbindung mit einem Drehstellungssignal der Sensorspulen 16, 16.1 eine exakte Drehrichtungsortung der schrägen Lenkfläche 20 ergibt.

[0044] Hierbei kann entweder von dem einen Meßsignal oder von den beiden letztgenannten Meßsignalen ausgegangen werden, es können aber auch alle Meßsignale zusammen zu einem sehr genauen Ortungssystem gemeinsam ausgewertet werden.

[0045] In der Fig. 3 ist, ausgehend von der Startgrube 26, eine horizontale Bohranlage rein schematisch dargestellt. Diese weist ein Bohrgestänge 28 auf, wobei vor Kopf dieses Bohr­gestänges 28 ein Rammbohrgerät in der Funktion sowohl einer Vortriebs- als auch einer Steuereinrichtung 29 augeordnet ist. Die Steuerfunktion ergibt sich daraus, daß das Gerät entweder mit ständig rotierendem Schlagwerkzeug 100 betrie­ben werden kann, bzw. nach einem Lenkeingriff durch Einstel­lung der Lage der schrägen Lenkfläche 20 in einem bestimm­ten Winkel zur Horizontalen und/oder zur Vertikalen bei zeitweise undrehbar geführtem Schlagwerkzeug 100 eine Rich­tungskorrektur vornimmt.

[0046] Dabei kann das Gerät zur Verstärkung seiner Vortriebs- und Bohrleistung über das Bohrgestänge 28 mit einer dieses nach­drückenden Vorschubeinrichtung 31 in kraftschlüssiger Ver­bindung stehen. Bei entsprechender Ausgestaltung kann diese Vorschubeinrichtung 31 auch, wie bei Bohranlagen üblich, dem Bohrgestänge 28 sowohl eine translatorische als auch eine rotatorische Bewegungsenergie verleihen. Zu diesem Zweck besitzt beispielsweise die Vorschubeinrichtung 31 einen zusätzlichen Hydraulik-Drehantrieb 35 mit den Druck­ölleitungen 37. Der von der horizontalen Bohranlage aus dem Erdreich herausgearbeitete Bohrkanal ist mit der Ziff. 34 bezeichnet. Auch dieses Gerät ist mit Leitflächen 17 ausgestattet, welche die Richtungsstabilität erhöhen und zugleich die Lenkbarkeit verbessern.

[0047] Das in der Fig. 3 dargestellte Rammbohrgerät kann so ausge­bildet sein, daß der Schlagkolben 2 unabhängig vom nach­drückenden Bohrgestänge 28 mittels eines pneumatischen An­triebes unter Zufuhr von Druckluft in oszillierende Schlag­bewegungen erregt werden kann. Das Bohrgestänge 28 ist in Streckenabschnitte unterteilt und mit Kupplungen 36.1, 36.2 zu einer Gestängeeinheit verbunden.

[0048] In der Fig. 4 ist ein Schnitt durch das Gerät nach Fig. 1 entsprechend der Schnittebene IV-IV dargestellt. Dabei sind gleiche Funktionselemente mit gleichen Bezugsziffern entsprechend der Fig. 1 bezeichnet. In dem vergleichsweise dickwandigen Gehäuse 1 sind zwei Bohrkanäle 113 für Druck­luft und 105 für Meßleitungen vorgesehen. Ferner zeigt die Schnittdarstellung im Kern den Schaftteil 18.2 mit der um diesen drehbar, jedoch nicht achsverschieblich angeordneten hülsenförmigen Schraube 12 mit dem helixförmigen Schrauben­profil 110 und die ebenfalls hülsenförmige, im Gehäuse 1 fest verankerte Mutter 13 mit dem Gegenprofil 109. Zwischen der Schraube 12 und dem Schaftteil 18.2 ist der Freilauf 14 eingebaut. Eine Bezugsebene zur Feststellung einer Dreh­stellung des Gehäuses 1 zu einer Ebene im Raum, beispiels­weise der Horizontalebene, ist mit Y-Y bezeichnet.

[0049] Der erfindungsgemäße Drehantrieb eignet sich nicht nur für lenkbare Rammbohrgeräte, sondern darüber hinaus für alle Geräte mit einem um die Längsachse drehbaren Gehäuseteil oder Werkzeug, beispielsweise mit einer drehbaren Schlag­spitze.

