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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit Bohrgerät zum Niederbringen von Gründungsbohrungen
in den Boden, insbesondere zur Verwendung in bestehenden Gebäuden, mit
einem Gestell zur Positionierung des Bohrgeräts auf dem Untergrund, einem
im Gestell im wesentlichen vertikal angeordneten und um diese Achse
drehbar gelagerten Bohrgestänge
mit Bohrkopf und einem Drehantrieb für das Bohrgestänge, wobei
das Bohrgestänge
mehrere Segmente aufweist, die ineinander teleskopierbar ausgebildet
sind, zur Erzeugung einer Auflast am Bohrkopf ein Auflastmittel
vorgesehen ist, und zum Absenken und Anheben des Bohrgestänges mit Bohrkopf
ein Hebemittel vorgesehen ist.
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Bohrgeräte und Vorrichtungen
dafür sind
in unterschiedlichster Ausgestaltung bekannt.
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Beispielsweise
betrifft die
DE 1 484
531 A einen fahrbaren Derrickkran mit angesetzter Bohrvorrichtung,
die bevorzugt hydraulisch angetrieben ist. Es handelt sich dabei
um ein Erdbohrgerät,
das an einem teleskopierbaren Ausleger eines Kranes montiert ist.
Das Bohrgerät
selbst ist jedoch nicht teleskopierbar ausgebildet, so dass nach
jeder Bohrstrecke entsprechend der Länge des Erdbohrmechanismus ein
Verlängerungsgestänge eingefügt werden
muss. Der Ausleger erlaubt zwar einen flexiblen Einsatz, die Befestigung
des Derrickkranes an einem üblichen Lastkraftwagen
erlaubt jedoch einen Zugang in Gebäuden nicht.
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Die
DE 1 634 596 A betrifft
eine Bohrmaschine mit hydraulischem Antrieb zur Herstellung von
Löchern
in Betonflächen,
beispielsweise Autobahndecken, bei der eine die Bohrmaschine mit
dem hydraulischen Antrieb aufnehmende, in vertikaler Richtung heb-
und senkbare Konsole über
seitliche Streben mit einer Hülse
fest verbunden ist, die auf einer dem Rahmen eines fahrbaren, das
Maschinenaggregat für
die Erzeugung des hydraulischen Druckes tragenden Gestells befestigten
Führungsstange
gleitet, wobei diese Hülse
mit einem weiteren hydraulischen Antrieb in Verbindung steht, der
das Heben und Senken des hydraulischen Bohrmaschinenantriebes bewirkt.
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Aus
der
DE 1 287 534 A ist
eine Bohrstange für
Erdbohrgeräte
bekannt, die teleskopartig ausfahrbar ist, deren innerstes Bohrstangenglied
an einem Ende den Bohrer trägt
und das am anderen Ende über
ein Seilwirbel am Auslegerhubseil des Bohrgerätes hängt. Beim Bohren mit dieser
Bohrstange wird zunächst
mit zusammengeschobener Bohrstange begonnen. Beim weiteren Bohrfortschritt
fährt nach Erreichen
der entsprechenden Tiefe das erste Teleskoprohr durch Schwerkraft
und dann wiederum bei entsprechender Tiefe das innerste Bohrstangenglied aus.
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Ferner
zeigt die
DE 87 13
000 U1 eine Vorrichtung zum Bohren von Löchern für Ortbetonpfähle zum
Abstützen
der Fundamentsockel von Grabmälern
mit einem motorisch antreibbaren, absenkbaren Bohrgerät, das einen
ankuppelbaren Schneckenbohrer aufweist, mit dem das im Schneckenbohrer
befindliche Erdreich aus dem Bohrloch hochziehbar ist. Dabei ist
eine Vertikalführung
mit einem in der Vertikalführung
geführten
Werkzeugträger
zur Aufnahme und Halterung des Bohrgerätes und mit einem Hubantrieb
für den
Werkzeugträger
ausgestattet.
