DE19802209C2

DE19802209C2 - Rotating expanding head

Info

Publication number: DE19802209C2
Application number: DE1998102209
Authority: DE
Inventors: Joerg Isele
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1998-01-22
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2018-01-23
Also published as: DE19802209A1

Description

Die Erfindung betrifft einen drehenden Aufweitbohrkopf zur grabenlosen Aufweitung einer zuvor angelegten Pilotbohrung für die Einrichtung einer Freispiegelleitung vorgegebenen Durchmessers und Gefälles.The invention relates to a rotating expanding drilling head trenchless widening of a pilot hole for the establishment of a free mirror line Diameter and gradient.

Der gesteuerte oder ohne Aufgrabuhgsarbeiten durchgeführte Vor trieb im Erdreich ist aufgrund der inhomogenen Beschaffenheit der zu durchbohrenden Bodenbereiche ein grundsätzliches Pro blem. Er stellt hohe Anforderungen an das Steuersystem und das Vortriebswerkzeug. Es ist von Fall zu Fall abzuwägen, welche Vorgehensweise für die zu erledigende Aufgabe angemessen ist.The controlled or carried out without excavation work is driven in the ground due to the inhomogeneous nature the basic areas to be drilled through are a fundamental pro blem. It places high demands on the control system and that Jacking tool. It must be weighed up on a case-by-case basis Approach is appropriate for the task to be done.

Freispiegelleitungen werden Mute noch überwiegend über die Aufgrabung verlegt. Damit sind Behinderungen des alltäglichen Verkehrs verbunden. Die Alternative, die Verlegung der Freispiegelleitung über die aufgrabungslose Vortriebstechnik vermeidet die Behinderung entlang der Verlegungsstrecke und ist nur auf den Einstiegsort beschränkt, stellt aber technisch hohe Anforderungen.Clearance lines are still predominantly via the mute Excavation relocated. So disabilities are commonplace Traffic connected. The alternative, the relocation of the Free mirror line via excavation-free tunneling technology avoids the handicap along the route and is only limited to the point of entry, but represents technically high Conditions.

Aus der DE 39 05 648 C2 ist ein Rammkopf ersichtlich, der mit an seinem Umfang angeordneten Steuerklappen versehen ist, welche über eine im Inneren des Rammkopfes vorhandene Stell einrichtung radial verstellbar sind, um die Bohrrichtung korrigieren zu könne. Die Steuerklappen werden über je einen zugehörigen Hydraulikzylinder mit pleuelartiger Stange in Position gefahren. Die Hydraulikzylinder sind im Bereich der Innenwand parallel zur Rammkopfachse angebracht. Der Bereich mit ausfahrbaren Steuerklappen steht beim Bohren rotatorisch still. Die Bohrung erfolgt stoßend mit der Kopfschneide und nicht mit den Steuerklappen also unter rotationslosem Vortrieb. Die Steuerklappen weisen an ihrem freien Ende kein zahn- oder meiselartiges Fräsgebilde auf. Mit der Rohrramme werden Bohrungen eines festen Durchmessers gebohrt, wobei der Vortrieb in seiner Richtung über das Ausstellen der Steuerklappen gerichtet bzw. korrigiert wird. Zum Materialabraum dient nur die Kopfschneide, die stoßend und nicht rotatorisch fräsend arbeitet.From DE 39 05 648 C2 a ramming head can be seen, the with control flaps arranged on its circumference is provided, which has a position inside the ram head device are radially adjustable to the drilling direction to be able to correct. The control flaps are each one associated hydraulic cylinder with connecting rod-like rod in Position driven. The hydraulic cylinders are in the range of Inner wall attached parallel to the ram head axis. The area with extendable control flaps rotates during drilling quiet. The hole is butting with the head cutter and not with the control flaps, therefore, with no rotation. The control flaps have no tooth or at their free end chisel-like milling form. With the pipe ram Bores of a fixed diameter are drilled with the propulsion in its direction by opening the control flaps is directed or corrected. Serves as material waste only the cutting edge, butting and not rotary milling is working.

