DE102009008581A1

DE102009008581A1 - Spannvorrichtung an einem Vibrator und Verfahren zum Spannen eines Rohres auf dieser Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE102009008581A1
Application number: DE102009008581A
Authority: DE
Inventors: Uwe Richter; Dirk Th. Ulrich; Johannes KÖCHER
Original assignee: ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Infrastructure GmbH
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-19
Also published as: EP2396475A1; WO2010091665A1; US20120073107A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung an einem Vibrator, mit dem ein Rohr ins Erdreich eingerammt oder aus dem Erdreich herausgezogen wird sowie ein Verfahren zum Spannen eines Rohres auf dieser Spannvorrichtung. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung vorzuschlagen, die für Rohre mit geringem Durchmesser, insbesondere dünnwandige Rohre, geeignet ist und mit der eine sichere Fixierung des Rohres an der Spannzange möglich ist, wozu vorgesehen wird, dass die Spannvorrichtung als Rohrspannzange mit mindestens zwei radial nach außen über ein Spreizelement oder mehrere Spreizelemente bewegbaren Teilbereichen ausgebildet ist. Ferner wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Rohrspannzange in das Rohr eingeführt und anschließend die Spreizelemente der Rohrspannzange zur radialen Aufspreizung der Teilbereiche der Rohrspannzange bis zur reib- oder formschlüssigen Anlage an der Innenwand des zu spannenden Rohres betätigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung an einem Vibrator, mit dem ein Rohr ins Erdreich eingerammt oder aus dem Erdreich herausgezogen wird sowie ein Verfahren zum Spannen eines Rohres auf dieser Spannvorrichtung.
Zum Einbringen von Stahlträgern, Spundbohlen oder auch Stahlrohren wird vorzugsweise ein Vibrationsverfahren verwendet, bei dem von einem Vibrator vertikale Schwingungen erzeugt und über eine Spannvorrichtung auf das einzubringende Rammgut, das beispielsweise eine Bohle sein kann, übertragen wird. Die erzeugten Schwingungen regen den Boden an, einen quasi flüssigen Zustand einzunehmen, wodurch die Mantelreibung und der Spitzenwiderstand des einzubringenden Gutes drastisch reduziert werden. Durch das Eigengewicht der gesamten Einheit, bestehend aus der Spundbohle, der Spannzange und dem Vibrator, wird das Rammgut schnell und effizient in den Boden eingebracht.
Die nach dem Stand der Technik bekannten Spannelemente zur Verbindung des Vibrators mit dem Rammgut sind zangenförmig ausgebildet, wobei die sog. Beißbacken der Zangen der Kontur des einzubringenden Rammgutes angepasst sind. Die Beißbacken können somit für das Einbringen von Spundbohlen mit einer zumindest teilweise geraden Stirnseite eben oder zur Einbringung von Rohren teilzylinderförmig ausgebildet sein.
Zum Einbringen von Rohren werden im Regelfall mindestens zwei Zangen unter dem Vibrator möglichst achsensymmetrisch montiert. Die Beißbacken der Zangen weisen eine radiusförmige Kontur auf, die gleichgroß dem Radius des einzubringenden Rohres ist. Bei Rohren mit kleinerem Durchmesser tritt das Problem auf, dass die Zangenkörper von ihren Abmessungen zu groß sind, um gemeinsam ein Rohr klemmen zu können.
Bei Rohren mit kleinem Durchmesser werden solche Rohrspannzangen eingesetzt, die ähnlich einer Rohrschelle um das einzubringende Rohr gelegt und über einen Spannzylinder auf dem Rohraußenmantel fixiert werden. Die rohrschellenartigen Spannvorrichtungen besitzen einen Innenmantel, dessen Radius gleichgroß dem Radius des Außenmantels des einzuspannenden Rohres ist.
