DE102013226127B4

DE102013226127B4 - Werkzeugkopf

Info

Publication number: DE102013226127B4
Application number: DE102013226127.6A
Authority: DE
Inventors: Ulf Köhler; Albrecht Kleibl; Christian Heichel; Jörg Gnauert
Original assignee: ABI MASCHINENFABRIK und VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH; ABI MASCHINENFABRIK und VERTRIEBSGMBH
Current assignee: ABI MASCHINENFABRIK und VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH; ABI MASCHINENFABRIK und VERTRIEBSGMBH
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: WO2015091482A1; DE102013226127A1

Abstract

Werkzeugkopf (1) für ein Verdichtungswerkzeug einer Vorrichtung zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung, gekennzeichnet durch ein längliches Trägerelement (3), eine Werkzeugspitze (2) an einem Ende des Trägerelementes (3) und zumindest ein Aufreißwerkzeug (8), welches seitlich am Trägerelement (3) vorbei in eine Aufreißposition schwenkbar ist und aus dieser Aufreißposition herausschwenkbar ist, wobei das Aufreißwerkzeug (8) in der Aufreißposition außerradial zum Trägerelement im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelementes (3) ausgerichtet ist und einen Außenumfang des Werkzeugkopfes (1) überragt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf für ein Verdichtungswerkzeug einer Vorrichtung zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind zur Bodenverdichtung die Rütteldruckverdichtung und die Rüttelstopfverdichtung bekannt. Bei der Rütteldruckverdichtung wird ein torpedoförmiger, in horizontaler Ebene schwingender Elektro-Tiefenrüttler eingesetzt, der entsprechend der Verdichtungstiefe über Aufsatzrohre verlängert werden kann. Um die horizontale Schwingung des Rüttlers zu erzeugen, befinden sich ein Elektromotor und eine von diesem angetriebene Unwucht innerhalb des torpedoförmigen Rüttlers. Zum Abteufen des Rüttlers wird als Spülhilfe Wasser zur Rüttlerspitze gefördert. Beim anschließenden Verdichtungsvorgang wird die Zuflussmenge reduziert und an der Oberfläche rolliges Bodenmaterial in den sich bildenden Verdichtungstrichter eingefüllt. Die Rütteldruckverdichtung kommt bei nichtbindigen bzw. rolligen Böden zum Einsatz.
Die Rüttelstopfverdichtung wird bei nichtbindigen und bindigen, auch wassergesättigten Böden angewandt. Bei diesem Verfahren wird über einen Vorratsbehälter, der mit Druckluft beaufschlagt werden kann, Schotter bis an die Rüttelspitze des Tiefenrüttlers geleitet. Die Druckluft dient als Spülhilfe für den Schotter. Der Vorratsbehälter mit dem Einfüll- und Verriegelungssystem wird als Schleuse bezeichnet. Grobkörnige Anschüttungen aus Bauschutt, Schlacke oder Abraum sind weitere Einsatzbereiche des Rüttelstopfverfahrens.
In der DE 10 2010 022 661 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bodenverdichtung beschrieben. Im Verfahren wird ein säulenförmiges Verdichtungswerkzeug vertikal in einen zu verdichtenden Bodenbereich abgesenkt und mittels einer Vibrationsvorrichtung werden Vibrationen im Verdichtungswerkzeug erzeugt, um den Bodenbereich zu verdichten. Durch die Vibrationsvorrichtung, welche auf ein oberes Ende des Verdichtungswerkzeugs aufgesetzt wird, werden vertikale Vibrationsbewegungen des Verdichtungswerkzeugs erzeugt. Das Verdichtungswerkzeug wird durch sein Eigengewicht und durch die Vibrationsbewegungen auf eine vorgegebene Sollversenktiefe abgesenkt, danach zumindest einmal um eine vorgegebene Hubhöhe angehoben und durch sein Eigengewicht und die Vibrationsbewegungen wieder soweit erneut abgesenkt, bis dem erneuten Absenken ein vorgegebener Widerstand entgegenwirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Werkzeugkopf für ein Verdichtungswerkzeug einer Vorrichtung zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Werkzeugkopf für ein Verdichtungswerkzeug einer Vorrichtung zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Werkzeugkopf für ein Verdichtungswerkzeug einer Vorrichtung zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung umfasst erfindungsgemäß ein längliches Trägerelement, eine Werkzeugspitze an einem Ende des Trägerelementes und zumindest ein Aufreißwerkzeug. Das Trägerelement ist zweckmäßigerweise in Querrichtung des Werkzeugkopfes im Zentrum des Werkzeugkopfes angeordnet, d. h. auf der Längsachse des Werkzeugkopfes, mittig und somit durch einen Mittelpunkt des Querschnitts verlaufend oder bei einem nicht runden Querschnitt zweckmäßigerweise durch einen Schwerpunkt des Querschnitts verlaufend. Das zumindest eine Aufreißwerkzeug, welches zweckmäßigerweise oberhalb der Werkzeugspitze und unterhalb eines der Werkzeugspitze gegenüberliegenden Endes des Trägerelementes am Werkzeugkopf positioniert ist, d. h. in Längsrichtung des Werkzeugkopfes im Bereich des Trägerelementes, ist seitlich am Trägerelement vorbei in eine Aufreißposition schwenkbar und auch wieder aus dieser Aufreißposition herausschwenkbar. In der Aufreißposition ist das Aufreißwerkzeug im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelementes ausgerichtet und überragt einen Außenumfang des Werkzeugkopfes, d. h. eine Aufreißspitze des zumindest einen Aufreißwerkzeugs überragt alle unter und über dem jeweiligen Aufreißwerkzeug angeordneten Teile des Werkzeugkopfes, so dass die Aufreißspitze des zumindest einen Aufreißwerkzeugs in der Aufreißposition in Seitenrichtung des Werkzeugkopfes freistehend ist. In einer zweiten Position, in welcher das zumindest eine Aufreißwerkzeug aus der Aufreißposition herausgeschwenkt angeordnet ist, überragt das zumindest eine Aufreißwerkzeug den Außenumfang des Werkzeugkopfes nicht. D. h. das zumindest eine Aufreißwerkzeug ist seitlich am Trägerelement vorbei zwischen zwei Positionen schwenkbar, wobei das Aufreißwerkzeug in der Aufreißposition im Wesentlichen senkrecht zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes ausgerichtet ist und den Außenumfang des Werkzeugkopfes überragt und in der von dieser Aufreißposition abweichenden zweiten Position den Außenumfang des Werkzeugkopfes nicht überragt. Diese seitliche Anordnung des zumindest einen Aufreißwerkzeugs, d. h. seitlich des Trägerelementes, ermöglicht in der Aufreißposition einen großen Abstand zwischen einem Lager des Aufreißwerkzeugs, mittels welchem das Aufreißwerkzeug am Werkzeugkopf schwenkbar befestigt ist, und einem Auflager des Aufreißwerkzeugs auf dem Werkzeugkopf, d. h. einem Bereich, in welchem das Aufreißwerkzeug in der Aufreißposition auf einem anderen Bestandteil des Werkzeugkopfes aufliegt. Dadurch sind auftretende Lagerkräfte reduziert.
In der Aufreißposition ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug somit nicht radial am Werkzeugkopf ausgerichtet, sondern außerradial, nämlich tangential oder auf einer Passante zum in Querrichtung des Werkzeugkopfes im Wesentlichen mittig positionierten Trägerelement angeordnet. Bei einem nicht runden oder unrunden Trägerelement, beispielsweise einem ovalen oder vieleckigen Trägerelement, beziehen sich die verwendeten Begriffe tangential und/oder Passante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des betreffenden Trägerelements, wobei der Kreis den Außenumfang des Trägerelements zweckmäßigerweise an keiner Stelle nach außen überschreitet, so dass der Radius des Kreises maximal so groß ist wie ein kleinster Abstand aller Außenumfangspunkte des Querschnitts des Trägerelements zum Scherpunkt des Querschnitts des Trägerelements. Es bewegen sich während der Schwenkbewegung zumindest von der Aufreißspitze abgewandte hintere Bereiche des zumindest einen Aufreißwerkzeugs, d. h. Bereiche zwischen der Aufreißspitze und einer Schwenkachse, welche der Schwenkachse näher sind als der Aufreißspitze, seitlich am Trägerelement vorbei. Beispielsweise ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug seitlich am Trägerelement oder an einer Ausformung des Trägerelementes schwenkbar angeordnet, wobei die Schwenkachse des zumindest einen Aufreißwerkzeugs senkrecht zur Längsachse oder zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelements verläuft.
Zumindest in der Aufreißposition ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug daher mit seiner Längserstreckung außermittig am Werkzeugkopf angeordnet, auf einer Sekante des Werkzeugkopfes, zumindest bei einem runden oder im Wesentlichen runden Werkzeugkopf. Bei einem unrunden oder nicht runden Werkzeugkopf, insbesondere bei einer unrunden oder nicht runden Werkzeugspitze, zum Beispiel einer im Querschnitt ovalen oder vieleckigen Werkzeugspitze, bezieht sich der Begriff Sekante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des Werkzeugkopfes, insbesondere des Querschnitts der Werkzeugspitze, wobei der Kreis zweckmäßigerweise an Bereichen des Querschnitts des Außenumfangs des Werkzeugkopfes, insbesondere der Werkzeugspitze, außen anliegt, diesen aber nicht nach innen überschreitet, d. h. der Radius dieses Kreises ist mindestens so groß wie ein größter Abstand aller Außenumfangspunkte des Querschnitts des Werkzeugkopfes insbesondere der Werkzeugspitze, zum Schwerpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes, insbesondere der Werkzeugspitze.
Aus dieser Aufreißposition ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug derart weit nach oben herausschwenkbar, dass es den Außenumfang der Werkzeugspitze nicht mehr überragt, d. h. es ist aus der Aufreißposition in eine zweite Position nach oben heraussschwenkbar, in welcher es schräg zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes ausgerichtet ist, beispielsweise in einem Winkel von ca. 45°.