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Bei
Gründungsbohrungen,
insbesondere in bestehenden Gebäuden
sind jedoch besondere Begebenheiten zu berücksichtigen. Bei älteren Gebäuden, die
auf weichem Untergrund, insbesondere Torfböden mit nicht ausreichender
Gründung
erstellt wurden, werden nachträglich
innerhalb des Gebäudes Gründungsbohrungen
bis zu einem tragfähigen
Untergrund niedergebracht. Diese Gründungsbohrungen weisen eine
Tiefe von typischerweise 2 bis 6 m auf. Der in den weichen Untergrund
durch die Bohrung eingebrachte Hohlraum wird dann betoniert, ggf.
unter Zugabe einer Armierung.
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Hierfür sind „tragbare” Bohrgeräte bekannt, die
mit Gestängeabschnitten
verlängerbare
Bohrwellen aufweisen, ähnlich
wie in der Tiefbohrtechnik. Dabei wird üblicherweise ein Schneckenbohrer
als Bohrkopf verwendet, der den Bodenaushub in seinem Schneckengang
aufnimmt und durch Ziehen trocken aus der Bohrung herausgeholt werden
kann.
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Nachteilig
ist, dass bei einer größeren Bohrtiefe
jedes Mal zum Herausziehen des Schneckenbohrkopfes zum Entladen
des Bohraushubs das Bohrgestänge
stückweise
auseinandergeschraubt werden muss und zum Weiterbohren wieder stückweise
zusammengeschraubt werden muss. Entsprechend aufwendig ist der Bohrvorgang.
Ferner sind die sog. „tragbaren” Bohrgeräte sehr
schwer und kaum zu handhaben.
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Ferner
ist ein hydraulisches Bohrgerät
bekannt, das als Vorsatzgerät
für landwirtschaftliche Schlepper
etc. ausgelegt ist. Bei diesem Bohrgerät ist jedoch ebenfalls eine
schrittweise Aneinanderfügung des
Bohrgestänges
zum Niederbringen einer tieferen Bohrung erforderlich. Darüber hinaus
ist in den meisten Fällen
ein Zugang für
derart schweres Gerät
in bestehenden Gebäuden
nicht möglich.
Ein derartiges hydraulisches Bohrgerät mit einem Teleskopbohrer ist
aus der
DE 29 26 116
A1 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren ist ein
Gestell vorgesehen, das über
das zu erstellende Bohrloch angebracht wird. Das Bohrgerät wird dann
an dem Gestell befestigt und bevorzugt über flexible hydraulische Verbindungsleitungen
beispielsweise von der Hydraulik eines landwirtschaftlichen Schleppers
angetrieben. Zum Niederbringen und Anheben des Bohrgestänges ist
innerhalb des teleskopierbaren Bohrgestänges ein teleskopierbarer Hydraulikzylinder
angeordnet.
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Ausgehend
von dem Bohrer gemäß
DE 29 26 116 A1 ist
es Aufgabe der Erfindung, eine Bohrvorrichtung anzugeben, mit der
Gründungsbohrungen
in bestehenden Gebäuden
zeitsparend und schonend durchgeführt werden können. Insbesondere
ist es Aufgabe der Erfindung die Gesamtbauhöhe der Vorrichtung bei möglichst
langen Bohrgestängesegmenten
niedrig zu halten.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit einer Bohrvorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Dadurch,
dass das Bohrgestänge
mehrere Segmente aufweist, die ineinander teleskopierbar ausgebildet
sind, zur Erzeugung einer Auflast am Bohrkopf ein Auflastmittel
vorgesehen ist, und zum Absenken und Anheben des Bohrgestänges mit Bohrkopf
ein Hebemittel vorgesehen ist, wird es möglich, Bohrungen, die tiefer
als die Länge
eines Bohrgestängeteils
sind, ohne aufwendiges Trennen und Zusammenschrauben von Bohrgestängeteilen
niederbringen zu können.
