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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum sukzessiven Einbringen dünnwandiger Rohre in den Boden sowie eine Vorrichtung hierfür.
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Verfahren und Vorrichtungen zur Gründung von Stahlprofilen sind nach dem Stand der Technik bereits bekannt. Üblicherweise werden die stabilen, starkwandigen Profile hierzu von einer Transportfläche eines Fahrzeugs mit einem Hebezeug abgeladen und anschließend einzeln vertikal ausgerichtet. Im Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zum vertikalen Ausrichten von Profilen beschrieben. Beispielsweise wird in der
DE 3338144 C2 eine Einfädelvorrichtung an einem Vibrator für Rammprofile offenbart. Das Profil ist mittels einer Kette mit dem Rammgerät verbunden, das seinerseits verfahrbar auf einem Mast angeodnet ist. Durch das Hochfahren des Rammgerätes wird das Profil aufgerichtet und mittels eines Seilzugs in vertikal hängender Position in die Klemmvorrichtung gezogen, so dass das Profil anschließend vertikal eingerammt werden kann.
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Sowohl das beschriebene Verfahren zum Aufrichten als auch zum Einbringen der Profile ist insbesondere für dünnwandige Rohre nachteilig, da die obere Kante der Rohre beim Einvibrieren durch den starken Druck beschädigt werden kann. Darüber hinaus ist ein Abknicken des Rohres je nach Bodenbeschaffenheit möglich. Ferner schleift die untere Kante des Rohres beim vertikalen Aufrichten über den Boden, so dass auch die untere Kante des Rohres beschädigt wird.
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Um insbesondere beim Einbringen Beschädigungen an den Rohren zu vermeiden, wird in der
DE 10 2009 008 581 eine Rohrspannzange offenbart, die in das Rohr eingeführt wird, um es an seinem unteren Ende zu spannen. Allerdings muss hierzu der Mast eine Länge von mindestens dem 2-fachen der Rohrlänge besitzen, um das Rohr in vertikaler Mastposition aufnehmen zu können, womit eine große Dimensionierung des Trägergerätes verbunden ist. Ein derartiges Einbringen der Rohre ist hierdurch relativ zeitaufwendig, personalintensiv und teuer.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit dem die oben genannten Nachteile behoben werden, so dass eine Vielzahl dünnwandiger Rohre in kurzer Zeit und mit möglichst wenig Personalaufwand in den Boden eingebracht werden kann.
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Insbesondere soll das Verfahren und die Vorrichtung zur Gründung der Träger für einzelne Heliostaten von Solarturm-Kraftwerken oder der Sonne nachführbaren Photovoltaik-Anlagen geeignet sein. Solarturm-Kraftwerke sind Dampfkraftwerke mit solarer Dampferzeugung. Bei Sonnenschein richten sich hunderte bis tausende automatisch positionierte Spiegel (Heliostaten) so aus, dass das Sonnenlicht auf einen zentralen Absorber an der Spitze eines Turms reflektiert wird. Durch die starke Konzentration der Sonneneinstrahlung entstehen Temperaturen bis zu mehreren tausend Grad Celsius. Ein durch den Absorber geleitetes Wärmeträgermedium erhitzt sich, verdampft und wird über die Weiterleitung zu einer Dampfturbine zur Stromerzeugung genutzt. Die Anlagen werden in sonnenreichen Gebieten mit zumeist wüstenartigem Charakter erstellt.