Ansprüche

1. Selbstantreibbares Rammbohrgerät, insbesondere für die Herstellung von Erdbohrungen, mit einem an der Vortriebsseite eines zylinderförmigen Gehäuses angeord­neten und von einem Schlagkolben mit Rammschlagimpul­sen beaufschlagbaren Schlagwerkzeug, wobei der Schlag­kolben in pulsierende, translatorische Arbeitshübe antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlag­werkzeug (100) im Gehäuse (1) drehbar um die Rotations­achse (x-x) gelagert ist und mit diesem zusammenwirken­de kinematische Mittel (12, 13, 14) zur Umsetzung ei­ner jedem Schlag des Schlagkolbens (2) folgenden trans­latorischen Bewegung in eine graduelle Drehbewegung sowie Mittel (8, 19, 105, 106) zur Ingangsetzung oder Unterbrechung der Drehbewegung aufweist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlagwerkzeug (100) mit einer Schrägfläche (20) versehen ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schlagwerkzeug (100) wenigstens ein dessen Dreh-Winkelstellung zu einer die Längsachse (x-x) des Gehäuses (1) schneidenden gefhäusefest gedachten Be­zugsebene (y-y) signalisierender Sensor (16) zugeord­net ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Sensor (16) im vorderen Teil des Gehäuses (1) angeordnet ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Schlagwerkzeug (100) im wesentlichen als zylinderförmiger Schlagdorn mit einem vorderen in eine Schlagspitze (6) auslaufenden und den Schlag­kopf (7) mit der Schrägfläche (20) tragenden Schaft­teil (18.1) und einem rückwärtigen, eine Aufschlagflä­che (101) aufweisenden Schaftteil (18.2) und dazwi­schen mit einem Bereich vergrößerten Durchmessers in Form eines Kolbens (19) mit einer Kolbenringfläche (108) ausgebildet ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß ein Schaftteil (18.2) des Schlagwerkzeu­ges (100) eine in Richtung der Rotationsachse (x-x) am Schaftteil (18.2) unverschiebbar, jedoch drehbar angeordnete hülsenförmige Schraube (12) mit steilgän­gigem Bewegungsgewinde (109) im Eingriff mit einer im Gehäuse (1) verankerten und mit kompatiblem Steil­gewinde (110) ausgebildeten ringförmigen Mutter (13) aufweist, und daß zwischen dem Schaftteil (18.2) und der Schraube (12) ein Freilauf (14) angeordnet ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Kolben (19) und eine im Gehäuse (1) angeordnete zylinderförmige Hülse (8) als Kolben/Zylin­der-Einheit zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet sind.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Arbeitsraum (106) der Kolben/Zylin­der-Einheit über in der Wandung (1.1) des Gehäuses (1) achsparallel verlaufende und als Druckluftkanäle ausgebildete Bohrungen (105) mit einer Druckluftquelle verbindbar ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Sensor (16) zur Bestimmung der Win­kelstellung des Schlagwerkzeuges (100) zu einer gehäu­sefest gedachten Gehäuselängsschnittebene (y-y) einen induktiven Geber mit wenigstens zwei am Umfangsbereich des Schaftteils (18.1) zu diesem berührungslos und in gleichen Umfangsabständen im Gehäuse (1) angeordne­ten Induktionsspulen (16.1, 16.2) sowie mit einem mit diesen zusammenwirkenden, als Exzenter (103) ausge­bildeten Bereich des Schaftteils (18.1) aufweist.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Schaftteil (18.1) im Bereich seiner Spitze (6) eine Bohrung (111) zur Aufnahme eines Peil­senders aufweist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­kennzeichnet, daß dieses zur Bestimmung einer Winkel­stellung des Gehäuses (1), gemessen an der Neigung einer gehäusefest gedachten Längsschnittebene (y-y) zu einer Vergleichsebene im Raum, beispielsweise der Horizontalebene, einen am Gehäuse (1) drehfest ange­brachten Inklinator, wie z.B. einen torsionssteifen Draht, aufweist.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­kennzeichnet, daß es unter Bildung einer horizontalen Bohranlage mit einem Bohrgestänge (28) als Steuerein­richtung (29) vor Kopf angeordnet und mit diesem dreh­fest verbunden ist.

13. Gerät nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Verstärkung seiner Vortriebs- und Bohrlei­stung über das Bohrgestänge (28) mit einer dieses nach­drückenden Vorschubeinrichtung (31) in kraftschlüs­siger Verbindung steht.

14. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Vorschubeinrichtung (31) mit einem Gestänge-Drehantrieb (35) zusammenwirkend ausgebildet ist.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Schlagwerkzeug (100) axial be­weglich in dem Gehäuse (1) gelagert ist.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Mittel (8, 19, 105, 106) zum Ingangsetzen oder Unterbrechen der Drehbewegung des Schlagwerkzeugs pneumatisch ansteuerbar sind.

Zeichnung