Das Verdichtungswerkzeug mit seinem am unteren Ende angeordneten Werkzeugkopf ist zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung vorzugsweise vertikal in einen zu verdichtenden Bodenbereich abzusenken und danach wieder anzuheben, wobei das Absenken und Anheben mehrfach zu wiederholen ist, um auf diese Weise den Bodenbereich von einer vorgegebenen Tiefe bis zur Oberfläche zu verdichten und/oder zu verfestigen. Durch das Absenken des Verdichtungswerkzeugs mit seinem am unteren Ende angeordneten Werkzeugkopf schwenkt das zumindest eine Aufreißwerkzeug aus seiner Aufreißposition nach oben heraus, so dass es die Werkzeugspitze nicht überragt und das Absenken des Werkzeugkopfes nicht behindert. Durch das Anheben des Verdichtungswerkzeugs mit seinem am unteren Ende angeordneten Werkzeugkopf schwenkt das zumindest eine Aufreißwerkzeug in seine Aufreißposition, in welcher es im Wesentlichen senkrecht zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes ausgerichtet ist und den Außenumfang des Werkzeugkopfes überragt. Dadurch reißt das zumindest eine Aufreißwerkzeug während des Anhebens des Werkzeugkopfes eine Säulenspurwandung einer durch den Werkzeugkopf im Bodenbereich ausgebildeten Säulenspur auf und löst Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung heraus, welches unter den Werkzeugkopf in die Säulenspur fällt. Dieses aus der Säulenspurwandung herausgelöste Bodenmaterial ist dann in einem nachfolgenden Absenkvorgang des Werkzeugkopfes zu verdichten.
Zum Schwenken des zumindest einen Aufreißwerkzeugs in die Aufreißposition und aus der Aufreißposition heraus ist keine Antriebseinheit erforderlich, sondern das zumindest eine Aufreißwerkzeug schwenkt allein durch die jeweilige Krafteinwirkung während des Anhebens oder Absenkens des Werkzeugkopfes. Während des Absenkens berührt das sich zunächst in der Aufreißposition befindende, d. h. ausgeklappte, Aufreißwerkzeug die Säulenspurwandung, so dass durch das Absenken des Werkzeugkopfes eine nach oben gerichtete Kraft auf das Aufreißwerkzeug einwirkt. Da die Schwenkbewegung nach oben nicht blockiert ist, schwenkt das Aufreißwerkzeug daher nach oben aus der Aufreißposition heraus, so dass es den Außenumfang der Werkzeugspitze nicht mehr seitlich überragt und ein Verdichten des Bodens durch das Aufreißwerkzeug nicht behindert ist.
Während des Anhebens des Werkzeugkopfes greift das zumindest eine Aufreißwerkzeug in die Säulenspurwandung ein, wodurch aufgrund des Anhebens des Werkzeugkopfes eine Krafteinwirkung nach unten auf das Aufreißwerkzeug erfolgt. Da das Zurückschwenken nach unten zurück in die Aufreißposition nicht blockiert ist, schwenkt das Aufreißwerkzeug daher nach unten, d. h. es klappt seitlich nach außen auf, bis es in der Aufreißposition angekommen ist und beispielsweise an einem Anschlag anliegt. Es ist nun im Wesentlichen senkrecht zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes ausgerichtet, überragt den Außenumfang des Werkzeugkopfes seitlich nach außen und greift während des Anhebens des Verdichtungswerkzeugs mit dem am unteren Ende angeordneten Werkzeugkopf in die Säulenspurwandung ein, reißt diese auf und löst dadurch Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung heraus, welches nach unten fällt und bei einem nachfolgenden Absenken des Verdichtungswerkzeugs durch dieses, genauer gesagt durch dessen Werkzeugkopf, zu verdichten ist.
Dieses Aufreißen der Säulenspurwandung mittels des zumindest einen Aufreißwerkzeugs ist besonders wichtig, da durch das Absenken des Werkzeugkopfes auch die Säulenspurwandung schon verfestigt wird, so dass ohne ein derartiges mechanisches Aufreißen der Säulenspurwandung und Herauslösen von Bodenmaterial sich nicht genug Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung lösen würde. Es stünde dann nicht genug Bodenmaterial für eine ausreichende Verdichtung zur Verfügung. Durch das Aufreißen der Säulenspurwandung mittels des zumindest einen Aufreißwerkzeugs wird somit eine sehr hohe Verdichtung des Bodens erreicht.
Durch die Anordnung des zumindest einen Aufreißwerkzeugs am Werkzeugkopf derart, dass es seitlich am Trägerelement vorbei in die Aufreißposition und aus dieser herausschwenkt, ist nur ein relativ geringer Schwenkwinkel erforderlich, um welchen das Aufreißwerkzeug nach oben aus der Aufreißposition herauszuschwenken ist, so dass es den Außenumfang der Werkzeugspitze nicht mehr überragt. Bei einem zu großen Schwenkwinkel, wenn das zumindest eine Aufreißwerkzeug beispielsweise parallel zum Trägerelement ausgerichtet ist, könnte es sich beispielsweise nicht mehr in der Säulenspurwandung verhaken, sondern während des Anhebens des Werkzeugskopfes an dieser entlanggleiten, so dass es nicht mehr in die Aufreißposition schwenkt. Dies wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Werkzeugkopfes vermieden.
Vorzugsweise schlägt das zumindest eine Aufreißwerkzeug während des Hochschwenkens aus der Aufreißposition heraus an einem oberen Anschlag an, um ein zu starkes Schwenken aus der Aufreißposition heraus zu vermeiden. Da das Aufreißwerkzeug in der nach oben geschwenkten Position nicht senkrecht, sondern schräg steht, wirkt zum Herunterschwenken in die Aufreißposition während des Anhebens des Werkzeugkopfes nicht nur die Kraft durch das Verhaken in der Säulenspurwandung auf das zumindest eine Aufreißwerkzeug ein, sondern auch die Schwerkraft, wodurch das zumindest eine Aufreißwerkzeug gegen die Säulenspurwandung kippt und somit das Verhaken in der Säulenspurwandung zum Herunterschwenken in die Aufreißposition während des Anhebens des Werkzeugkopfes begünstigt wird.
Des Weiteren ist durch diese Positionierung des zumindest einen Aufreißwerkzeuges eine sichere Befestigung am Trägerelement ermöglicht. Beispielsweise weist das Trägerelement an einer von einer Aufreißsspitze des Aufreißwerkzeugs abgewandten Rückseite eine Befestigungsausformung auf, an welcher die Schwenkachse des Aufreißwerkzeugs angeordnet ist. Ein Bereich der Schwenkachse, um welchen das Aufreißwerkzeug schwenkt, ist dann außermittig am Werkzeugkopf positioniert, so dass das Aufreißwerkzeug nicht radial zum Trägerelement ausgerichtet ist, sondern außerradial, nämlich tangential oder auf einer Passante zum Trägerelement ausgerichtet ist und auf einer Sekante des Werkzeugkopfes liegt. In einer anderen Ausführungsform kann das zumindest eine Aufreißwerkzeug auch direkt seitlich am Trägerelement angeordnet sein, so dass es ebenfalls seine Schwenkbewegungen seitlich des Trägerelementes und am Trägerelement vorbei ausführt und in der Aufreißposition tangential oder auf einer Passante zum Trägerelement und auf einer Sekante des Werkzeugkopfes positioniert ist. In jedem Fall bewegen sich zumindest von der Aufreißspitze abgewandte hintere Bereiche des zumindest einen Aufreißwerkzeugs, d. h. Bereiche zwischen der Aufreißspitze und der Schwenkachse, welche der Schwenkachse näher sind als der Aufreißspitze, während der Schwenkbewegung des Aufreißwerkzeugs seitlich am Trägerelement vorbei.
Bei einem nicht runden oder unrunden Trägerelement, beispielsweise einem ovalen oder vieleckigen Trägerelement, beziehen sich die verwendeten Begriffe tangential und/oder Passante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des betreffenden Trägerelements, wobei der Kreis den Außenumfang des Trägerelements zweckmäßigerweise an keiner Stelle nach außen überschreitet, so dass der Radius des Kreises maximal so groß ist wie ein kleinster Abstand aller Außenumfangspunkte des Querschnitts des Trägerelements. Bei einem unrunden oder nicht runden Werkzeugkopf, insbesondere bei einer unrunden oder nicht runden Werkzeugspitze, zum Beispiel einer im Querschnitt ovalen oder vieleckigen Werkzeugspitze, bezieht sich der Begriff Sekante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des Werkzeugkopfes, insbesondere des Querschnitts der Werkzeugspitze, wobei der Kreis zweckmäßigerweise an Bereichen des Außenumfangs des Werkzeugkopfes, insbesondere der Werkzeugspitze, außen anliegt, diesen aber nicht nach innen überschreitet, d. h. der Radius dieses Kreises ist mindestens so groß wie ein größter Abstand aller Außenumfangspunkte des Querschnitts des Werkzeugkopfes insbesondere der Werkzeugspitze, zum Schwerpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes, insbesondere der Werkzeugspitze.
Zudem ermöglicht diese erfindungsgemäße Anordnung des zumindest einen Aufreißwerkzeugs eine optimale Ausnutzung eines am Werkzeugkopf vorhandenen Bauraums und dadurch beispielsweise auch eine Ausbildung von Werkzeugköpfen mit einem relativ geringen Durchmesser, und auch bei einem solchen Werkzeugkopf ein relativ langes Aufreißwerkzeug, welches in der Aufreißposition den Außenumfang des Werkzeugkopfes ausreichend weit überragt, um tief in die Säulenspurwandung einzudringen und ausreichend Material aus dieser zu lösen.
Zweckmäßigerweise stehen verschiedene Varianten des zumindest einen Aufreißwerkzeugs zur Verfügung, welche sich insbesondere in ihrer Länge unterscheiden. Auf diese Weise ist eine bodenabhängige Auswahl des zumindest einen Aufreißwerkzeugs möglich. Das zumindest eine Aufreißwerkzeug ist zweckmäßigerweise auswechselbar am Werkzeugkopf befestigt, so dass auf einfache Weise eine Variante des Aufreißwerkzeugs gegen eine andere Variante auszutauschen ist, beispielsweise gegen eine kürzere oder längere Variante, entsprechend jeweils aktuellen Bodenverhältnissen.