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Ein wichtiger und wesentlicher Kostenpunkt bei der Errichtung eines solchen Solarturm-Kraftwerks ist die Gründung der Träger für die einzelnen Heliostaten der Anlage. Das Raster der Positionierung der einzelnen Spiegel ist sehr variabel und kompliziert. Deshalb wird die Fundamentierung einer solchen Anlage für jeden Heliostaten in der Regel als Einzelfundament ausgelegt. In Frage kommen hier Betoneinzelfundamente, in die dann entsprechende Träger einbetoniert oder auf die die Träger aufgeschraubt werden, an denen dann die Stellmotoren mit Steuerung für die Spiegelnachführung entsprechend des Sonnenstandes angebracht werden. Die Gründung eines Heliostaten auf einem Einzelbetonfundament mit aufgeschraubtem Träger ist nachteiliger Weise aufwendig, erfordert mehrere Arbeitsschritte und die Erstellung eines Betonfundamentes ist in wüstenähnlichen Gegenden mit entsprechend geringen Wasservorräten relativ teuer.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 4 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
- a) Einführen einer horizontal auf einem Mast angeordneten Rohrspannzange in ein horizontal gelagertes dünnwandiges Rohr,
- b) Verspannen der Rohrspannzange mit dem hinteren Teil des Rohres,
- c) Zurückfahren der Rohrspannzange mit dem daran verspannten Rohr,
- d) Aufrichten des Mastes mit dem Arbeitsgerät, der Rohrspannzange und dem Rohr in eine senkrechte Position,
- e) Einbringen des Rohres auf die Solltiefe mittels des Arbeitsgerätes,
- f) Entspannen und Herausziehen der Rohrspannzange aus dem eingebrachten Rohr und
- g) Zurücklegen des Mastes in eine horizontale Position.
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Damit die zuvor eingebrachten und teilweise aus dem Boden herausragenden Rohre das weitere Verfahren nicht behindern, ist der Fahrweg des Trägergerätes bevorzugt versetzt zu den Einbringpunkten der Rohre angeordnet. Somit ist vorzugsweise zum Einbringen der Rohre vorgesehen, dass vor oder während des Aufrichtens des Mastes der Oberwagen über einen Drehkranz um eine senkrechte Achse verschwenkt wird und nach oder während des Zurücklegens des Mastes zurückgeschwenkt wird, was zudem weiteren Zeitaufwand im Verfahrensablauf einspart.
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Um den Verfahrensablauf weiterhin zu beschleunigen, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass während der oben genannten Verfahrensschritte a, b, c, d und/oder g der nächste Einbringpunkt angefahren wird, wo ein nächstes dünnwandiges Rohr eingebracht wird. Hierbei wird das Trägergerät entweder von Hand oder automatisch mittels eines GPS-Systems gesteuert.
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Erfindungsgemäß besitzt die Vorrichtung ein Trägergerät, ein Mast, der zwischen einer Vertikalen und einer Horizontalen schwenkbar gelagert ist, wobei an dem Mast ein Arbeitsgerät mit einer Rohrspannzange verfahrbar angeordnet ist, und ein Magazin mit mindestens einem dünnwandigen Rohr, das im Wesentlichen horizontal angeordnet ist, wobei beim Einführen der Rohrspannzange in das Rohr die Rohrspannzange koaxial zu dem dünnwandige Rohr und im wesentlichen horizontal positioniert ist. Hierdurch wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit der schnell und einfach eine Vielzahl dünnwandiger Rohre in den Boden eingebracht werden kann.
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Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur teilweisen Gründung dünnwandiger Rohre, so dass der nicht eingebrachte Teil eines Rohres beispielsweise als Träger für Servomotoren zur Verstellung von Heliostaten dienen kann. Vorteilhafterweise ist hierzu nur ein Arbeitsschritt erforderlich.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden sowie in den Unteransprüchen beschrieben.
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Zum Einbringen der Rohre durchgreift die Rohrspannzange das Rohr vorzugsweise komplett und ist an dem dem Arbeitsgerät gegenüberliegenden Ende mit dem Rohr verspannt. Hierdurch werden die Rohre beim Einbringen weniger belastet, so dass auch dünne Rohre verwendet werden können, die preiswert und vergleichsweise empfindlich sind, ohne dass diese beim Einbringen einknicken, was beim herkömmlichen Einvibrieren je nach Bodenbeschaffenheit häufig vorkommt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass der obere Teil der Rohre, an dem üblicherweise die Spannzangen angreifen, durch das Einbringen mit der Rohrspannzange unbeschädigt bleibt, so dass etwaige Aufnahmen für die Servomotoren und zugehörige Schaltkästen für die Steuerung, wie beispielsweise Bohrungen oder angeschweißte Bolzen, vorher an den Rohren angebracht werden können, womit eine anschließende Montage der Servomotoren ohne oder ohne größere Nachbearbeitungen durchgeführt werden kann.