Dabei ergibt sich mit dem Absenken des Bohrgestänges mit Bohrkopf auf den Boden
und Drehbetätigung
des Bohrgestänges
mit Bohrkopf in Bohrfortschrittsrichtung unter dem am Bohrkopf angeordneten
Auflastmittel ein kontinuierlicher Bohrfortschritt. Bei Nutzung
des Trockenbohrverfahrens mit einer Bohrschnecke ist dann lediglich nach
Niederbringen eines Bohrabschnittes in der Länge der Bohrschnecke ein unmittelbares
Anheben des Bohrgestänges
mit Bohrschnecke erforderlich. Die Bohrschnecke wird dann außerhalb
der Bohrung vom Aushub befreit. Es kann dann wieder unmittelbar durch
Absenken des Bohrgestänges
mit der Bohrschnecke mit dem Hebemittel mit der Bohrung fortgeführt werden.
Das teleskopierbare Bohrgestänge
erlaubt somit je nach Anzahl der ineinander teleskopierbar angeordneten
Segmente eine gegenüber
der Segmentlänge
vielfache Bohrtiefe zu erreichen, ohne dass das Bohrgestänge miteinander
verschraubt bzw. stückweise
auseinandergeschraubt werden muss.
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Dadurch,
dass am Gestell eine zusätzliche Hebeeinrichtung
zum im wesentlichen vertikalen Anheben des Bohrgerätes vorgesehen
ist, kann das gesamte Bohrgerät,
also unabhängig
von dem Hebemittel für
das Bohrgestänge
auf- und abbewegt werden. Bevorzugt ist die Hebeeinrichtung ein
Hydraulikzylinder oder eine Seilwinde. Damit können Wartungsarbeiten am Bohrkopf
bzw. der Austausch des Bohrkopfes ermöglicht und/oder erleichtert
werden.
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Dadurch,
dass der Bohrkopf als Bohrschnecke ausgebildet ist, die am unteren
Ende des innersten Segments des Bohrgestänges lösbar ansetzbar ist, wird eine
bevorzugte Trockenbohrung in den Untergrund ermöglicht. Dies ist insbesondere
beim Einsatz in bestehenden Gebäuden
vorzuziehen, da ein Ausspülen
des Bohrkleins neben einer erheblichen Schmutzbelastung auch eine
unerwünschte
Wasserbelastung darstellen würde.
Durch Abnehmen der Bohrschnecke wird einerseits das Verletzungs-
und Beschädigungsrisiko
bei Transport und Ausrichtung der Vorrichtung vermindert. Andererseits
kann insbesondere in Verbindung mit der Hebeeinrichtung die Gesamtbauhöhe der Vorrichtung
bei möglichst
langen Bohrgestängesegmenten
niedriger gehalten werden.
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Wenn
das Auflastmittel ein Auflastgewicht ist, das am untersten, mit
dem Bohrkopf versehenen Segment angeordnet ist, wird ein konstruktiv
einfach zu erstellendes Auflastmittel bereitgestellt. Somit wird
beim Bohrfortschritt das Bohrgestänge allein durch die Gewichtskraft
des Auflastgewichtes in Verbindung mit dem Gewicht des Bohrkopfes
und der übrigen
teleskopierbar ineinandergeschobenen Segmente des Bohrgestänges belastet.
Insbesondere für weiche
Torfböden
etc. ist diese Auflasterzeugung weitaus ausreichend.
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Der
Bohrfortschritt wird dabei insbesondere durch kontrolliertes Absenken
des Bohrkopfes mit dem Hebemittel erreicht.
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Als
Hebemittel eignet sich insbesondere eine Seilwinde mit einem auf-
und abwickelbaren Seil, dessen freies Seilende in das Bohrgestänge eingeführt ist
und frei drehbar am untersten Segment befestigt ist. Eine Seilwinde
ist äußerst robust
und für den
rauhen Bohreinsatz bestens geeignet. Das von der Seilwinde auf-
und abwickelbare Seil wird dabei durch den hohlen Innenraum des
Bohrgestänges zum
untersten Ende des den Bohrkopf tragenden Segments geführt. Durch
die frei drehbare Befestigung wird vermieden, dass das Seil unerwünscht mit der
Bohrdrehbewegung aufgedreht wird. Als Seilwinde eignet sich insbesondere
eine elektrische Seilwinde, da an den Gebäuden, für die die Gründungsbohrungen
niedergebracht werden, meist eine elektrische Stromversorgung vorhanden
ist.