In der EP 462 618 A2 wird eine Bohrverbindung zum gesteuerten Horizontalbohren, die einen mit anstellbaren Schneidblättern versehenen Bohrkopf hat. Die Schneidblätter werden über Hydraulik aus der eingezogenen Position in die ausgefahrenen gefahren und dann dort gehalten. Sie können nicht kontinuierlich verstellt werden und nehmen daher nur zwei Stellungen ein. Es kann nur ein fester Durchmesser mit den montierten Schneidblättern gebohrt werden.In EP 462 618 A2, a drilling connection is controlled Horizontal drilling, one with adjustable cutting blades provided drill head. The cutting blades are over Hydraulics from the retracted position to the extended position driven and then held there. You can not are continuously adjusted and therefore only take two Positions. There can only be a fixed diameter with the mounted cutting blades are drilled.

Eine exakte Art des Vortriebs ist die Verfolgung der vorge gebenen Achse der zukünftigen Freispiegelleitung mit hoher Ge nauigkeit. Dieses Verfahren wird in der DE 196 05 983 A1 be schrieben. Die Achse eines Aufweitbohrkopfs wird über zwei um diese gleichverteilte Stempelreihen nach Bedarf in die notwen dige Korrekturrichtung gedrückt, wobei die Position über opti sche Mittel - das ist die Auslenkung eines gebündelten Licht strahls auf einer mit Photodioden bestückten Fläche - ständig überwacht und gegebenenfalls daraus ein Steuersignal zur ent sprechenden Betätigung der Stempelreihen erzeugt wird. Das setzt einen verhältnismäßig hohen Aufwand an Technik voraus und stellt einige Anforderungen an das bedienende Personal.An exact way of propelling is to track the pre given axis of the future free mirror line with high Ge accuracy. This process is described in DE 196 05 983 A1 wrote. The axis of an expansion boring head is over two around these evenly distributed rows of stamps as required Correction direction pressed, the position via opti means - that is the deflection of a bundled light beam on a surface equipped with photodiodes - constantly monitored and, if necessary, a control signal therefrom for ent speaking actuation of the rows of stamps is generated. The requires a relatively high amount of technology and places some demands on the operating personnel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufweitungsein richtung für grabenlos zu verlegende Freispiegelleitungen be reitzustellen, mit der eine zuvor angelegte Pilotbohrung einer seits aufgeweitet, aber auch wieder die Abweichung der Achse der Pilotbohrung von der Sollachse behoben werden kann.The invention has for its object an expansion direction for trenchless free-sight lines with which a previously created pilot hole of a partly widened, but also the deviation of the axis again the pilot hole can be removed from the target axis.

Die Aufgabe wird durch einen drehenden Aufweitbohrkopf zur grabenlosen Aufweitung einer zuvor angelegten Pilotbohrung ge mäß den Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Mantelfläche des Aufweitbohrkopfes können zur Aufweitung der Bohrung Zähne in ihrer Höhe einstellbar ausgefahren werden, so daß bei Drehung des Aufweitbohrkopfes bereichsweise ein Bohrung größeren Durchmessers angelegt wird, und zwar derart, daß schließlich eine lichte Weite der Bohrung besteht, in der die Freispiegelleitung entlang der Soll-Linie verlegt werden kann. Die Zähne werden hierzu im Bohrkopfinnern über eine Stelleinrichtung in Position gefahren.The task is carried out by a rotating expanding drilling head trenchless expansion of a previously created pilot hole solved according to the characteristics of claim 1. Through the The lateral surface of the expanding drilling head can be used to expand the Bore teeth can be extended in height, so that when the expander head rotates, a hole in some areas larger diameter is applied, in such a way that finally there is a clear width of the hole in which the Free mirror line can be laid along the target line. For this purpose, the teeth are inserted into the inside of the drill head Actuator moved into position.

Jeder Zahn ist ausbaubar und kann bei Bedarf durch einen andern ersetzt werden, dies für eine leichte Reparatur oder zum Aus tausch gegen für den Bohrbereich geeignetere.Each tooth is removable and can be changed by another if necessary be replaced, for easy repair or for out exchange for more suitable for the drilling area.

Die Stelleinrichtung kann durch verschiedene technische Prinzi pien verwirklicht sein. Sehr gut bewährt hat sich eine Stelleinrichtung, die aus hydraulisch betriebenen Hubzylindern besteht und die Zahnträger bzw. Hebel, auf denen die Zähne montiert sind, bedarfsgerecht ausstellt.The actuating device can by various technical principles pien be realized. One has proven itself very well Actuator, which consists of hydraulically operated lifting cylinders exists and the tooth carrier or lever on which the teeth are assembled, issued as required.