Bei dickwandigen Rohren sowie bei Beton- oder Holzpfählen können Zangen verwendet werden, deren Spannbacken jeweils an diametral gegenüberliegenden Seiten des Rohres oder Pfahles am Außenmantel die erforderliche Spannkraft aufbringen. Der Nachteil solcher Spannzangen besteht darin, dass bei dünnwandigen Rohren die aufzuwendenden Spannkräfte relativ groß sind, so dass beim Spannen eine plastische Verformung des Rohres droht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung der Eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, die für Rohre mit geringem Durchmesser, insbesondere dünnwandige Rohre, geeignet ist und mit der eine sichere Fixierung des Rohres an der Spannzange möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Spannvorrichtung nach Anspruch 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spannvorrichtung als Rohrspannzange mit mindestens zwei radial nach außen über ein Spreizelement oder mehrere Spreizelemente bewegbaren Teilbereichen ausgebildet ist. Anders als nach dem Stand der Technik üblich, wird die Spannzange in das an der Spannzange und damit an dem Vibrator zu fixierende Rohr eingeführt, wonach durch die radiale Auswärtsbewegung der Spreizelemente ein Reib- oder Formschluss mit der Rohrinnenwand erzeugt wird. Die radial bewegbaren Teilbereiche können durch ein radiales Ausfahren von Teilbereichen der Rohrspannzange realisiert werden. Vorzugsweise sind die über Spreizelemente bewegbaren Teilbereiche mittels Reibschluss mit der Innenwand des zu rammenden oder ziehenden Rohres spannbar. Eine ausreichende Spannkraft kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass konstruktiv eine möglichst große Reibschlussfläche mit dem Spanndruck der Spreizelemente beaufschlagt wird. In einer Ausführungsvariante der Erfindung besteht die Rohr spannzange aus einem Zylinderkörper, aus dem radial nach außen mehrere entlang seiner Längsachse ausfahrbare Hydraulikkolben mit schalenförmig ausgebildeten Stirnflächen vorgesehen sind. Alternativ hierzu ist es auch möglich, eine Hydraulikzylinder-Kolbenanordnung in längsaxialer Richtung der Rohrspannzange anzuordnen, die auf Keile einer Keilflächenpaarung einwirkt, welche eine radial nach außen gerichtete Verschiebung von Wandteilen der Rohrzange erlauben. In einem konkreten Ausführungsbeispiel kann die Rohrspannzange zwei Halbschalen besitzen, die über eine hydraulische Vorrichtung auseinanderbewegbar sind. Vorzugsweise haben die Halbschalen einen Außenradius, der gleich groß wie der Innenradius des zu spannenden Rohres ist.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Spreizelemente aus einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung, die insbesondere quer zur Rohrspannzangenlängsachse angeordnet ist. Häufig werden die eingangs genannten Vibratoren auf einem Mäkler eines Baufahrzeugs befestigt, das über entsprechende Hydraulikleitungen und -anschlüsse verfügt, die zum Betrieb der Rohrspannzange verwendbar sind. Zur Bestätigung kann jedoch auch ein separates Hydraulikaggregat verwendet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind über die Rohrspannzangenlängsachse mehrere nebeneinander angeordnete Kolben-Zylinderanordnungen vorgesehen. Die vorzugsweise quer angeordneten Kolben werden nach Einführen der Rohrspannzange in das Rohr jeweils radial ausgefahren, wobei – je nach Konstruktion – so viele Kolben-Zylinderanordnungen vorhanden sein können, dass der Innenmantel des Rohres über seine gesamte Innenlänge spannbar ist. Durch eine solche Ausbildung werden insbesondere dünnwandige Rohre über ihre gesamte Höhe gleichmäßig mit einem Spanndruck beaufschlagt, was eine Formstabilisierung des einzubringenden Rohres begünstigt bzw. unerwünschten Deformationen entgegenwirkt.
Weiterhin vorzugsweise besitzt die erfindungsgemäße Rohrspannzange zwei oder mehr in Längsrichtung geteilte Rohrabschnitte, die radial bewegbar sind. Sind nach einer weiteren Ausgestaltung die Rohrabschnitte als runde Teilzylinderschalen mit einem Außenmantelradius ausgebildet, der ein gleichgroßes bzw. ein geringfügiges kleineres Maß als der Innenradius des zu rammenden oder zu ziehenden Rohres aufweist, kann eine ideale vollflächige Anlage der radial bewegbaren Rohrabschnitte an die Innenwand des einzurammenden oder zu ziehenden Rohres geschaffen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung besitzt die Spreizvorrichtung ein von einem hydraulischen Zylinder angetriebenes Koppelgetriebe oder eine Anordnung aufeinander gleitender Leisten mit hintereinander angeordneten Keilflächen. Solche Ausbildungen ermöglichen eine exakte Führung der Spreizvorrichtung, die robust und verschleißunanfällig ist.
Bei dünnen Rohren, die ins Erdreich eingerammt werden sollen, besteht die Gefahr, dass aufgrund des geringen Widerstandsmomentes des Rohres aufgrund des beim Einrammen auftretenden Spitzendruckes und bei Hindernissen wie Steinen eine Verformung der Rohrstirnseite auftreten kann, unter Umständen ist dann aufgrund dieser Verformung die Solltiefe, bis zu der das Rohr eingerammt werden soll, nicht erreichbar. Auch kann die Deformation des Rohres bewirken, dass keine hinreichende statische Tragfunktion mehr gegeben ist. Um diesen Nachteilen abzuhelfen, wird nach einer Weiterbildung der Erfindung das freie Rohrspannzangenende mit einer verschleißgeschützten konischen Spitze versehen.