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Alternativ
kann das Auflastmittel und ggf. auch das Hebemittel durch einen
teleskopierbaren Hydraulikzylinder verwirklicht werden. Der teleskopierbare
Hydraulikzylinder ist im Inneren des Bohrgestänges angeordnet und schiebt
bei Druckbeaufschlagung das unterste Segment mit Bohrkopf in Bohrfortschrittsrichtung.
Auch hier ist selbstverständlich
eine frei drehbare Befestigung des teleskopierbaren Hydraulikzylinders
am untersten Segment erforderlich.
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Wenn
die Segmente des teleskopierbaren Bohrgestänges aus ineinandergreifenden
Vierkantrohrabschnitten gebildet sind, wird das von dem Drehantrieb
für das
Bohrgestänge
am obersten Segment des Bohrgestänges
angreifende Drehmoment optimal bis zum untersten, den Bohrkopf tragenden Segment übertragen.
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Um
ein Verkanten der Segmente untereinander und eine optimale Drehmomentübertragung
sicherzustellen, sind an den Segmenten des teleskopierbaren Bohrgestänges Begrenzungselemente vorgesehen,
die den maximalen Auszug zweier ineinandergreifender Segmente begrenzen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist das Gestell ein Fahrwerk zum Verfahren des Bohrgerätes auf.
Dabei weist das Fahrwerk bevorzugt einen Antrieb und vier Räder auf.
Mit dieser fahrbaren Vorrichtung kann die Bohrstelle sowohl im Außenbereich,
wie auch in bestehenden Gebäuden
ohne großen
Kraftaufwand erreicht werden. Insbesondere ist eine Bedienung durch
nur eine Person denkbar. Bevorzugt weist das Fahrwerk mit Bohrgerät eine Breite
von kleiner gleich 80 cm und eine Höhe von kleiner gleich 2 m auf,
so dass die Vorrichtung durch Hauseingangstüren und normale Zimmertüren hindurchpasst.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben:
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Darin
zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Bohrvorrichtung
in einer teils geschnittenen Prinzipskizze als Seitenansicht und
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2 die
in 1 dargestellte Bohrvorrichtung in Stirnansicht.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung
in einem Ausführungsbeispiel
in einer Prinzipskizze dargestellt. Die Bohrvorrichtung weist ein Gestell 4 auf,
an dem ein Bohrgerät 100 gehaltert
ist.
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Das
Bohrgerät 100 weist
ein drehbar gelagertes Bohrgestänge 1 mit
einem Bohrkopf 10 auf. In der Prinzipskizze gemäß 1 ist
das Bohrgerät 100 mit
seinem Bohrgestänge 1 in
teleskopierter Stellung beim Niederbringen einer Gründungsbohrung
G in den Boden B dargestellt.
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Das
Bohrgestänge 1 ist
in der 1 beispielhaft aus drei Segmenten 11, 12, 13,
die ineinander in axialer Richtung verschiebbar, also teleskopierbar, aber
drehkraftübertragend,
ausgebildet sind, dargestellt. Die Segmente 11, 12, 13 sind
bevorzugt Vierkantrohrabschnitte.
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Am
unteren Segment 11 ist über
einen Anschlussstutzen 15 eine Bohrschnecke als Bohrkopf 10 lösbar angesetzt.
Ferner ist am unteren Segment 11 ein Auflastgewicht 14 in
Topfform angeordnet, das ein zum Niederbringen der Bohrung erforderliches Auflastgewicht
auf den Bohrkopf 10 bewirkt und in seinem umschlossenen
Raum die weiteren Segmente 12, 13 aufnehmen kann.
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Zum
Antrieb des Bohrgestänges 1 ist
ein Drehantrieb 2 bestehend aus einem Elektromotor 21 und
Kettentrieb 22 vorgesehen. Das obere Segment 13 des
Bohrgestänges 1 ist
an seinem obersten Ende am Gestell 4 in Drehlagerung 23 und
auf etwa seiner halben Länge
in einem weiteren Lager (untere Lagerung) 24 drehbar gelagert.