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Schließlich kann der Mast wesentlich kürzer und damit kompakter ausgebildet sein, da er beim Einführen der Rohrspannzange waagerecht angeordnet ist und der Mast das Rohr in vertikaler Position nicht um die Länge der Rohrspannzange zuzüglich der Länge des Arbeitsgerätes überragen muss.
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Vorzugsweise ist das Magazin, in dem die dünnwandigen Rohre gelagert sind, auf einem Anhänger des Trägergerätes angeordnet, wobei mehrere Rohre nebeneinander auf einer Ebene vorgesehen sind. Hierdurch ist ein schneller Magazinwechsel gegeben, wozu entweder der komplette Anhänger oder nur ein bereitgestelltes Magazin ausgetauscht wird. Alternativ hierzu kann das Magazin auch auf dem Trägergerät selbst angeordnet sein, das in diesem Fall relativ lang ausgebildet ist.
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Damit die erfindungsgemäße Vorrichtung reibungslos funktioniert, müssen die Rohrspannzange und das einzubringende Rohr in eine koaxiale Position gebracht werden, damit die Rohrspannzange in das Rohr eingeführt und dort verspannt werden kann. Hierzu sind nach einer bevorzugten Ausführungsform die Ebenen des Magazins V-förmig ausgebildet, wobei das Magazin längsaxial schwenkbar gelagert ist. Mit anderen Worten ist das Magazin um eine nicht ortsfeste Längsachse drehbar gelagert, wozu das Magazin auf Hubzylindern angeordnet ist. Diese können rechts- und linksseitig oder auch vor und hinter sowie unterhalb des Magazins vorgesehen sein. Allerdings sind auch andere schwenkbare Anordnungen des Magazins vorstellbar, wie beispielsweise eine an einem Gestell hängende Lagerung. Darüber hinaus können die Hubzylinder auch durch Gewindespindeln oder ähnliche Vorrichtungen ersetzt werden. Durch die schwenkbare Lagerung kann stets ein Rohr in die V-förmige Vertiefung der Ebene gerollt werden, so dass die Rohrspannzange in das Rohr eingeführt werden kann. Hierdurch entfallen aufwendige Positioniervorrichtungen mit gesteuerten Greifarmen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind pro Magazin mehrere Ebenen übereinander vorgesehen, wobei die Ebenen bzw. das Magazin mit einer Hubvorrichtung verbunden sind. Die Hubvorrichtung dient dazu, die Ebenen mit den Rohren anzuheben oder abzusenken, so dass die Rohre zur Aufnahme durch die Rohrspannzange korrekt positioniert sind. Hierzu können vorzugsweise auch die Hubzylinder verwendet werden, mit denen die Schwenkbewegung des Magazins ausgeführt wird. Insgesamt wird hierdurch eine flexible Lagerungsmöglichkeit für dünnwandige Rohre geschaffen, wobei der Weg von dem Lagerort bis hin zu dem Einbringpunkt, also dem Punkt, wo das Rohr in den Boden eingebracht wird, auf ein Minimum reduziert wird. Hiermit wird ein erheblicher Zeitaufwand eingespart.