Dabei wird je nach Länge des Aufreißwerkzeuges mehr oder weniger Boden aus der Säulenspurwandung gelöst und fällt in den Raum unter dem Werkzeugkopf. Daher hängt von der Länge des Aufreißwerkzeuges auch ab, wieviel Bodenmaterial gelöst wird und in die Verdichtungszone fällt. Auch ein Betrieb des Werkzeugkopfes ohne Aufreißwerkzeuge ist möglich.
Zweckmäßigerweise stehen, alternativ oder zusätzlich, verschiedene Varianten des Werkzeugkopfes zur Verfügung, welche insbesondere verschiedene Durchmesser aufweisen. Auf diese Weise ist auch der Werkzeugkopf entsprechend der jeweils aktuellen Bodenverhältnisse und/oder entsprechend eines jeweiligen Grundwasserspiegels auszuwählen.
Das zumindest eine Aufreißwerkzeug ist zweckmäßigerweise mittels eines Gleitlagers am Werkzeugkopf schwenkbar befestigt. Dadurch ist eine einfache, sichere und kostengünstige schwenkbare Lagerung des Aufreißwerkzeugs sichergestellt. Sollte ein zu starker Verschleiß des Gleitlagers vorliegen, ist das Gleitlager oder das gesamte Aufreißwerkzeug zusammen mit dem Gleitlager oder zumindest zusammen mit dem am Aufreißwerkzeug angeordneten oder ausgebildeten Teil des Gleitlagers auszutauschen. Da auch das Aufreißwerkzeug durch das Aufreißen der Säulenspurwandung einem Verschleiß unterliegt, ist ohnehin ein verschleißbedingter Austausch des zumindest einen Aufreißwerkzeugs erforderlich, so dass eine aufwändigere Lagerung, beispielsweise mittels eines Wälzlagers, zwar möglich, aber nicht unbedingt erforderlich ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das zumindest eine Aufreißwerkzeug im Bereich einer Schwenkachse eine Elastomereinlage auf. Bei dieser Elastomereinlage kann es sich auch um einen Teil des Gleitlagers handeln, welcher auf der am Trägerelement ausgebildeten oder angeordneten Schwenkachse gleitet. Die Elastomereinlage ermöglicht zudem eine Dämpfung zu starker Kräfte und Impulse, welche auf das Aufreißwerkzeug insbesondere während des Aufreißens der Säulenspurwandung einwirken, so dass eine ungedämpfte Übertragung dieser Kräfte und Impulse auf das Trägerelement und insbesondere auf die Schwenkachse verhindert sind. Dadurch ist eine Beschädigungsgefahr, beispielsweise die Gefahr einer Verformung der Schwenkachse, reduziert.
Zweckmäßigerweise ist die Elastomereinlage als ein Federelement ausgebildet, insbesondere als eine Torsionsfeder. Eine Torsionsfeder ist auf Drehung belastbar und erzeugt in einem gespannten Zustand ein Drehmoment. Somit ist durch die als Federelement, insbesondere als Torsionsfeder, ausgebildete Elastomerschicht oder Elastomereinlage die Schwenkbewegung des zumindest einen Aufreißwerkzeugs unterstützt. In welche Schwenkrichtung diese Unterstützung wirkt, hängt von einer jeweiligen Ausrichtung des Aufreißwerkzeugs in einem entspannten oder gering gespannten Zustand des bevorzugt als Torsionsfeder ausgebildeten Federelementes ab.
Sind das Aufreißwerkzeug und die Elastomereinlage derart am Werkzeugkopf angeordnet, dass das Federelement in der Aufreißposition des Aufreißwerkzeugs entspannt oder nur gering gespannt ist, so wird das Federelement durch das Schwenken aus der Aufreißposition heraus zunehmend gespannt. Dadurch wirkt eine Federkraft des Federelementes und somit ein Drehmoment auf das Aufreißwerkzeug ein, wenn es aus der Aufreißposition herausgeschwenkt ist, insbesondere wenn es in der zweiten Position angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Schwenken des Aufreißwerkzeugs zurück in die Aufreißposition durch das Federelement unterstützt.
Sind das Aufreißwerkzeug und die Elastomereinlage derart am Werkzeugkopf angeordnet, dass das Federelement in der aus der Aufreißposition herausgeschwenkten zweiten Position entspannt oder nur gering gespannt ist, so wird das Federelement durch das Schwenken in die Aufreißposition zunehmend gespannt. Dadurch wirkt die Federkraft des Federelementes und somit das Drehmoment auf das Aufreißwerkzeug ein, wenn es in die Aufreißposition geschwenkt ist. Auf diese Weise wird das Schwenken des Aufreißwerkzeugs aus der Aufreißposition heraus in die zweite Position durch das Federelement unterstützt.
Sind das Aufreißwerkzeug und die Elastomereinlage derart am Werkzeugkopf angeordnet, dass das Federelement in einer Zwischenstellung zwischen der Aufreißposition und der aus der Aufreißposition herausgeschwenkten zweiten Position entspannt ist, so wird das Federelement sowohl durch das Schwenken aus dieser Zwischenstellung heraus in die Aufreißposition als auch durch das Schwenken aus dieser Zwischenstellung heraus in die zweite Position zunehmend gespannt. Dadurch wirkt die Federkraft des Federelementes und somit das Drehmoment auf das Aufreißwerkzeug ein, wenn es in die Aufreißposition oder in die zweite Position geschwenkt ist. Auf diese Weise wird das Schwenken des Aufreißwerkzeugs aus der Aufreißposition heraus oder aus der zweiten Position heraus in diese Zwischenstellung durch das Federelement unterstützt.
Die Elastomereinlage ist zweckmäßigerweise zwischen der Schwenkachse des Aufreißwerkzeugs oder einem mit der Schwenkachse fest verbundenen Teil und dem Aufreißwerkzeug selbst angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Elastomereinlage sowohl mit der Schwenkachse oder einem mit der Schwenkachse fest verbundenen Teil als auch mit dem Aufreißwerkzeug fest verbunden, beispielsweise anvulkanisiert. Die Schwenkachse ist dabei zweckmäßigerweise am Trägerelement unbeweglich befestigt oder ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Schicht entsprechend dick ausgeführt, so dass ein aus der Schwenkbewegung des Aufreißwerkzeugs resultierender Winkelversatz von der Elastomereinlage aufgenommen wird. Auf diese Weise ist durch die Verformung des Elastomers eine Lagerung gebildet, die einen Winkelversatz des Aufreißwerkzeugs, d. h. dessen Schwenkbewegung, ohne gleitende oder wälzende Bewegung ermöglicht und daher unempfindlich gegen das Eindringen von Partikeln ist. Außerdem ist die auf diese Weise fest am Aufreißwerkzeug und an der unbeweglichen Schwenkachse bzw. an dem mit dieser unbeweglichen Schwenkachse fest verbundenen Teil haftende Elastomerschicht, wie oben beschrieben, bevorzugt als Torsionsfeder nutzbar, so dass das Schwenken in die Aufreißposition und/oder das Rückschwenken aus der Aufreißposition durch die Federkraft der Torsionsfeder unterstützt ist.
Vorzugsweise umfasst der Werkzeugkopf eine Mehrzahl solcher Aufreißwerkzeuge. Dabei ist zweckmäßigerweise jedes der Aufreißwerkzeuge wie oben beschrieben ausgebildet und angeordnet. Diese Aufreißwerkzeuge sind zweckmäßigerweise um einen Umfang des Trägerelementes gleichmäßig verteilt angeordnet. Auf diese Weise ist ein gleichmäßiges Aufreißen der Säulenspurwandung während des Anhebens des Werkzeugkopfes erreicht, so dass ein effektives Herauslösen des Bodenmaterials aus der Säulenspurwandung ermöglicht ist, welches durch ein nachfolgendes Absenken des Werkzeugkopfes zu verdichten ist. Beispielsweise können am Werkzeugkopf über dessen Umfang gleichmäßig verteilt zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr Aufreißwerkzeuge angeordnet sein. Die Anzahl der Aufreißwerkzeuge kann beispielsweise abhängig sein von einem jeweiligen Durchmesser des Werkzeugkopfes und/oder von einem mit dem Werkzeugkopf jeweils zu verdichtenden Boden.
Vorteilhafterweise sind die Aufreißwerkzeuge in mindestens zwei Ebenen angeordnet. Dadurch ist eine Nutzung des vorhandenen Bauraums für die Aufreißwerkzeuge am Werkzeugkopf optimiert und es ist sichergestellt, dass sich die Aufreißwerkzeuge in ihren Schwenkbewegungen nicht gegenseitig behindern. So sind beispielsweise in einer unteren, der Werkzeugspitze nächstgelegenen Ebene zwei Aufreißwerkzeuge sich gegenüberliegend angeordnet und in einer darüberliegenden Ebene sind zwei weitere Aufreißwerkzeuge sich gegenüberliegend angeordnet, welche zu den beiden anderen Aufreißwerkzeugen in der unteren Ebene in Umfangsrichtung des Werkzeugkopfes um 90° versetzt am Werkzeugkopf angeordnet sind. Auf diese Weise sind die vier Aufreißwerkzeuge um den Umfang des Werkzeugkopfes gleichmäßig verteilt, behindern sich jedoch nicht gegenseitig, da in Umfangsrichtung benachbarte Aufreißwerkzeuge in unterschiedlichen Ebenen am Werkzeugkopf angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Werkzeugkopf zumindest eine Austrittsöffnung für zumindest ein fluides Medium. Diese Austrittsöffnung ist beispielsweise als eine Flachstrahldüse ausgebildet oder umfasst eine solche Flachstrahldüse. Der Werkzeugkopf kann auch eine Mehrzahl solcher Austrittsöffnungen aufweisen. Beispielsweise sind die Austrittsöffnungen den Aufreißwerkzeugen zugeordnet. Der Werkzeugkopf kann beispielsweise bei einer Mehrzahl von Aufreißwerkzeugen im Bereich jedes Aufreißwerkzeugs eine oder mehrere solche Austrittsöffnungen aufweisen. Dabei können die dem jeweiligen Aufreißwerkzeug zugeordneten Austrittsöffnungen, welche vorzugsweise als Düsen, beispielsweise als Flachstrahldüsen ausgebildet sind oder solche aufweisen, gleiche oder unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. So ist beispielsweise bei zwei dem jeweiligen Aufreißwerkzeug zugeordneten Austrittsöffnungen eine im Wesentlichen parallel zum Aufreißwerkzeug ausgerichtet und die andere im Wesentlichen quer zum Aufreißwerkzeug. Zweckmäßigerweise weist der Werkzeugkopf entsprechende Öffnungen auf, in welche eine Düse, beispielsweise eine Flachstrahldüse, als Ausrittsöffnung oder ein Blindstopfen als Verschluss einschraubbar ist. Auf diese Weise ist die Anzahl der Austrittsöffnungen und zweckmäßigerweise auch eine Ausformung der jeweiligen Austrittsöffnung durch eine Auswahl einer jeweils geeigneten Düse mit einem geeigneten Querschnitt und einer geeigneten Strahlform auf einfache und kostengünstige Weise an jeweilige Erfordernisse anzupassen.