Andere Arten der Stelleinrichtung, eine pneumatische, rein mechanische über Getriebe, Gestänge, Seil- oder Kettenzüge oder elektromechanische sind einsetzbar. Eine einfache Stelleinrichtung ist die über die entsprechend axiale Bewegung eines Kegels, der dann die Zahnträgerhebel anhebt oder senkt oder einfach in Position hält. Der Einsatz der jeweiligen Stelleinrichtung wird sich letztlich an der Problematik der durchzuführenden Bohrung und an dem wirtschaftlichen Aufwand orientieren.Other types of actuator, pneumatic, pure mechanical via gear, linkage, cable or chain hoists or Electromechanical can be used. An easy one Actuating device is the corresponding axial movement a cone, which then raises or lowers the gear rack levers or just hold it in place. The use of each Actuator will ultimately address the issue of drilling and the economic effort orientate.

Mit dem korrigierenden Aufweitkopf lassen sich je nach Größe des zu verlegenden Rohres Abweichungen von etwa 50 bis 100 mm ausgleichen. Insbesondere beim innerstädtischen Verlegen von Leitungen mit Haltungslängen von etwa 50 m ist das für den Aufweitbohrkopf benötigte Gerät sehr einfach und damit preisgünstig.With the corrective widening head, depending on the size of the pipe to be laid deviations of about 50 to 100 mm compensate. Especially when laying inner-city This is for cables with cable lengths of around 50 m Expanding drilling head required device very simply and therefore inexpensive.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigenThe invention is explained below with reference to the drawing. Show it

Fig. 1 Aufweitbohrkopf, Fig. 1 Aufweitbohrkopf,

Fig. 2 Bohrsystem. Fig. 2 drilling system.

Das Bohrsystem in Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Systems für den grabenlosen Bau einer Freispieglleitung. Die Spitze des Aufweitkopfes 1 ragt während des Vortriebs stets in die zuvor angelegte Pilotbohrung 2. Hinter dem Aufweitkopf 1, im Innern des Bohrsystems ist das flächige, lichtempfindliche Sy stem 3, das Target, angebaut, das während des Vortriebs stets von dem Zeigestocklaser 4 punktförmig angestrahlt wird. Die Ab weichung des Laserlichtstrahls 9 von der zentralen Photodiode auf dieser lichtempfindlichen Fläche 3 wird als Maß für ein Steuersignal genommen, das das Bohrsystem in seiner Bohrrichtung korrigiert. Die Korrektur geschieht automatisch oder ferngesteu ert von Hand von einer beim Kanalschachteingang stehenden Beob achtungskabine aus. Insbesondere für die manuelle Korrektur wird die lichtempfindliche Fläche 3 mit der Videokamera 5 beobachtet, so daß der Bohrabweichung sofort entgegengehalten werden kann.The drilling system in Fig. 2 is a schematic representation of the system for trenchless construction of a free mirror line. The tip of the expander head 1 always protrudes into the previously created pilot hole 2 during the advance. Behind the expanding head 1 , inside the drilling system, the flat, light-sensitive system 3 , the target, is cultivated, which is always spot-lit by the pointer stick laser 4 during the advance. From the deviation of the laser light beam 9 from the central photodiode on this photosensitive surface 3 is taken as a measure for a control signal that corrects the drilling system in its drilling direction. The correction is done automatically or remotely by hand from an observation booth at the sewer shaft entrance. Particularly for manual correction, the light-sensitive surface 3 is observed with the video camera 5 , so that the drilling deviation can be countered immediately.