Entsprechend wird das Bohrgestänge 1 des Bohrgeräts 100 vom
Elektromotor 21 über
Kettentrieb 22 bedarfsweise drehangetrieben.
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Zum
Absenken und Aufholen des Bohrgestänges 1 ist ein Hebemittel,
hier eine Seilwindenanordnung 3 vorgesehen. Im hohlen Innenraum
des Bohrgestänges 1,
also innerhalb der aus Vierkantrohrabschnitten gebildeten Segmenten 11, 12, 13 ist ein
Seil 31 einer Seilwinde 30 über eine Umlenkrolle 32 geführt. Das
freie Ende 33 des Seils 31 ist am unteren Segment 11 in
einer frei drehbaren Befestigungsöse 34 befestigt.
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Das
Gestell 4 der Bohrvorrichtung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
als Fahrwerk 44 mit vier Rädern 45, von denen
zwei lenkbar sind, ausgestattet. Ferner ist wenigstens ein Rad des
Fahrwerks 44 mittels Antrieb 46 drehangetrieben.
Der Antrieb 46 besteht bevorzugt aus einem Elektromotor
mit Kettentrieb.
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Ferner
ist am Gestell 4 eine Hebeeinrichtung 41 zum Anheben
bzw. Absenken des gesamten Bohrgerätes 100 angeordnet,
wie dies aus der Stirnansicht der Vorrichtung gemäß 2 ersichtlich
ist. In 2 ist die Hebeeinrichtung im
Gegensatz zur Darstellung in 1 in der
angehobenen Position dargestellt. Ferner ist das Bohrgestänge 1 mittels Seilwindenanordnung 3 in
seiner eingefahrenen Grundeinstellung dargestellt. Der Bohrkopf 10 befindet
sich also oberhalb des Bodens B. In dieser Stellung kann die Bohrschnecke
gereinigt und/oder gewechselt werden.
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Die
Hebeeinrichtung 41 des Gestells 4 weist zur im
wesentlichen vertikalen Führung
eine Führungsschienenanordnung 43 auf.
Das Anheben bzw. Absenken des Bohrgeräts 100 mit der Hebeeinrichtung 41 erfolgt über einen
Hydraulikzylinder 42. Alternativ kann für den Hydraulikzylinder 42 auch
eine zweite Seilwinde mit elektrischem Antrieb vorgesehen sein.
In diesem Fall könnte
bevorzugt auf hydraulische Betätigungskomponenten
verzichtet werden.
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Ferner
ist am Gestell 4 eine einstellbare Stütze 47 vorgesehen,
die das Bohrgerät 100 unmittelbar zum
Boden B abstützt
und insbesondere beim Anheben der Bohrschnecke mit Aushub eine vorteilhafte Stabilisierung
liefert.
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Nachfolgend
wird die Handhabung und das Arbeitsverfahren mit der Bohrvorrichtung
beschrieben.
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Die
Bohrvorrichtung wird mit ihren lenkbaren und über Antrieb 46 angetriebenen
Fahrwerk 44 zur gewünschten
Bohrstelle verfahren. Dabei weist die Vorrichtung in ihrer Transportstellung
eine Höhe
von kleiner 1,9 m auf. In der Transportstellung liegt das Bohrgestänge 1 in
der in 2 zusammengeschobenen Position vor, jedoch ist
die Bohrschnecke 10 abgenommen und die Hebeeinrichtung 41 abgesenkt. Die
Breite des Gestells 4 mit Fahrwerk 44 beträgt weniger
als 80 cm. Entsprechend ist ein Durchfahren von Haus- und Zimmertüren mit
dieser Vorrichtung möglich.
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Nach
Erreichen der gewünschten
Bohrposition, auch innerhalb bestehender Häuser, wird das Bohrgerät 100 über die
Hebeeinrichtung 41 mittels Hydraulikzylinder 42 in
seine Arbeitsstellung, wie in 2 dargestellt,
angehoben. In dieser angehobenen Stellung ist bei vollständig zusammengefahrenem
Bohrgestänge 1 der
Anschlussstutzen 15 am unteren Segment 11 des
Bohrgestänges 1 frei
zugänglich.
