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Die Erfindung bezieht sich auf eine Führungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei an ein Einrammen von Stäben mit kleinem Durchmesser oder Querschnitt gedacht ist. Unter einem Stab mit kleinem Durchmesser wird dabei ein Stab verstanden, der in seiner größten Querschnittsabmessung 100 mm nicht überschreitet, unabhängig von seiner Form. Die Form kann dabei eine strukturierte sein, wie z. B. bei einem IPE Trägerstab, einem Rundrohr, einem Vierkantrohr, einem sternförmigen Stab von dessen Mittelpunkt Stege wegführen usw. Für die Länge des Stabes gilt, dass diese den Anforderungen entsprechend angepasst wird, d. h. dass die Konsistenz des Bodens, die Modulhöhe über Untergrund etc. in die Überlegungen einfließen.
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Aus der
DE 2010 035 990 A1 ist ein Verfahren zum Einbringen eines dünnwandigen Rohres in den Boden bekannt. Mittels einer an einem Mast angeordneten Rohrspannzange wird das hintere Ende des waagerecht liegenden Rohres verspannt. Der Mast wird aufgerichtet und Rohr mit Rohrspannzange in eine senkrechte Position gebracht. Mittels eines Arbeitsgerätes wird das Rohr auf eine Solltiefe in den Boden eingebracht.
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In der zum Anmeldezeitpunkt noch nicht offengelegten Patentanmeldung
DE 10 2011 116 926.5 ist es beschrieben, wie die zur Zeit üblichen, relativ schweren Unterkonstruktionen aus Stahl für Photovoltaikmodule ersetzt werden können durch ein Stützsystem bestehend aus vielen kleinen Stäben, die in die Erde eingebracht werden. Die Anzahl der Stäbe übersteigt die Anzahl der PV-Module, so dass bereits bei kleineren Freifeldanlagen mehrere Hundert Stäbe in den Untergrund einzubringen sind. Das Einbringen der Stäbe muss dabei möglichst senkrecht zum Untergrund erfolgen, da die freiliegenden Enden der Stäbe, auf denen die Halterungen für die PV-Module letztendlich montiert werden, einem Raster folgen müssen, was durch die Abmessungen der PV-Module vorgegeben ist. Schief stehende Stäbe führen zu unterschiedlichen Abständen zwischen den Enden benachbarter Stäbe. Diese Abweichungen vom Rastermaß sollten möglichst gering gehalten werden, um bei der Montage der PV-Module ein Zurechtbiegen der Stäbe hin zum erforderlichen Rastermaß zu minimieren. Ein solches Zurechtbiegen geht mit Spannungen an den Enden der montierten Stäbe einher, die sich über die Halterungen bis in die PV-Module erstrecken.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe ein dünner Stab schnell und exakt senkrecht in den Untergrund eingebracht werden kann. Je nach Bodenbeschaffenheit sollte eine Eindringtiefe zwischen 30 cm und 200 cm möglich sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aufnahme eine längsverlaufende Nut aufweist, in welcher der Stab verschiebbar ist und in welche der Stab von der Nutöffnung her einbringbar ist, wobei zumindest in einem Teilbereich der Nut ein Magnet angeordnet ist. Die Verfahrbarkeit der Vorrichtung von einer Einrammstelle zur nächsten erfolgt über ein Fahrzeug, auf welches die Vorrichtung montiert ist. Für die genaue Positionierung sind Satellitensysteme und terrestrische Vermessungssysteme an sich bekannt, so dass darauf hier nicht weiter eingegangen wird. Das Einbringen der Stäbe erfolgt sequenziell oder, wenn zwei der Führungsvorrichtungen auf demselben Fahrzeug montiert sind, paarweise oder in Gruppen von vier bis sechs Stäben. Auf diese Weise kann eine große Anzahl Stäbe in relativ kurzer Zeit exakt lotrecht ausgerichtet in den Untergrund eingebracht werden.
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Vorteilhafterweise sind über die Länge der längsverlaufenden Nut hinweg verteilt mehrere Elektromagnete, insbesondere an dem der Nutöffnung gegenüberliegenden Nutgrund, angeordnet. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass der Ausfall einer einzigen Magnetspule nicht zum Versagen der gesamten Führungs- und Einrammvorrichtung führt. So können vier bis acht Elektromagnete über eine Länge zwischen 80 cm und 200 cm angeordnet sein. Die magnetische Wirkung wird vorteilhafter auf den Nutgrund fokussiert, da dann ein Herausrutschen des Stabes aus der Nut nur weitgehend senkrecht zu den Magnetkräften möglich ist, wozu ein hoher Kraftaufwand erforderlich ist. Prinzipiell ist auch ein magnetischer Halt über den gesamten Nutumfang oder nur an den Seiten möglich, wobei es bei der Auslegung zu berücksichtigen gilt, dass sich zwei magnetisch anziehende Teile relativ leicht gegeneinander verschieben lassen. Dieses wäre der Fall, wenn der Stab nur von Magnetkräften an den Seiten der Nut gehalten würde.