Durch die Austrittsöffnung oder die Mehrzahl von Austrittsöffnungen ist, wenn dies erforderlich oder vorteilhaft ist, vorzugsweise zumindest ein fluides Medium in die Säulenspur und/oder in den an die Säulenspur angrenzenden Bodenbereich einbringbar. Unter dem Begriff fluides Medium sind gasförmige Stoffe, flüssige Stoffe und Suspensionen zu verstehen, d. h. auch Flüssigkeiten mit darin enthaltenen Feststoffen. Das zumindest eine fluide Medium ist beispielsweise Wasser, Luft oder ein anderes Gas oder Gasgemisch, ein hydraulisches Bindemittel, beispielsweise Bentonit oder eine Bentonit-Zementsuspension oder Zement, Kalk oder Gemische aus diesen Stoffen. Auch die Zuführung einer Mehrzahl dieser Stoffe oder Gemische aus diesen Stoffen, d. h. einer Mehrzahl fluider Medien gleichzeitig oder nacheinander ist möglich. Das Einbringen in die Säulenspur und/oder in den daran angrenzenden Bodenbereich kann unter Druck oder druckfrei erfolgen.
Zweckmäßigerweise weist die Werkzeugspitze ein tellerförmiges Grundelement und/oder ein Spitzenelement auf. Dabei bildet ein Außenrand des tellerförmigen Grundelementes den Außenumfang des Werkzeugkopfes, über welchen das zumindest eine Aufreißwerkzeug in der Aufreißposition seitlich hinausragt, d. h. der Werkzeugkopf weist am tellerförmigen Grundelement seinen größten Durchmesser auf. Das tellerförmige Grundelement kann beispielsweise rund, oval oder vieleckig ausgebildet sein, zum Beispiel viereckig. Das tellerförmige Grundelement ermöglicht eine Verdichtung unterhalb des Werkzeugkopfes über eine gesamte Ausdehnung des Grundelementes hinweg. Das Spitzenelement ermöglicht ein Vordringen in den Bodenbereich und eine Führung des Werkzeugkopfes, um ein vertikales Absenken sicherzustellen. Das tellerförmige Grundelement und das Spitzenelement sind zweckmäßigerweise stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt oder verschraubt. Dabei stellt die Verschweißung eine besonders stabile Verbindung sicher, während das Verschrauben beispielsweise ein Austauschen des tellerförmigen Grundelementes und/oder des Spitzenelementes unabhängig voneinander ermöglichen, beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder zur Anpassung des Werkzeugkopfes an jeweilige Erfordernisse.
Vorzugsweise weist die Werkzeugspitze und/oder deren Grundelement und/oder Spitzenelement eine im Wesentlichen geschlossene und im Wesentlichen kegelförmige, kegelstumpfförmige, pyramidenförmige oder pyramidenstumpfförmige Wirkfläche auf. Diese Ausbildung der Wirkfläche ermöglicht eine Einleitung einer Verdichtungsenergie nicht nur nach unten, sondern auch seitlich in den Bodenbereich, so dass eine durch die Verdichtung ausgebildete Baugrundsäule einen breiteren Durchmesser aufweist als der Werkzeugkopf.
Das Spitzenelement ist beispielsweise aus Stahlblech oder aus einem angeschrägten Rundstahl ausgebildet. Hierzu ist der Rundstahl beispielsweise entsprechend abgefräst, um die Form des Spitzenelementes auszubilden. Der angeschrägte Rundstahl ist eine besonders kostengünstige Lösung. Mittels des Stahlblechs ist beispielsweise eine gezielte Ausbildung des Spitzenelementes ermöglicht, um eine besonders gute Führung des Werkzeugkopfes zu erreichen, insbesondere einen guten Seitenhalt, so dass ein vertikales Absenken des Werkzeugkopfes sichergestellt und die Gefahr einer seitlichen Abweichung der mittels des Werkzeugkopfes ausgebildeten Säulenspur und Baugrundsäule reduziert ist. Zur Ausbildung des Spitzenelementes aus Stahlblech sind beispielsweise aus Stahlblech gefertigte Elemente in Form eines Kreuzes angeordnet und verschweißt.
Zweckmäßigerweise ist die Werkzeugspitze am Trägerelement formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt. Die formschlüssige Befestigung, beispielsweise durch Verschrauben, ist besonders vorteilhaft, da die Werkzeugspitze dann beispielsweise verschleißbedingt oder zur Anpassung des Werkzeugkopfes an jeweilige Erfordernisse auszutauschen ist. Alternativ wäre aber auch ein stoffschlüssiges Befestigen beispielsweise durch Verschweißen möglich.
Vorzugsweise ist an dem der Werkzeugspitze gegenüberliegenden Ende des Trägerelementes ein Adapterelement zum Befestigen des Werkzeugkopfes an einem säulenförmigen Grundkörper der Vorrichtung formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt. Hierbei ist die formschlüssige Befestigung, beispielsweise durch Verschrauben, besonders vorteilhaft, da dann der Werkzeugkopf mittels eines entsprechend ausgewählten Adapterelementes an verschiedenen Grundkörpern anzuordnen ist. Es ist somit für verschiedene Grundkörper keine Ausbildung eines separaten Werkzeugkopfes erforderlich, sondern lediglich das Anschrauben eines entsprechenden Adapterelementes am Werkzeugkopf. Das Adapterelement kann beispielsweise auch einen Anschluss zur Zuführung des zumindest einen fluiden Mediums zu der zumindest einen Austrittsöffnung des Werkzeugkopfes aufweisen.
Zweckmäßigerweise sind zumindest wesentlichen Teile des Werkzeugkopfes, insbesondere das Trägerelement und/oder das zumindest eine Aufreißwerkzeug oder die mehreren Aufreißwerkzeuge und/oder die Werkzeugspitze und/oder das Adapterelement jeweils aus Metall, insbesondere aus Stahl, ausgebildet. Weist die Werkzeugspitze das Grundelement und das Spitzenelement auf, so gilt dies zweckmäßigerweise für das Grundelement und/oder das Spitzenelement.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
1 schematisch eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
2 schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
3 schematisch eine Draufsicht von oben auf eine erste Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
4 schematisch eine erste Querschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
5 schematisch eine zweite Querschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
6 schematisch eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit zwei Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition und zwei Aufreißwerkzeugen in einer nach oben geschwenkten Position,
7 schematisch eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes,
8 schematisch eine Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes,
9 schematisch eine perspektivische Darstellung einer erste Ausführungsform einer Werkzeugspitze,
10 schematisch eine Seitenansicht einer erste Ausführungsform einer Werkzeugspitze,
11 schematisch eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes ohne Adapterelement mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
12 schematisch eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer Aufreißposition,
13 schematisch eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit allen Aufreißwerkzeugen in einer nach oben geschwenkten Position,
14 schematisch eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes,
15 schematisch eine Teilschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes,
16 schematisch eine Querschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes, und
17 schematisch eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Werkzeugkopfes.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 bis 8 und 11 bis 17 zeigen verschiedene Ansichten von vier beispielhaften Ausführungsformen eines Werkzeugkopfes 1 für ein nicht näher dargestelltes Verdichtungswerkzeug einer Vorrichtung zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung. Die 9 und 10 zeigen zwei Ansichten einer beispielhaften ersten Ausführungsform einer Werkzeugspitze 2 des Werkzeugkopfes 1.
Der Werkzeugkopf 1 ist zur Ausbildung des säulenförmigen Verdichtungswerkzeugs an einem hier nicht näher dargestellten säulenförmigen Grundkörper zu befestigen, welcher beispielsweise aus zumindest einer Stange oder zumindest einem Rohr gebildet ist, vorzugsweise, um größere Tiefen zu erreichen, aus mehreren Stangen oder mehreren Rohren. Zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung ist dieses säulenförmige Verdichtungswerkzeug dann vorzugsweise vertikal in einen zu verdichtenden Bodenbereich abzusenken und danach wieder anzuheben, wobei das Absenken und Anheben mehrfach zu wiederholen ist, um auf diese Weise den Bodenbereich von einer vorgegebenen Tiefe bis zur Oberfläche zu verdichten und/oder zu verfestigen.
Eine Energieeinleitung in das säulenförmige Verdichtungswerkzeug, um dieses vorzugsweise vertikal in den zu verdichtenden Bodenbereich abzusenken und dabei Bodenmaterial unter und neben dem Werkzeugkopf 1 zu verdichten und/oder zu verfestigen, erfolgt über eine nicht dargestellte Vibrationsvorrichtung, welche bevorzugt auf ein oberes Ende des Verdichtungswerkzeugs aufzusetzen ist und ihre Vibrationsbewegungen, vorzugsweise in vertikaler Richtung, auf das Verdichtungswerkzeug überträgt. Eine geeignete Vibrationsvorrichtung ist beispielsweise als eine Ramme ausgebildet. Dabei stellt der Begriff Ramme den Oberbegriff für verschiedene Ausprägungen von Vibrationsvorrichtungen dar. Als Vibrationsvorrichtung kommt somit beispielsweise ein Vibrator, auch als Vibrationsramme bezeichnet, eine Hydraulikramme, eine Dieselramme oder Explosionsramme, eine Pressluftramme oder eine Dampframme in Betracht.