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Alternativ hierzu sind auch andere Ausgestaltungen von Magazinen vorstellbar. Beispielsweise könnten die einzelnen Ebenen in Richtung einer Hebevorrichtung abfallend ausgebildet sein, so dass stets ein Rohr auf die Hebevorrichtung rollt, wenn das vorherige Rohr entnommen wurde. Bei beiden Ausgestaltungen kann das Magazin vorteilhafterweise aufgefüllt werden, ohne dass der Arbeitsprozess hierzu unterbrochen werden muss.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Trägergerät ein Kettenfahrzeug oder ein Räderfahrzeug mit einem relativ zum Fahrwerk drehbaren Oberwagen, wobei je nach Bodenbeschaffenheit zwischen den genannten Trägergeräten gewählt werden kann.
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Vorzugsweise besitzt der Mast in einer vertikalen Position zusätzliche Freiheitsgrade in allen Richtungen, um etwaige leichte Schrägstellungen des Fahrwerks durch Unebenheiten im Gelände so auszugleichen, dass seine Position vertikal bleibt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Arbeitsgerät zum Einbringen der Rohre eine Vibrationsramme oder ein Kraftdrehkopf. Ein Kraftdrehkopf wird bevorzugt dann verwendet, wenn felsige oder felsartige Böden ein Einvibrieren verhindern. In diesem Fall wird die Rohrspannzange über einen auf Torsion beanspruchten Flansch mit dem Kraftdrehkopf verbunden. An der Spitze der Rohrspannzange ist dann eine Bohrkrone angeordnet.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen sowie konkrete Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Trägergerät mit einem Mast sowie einem daran verfahrbaren Arbeitsgerät,
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2a bis e verschiedene Ansichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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3a bis c verschiedene Ausgestaltungen eines Magazins.
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1 zeigt eine übliche Situation beim Einvibrieren von Rohren mit herkömmlichen Vorrichtungen. Diese besitzen ein Trägergerät 11 mit einer Kabine 12, Rädern 13 sowie einem Motor 14. Darüber hinaus ist ein Mast 15 vorgesehen, der mittels eines Hubzylinders 16 von einer Vertikalen 17 bis zu einer Horizontalen 18 verschwenkt werden kann und umgekehrt (Pfeil 113). An dem Mast 15 ist ein Arbeitsgerät 19 verfahrbar angeordnet (Pfeil 111), wobei das Arbeitsgerät 19 eine Rohrspannzange 112 besitzt. Um ein Rohr 114 bis zur strichliert dargestellten Position 116 in den Boden 115 einzutreiben, wird das Rohr 114 zunächst aufgerichtet, so dass die Rohrspannzange 112 von oben in das Rohr 114 eingeführt werden kann. Hierdurch ist die maximale Länge L1 der einzutreibenden Rohre 114 stark beschränkt, wobei die Länge L1 der Rohre 114 von der Höhe h des Mastes 15 abhängt.
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Die 2a bis d zeigen ein konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hiernach besitzt die Vorrichtung ein Magazin 21 mit mindestens einem dünnwandigen Rohr 114, das im wesentlichen horizontal angeordnet ist, wobei die Rohrspannzange 112 und das dünnwandige Rohr 114 zur Achse 22 koaxial gelagert sind, wenn der Mast 15 und damit die Rohrspannzange 112 horizontal ausgerichtet sind, wie es in 2a dargestellt ist.
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2b zeigt die gleiche Situation in einer Draufsicht. Die Rohrspannzange 112 kann zusammen mit dem Arbeitsgerät 19 soweit in Pfeilrichtung 23 verfahren werden, bis die Rohrspannzange 112 das Rohr 114 komplett durchgreift (2c), so dass das Rohr 114 zusammen mit der Rohrspannzange 112 entgegen der Pfeilrichtung 23 zurückgefahren und aufgerichtet werden kann. Parallel oder anschließend hierzu wird der Oberwagen 24 um den Punkt 25 verschwenkt (2d, Pfeile 26), so dass das Rohr 114 an der richtigen Position 27 eingebracht wird.