Diese Spitze hat im Anwendungsfall den Zweck, die Rohrspannzange im eingespannten Zustand zu schützen. Hierzu wird die Spannzange mit Spitze soweit in das Rohr eingeführt, dass die Spitze über das Rohrende hinausragt. Vorsorglich ist der verbleibende Randbereich zwischen dem größten Durchmesser der Spitze und der Rohrinnenwand noch mit einer flexiblen oder elastischen Masse abzudichten. Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass beim Rohrvortrieb Erdreich in den Rohrinnenraum gelangt und dort möglicherweise die Rohrspannzange beschädigt oder aus dem Spannzustand herauspresst. Zweckmäßigerweise ist die Spitze mit einem vorderen Verschleißschutz versehen, beispielsweise mit einer Panzerung oder Hartmetallstiften.
Auf die Spitze kann selbstverständlich dann verzichtet werden, wenn das einzutreibende Rohr im obersten Bereich mit der Rohrspannzange verspannt wird und dieser oberste Bereich nach dem Eintreiben oberhalb der Erdoberfläche verbleibt, d. h. dass das Rohr nur so weit eingetrieben wird, dass der oberste Bereich aus dem Erdboden herausragt.
Zum Spannen eines Rohres auf einer Spannvorrichtung wird nach einer weiteren Ausgestaltung das Verfahren nach Anspruch 9 verwendet, wonach die Rohrspannzange in das Rohr eingeführt und anschließend die Spreizelemente der Rohrspannzange zur radialen Aufspreizung der Teilbereiche der Rohrspannzange bis zur reib- oder formschlüssigen Anlage an der Innenwand des zu spannenden Rohres betätigt werden.
Wie bereits vorstehend angesprochen, kann die mit einer Spitze versehene Rohrspannzange bis zum untersten Abschnitt in das Rohr eingeführt werden, so dass die verschleißgeschützte Spitze über das Rohrende hinausragt, bevor die Spreizelemente betätigt werden. Die Spitze dient dann als Schutz für die Rohrspannzange.
Alternativ ist es auch möglich, die Rohrspannzange im obersten Bereich des Rohres zu verspannen und das Rohr nur so weit in das Erdreich einzutreiben, dass der oberste Bereich oberhalb der Erdoberfläche verbleibt. In diesem Fall kann auf die Spitze verzichtet werden, da die Rohrspannzange mit dem Erdreich nicht in Berührung kommt.
Die Rohrspannzange dient somit als eine Art Spreizdorn, über den die Vibrationen des Vibrators auf das einzubringende Rohr übertragen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt
1a eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
1b eine Querschnittsansicht derselben Spannvorrichtung,
1c eine Seitenansicht einer Spannzange,
1d, e eine teilgeschnittene Seitenansicht und eine Queransicht der Spannzange nach 1c
1f eine alternative Ausführungsform einer Spannzange und
2 eine Ausführungsvariante der Spannvorrichtung gemäß 1 mit einer Spitze.
Die in den Figuren dargestellte Rohrspannzange besteht aus einem zylindrischen Grundkörper 10, dessen Durchmesser geringfügig kleiner ausgebildet ist als der Innendurchmesser des einzubringenden langen Rohres 11 oder kürzeren Rohres 12. Senkrecht zur Zylinderachse 13 ist mindestens ein Zylinder, vorzugsweise, wie auch dargestellt, sind mehrere Zylinder 14 in einer Ebene übereinander angebracht. In diesen Zylinder stecken Kolben, die hydraulisch betätigbar und quer zur Achsrichtung über den Durchmesser des Zylinders ausfahrbar sind, so dass sie einen beweglich angeordneten Teilbereich 15 bzw. mehrere Teilbereiche radial nach außen bewegen. Der Teilbereich 15 wird durch einen schalenförmig gekrümmten Mantel der Kolbenstirnfläche gebildet. Durch eine radial geführte Bewegung der Kolben kommt es zur Anlage der Teilbereiche 15 am Innenmantel des Rohres 11 oder 12, das hierdurch mit der Spannvorrichtung verspannt wird, wobei der Zylindermantelteil, der der Kolbenseite abgewandt ist, an der gegenüberliegenden Rohrinnenseite zur Anlage kommt.
Alternativ werden zwei in Längsrichtung geteilte Rohre der Spannvorrichtung im Inneren des zu spannenden Rohres 11, 12 radial auseinandergedrückt, insbesondere über ein von einem hydraulischen Linearzylinder angetriebenen Koppelgetriebe oder einer Anordnung (s. 1e) aufeinander gleitender Leisten 111, 111' mit hintereinander angeordneten Keilflächen 112, 112'. Hierbei wird die Leiste 111' in Pfeilrichtung 113 geführt, so dass die Keilflächen 112, 112' aneinander gleiten. Bedingt durch die Keilform wird der Teilbereich 114 radial nach außen gedrückt. Alternativ können auch zwei Halbschalen von mehreren integrierten Hydraulikkolben auseinandergedrückt werden.