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In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass es die Montagefreundlichkeit erhöht, wenn bei der Anordnung mehrerer Magnete der oberste Magnet ein Permanentmagnet oder ein ständig aktivierter Elektromagnet ist. Ist ein Stab in seine gewünschte Position gebracht, wird der Stab per Hand eingelegt. Der Monteur braucht nur noch die Spitze des Stabes an den obersten Permanentmagneten halten, wo er quasi angeheftet wird, und in die Nut komplett einzuführen. Dies erspart die zum Tragen und Ausrichten des Stabes ansonsten erforderliche Kraft und minimiert für den Monteur die Gefahr des Einklemmens seiner Finger.
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Das Eindrücken des Stabes in den Untergrund erfolgt vorteilhafterweise mit Hilfe eines entlang der Nut verfahrbaren Schlittens, der einen in die Nut hineinragenden Finger aufweist. Der Finger liegt an der oberen Stirnfläche des Stabes an und wird mechanisch nach unten gepresst, wobei er den Stab in den Boden einbringt. Der Einpressvorgang kann vorzugsweise über ein Kette/Ritzel-Getriebe oder eine hydraulische Spindel oder Hydraulikzylinder erfolgen, die den Schlitten mit dem Finger entlang der Nut nach unten verschieben. Dieser Vorgang kann dadurch unterstützt werden, dass die Wand der Nut und/oder der Finger an ein Vibrationen oder Stöße erzeugendes Gerät angebunden sind. Die Anbindung erfolgt durch direkten mechanischen Kontakt des Vibrationsgerätes mit dem Finger bzw. mit dem Schlitten. Alternativ kann der Finger mit einer Schlaghammer-artigen Vorrichtung in Wirkverbindung stehen. Eine solche Vorgehensweise ist in der Baubranche weit verbreitet.
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Eine weitere Erleichterung beim Einlegen der Stäbe ist dann gegeben, wenn die Stirnseite des Stabes eine Struktur aufweist, die spiegelbildlich zu einer Struktur an der Unterseite des Fingers ist, wodurch im Gebrauch der Finger und der Stab in Vertikalrichtung frei lösbar und in Horizontalrichtung gegeneinander verhakbar sind. Der Stab wird dann vom Monteur lediglich noch von unten gegen den Finger geführt, wo er aufgrund der permanent vorliegenden Magnetkraft fixiert ist und wird dann quasi von den anderen Elektromagneten in die Nut hineingezogen, wenn er eine gewisse Entfernung zur Nut unterschreitet. Diese Maßnahme stellt auch gleichzeitig eine Abrutschsicherung gegen ein Herausgleiten des Stabes aus der Nut während des Einbringvorgangs dar. Bei dieser Vorgehensweise ist es nützlich, wenn an dem Schlitten eine Führungsplatte vorgesehen ist, mit der der Finger verbunden ist, und die ein Abgleiten und/oder Verrutschen des Fingers aus dem Nutbereich verhindert.
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Eine geeignete Dimensionierung sieht vor, dass die Breite der Nut im Bereich von 10 mm bis 30 mm liegt, bei einer Rundnut entsprechend bei einem Durchmesser von 10 mm bis 30 mm, und die Nut eine Länge zwischen 80 cm und 200 cm aufweist. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigen:
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1 ein Raupenfahrzeug, an dem eine erfindungsgemäße Führungsvorrichtung montiert ist;
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2 eine Ansicht der Führungsvorrichtung;
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3 einen Schnitt entlang der Linie III-III aus 2;
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4 eine perspektivische Ansicht eines an der Führungsvorrichtung verfahrbaren Schlittens;
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5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in 4;
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6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in 4;
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7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in 4;
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8 einen Schnitt durch die Führungsschiene mit Schlitten;
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9a eine erste Verrastmöglichkeit zwischen dem Metallstab und dem Finger; und
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9b eine zweite Verrastmöglichkeit zwischen einem Metallrohr und dem Finger.