Der in den 1 bis 8 und 11 bis 17 dargestellte Werkzeugkopf 1 für ein solches Verdichtungswerkzeug umfasst ein längliches Trägerelement 3 aus Metall, zweckmäßigerweise aus Stahl, welches im Betrieb des Verdichtungswerkzeugs, d. h. bei dessen Absenken in den Bodenbereich und nachfolgendem Anheben, im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Über dieses Trägerelement 3 ist der Werkzeugkopf 1 mit dem jeweiligen säulenförmigen Grundkörper des Verdichtungswerkzeugs zu verbinden, wobei das Trägerelement 3 dann eine gerade Verlängerung des säulenförmigen Grundkörpers bildet. Somit ist das Trägerelement 3 auf einer Längsachse des Verdichtungswerkzeugs angeordnet. Das Trägerelement 3 bildet somit eine Längsachse des Werkzeugkopfes 1. Es ist in Querrichtung des Werkzeugkopfes 1 im Zentrum des Werkzeugkopfes 1 angeordnet, so dass das Trägerelement 3 durch einen Mittelpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1 oder, bei einem nicht runden Werkzeugkopf 1, durch einen Schwerpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1 verläuft.
Um den Werkzeugkopf 1 mit verschieden ausgebildeten säulenförmigen Grundkörpern verbinden zu können, weist er zweckmäßigerweise, wie in den 1 bis 3, 6 bis 8, 12 bis 15 und 17 gezeigt, ein Adapterelement 4 auf, mittels welchem der Werkzeugkopf 1 am jeweiligen säulenförmigen Grundkörper der Vorrichtung zu befestigen ist. Das Adapterelement 4, welches aus Metall, zweckmäßigerweise aus Stahl, ausgebildet ist, ist formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem säulenförmigen Grundkörper zu verbinden. Dabei ist das formschlüssige Verbinden, beispielsweise durch Verschrauben, zu bevorzugen, da es eine sichere und zugleich wieder lösbare Befestigung und somit einen einfachen Austausch des Werkzeugkopfes 1 oder des säulenförmigen Grundkörpers ermöglicht. In den hier dargestellten Beispielen weist das Adapterelement 4 hierfür Befestigungsöffnungen 5 beispielsweise zur Durchführung von Befestigungsschrauben auf, um das Adapterelement 4 mit dem säulenförmigen Grundkörper zu verschrauben.
Das Adapterelement 4 ist mit einem oberen Ende des Trägerelementes 3 des Werkzeugkopfes 1 formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Somit ist das Trägerelement 3 des Werkzeugkopfes 1 über das Adapterelement 4 mit dem säulenförmigen Grundkörper des Verdichtungswerkzeugs zu verbinden oder verbunden. Auch zum Befestigen des Adapterelementes 4 am Trägerelement 3 ist das formschlüssige Verbinden, beispielsweise durch Verschrauben, zu bevorzugen, da es eine sichere und wieder lösbare Verbindung und somit einen Austausch des Adapterelementes 4 ermöglicht, um den Werkzeugkopf 1 mit verschieden ausgebildeten säulenförmigen Grundkörpern verwenden zu können. Beispielsweise ist das Adapterelement 4 mittels mehrerer Schraubelemente 6 mit dem Trägerelement 3 verbunden, wie in 8 gezeigt, oder mittels einer Gewindeverbindung, wozu beispielsweise das Trägerelement 3 im Bereich seines oberen Endes ein Innengewinde und das Adapterelement 4 ein dazu korrespondierendes Außengewinde aufweist oder umgekehrt, so dass das Adapterelement 4 auf das Trägerelement 3 aufzuschrauben ist.
Am anderen, d. h. vom Adapterelement 4 abgewandten unteren Ende des Trägerelementes 3 ist die Werkzeugspitze 2 angeordnet. Diese Werkzeugspitze 2 bildet im Betrieb des Verdichtungswerkzeugs dessen unteres Ende, d. h. mit dieser Werkzeugspitze 2 erfolgt das Verdichten und/oder Verfestigen des Bodenbereichs.
Die Werkzeugspitze 2 weist in den hier dargestellten Beispielen ein tellerförmiges Grundelement 2.1 und ein Spitzenelement 2.2 auf. Das tellerförmige Grundelement 2.1 kann beispielsweise rund ausgebildet sein, wie in den 1 bis 10 dargestellt, oder im Wesentlichen viereckig, wie in den 11 bis 17 dargestellt, wobei es bei der in den 11 bis 17 dargestellten Ausführungsform etwas überhängende Eckbereiche aufweist, d. h. über einen Viereckrand hinausragende Ausformungen. Des Weiteren sind auch andere Formen des tellerförmigen Grundelementes 2.1 möglich, beispielsweise oval oder vieleckig, d. h. mit mehr oder weniger als vier Ecken.
Das tellerförmige Grundelement 2.1 ermöglicht eine Verdichtung unterhalb des Werkzeugkopfes 1 über eine gesamte Ausdehnung des Grundelementes 2.1 hinweg. Das Spitzenelement 2.2 ermöglicht ein Vordringen in den Bodenbereich und eine Führung des Werkzeugkopfes 1, um ein gerichtetes, vorzugsweise vertikales Absenken sicherzustellen. Das tellerförmige Grundelement 2.1 und das Spitzenelement 2.2 sind zweckmäßigerweise stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt oder verschraubt. Dabei stellt die Verschweißung eine besonders stabile Verbindung sicher, während das Verschrauben beispielsweise ein Austauschen des tellerförmigen Grundelementes 2.1 und/oder des Spitzenelementes 2.2 unabhängig voneinander ermöglichen, beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder zur Anpassung des Werkzeugkopfes 1 an jeweilige Erfordernisse.
Vorzugsweise weist die Werkzeugspitze 2 und/oder deren Grundelement 2.1 und/oder Spitzenelement 2.2 eine im Wesentlichen geschlossene und im Wesentlichen kegelförmige, kegelstumpfförmige, pyramidenförmige oder pyramidenstumpfförmige Wirkfläche auf. Diese Ausbildung der Wirkfläche ermöglicht eine Einleitung einer Verdichtungsenergie nicht nur nach unten, sondern auch seitlich in den Bodenbereich, so dass eine durch die Verdichtung ausgebildete Baugrundsäule einen breiteren Durchmesser aufweist als der Werkzeugkopf 1. In den 1 bis 10 ist das tellerförmige Grundelement 2.1 kegelstumpfförmig ausgebildet, d. h. dessen Wirkfläche verläuft seitlich schräg und im unteren Bereich, an welchem das Spitzenelement 2.2 angeordnet ist, abgeflacht und somit horizontal bzw. senkrecht zum Trägerelement 3 des Werkzeugkopfes 1. Die Außenform des tellerförmigen Grundelementes 2.1 gleicht somit einer Außenform eines Suppentellers, d. h. eines tiefen Tellers. Das tellerförmige Grundelement 2.1 ist aus Metall ausgebildet, zweckmäßigerweise aus Stahl.
Das Spitzenelement 2.2 ist beispielsweise aus Stahlblech ausgebildet, wie in den 1, 2, 6 sowie 9 bis 15 und 17 gezeigt. Mittels des Stahlblechs ist beispielsweise eine gezielte Ausbildung des Spitzenelementes 2.2 ermöglicht, um eine besonders gute Führung des Werkzeugkopfes 1 zu erreichen, insbesondere einen guten Seitenhalt, so dass ein vorzugsweise vertikales Absenken des Werkzeugkopfes 1 sichergestellt und insbesondere die Gefahr einer seitlichen Abweichung des Werkzeugkopfes 1 von einem beabsichtigten Pfad und somit die Gefahr einer seitlichen Abweichung der mittels des Werkzeugkopfes 1 ausgebildeten Säulenspur und Baugrundsäule reduziert ist. Zur Ausbildung des Spitzenelementes 2.2 aus Stahlblech sind beispielsweise vier Stahlbleche kreuzweise verschweißt, wie in den genannten Figuren gezeigt. Hierzu sind aus den vier Stahlblechen die vier Kreuzteile des Spitzenelementes 2.2 auszuformen in Form des Kreuzes anzuordnen und miteinander zu verschweißen.
Alternativ ist das Spitzenelement 2.2 beispielsweise aus einem angeschrägten Rundstahl ausgebildet, wie in den 7 und 8 dargestellt. Hierzu ist der Rundstahl beispielsweise entsprechend abgefräst, um die Form des Spitzenelementes 2.2 auszubilden. Im in den 7 und 8 dargestellten Beispiel weist das Spitzenelement 2.2 vier angeschrägte Flächen auf, welche, zusammen mit einer abgeflachten und daher vertikalen Unterseite, die Wirkfläche des Spitzenelementes 2.2 bilden. Somit ist auch die Wirkfläche des Spitzenelementes 2.2 im Wesentlichen kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet. Der angeschrägte Rundstahl ist eine besonders kostengünstige Lösung.
Zweckmäßigerweise ist die Werkzeugspitze 2 am Trägerelement 3 formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt. Die formschlüssige Befestigung, beispielsweise durch Verschrauben, ist besonders vorteilhaft, da die Werkzeugspitze 2 dann beispielsweise verschleißbedingt oder zur Anpassung des Werkzeugkopfes 1 an jeweilige Erfordernisse auszutauschen ist. Alternativ wäre aber auch ein stoffschlüssiges Befestigen beispielsweise durch Verschweißen möglich. Zum Verschrauben der Werkzeugspitze 2 am Trägerelement 3 weist beispielsweise, wie in den 5, 9 und 10 dargestellt, die Werkzeugspitze 2 an einer Oberseite des tellerförmigen Grundelementes 2.1 einen zentralen Befestigungsbolzen 7 mit einem Außengewinde auf, welcher in ein korrespondierendes Innengewinde des Trägerelementes 3 einzuschrauben ist.