Der Aufweitkopf 1 oder Aufweitbohrkopf 1 des Bohrsystems ist als solcher in der Fig. 1 schematisch dargestellt. Um die Darstel lung einfach zu halten, ist der Fall für einen ausstellbaren Zahn 6 gezeichnet. Der Zahn 6 sitzt am freien Ende des Hebels 7, der mit seinem andern Ende drehbar gelagert ist, und zwar liegt diese Drehachse stets senkrecht zur Achse des Aufweitkopfes 1. Der Hebel 7 wird über den Hydraulikzylinder ausgefahren oder eingezogen und damit durch die Mantelwand des Aufweitkopfes ge fahren oder durch sie hindurch eingezogen. Hierzu ist er drehbar gelagert und mit der andern Seite am freien Ende des Hebels 7 ebenfalls drehbar verankert. Die Achse des Hydraulikzylinders 8 schneidet die Achse des Aufweitkopfes 1, so daß der Zehn 6 stets eine ebene Bahnbewegung beschreibt, deren Bahn ebenfalls die Achse des Aufweitkopfes 1 schneidet.The expanding head 1 or expanding drilling head 1 of the drilling system is shown schematically as such in FIG. 1. In order to keep the presen- tation simple, the case for an extendable tooth 6 is drawn. The tooth 6 sits at the free end of the lever 7 , which is rotatably supported at its other end, and this axis of rotation is always perpendicular to the axis of the expanding head 1 The lever 7 is extended or retracted via the hydraulic cylinder and thus drive ge through the jacket wall of the expanding head or drawn through it. For this purpose, it is rotatably mounted and also rotatably anchored to the other side at the free end of the lever 7 . The axis of the hydraulic cylinder 8 intersects the axis of the expanding head 1 , so that the ten 6 always describes a flat path movement, the path of which also intersects the axis of the expanding head 1 .

Mehr als ein Zahn 6 werden so in dem Aufweitkopf 1 angeordnet, daß sie gleichverteilt um dessen Achse 10 sitzen und die Stell einrichtungen 8 drehbar auf der Achse einerseits verankert sind. Hierbei kann aus konstruktiven Gründen es durchaus so sein, daß die Verankerungen jeweils axial versetzt zueinander sind, soweit es der Platzbedarf fordert. Ob die Stelleinrichtungen hydrau lisch, pneumatisch oder elektrisch betrieben werden, ist dahin gestellt. Auf jeden Fall wird ein robuster, voll funktionsfähi ger, kostengünstiger Aufbau das Ziel sein. Im Fall der hydrauli schen Stelleinrichtung kann die Spüleinrichtung des Bohrsystems im Flüssigkeitsvorlauf sogar gekoppelt sein, wenn die Hydrau likflüssigkeit Wasser oder sonst eine unproblematische Flüssig keit ist. More than one tooth 6 are arranged in the expansion head 1 so that they sit evenly distributed around its axis 10 and the adjusting devices 8 are anchored on the one hand on the axis. Here, for structural reasons, it may well be the case that the anchors are axially offset from one another, insofar as space is required. It remains to be seen whether the actuators are operated hydraulically, pneumatically or electrically. In any case, the goal will be a robust, fully functional, inexpensive construction. In the case of the hydraulic actuating device, the flushing device of the drilling system can even be coupled in the liquid flow if the hydraulic liquid is water or another unproblematic liquid.

Reference list

11

Aufweitkopf, Aufweitbohrkopf
Expanding head, expanding head

22nd

Pilotbohrung
Pilot drilling

33rd

System, Target, Fläche
System, target, area

44

Zeigestocklaser
Pointing stick laser

55

Videokamera
Video camera

66

Zahn
tooth

77

Hebel
lever

88th

Hydraulikzylinder
Hydraulic cylinder

99

Laserlichtstrahl
Laser light beam

1010th

Achse
axis

Claims

1. Rotating expansion drilling head for trenchless expansion of a previously created pilot bore for the establishment of a free-mirror line of a given diameter and gradient, characterized in that
the expanding drilling head ( 1 ) has at least one tooth ( 6 ) which can be radially extended through its circumferential surface, which can be held in a predetermined position and, in the case of at least two, are uniformly distributed around the axis ( 10 ) of the expanding head ( 1 ),
each tooth ( 6 ) sits at the free end of an associated lever ( 7 ) which is rotatably mounted on one side,
Between the free end of each lever ( 7 ) and the axis ( 10 ) there is an adjusting device ( 8 ) with which levers ( 7 ) can be pivoted in the same way and held in position.

2. Expanding boring head according to claim 1, characterized in that the teeth are interchangeable, one for their useful area the material removal have a suitable shape and start from one non-abrasive material or are coated with it.

3. Expanding head according to claim 2, characterized in that the actuating device ( 8 ) consists of hydraulically or pneumatically operated lifting cylinders which are anchored equally distributed on the axis and which operate the associated toothed carrier.

4. expander head according to claim 2, characterized in that the adjusting device ( 8 ) consists of a coaxially mounted cone which pushes out or pulls in the lever ends by a corresponding axial displacement and holds in the predetermined position.

5. Expanding head according to claim 2, characterized in that the adjusting device ( 8 ) consists of a linkage or a chain drive or a cable drive.