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In der 1 ist mit 1 ein Raupenfahrzeug bezeichnet, das an einer Traverse 3 einen hydraulisch ausfahrbaren Riegel 5 aufweist. Am Ende des Riegels 5 ist verdrehbar eine Führungsvorrichtung 7 zum Führen von einem in das Erdreich 9 einzubringenden Metallstab 11, insbesondere einem Rundstab, vorgesehen. Die Verdrehbarkeit stellt sicher, dass auch bei einem schräg stehenden Fahrzeug 1 die Führungsvorrichtung 7 unter einem gewünschten Winkel, in der Regel 90°, zum Boden 9 ausgerichtet werden kann. Zu diesem Zweck ist gegebenenfalls eine Ausrichtung der am Ende des Riegels 5 befindlichen Halterung für die Führungsvorrichtung 7 in alle drei Achsen X, Y und Z erforderlich. Entsprechende mechanische Vorrichtungen sind auf dem Gebiet des Maschinenbaus hinlänglich bekannt. Mittels einer nicht gezeigten Sensoreinrichtung wird ein fiktiver Auftreffpunkt 13 des Stabes 11 auf den Boden 9 berechnet, d. h. die gedachte Verlängerung der dort gezeigten Nut 15 in der der Stab 11 eingelegt wird. Das Raupenfahrzeug 1 wird mit Satellitenunterstützung so gesteuert, dass der errechnete Auftreffpunkt 13 mit dem gewünschten Einführpunkt für den Stab 11 in den Boden 9 übereinstimmt bzw. in Kombination mit der Verstellmöglichkeit am Ende des Riegels 5 in Übereinstimmung gebracht werden kann.
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In der 1 ist weiterhin ein Schlitten 17 gezeigt, der entlang einer länglichen Schiene 19 verfahrbar ist. Ein geeigneter Aufbau der Schiene 19 ist aus den 2 und 3 ersichtlich. Die Schiene 19 umfasst einen länglichen, quaderförmigen Grundkörper 21, der als stabiles Vierkantrohr ausgelegt sein kann und in Richtung des Einfachpfeils 22 verläuft. Entlang den beiden längs verlaufenden Seiten des Grundkörpers 21 ist je ein Winkeleisen 23 angebracht. Auf der Oberseite des freien Schenkels 25 verläuft jeweils ein Führungsprofil 25 mit zumindest einer Hinterschneidung 27. Zwischen den beiden parallel zur Längsachse 22 des Grundkörpers 21 und parallel zueinander verlaufenden Führungsprofilen 25 ist ein Kunststoffblock 29 angeordnet, in welchem eine an den Querschnitt des verwendeten Metallstabes 11 angepasste Nut 31 verläuft. Die Anpassung sieht derart aus, dass, wie im gezeigten Fall eines Rundstabs 11, der Querschnitt der Nut 31 dem halben Querschnitt des Stabes 11 entspricht. So ist der in die Nut 31 eingelegte Metallstab 11 gegen ein Verrutschen in seitlicher Richtung, also quer zur Längsachse 22 gesichert. Entlang des Kunststoffblocks 29 sind in diesen Magnete 33 eingelassen, die im einfachsten Fall Stabmagnete sein können. Zweckmäßiger ist es, wenn als Magnete 33 insbesondere Elektromagnete in Frage kommen, was in der 3 durch angedeutete Windungen 35 symbolisiert ist. Die Stromversorgung und die Anschaltung der Magnete 33 ist allgemein bekannter Stand der Technik, so dass hier auf eine entsprechende Beschreibung verzichtet wird. Die Magnete 33 sind z. B. in einem Abstand von 20 cm bis 40 cm zueinander in Richtung der Längsachse 22 verteilt. Anstelle von mehreren Magneten 33 kann auch ein einziger Magnet 33 verwendet werden. Die den Metallstab 11 haltenden Magnetkräfte sind so auszulegen, dass ein sicherer Halt in der Nut 31 gegeben ist, wobei keine unnötig hohen Haltekräfte in Scherrichtung zwischen dem Stab 11 und der Nut 31 auftreten, wenn der Stab 11 in der Nut 31 verschoben wird. Die Windung 35 ist in den Kunststoffblock 29 eingebettet, so dass an der Oberseite der Nut 31 das Kunststoffmaterial, wie z. B. Teflon oder PE, vorliegt.
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Der in der 1 mit 33a bezeichnete oberste Magnet 33 ist als Permanentmagnet oder dauernd aktivierter Elektromagnet ausgelegt. Dies erleichtert die Montage, da der Metallstab 11 lediglich noch an den obersten Magnet 33a heranzuführen ist und dort angeheftet wird, bevor er später in Richtung der Nut 31 abgesenkt wird und dort von den dann ebenfalls aktivierten übrigen Magneten 33 quasi in die Nut 31 hineingezogen wird.