Der Werkzeugkopf 1 weist zudem eine Mehrzahl von Aufreißwerkzeugen 8 auf, in den hier dargestellten Beispielen jeweils vier Aufreißwerkzeuge 8, es ist jedoch auch eine größere oder kleinere Anzahl von Aufreißwerkzeugen 8 möglich. Die Aufreißwerkzeuge 8, welche aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, ausgebildet sind, sind seitlich am Trägerelement 3 vorbei in eine Aufreißposition schwenkbar und auch wieder aus dieser Aufreißposition herausschwenkbar.
In der Aufreißposition ist sind die Aufreißwerkzeuge 8 somit nicht radial am Werkzeugkopf 1 ausgerichtet, sondern außerradial, nämlich tangential oder auf einer Passante zum in Querrichtung des Werkzeugkopfes 1 im Wesentlichen mittig positionierten Trägerelement 3 angeordnet. Zumindest in der Aufreißposition sind die Aufreißwerkzeuge 8 daher mit ihrer Längserstreckung außermittig am Werkzeugkopf 1 angeordnet, auf einer Sekante des Werkzeugkopfes, zumindest bei einem runden oder im Wesentlichen runden Werkzeugkopf 1. Bei einem nicht runden oder unrunden Trägerelement 3, beispielsweise einem ovalen oder vieleckigen Trägerelement, beziehen sich die verwendeten Begriffe tangential und/oder Passante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des betreffenden Trägerelements 3, wobei der Kreis zweckmäßigerweise den Außenumfang des Trägerelements 3 an keiner Stelle nach außen überschreitet, d. h. der Radius des Kreises ist maximal so groß wie ein größter Abstand aller Außenumfangspunkte.
Bei einem unrunden oder nicht runden Werkzeugkopf 1, insbesondere bei einer unrunden oder nicht runden Werkzeugspitze 2, besonders bezogen auf das Grundelement 2.1, zum Beispiel einer im Querschnitt ovalen oder vieleckigen Werkzeugspitze, bezieht sich der Begriff Sekante zweckmäßigerweise auf eine idealisierte Kreisform des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1, insbesondere des Querschnitts der Werkzeugspitze 2 im Bereich des Grundelementes 2.1, wobei der Kreis zweckmäßigerweise an Bereichen des Außenumfangs des Werkzeugkopfes 1, insbesondere der Werkzeugspitze 2, außen anliegt, diesen aber nicht nach innen überschreitet, d. h. der Radius dieses Kreises ist mindestens so groß wie ein größter Abstand aller Außenumfangspunkte des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1, insbesondere der Werkzeugspitze 2 im Bereich des Grundelementes 2.1, zum Schwerpunkt des Querschnitts des Werkzeugkopfes 1, insbesondere der Werkzeugspitze 2 im Bereich des Grundelementes 2.1.
In der Aufreißposition ist das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3 ausgerichtet und überragt einen Außenumfang des Werkzeugkopfes 1, d. h. eine von einer Schwenkachse S abgewandte Aufreißspitze des jeweiligen Aufreißwerkzeugs 8 überragt alle unter und über dem jeweiligen Aufreißwerkzeug 8 angeordneten Teile des Werkzeugkopfes 1, so dass die Aufreißspitze des jeweiligen Aufreißwerkzeugs 8 in der Aufreißposition in Seitenrichtung des Werkzeugkopfes 1 freistehend ist.
Dieser Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 wird durch dessen Werkzeugspitze 2, insbesondere durch das tellerförmige Grundelement 2.1 der Werkzeugspitze 2, gebildet, genauer gesagt durch dessen Außenrand im Bereich des jeweiligen Aufreißwerkzeugs 8, d. h. der Außenrand des tellerförmigen Grundelementes 2.1 bildet den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 im Bereich des jeweiligen Aufreißwerkzeugs 8, über welchen das zumindest eine Aufreißwerkzeug 8 in der Aufreißposition hinausragt. Der Werkzeugkopf 1 weist am tellerförmigen Grundelement 2.1 seinen größten Durchmesser bzw. zumindest im Bereich der Aufreißspitzen der Aufreißwerkzeuge 8 seine größte seitliche Ausdehnung auf, wie insbesondere in den 3 bis 5 und 16 gezeigt. In den 1 bis 5, 11 und 12 sowie 16 und 17 sind alle vier Aufreißwerkzeuge 8 in diese Aufreißposition geschwenkt. In den 6 bis 8 sind lediglich zwei der Aufreißwerkzeuge 8 in diese Aufreißposition geschwenkt.
Aus dieser Aufreißposition ist das zumindest eine Aufreißwerkzeug 8 derart weit nach oben herausschwenkbar, dass es den Außenumfang der Werkzeugspitze 2 und, da diese den größten Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 bildet, auch den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 nicht mehr überragt, d. h. es ist aus der Aufreißposition in eine zweite Position nach oben heraussschwenkbar, in welcher es schräg zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3 ausgerichtet ist, beispielsweise in einem Winkel von ca. 45° oder in einem anderen Winkel zwischen 0° und kleiner als 90° zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3. In 13 sind alle Aufreißwerkzeuge 8 in der nach oben aus der Aufreißposition herausgeschwenkten Position dargestellt. In den 6 bis 8 sind lediglich zwei der Aufreißwerkzeuge 8 in der nach oben aus der Aufreißposition herausgeschwenkten Position dargestellt. In den 14 und 15 ist die Schwenkbewegung bzw. sind die beiden Positionen, in welche die Aufreißwerkzeuge 8 zu schwenken sind, dargestellt. Dabei sind die Aufreißwerkzeuge 8 jeweils mittels durchgezogener Linien in ihrer Aufreißposition und mittels gestrichelter Linien in ihrer aus der Aufreißposition nach oben herausgeschwenkten Position dargestellt.
Durch das Absenken des Werkzeugkopfes 1 schwenken die Aufreißwerkzeuge 8 aus ihrer Aufreißposition nach oben heraus, so dass sie den Werkzeugkopf 1, insbesondere dessen Werkzeugspitze 2, seitlich nicht überragen und das Absenken des Werkzeugkopfes 1 nicht behindern. Durch das Anheben des Werkzeugkopfes 1 schwenken die Aufreißwerkzeuge 8 in ihre Aufreißposition, in welcher sie im Wesentlichen senkrecht zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3 und somit während des Betriebs des Verdichtungswerkzeugs, wenn dieses vertikal ausgerichtet ist, horizontal ausgerichtet sind und den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 seitlich überragen, insbesondere dessen Werkzeugspitze 2. Dadurch reißen die Aufreißwerkzeuge 8 während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 eine Säulenspurwandung einer durch den Werkzeugkopf 1 im Bodenbereich ausgebildeten Säulenspur auf und lösen Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung heraus, welches unter den Werkzeugkopf 1 in die Säulenspur fällt. Dieses aus der Säulenspurwandung herausgelöste Bodenmaterial ist dann in einem nachfolgenden Absenkvorgang des Werkzeugkopfes 1 zu verdichten.
Zum Schwenken der Aufreißwerkzeuge 8 in die Aufreißposition und aus der Aufreißposition heraus ist keine Antriebseinheit erforderlich, sondern die Aufreißwerkzeuge 8 schwenken allein durch die jeweilige Krafteinwirkung während des Anhebens oder Absenkens des Werkzeugkopfes 1. Während des Absenkens berühren die sich zunächst in der Aufreißposition befindenden, d. h. ausgeklappten, Aufreißwerkzeuge 8 die Säulenspurwandung, so dass durch das Absenken des Werkzeugkopfes 1 eine nach oben gerichtete Kraft auf die Aufreißwerkzeuge 8 einwirkt. Da die Schwenkbewegung nach oben nicht blockiert ist, schwenken die Aufreißwerkzeuge 8 daher nach oben aus der Aufreißposition heraus, so dass sie den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1, insbesondere von dessen Werkzeugspitze 2, nicht mehr seitlich überragen und ein Verdichten des Bodens durch die Aufreißwerkzeuge 8 nicht behindert ist.
Um ein zu weites Schwenken der Aufreißwerkzeuge 8 nach oben zu verhindern, ist am Trägerelement 3 für jedes Aufreißwerkzeug 8 ein diesem zugeordneter oberer Anschlag 9 angeordnet, welcher die Schwenkbewegung des jeweiligen Aufreißelementes 8 nach oben bei einem vorgegebenen Schwenkwinkel stoppt. Diese oberen Anschläge 9 sind, wie in den 1, 2 und 6 bis 8 gezeigt, als Ausformungen aus Metall, vorzugsweise Stahl, ausgebildet, welche mit dem Trägerelement 3 verschweißt sind, oder, wie in den 11 bis 15 und 17 gezeigt, als Ausformungen des Trägerelementes 3 ausgebildet, wobei diese Ausformungen des Trägerelementes 3 selbst oder darin eingeschraubte Schrauben als oberer Anschlag 9 dienen. Die Aufreißwerkzeuge 8 schlagen während ihrer Schwenkbewegung nach oben mit einer Oberseite an eine Unterseite des jeweiligen oberen Anschlags 9 an, so dass eine weitere Schwenkbewegung nach oben blockiert ist. Dadurch ist verhindert, dass die Aufreißwerkzeuge 8 derart weit nach oben schwenken, dass sie weder durch die Schwerkraft noch durch ein Einhaken an der Säulenspurwandung während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 wieder in die Aufreißposition zurückschwenken.
Während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 erfolgt keine Krafteinwirkung nach oben auf die Aufreißwerkzeuge 8, sondern es wirkt die Schwerkraft auf die Aufreißwerkzeuge 8 und zudem greifen die Aufreißwerkzeuge 8 in die Säulenspurwandung ein, wodurch aufgrund des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 eine Krafteinwirkung nach unten auf die Aufreißwerkzeuge 8 erfolgt. Da das Zurückschwenken nach unten zurück in die Aufreißposition nicht blockiert ist, schwenken die Aufreißwerkzeuge 8 daher nach unten, d. h. sie klappen zur Seite nach außen, bis sie in der Aufreißposition angekommen sind und an einem unteren Anschlag 10 anliegen.