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In 2d ist zudem der Arbeitsablauf des Verfahrens dargestellt. Damit die bereits eingebrachten und teilweise aus dem Boden 115 herausragenden Rohre 211, 212 das weitere Verfahren nicht behindern, ist der Fahrweg entlang der Achse 22 seitlich versetzt zu der Linie 213 mit den Einbringpunkten 214, 215, 27, 216 angeordnet.
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Das Einbringen des Rohres 114 mit dem Trägergerät der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 2e schematisch dargestellt. Dadurch, dass das Einführen der Rohrspannzange 112 und das Verspannen in einer horizontalen Lage durchgeführt wird, kann mit der gleichen Vorrichtung, wie sie in 1 gezeigt ist, ein wesentlich längeres Rohr 114 in den Boden eingebracht werden, wobei hierzu nur eine längere Rohrspannzange 112 verwendet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Länge L2 ca. doppelt so groß wie die Länge L1.
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Allgemein formuliert ergibt sich der erforderliche Verfahrweg des Arbeitsgerätes 19 am Mast 15 aus der Rohrlänge L2 zuzüglich der Länge des aus dem Boden ragenden Rohrteils (nicht dargestellt) abzüglich des Maßes der Bodenfreiheit 217 des Mastes 15 in vertikaler Position.
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Ein konkretes Ausführungsbeispiel eines Magazins 21 besitzt einen U-förmigen Querschnitt sowie mehrere V-förmige Ebenen 31, 32, 33, wobei der Winkel α bezogen auf die Horizontale 34 ca. 5° beträgt (3a, b). Das Magazin 21 ist mit einem Fahrwerk 35 verbunden. Links- und rechtsseitig des Magazins 21 sind jeweils Zylinder 36, 37 befestigt, um das Magazin 21 anheben und/oder in eine Schräglage bringen zu können (3b).
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Ein konkretes Entnahmeverfahren der Rohre ist schematisch in 3c dargestellt. Das Magazin 21 wird zunächst auf einer Seite durch die Zylinder 36 derart angehoben, dass alle Rohre 1, 2, 3, 4, 5 zur Wand 38 rollen. Bei Arbeitsbeginn ist das Magazin so angeordnet, dass das Rohr 1 auf der Mitte der obersten Ebene 31 koaxial zu der Rohrspannzange 112 angeordnet ist, so dass dieses Rohr 1 durch einen Vorschub des Arbeitsgerätes 19 auf dem Mast 15 in Richtung des Magazins 21 mit dem Rohr verspannt werden kann. Durch die anschließende Entnahme des mittleren Rohres 1 und die entsprechende Neigung des U-förmigen Magazins bzw. der V-förmigen Ebene, rollen nun die nächsten Rohre 2, 3 in die Mitte. Im Arbeitsverlauf werden somit zunächst die Rohre einer Seite aufgenommen. Ist das letzte Rohr 3 einer Seite eingebracht, wird die Schräglage des Magazins 21 aufgehoben, so dass nun die Rohre 4, 5 der anderen Seite der Ebenen zur Mitte hinrollen, wo sie ebenfalls mit der Rohrspannzange 112 aufgenommen werden.
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Sind alle Rohre 1 bis 5 der obersten Ebene eingebracht, wird das U-förmige Magazin 21 von allen Zylindern 36, 37 oder von einer anderen (nicht gezeigten) Hubvorrichtung derart angehoben, dass das mittlere Rohr der nächsten Ebene koaxial zu der Rohrspannzange 112 angeordnet ist, wonach sich die zuvor beschriebenen Arbeitsschritte wiederholen. Derweil kann die obere Ebene 31 mit neuen Rohren nachgefüllt werden.
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Die Anzahl Rohre 114 einer Ebene 31, 32, 33 ist, je nach Dimensionierung des Magazins 21 bzw. der Rohrdurchmesser, beliebig erweiterbar. Ebenso ist die Anzahl der Ebenen 31, 32, 33 prinzipiell nicht beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3338144 C2 [0002]
- DE 102009008581 [0004]