An diesen Anschlussstutzen 15 wird dann die Bohrschnecke 10 montiert.
Nun ist die Bohrvorrichtung einsatzbereit.
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Durch
Absenken des unteren Segments 11 mit Bohrschnecke 10 mittels
Seilwindenanordnung 3 und Drehantrieb des Bohrgestänges 1 über den Drehantrieb 2 wird
das Bohrgerät 100 aktiviert.
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Beim
weiteren Absenken der Bohrschnecke 10 durch langsames Abspulen
des Seils 31 der Seilwinde 30 beginnt der Bohrvorgang.
Das Auflastgewicht 14 am unteren Segment 11 unterstützt die
Auflast. Die gesamte am Bohrkopf 10 wirkende Gewichtskraft
setzt sich aus dem Auflastgewicht 14, dem Eigengewicht
des unteren Segments 11 und dem Gewicht der Bohrschnecke 10 sowie
etwaiger aufliegender Segmente 12 zusammen. Sie dient zur Initiierung
und Unterstützung
des Bohrvorganges. Ein zu rascher Bohrvortrieb kann durch langsameres Absenken
des Seils 31 mit der Seilwinde 30 begrenzt werden.
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Bei
Verwendung einer Bohrschnecke 10 zum Trockenbohren wird
nach dem Niederbringen der Bohrung um die Bohrschneckenlänge der
Bohrvorgang gestoppt und der in der Bohrschnecke 10 aufgenommene
Aushub durch Anheben des Bohrgestänges 1, nämlich des
unteren Segments 13 mit Bohrschnecke 10 mittels
Seilwindenanordnung 3 herausgezogen. Oberirdisch wird der
Aushub aus der Bohrschnecke 10 entfernt, wonach sogleich
durch Absenken der Bohrschnecke 10 mit Bohrgestänge 1 mittels
Seilwindenanordnung 3 und Betätigung des Drehantriebs 2 der
Bohrvorgang um einen weiteren der Länge der Bohrschnecke 10 entsprechenden
Tiefenabschnitts fortgeführt
werden kann.
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Entsprechend
kann mit dieser Vorrichtung eine Gründungsbohrung mit einer Bohrtiefe
entsprechend der teleskopierbaren Länge des Bohrgestänge 1 ohne
aufwendiges Zusammenfügen
und Trennen von Bohrgestängeabschnitten
erzeugt werden. Bei vollständig
ausgefahrenem Bohrgestänge 1 kann
zusätzlich
durch Absenken der Hebeeinrichtung 41 von seiner Arbeitsstellung
(gemäß 2)
in die Transportstellung eine weitere Vertiefung der Gründungsbohrung
um den Hub der Hebeeinrichtung 41 erreicht werden, wie
dies in 1 beispielhaft dargestellt ist.
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Bei
beispielsweise fünf
ineinandergreifenden Bohrsegmenten 11, 12, 13 ...
und einer Segmentlänge
von 1,8 m und einem Hub von ca. 1 m der Hebeeinrichtung 41 können so
Gründungsbohrungen
bis 8 m Tiefe gebohrt werden.
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- 100
- Bohrgerät
- 1
- Bohrgestänge
- 10
- Bohrkopf,
Bohrschnecke
- 11
- unteres
Segment
- 12
- Segment
- 13
- oberes
Segment
- 14
- Auflastmittel,
Auflastgewicht
- 15
- Anschlussstutzen
- 16
- Begrenzungselemente
- 2
- Drehantrieb
- 21
- Elektromotor
- 22
- Kettenantrieb
- 23
- obere
Lagerung
- 24
- untere
Lagerung
- 3
- Hebemittel,
Seilwindenanordnung
- 30
- Seilwinde
- 31
- Seil
- 32
- Umlenkrolle
- 33
- freies
Seilende
- 34
- Befestigungsöse
- 4
- Gestell
- 41
- Hebeeinrichtung
- 42
- Hydraulikzylinder,
zweite Seilwinde
- 43
- Führungsschienenanordnung
- 44
- Fahrwerk
- 45
- Räder
- 46
- Antrieb
- 47
- Stütze
- B
- Boden
- G
- Gründungsbohrung