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In den 4 bis 7 ist ein Schlitten 17 gezeigt, wie er von oben in die Führungsschiene 19 eingeführt werden kann. Der Schlitten 37 weist zwei voneinander beabstandet und parallel zueinander verlaufende Hohlnuten 39 auf. Jede Hohlnut 39 ist so an den Querschnitt des Führungsprofils 25 angepasst, dass ein reibungsarmes und relativ spielfreies Gleiten des Schlittens 37 in den Hohlnuten 39 möglich ist. Zwischen den Hohlnuten 39 ist eine weitere Nut 41 vorgesehen, deren Querschnitt (wie schon bei dem Querschnitt der Nut 31 im Kunststoffblock 29) ebenfalls dem halben Querschnitt des Metallstabs 11 entspricht. Bei auf die Führungsschiene 19 eingesetztem Schlitten 37 ergänzen sich die Nut 31 im Kunststoffblock 29 und die weitere Nut 41 im Schlitten im Wesentlichen zum Gesamtquerschnitt des Metallstabes 11, wie es später aus der 8 ersichtlich ist. Am oberen Ende des Schlittens 37 (oberes Ende, wenn er in die Führungsschiene 19 eingesetzt ist) ist die weitere Nut 41 nicht durchgehend gearbeitet, sondern wird von einem Finger 43 begrenzt, der über den Querschnitt der weiteren Nut 41 hinausragt. Der hinausragende Teil 45 greift in die Nut 31 des Kunststoffblocks 29 ein. Insbesondere ist der Finger 43 mit seinem hinausragenden Teil 45 so an den Querschnitt des Metallstabs 11 angepasst, dass er diesen nahezu vollständig abdeckt. Über den Finger 43 wird bei einem in der Führungsschiene 19 in Position gebrachten Metallstab 11 die Kraft auf diesen eingeleitet. Der Schlitten 37 selber wird dabei in bekannter Weise über ein Kette/Ritzel-Getriebe oder eine hydraulische Spindel entlang der Führungsschiene 19 verschoben.
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In der 9a ist eine Ausgestaltung zwischen der oberen Stirnseite des Metallstabs 11, über die die Kraft zum Einbringen des Stabes 11 in den Boden eingeleitet wird, und einem an die Stirnseite angepassten Finger 43 gezeigt. Der Finger 43 weist in seinem vorderen Bereich eine Spitze 47 auf, die in eine entsprechende Kerbe 49 in der Stirnseite des Stabes 11 eingreift. Dadurch wird eine weitere Möglichkeit geschaffen, ein Abrutschen des Fingers 43 vom Stab 11 während des Einrammvorgangs zu verhindern. Dieser kann unterstützt werden, in dem der Finger 43 mit einer Vibrationen erzeugenden Vorrichtung gekoppelt ist und/oder an ein Schlag- oder Schlagbohrwerk angeschlossen ist. Sollte der Einbringvorgang durch eine Drehbewegung des Stabes 11 unterstützt werden, so ist anstelle der gezeigten Kombination der Spitze 47 mit der Kerbe 49 eine aus der Schraubtechnik bekannte Variante zu wählen, wie z. B. eine Versenkung, in welche eine Spitze mit Inbus(R)kontur passt, eine Kreuzschlitzverbindung etc.
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In der 9b ist als zweite Ausgestaltung zur Kraftübertragung der Finger 43 mit einem kreisförmigen Ansatz 51 versehen, der am Ende eine Stufe 53 aufweist, so dass ab dort der Ansatz 51 einen geringeren Durchmesser aufweist. Dieser Teil des Ansatzes 51 mit verringertem Durchmesser ist mit 51a bezeichnet. Als Stab kommt hier ein Rundrohr 55 zum Einsatz. Der Außendurchmesser des reduzierten Ansatzes 51a ist so an den Innendurchmesser des Rundrohres 55 angepasst, dass eine verrutschsichere Führung beim Einbringen des Rundrohrs 55 in den Boden vorliegt. Der Rand des Rundrohres 55 liegt an der Stufe 53 an und ein Abgleiten in jedwede Richtung wird durch den Ansatzteil 51a mit reduziertem Durchmesser verhindert, der in das Rundrohr hineinragt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Raupenfahrzeug
- 3
- Traverse
- 5
- Riegel
- 7
- Führungsvorrichtung
- 9
- Untergrund
- 11
- magnetischer Metallstab
- 13
- Auftreffpunkt
- 15
- Nut
- 17
- Schlitten
- 19
- Schiene
- 21
- Grundkörper
- 23
- Winkeleisen
- 25
- Führungsprofil
- 27
- Hinterschneidung
- 29
- Kunststoffblock
- 33
- Magnet
- 33a
- oberster Magnet
- 35
- Windung
- 39
- Hohlnut
- 41
- weitere Nut
- 43
- Finger
- 45
- herausragender Teil des Fingers
- 47
- Spitze
- 49
- Kerbe
- 51
- Ansatz
- 51a
- im Durchmesser reduzierter Ansatz
- 53
- Stufe
- 55
- Rundrohr