Durch die Radialbewegung der Teilbereiche entsteht eine relativ große Klemmfläche, so dass die Klemmkraft eine geringe Flächenpressung am Rohrinnenmantel hervorruft. Durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spannzangenzylinders mit einem geringfügig geringeren Außendurchmesser als dem Innendurchmesser des Rohres wird zudem eine plastische Deformation des Rohres 11, 12 verhindert.
Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Spannzange liegt darin, dass mit Hilfe einer Verlängerung 16, wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist, Rohre von größerer Länge 11 als die Zylinderlänge der Spannzange 10 ausmacht, so geklemmt werden können, dass die Klemmung im unteren Bereich des Rohres erfolgt.
In 2 ist zusätzlich eine Spitze 17 am unteren Ende der Spannvorrichtung dargestellt, mit der das einzubringende, lange, dünnwandige Rohr ziehend eingebracht werden kann. Eine Deformation der Rohrwand durch spitze Widerstände und Hindernisse wird vermieden, da der Spannzylinder als aussteifendes Element fungiert.
Zum Spannen der Spannvorrichtung an dem Rohr wird zunächst die Spannvorrichtung 11, ggf. mit der Verlängerung 16 in das Rohr eingeführt und anschließend die Kolben-Zylinder-Anordnung betätigt.
Die Spitze 17 kann vorzugsweise mit Hartmetallstiften bestückt sein, was den Vortrieb begünstigt und Störungen in an sich vibrierfähigem Boden, wie sie durch Stein oder festere Schichten auftreten können, leichter überwinden. Vorzugsweise ist zwischen der Spitze 17 und dem zylindrischen Grundkörper 10 eine Nut 18 angeordnet, die als Bördelkante genutzt werden kann.
Die Spannvorrichtung oder die Verlängerung 16 ist über eine Anschlussplatte 19 mit einem Vibrator verbunden, der senkrechte Schwingungen erzeugen kann, die über die Spannvorrichtung auf das einzutreibende oder herauszuziehende Rohr übertragen werden.

Claims

Spannvorrichtung an einem Vibrator, mit dem ein Rohr (11, 12) ins Erdreich eingerammt oder aus dem Erdreich herausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung als Rohrspannzange mit mindestens zwei radial nach außen über ein oder mehrere Spreizelemente (14, 15) bewegbaren Teilbereich ausgebildet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über Spreizelemente bewegbaren Teilbereiche mittels Reibschluss mit der Innenwand des zu rammenden oder zu ziehenden Rohres (11, 12) spannbar sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizelemente aus einer hydraulischen Kolbenzylinderanordnung (14, 15) besteht, die vorzugsweise quer zur Rohrspannzangenlängsachse (13) angeordnet ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass über die Rohrspannzangenlängsachse (13) mehrere nebeneinander angeordnete Kolbenzylinderanordnungen vorgesehen sind.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrspannzange zwei oder mehr in Langsrichtung geteilte Rohrabschnitte aufweist, die radial bewegbar sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabschnitte einen runden teilzylinderschalenförmigen Außenmantel aufweisen, dessen Radius vorzugsweise ein gleich großes oder ein geringfügig kleineres Maß als der Innenradius des zu rammenden oder zu ziehenden Rohres aufweist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung ein von einem hydraulischen Zylinder angetriebenes Koppelgetriebe oder eine Anordnung aufeinander gleitender Leisten (111, 111') mit hintereinander angeordneten Keilflächen (112, 112') besitzt.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Rohrspannzangenende eine verschleißgeschützte konische Spitze (17) aufweist, die vorzugsweise gepanzert oder mit Hartmetallstiften bewehrt ist.
Verfahren zum Spannen eines Rohres auf einer Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Rohrspannzange in das Rohr eingeführt und anschließend die Spreizelemente der Rohrspannzange zur radialen Aufspreizung der Teilbereiche der Rohrspannzange bis zur reib- oder formschlüssigen Anlage an der Innenwand des zu spannenden Rohres betätigt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrspannzange bis zum untersten Abschnitt in das Rohr eingeführt wird, so dass die Spitze (17) über das Rohrende hinausragt, bevor die Spreizelemente betätigt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrspannzange im obersten Bereich des Rohres verspannt und das Rohr nur so weit ins Erdreich eingetrieben wird, dass der oberste Bereich oberhalb der Erdoberfläche verbleibt.