Dieser untere Anschlag 10 wird in den dargestellten Beispielen für zwei der vier Aufreißwerkzeuge 8, nämlich für die beiden unteren Aufreißwerkzeuge 8 durch das tellerförmige Grundelement 2.1 der Werkzeugspitze 2 gebildet. Für die anderen beiden Aufreißwerkzeuge 8 ist dieser untere Anschlag 10 jeweils als eine Ausformung ausgebildet, welche, wie in den 1, 2 und 6 bis 8 dargestellt, am Trägerelement 3 angeordnet ist oder, wie in den 11 bis 14 und 17 dargestellt, auf einer Oberseite des tellerförmigen Grundelementes 2.1 angeordnet ist. Diese Ausformungen sind aus Metall ausgebildet, zweckmäßigerweise aus Stahl, und beispielsweise mit dem Trägerelement 3 bzw. mit dem tellerförmigen Grundelement 2.1 verschweißt.
In der Aufreißposition sind die Aufreißwerkzeuge 8 im Wesentlichen senkrecht zur Parallelen der Längsachse des Trägerelementes 3 ausgerichtet, überragen den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1, insbesondere den Außenumfang von dessen Werkzeugspitze 2, und greifen während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 in die Säulenspurwandung ein, reißen diese auf und lösen dadurch Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung heraus, welches nach unten fällt und bei einem nachfolgenden Absenken des Verdichtungswerkzeugs durch dessen Werkzeugkopf 1 zu verdichten ist.
Dieses Aufreißen der Säulenspurwandung mittels der Aufreißwerkzeuge 8 ist besonders wichtig, da durch das Absenken des Werkzeugkopfes 1 auch die Säulenspurwandung schon verfestigt wird, so dass ohne ein derartiges mechanisches Aufreißen der Säulenspurwandung und Herauslösen von Bodenmaterial sich nicht genug Bodenmaterial aus der Säulenspurwandung lösen würde. Es stünde dann nicht genug Bodenmaterial für eine ausreichende Verdichtung zur Verfügung. Durch das Aufreißen der Säulenspurwandung mittels der Aufreißwerkzeuge 8 wird somit eine sehr hohe Verdichtung des Bodens erreicht.
Durch die Anordnung der Aufreißwerkzeuge 8 am Werkzeugkopf 1 derart, dass sie seitlich am Trägerelement 3 vorbei in die Aufreißposition und aus dieser herausschwenken, ist nur ein relativ geringer Schwenkwinkel erforderlich, um welchen die Aufreißwerkzeuge 8 nach oben aus der Aufreißposition herauszuschwenken sind, so dass sie den Außenumfang des Werkzeugskopfes 1 nicht mehr überragen, beispielsweise ein Schwenkwinkel von lediglich ca. 45° oder weniger oder lediglich geringfügig mehr als 45°. Bei einem zu großen Schwenkwinkel, wenn die Aufreißwerkzeuge 8 beispielsweise parallel zum Trägerelement 3 ausgerichtet sind, könnten sie sich beispielsweise nicht mehr in der Säulenspurwandung verhaken, sondern während des Anhebens des Werkzeugskopfes 1 an dieser entlanggleiten, so dass sie nicht mehr in die Aufreißposition schwenken. Dies wird durch die beschriebene Ausbildung des Werkzeugkopfes 1 vermieden.
Des Weiteren ist durch diese Positionierung der Aufreißwerkzeuge 8 eine sichere Befestigung am Trägerelement 3 ermöglicht. So weist das Trägerelement 3 bei dem in den 1 bis 8 dargestellten Beispiel an einer von der Aufreißsspitze des jeweiligen Aufreißwerkzeugs 8 abgewandten Rückseite eine Befestigungsausformung 11 für das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 auf, an welcher die Schwenkachse S des jeweiligen Aufreißwerkzeugs 8 angeordnet ist. Diese jeweilige Befestigungsausformung 11 ist als eine beispielsweise an das Trägerelement 3 angeschweißte Ausformung aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, ausgebildet. Ein Bereich der Schwenkachse S, um welchen das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 schwenkt, ist dann außermittig am Werkzeugkopf 1 positioniert, so dass das Aufreißwerkzeug 8 nicht radial zum Trägerelement 3 ausgerichtet ist, sondern auf einer Sekante des Werkzeugkopfes 1 liegt, wie insbesondere in den 3 bis 5 und 16 ersichtlich, denn auch bei den anderen Ausführungsformen ist der Bereich der Schwenkachse S, um welchen das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 schwenkt, außermittig am Werkzeugkopf 1 positioniert, zwar in einer Öffnung des Trägerelementes 3, aber nicht radial im Trägerelement 3, wie in den 11 bis 17 gezeigt. Zudem ermöglicht diese Anordnung der Aufreißwerkzeuge 8 eine optimale Ausnutzung eines am Werkzeugkopf 1 vorhandenen Bauraums und dadurch beispielsweise auch eine Ausbildung von Werkzeugköpfen 1 mit einem relativ geringen Durchmesser, und auch bei einem solchen Werkzeugkopf 1 relativ lange Aufreißwerkzeuge 8, welche in der Aufreißposition den Außenumfang des Werkzeugkopfes 1 ausreichend weit überragen, um tief in die Säulenspurwandung einzudringen und ausreichend Bodenmaterial aus dieser zu lösen.
Zweckmäßigerweise stehen verschiedene Varianten der Aufreißwerkzeuge 8 zur Verfügung, welche sich insbesondere in ihrer Länge unterscheiden. Auf diese Weise ist eine bodenabhängige Auswahl der Aufreißwerkzeuge 8 möglich. Die Aufreißwerkzeuge 8 sind zweckmäßigerweise auswechselbar am Werkzeugkopf 1 befestigt, so dass auf einfache Weise eine Variante der Aufreißwerkzeuge 8 gegen eine andere Variante auszutauschen ist, beispielsweise gegen eine kürzere oder längere Variante, entsprechend jeweils aktuellen Bodenverhältnissen. In den hier dargestellten Beispielen sind die Schwenkachsen S durch Schraubbolzen gebildet, welche bei dem in den 1 bis 8 dargestellten Beispiel durch die jeweilige Befestigungsausformung 11 hindurchgeführt und mit einer aufgeschraubten Mutter befestigt sind und in den in den 11 bis 17 dargestellten Beispielen in das Trägerelement 3 eingeschraubt sind. Somit sind die Schwenkachsen S auf einfache Weise zu lösen, um das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 zu entfernen und gegebenenfalls durch ein anderes zu ersetzen.
Je nach Länge der Aufreißwerkzeuge 8 wird mehr oder weniger Boden aus der Säulenspurwandung gelöst und fällt in den Raum unter dem Werkzeugkopf 1. Daher hängt von der Länge der Aufreißwerkzeuge 8 auch ab, wieviel Bodenmaterial gelöst wird und in die Verdichtungszone fällt. Auch ein Betrieb des Werkzeugkopfes 1 ohne Aufreißwerkzeuge 8 ist möglich.
Zweckmäßigerweise stehen, alternativ oder zusätzlich, verschiedene Varianten des Werkzeugkopfes 1 zur Verfügung, welche insbesondere verschiedene Durchmesser aufweisen. Auf diese Weise ist auch der Werkzeugkopf 1 entsprechend der jeweils aktuellen Bodenverhältnisse und/oder entsprechend eines jeweiligen Grundwasserspiegels auszuwählen. Dies ist mittels des oben beschriebenen Adapterelementes 4 auf besonders einfache und schnelle Weise möglich.
Die Aufreißwerkzeuge 8 sind zweckmäßigerweise mittels jeweils eines Gleitlagers 12 am Werkzeugkopf 1 schwenkbar befestigt, wie in den 4 und 16 gezeigt. Über dieses Gleitlager 12 gleiten die Aufreißwerkzeuge 8 auf ihrer jeweiligen Schwenkachse S. Dabei ist das Gleitlager 12 beispielsweise auf der Schwenkachse S unbeweglich befestigt und das Aufreißwerkzeug 8 gleitet zum Schwenken auf dem Gleitlager 12 relativ zum Gleitlager 12 und der Schwenkachse S, oder das Gleitlager 12 ist beispielsweise am Aufreißwerkzeug 8 unbeweglich befestigt und gleitet zum Schwenken des Aufreißwerkzeugs 8 über die Schwenkachse S. Durch die Gleitlager 12 ist eine einfache, sichere und kostengünstige schwenkbare Lagerung der Aufreißwerkzeuge 8 sichergestellt. Sollte ein zu starker Verschleiß des jeweiligen Gleitlagers 12 vorliegen, ist das Gleitlager 12 oder das gesamte Aufreißwerkzeug 8 zusammen mit dem Gleitlager 12 oder zumindest zusammen mit dem am Aufreißwerkzeug 8 angeordneten oder ausgebildeten Teil des Gleitlagers 12 auszutauschen. Da auch die Aufreißwerkzeuge 8 durch das Aufreißen der Säulenspurwandung einem Verschleiß unterliegen, ist ohnehin ein verschleißbedingter Austausch der Aufreißwerkzeuge 8 erforderlich, so dass eine aufwändigere Lagerung, beispielsweise mittels jeweils eines Wälzlagers, zwar möglich, aber nicht unbedingt erforderlich ist.
In der in 17 dargestellten Ausführungsform weisen die Aufreißwerkzeuge 8 im Bereich ihrer Schwenkachse S eine Elastomereinlage 13 auf, auch als Elastomerschicht bezeichnet. Bei dieser Elastomereinlage 13 kann es sich auch um das Gleitlager 12 oder zumindest einen Teil des Gleitlagers 12 handeln, welcher auf der am Trägerelement 3 ausgebildeten oder angeordneten Schwenkachse S gleitet.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Elastomereinlagen 13 jedoch nicht als Gleitlager 12 ausgebildet, sondern die Elastomereinlagen 13 sind jeweils zwischen einem jeweiligen hier nicht näher dargestellten Innenring und dem jeweiligen Aufreißwerkzeug 8 angeordnet und sowohl mit dem Innenring als auch mit dem Aufreißwerkzeug 8 durch Vulkanisieren fest verbunden. Die Innenringe sind auf der jeweiligen Schwenkachse S verschraubt und somit unbeweglich an der Schwenkachse S angeordnet. Die Schwenkachsen S sind jeweils unbeweglich am Trägerelement 3 ausgebildet oder angeordnet. Dadurch erfolgt die Schwenkbewegung des jeweiligen Aufreißwerkzeugs 8 über eine Verformung des Elastomers der jeweiligen Elastomereinlage 13. Da das auf diese Weise ausgebildete jeweilige Schwenklager keine gleitenden Flächen und keinen Spalt aufweist, sind ein Eindringen von Partikeln und ein damit verbundener Verschleiß vermieden. Weiterhin ermöglicht es die jeweilige Elastomereinlage 13, das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 in zumindest eine Richtung vorzuspannen, beispielsweise in Richtung der Aufreißposition, so dass die Schwenkbewegung des Aufreißwerkzeugs 8 in dieser Richtung unterstützt ist. Die Elastomereinlagen 13 wirken somit jeweils als Federelemente, insbesondere als Torsionsfedern.
Die Elastomereinlagen 13 ermöglichen zudem eine Dämpfung zu starker Kräfte und Impulse, welche auf das jeweilige Aufreißwerkzeug 8 insbesondere während des Aufreißens der Säulenspurwandung einwirken, so dass eine ungedämpfte Übertragung dieser Kräfte und Impulse auf das Trägerelement 3 und insbesondere auf die Schwenkachse S verhindert sind. Dadurch ist eine Beschädigungsgefahr, beispielsweise die Gefahr einer Verformung der Schwenkachse S, reduziert.
Die Aufreißwerkzeuge 8 sind in den dargestellten Beispielen um einen Umfang des Trägerelementes 3 gleichmäßig verteilt angeordnet. Auf diese Weise ist ein gleichmäßiges Aufreißen der Säulenspurwandung während des Anhebens des Werkzeugkopfes 1 erreicht, so dass ein effektives Herauslösen des Bodenmaterials aus der Säulenspurwandung ermöglicht ist, welches durch ein nachfolgendes Absenken des Werkzeugkopfes 1 zu verdichten ist.
Des Weiteren sind in den dargestellten Beispielen die Aufreißwerkzeuge 8 in zwei Ebenen angeordnet. Dadurch ist eine Nutzung des vorhandenen Bauraums für die Aufreißwerkzeuge 8 am Werkzeugkopf 1 optimiert und es ist sichergestellt, dass sich die Aufreißwerkzeuge 8 in ihren Schwenkbewegungen nicht gegenseitig behindern. In den dargestellten Beispielen sind in der unteren, der Werkzeugspitze 2 nächstgelegenen Ebene zwei Aufreißwerkzeuge 8 sich gegenüberliegend angeordnet und in einer darüberliegenden Ebene sind zwei weitere Aufreißwerkzeuge 8 sich gegenüberliegend angeordnet, welche zu den beiden anderen Aufreißwerkzeugen 8 in der unteren Ebene in Umfangsrichtung des Werkzeugkopfes 1 um 90° versetzt am Werkzeugkopf 1 angeordnet sind. Auf diese Weise sind die vier Aufreißwerkzeuge 8 um den Umfang des Werkzeugkopfes 1 gleichmäßig verteilt, behindern sich jedoch nicht gegenseitig, da in Umfangsrichtung benachbarte Aufreißwerkzeuge 8 in unterschiedlichen Ebenen am Werkzeugkopf 1 angeordnet sind.
Vorteilhafterweise umfasst der Werkzeugkopf 1, wie in den 6 und 7 gezeigt, zumindest eine Austrittsöffnung 14 für zumindest ein fluides Medium. Diese Austrittsöffnung 14 ist beispielsweise als eine Flachstrahldüse oder eine andere Düse ausgebildet oder umfasst eine solche Flachstrahldüse oder andere Düse. Zur Zuführung des zumindest einen fluiden Mediums zu der zumindest einen Austrittsöffnung 14 des Werkzeugkopfes 1 weist beispielsweise das Adapterelement 4, wie in 8 gezeigt, einen entsprechenden Anschluss 15 auf, an welchen zum Beispiel ein Schlauch anzuschließen ist.
Der Werkzeugkopf 1 kann, wie in den in 6 und 7 dargestellten Beispielen, auch eine Mehrzahl solcher Austrittsöffnungen 14 aufweisen. Beispielsweise sind die Austrittsöffnungen 14 den Aufreißwerkzeugen 8 zugeordnet. So weist der in 6 dargestellte Werkzeugkopf 1 vier Austrittsöffnungen 14 auf, jeweils eine Austrittsöffnung 14 im Bereich jedes Aufreißwerkzeugs 8, während der in 7 dargestellte Werkzeugkopf 1 acht Austrittsöffnungen 14 aufweist, jeweils zwei Austrittsöffnungen 14 im Bereich jedes Aufreißwerkzeugs 8. Dabei können die dem jeweiligen Aufreißwerkzeug 8 zugeordneten Austrittsöffnungen 14, welche vorzugsweise als Düsen, beispielsweise als Flachstrahldüsen ausgebildet sind oder solche umfassen, gleiche oder unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. So ist beispielsweise bei den in 7 dargestellten zwei dem jeweiligen Aufreißwerkzeug 8 zugeordneten Austrittsöffnungen 14 eine im Wesentlichen parallel zum Aufreißwerkzeug 8 ausgerichtet und die andere im Wesentlichen quer zum Aufreißwerkzeug 8.
Zweckmäßigerweise weist der Werkzeugkopf 1 entsprechende Öffnungen auf, in welche, wie in den 6 und 7, eine Düse als Ausrittsöffnung 14 oder ein Blindstopfen als Verschluss einschraubbar ist. Auf diese Weise ist die Anzahl der Austrittsöffnungen 14 und zweckmäßigerweise auch eine Ausformung der jeweiligen Austrittsöffnung 14 durch eine Auswahl einer jeweils geeigneten Düse mit einem geeigneten Querschnitt und einer geeigneten Strahlform auf einfache und kostengünstige Weise an jeweilige Erfordernisse anzupassen.
Durch die Austrittsöffnungen 14 ist, wenn dies erforderlich oder vorteilhaft ist, vorzugsweise zumindest ein fluides Medium in die Säulenspur und/oder in den an die Säulenspur angrenzenden Bodenbereich einbringbar. Unter dem Begriff fluides Medium sind gasförmige Stoffe, flüssige Stoffe und Suspensionen zu verstehen, d. h. auch Flüssigkeiten mit darin enthaltenen Feststoffen. Das zumindest eine fluide Medium ist beispielsweise Wasser, Luft oder ein anderes Gas oder Gasgemisch, ein hydraulisches Bindemittel, beispielsweise Bentonit oder eine Bentonit-Zementsuspension oder Zement, Kalk oder Gemische aus diesen Stoffen. Auch die Zuführung einer Mehrzahl dieser Stoffe oder Gemische aus diesen Stoffen, d. h. einer Mehrzahl fluider Medien gleichzeitig oder nacheinander, ist möglich. Das Einbringen in die Säulenspur und/oder in den daran angrenzenden Bodenbereich kann unter Druck oder druckfrei erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugkopf
2: Werkzeugspitze
2.1: Grundelement
2.2: Spitzenelement
3: Trägerelement
4: Adapterelement
5: Befestigungsöffnung
6: Schraubelement
7: Befestigungsbolzen
8: Aufreißwerkzeug
9: oberer Anschlag
10: unterer Anschlag
11: Befestigungsausformung
12: Gleitlager
13: Elastomereinlage
14: Austrittsöffnung
15: Anschluss
S: Schwenkachse

Claims

Werkzeugkopf (1) für ein Verdichtungswerkzeug einer Vorrichtung zur Bodenverdichtung und/oder Bodenverfestigung, gekennzeichnet durch ein längliches Trägerelement (3), eine Werkzeugspitze (2) an einem Ende des Trägerelementes (3) und zumindest ein Aufreißwerkzeug (8), welches seitlich am Trägerelement (3) vorbei in eine Aufreißposition schwenkbar ist und aus dieser Aufreißposition herausschwenkbar ist, wobei das Aufreißwerkzeug (8) in der Aufreißposition außerradial zum Trägerelement im Wesentlichen senkrecht zu einer Parallelen der Längsachse des Trägerelementes (3) ausgerichtet ist und einen Außenumfang des Werkzeugkopfes (1) überragt.
Werkzeugkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Aufreißwerkzeug (8) im Bereich einer Schwenkachse (S) eine Elastomereinlage (13) aufweist.
Werkzeugkopf (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomereinlage (13) als eine Torsionsfeder ausgebildet ist.
Werkzeugkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend eine Mehrzahl um einen Umfang des Trägerelementes (3) gleichmäßig verteilt angeordnete Aufreißwerkzeuge (8).
Werkzeugkopf (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufreißwerkzeuge (8) in mindestens zwei Ebenen angeordnet sind.
Werkzeugkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine Austrittsöffnung (14) für zumindest ein fluides Medium.
Werkzeugkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspitze (2) ein tellerförmiges Grundelement (2.1) und/oder ein Spitzenelement (2.2) aufweist.
Werkzeugkopf (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspitze (2) und/oder deren Grundelement (2.1) und/oder Spitzenelement (2.2) eine im Wesentlichen geschlossene und im Wesentlichen kegelförmige, kegelstumpfförmige, pyramidenförmige oder pyramidenstumpfförmige Wirkfläche aufweist.
Werkzeugkopf (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spitzenelement (2.2) aus Stahlblech oder aus einem angeschrägten Rundstahl ausgebildet ist.
Werkzeugkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspitze (2) am Trägerelement (3) formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt ist.
Werkzeugkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am der Werkzeugspitze (2) gegenüberliegenden Ende des Trägerelementes (3) ein Adapterelement (4) zum Befestigen des Werkzeugkopfes (1) an einem säulenförmigen Grundkörper der Vorrichtung formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt ist.