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Die Erfindung betrifft einen Tiefenrüttler zum Verdichten eines Bodens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein Tiefenrüttler ist ein horizontal schwingungserzeugendes Gerät zur Bodenstabilisierung nicht tragfähiger Böden. Tiefenrüttler werden zur Durchführung von verschiedenen Rüttelverfahren eingesetzt, um den Bauuntergrund zu verbessern, falls dieser für das geplante Vorhaben keine ausreichende Tragfähigkeit aufweist. Hierzu werden durch den Tiefenrüttler Schwingungen in den Boden eingebracht.
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Grobkörnige und rollige Böden wie z. B. Sand oder Kies können durch diese Schwingungen konsolidiert, d. h. in sich verdichtet, werden, indem sie in eine dichtere Lagerung gebracht werden (Rütteldruckverfahren). Der Tiefenrüttler wird dabei durch Luftspülung im Trockenverfahren oder durch Wasserspülung im Nassverfahren in den Boden eingebracht und die Konsolidierung beim Herausziehen des Tiefenrüttlers aus dem Boden vorgenommen.
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Bei gemischt- oder feinkörnigen sowie bindigen Böden wie z. B. Feinsande oder Schluffe, bei denen keine ausreichende Verdichtung des Bodenmaterials erreicht werden kann, wird grobkörniges Zugabematerial wie z. B. Kies in den durch Spülung und Schwingungen verflüssigten Boden eingebracht, so dass eine sog. Rüttelstopfsäule geschaffen werden kann (Rüttel-Stopfverfahren). Der Tiefenrüttler kann hierzu auch als Schleusenrüttler ausgebildet werden, um das Zugabematerial durch eine Schleuse über ein Transportrohr zur Rüttlerspitze und dort in den durch Heben und Senken des Tiefenrüttlers gebildeten Hohlraum einbringen zu können.
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Tiefenrüttler weisen ein zylindrisches Metallrohr als Gehäuse auf, dessen unteres Ende die Gehäusespitze oder Rüttlerspitze darstellt, mit der sie in den Untergrund eindringen können. Innerhalb des Gehäuses und oberhalb der Gehäusespitze ist das Schlagwerk angeordnet. Weiter oberhalb ist ein im Allg. elektrischer Antrieb angeordnet, welcher mit dem Schlagwerk verbunden ist und dieses antreiben kann, wobei auch ein hydraulischer Antrieb möglich ist. Dieser gesamte Bereich des Gehäuses mit Antrieb und Schlagwerk kann als Schlagwerkgehäuse bezeichnet werden. Das Gehäuse ist an ihrem oberen Ende über eine Rüttlerkupplung mit einem Verlängerungsrohr verbindbar, um mittels diesem mit einer Aufhängung an einem Bagger oder einem mäklergeführten Tragegerät aufgehängt bzw. befestigt werden zu können.
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Das Schlagwerk weist ein Unwuchtgewicht auf, welches über eine Unwuchtgewichtswelle mittels des Antriebs innerhalb des Schlagwerkgehäuses um die Längsachse des Tiefenrüttlers rotieren kann. Das rotierende Unwuchtgewicht kann das Schlagwerkgehäuse samt Gehäusespitze in eine schwingende, taumelnde Rotationsbewegung um die Längsachse versetzen, so dass das verflüssigte Bodenmaterial radial verdrängt und bzw. oder umgelagert werden kann.
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Um den Belastungen der Rüttelverfahren standhalten zu können, ist das Schlagwerkgehäuse üblicherweise als ein zylindrischer geschlossener Körper aus Metall wie z. B. Stahl hergestellt. Dies erfolgt üblicherweise durch Drehen des Schlagwerkkörpers aus einem Stück, was sehr aufwendig und teuer ist und auch nur auf entsprechend langen Drehbänken ausgeführt werden kann, über die lediglich größere Betriebe verfügen. Die Komponenten wie Schlagwerk und Antriebseinheit müssen dann von beiden Seiten oder nur von oben, falls die Rüttlerspitze fest mit dem Schlagwerkgehäuse verbunden ist, in das Innere des Schlagwerkgehäuses eingebaut werden. Dies erschwert und verteuert die Herstellung sowie Wartung und Reparatur von Tiefenrüttlern.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tiefenrüttler wie eingangs beschrieben Art bereitzustellen, so dass Herstellung, Wartung und bzw. oder Reparatur einfacher und bzw. oder günstiger durchgeführt werden können. Wenigstens soll eine Alternative zu bekannten Tiefenrüttlern geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Tiefenrüttler mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Vorteile sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Tiefenrüttler zum Verdichten eines Bodens mit einem Gehäuse zur Aufnahme eines Unwucht-Schwingungserzeugers mit Antriebseinheit. Die Antriebseinheit ist vorzugsweise ein elektrischer Antrieb mit einer Antriebswelle, die über eine Wellenkupplung mit der Unwuchtgewichtswelle des Unwucht-Schwingungserzeugers verbunden werden kann. Über die Unwuchtgewichtswelle kann die Unwucht, die an der Unwuchtgewichtswelle angeordnet ist, rotatorisch angetrieben werden.
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Der Tiefenrüttler der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse als ein erstes Gehäuseelement zur Aufnahme des Unwucht-Schwingungserzeugers und als ein zweites Gehäuseelement zur Aufnahme der Antriebseinheit ausgebildet ist, welche mittels wenigstens eines Verbindungsmechanismus zusammenfügbar und zerstörungsfrei trennbar sind. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß möglich, das bisher üblicherweise einteilig ausgeführte Schlagwerkgehäuse zweiteilig auszuführen und zum eigentlichen Schlagwerkgehäuse zusammensetzen und dieses auch wieder trennen zu können. Dabei kann der Verbindungsmechanismus z. B. als formschlüssige Schraubverbindung ausgeführt sein, so dass das Trennen zerstörungsfrei erfolgen kann. Hierdurch können die beiden Gehäuseelemente mehrfach bzw. immer wieder zusammengesetzt und getrennt werden. Es kann ein sozusagen modularer Tiefenrüttler geschaffen werden. Dabei ist der Verbindungsmechanismus derart auszulegen, dass der modulare Tiefenrüttler weiterhin den Belastungen der Rüttelverfahren sicher standhalten kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass zwei kürzere zylindrische Körper einfacher und kostengünstiger z. B. durch Drehen aus einem Stück hergestellt werden können als ein längerer zylindrischer Körper. Dies kann auf entsprechend kürzeren und kleineren Drehbänken erfolgen, die auch durch kleinere Bearbeitungsbetriebe zur Verfügung gestellt werden können, was die Möglichkeiten der Herstellung vergrößern und hierdurch die Herstellungskosten reduzieren kann.
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Vorteilhaft ist weiterhin, dass bei einer Beschädigung nur des Unwucht-Schwingungserzeugers oder nur der Antriebseinheit das Schlagwerkgehäuse getrennt und auch nur das betroffene Gehäuseelement ausgetauscht werden kann. Dabei ist jedes einzelne Gehäuseelement deutlich kürzer und leichter als das gesamte Schlagwerkgehäuse, so dass ein Gehäuseelement einfacher gehandhabt und transponiert werden kann.
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Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil bei elektrischen Antriebseinheiten der elektrische Motor weitaus häufiger ausfällt als andere Komponenten des Schlagwerks und somit nur dieser Teil ausgetauscht werden muss. Es besteht hierdurch auch die Möglichkeit, z. B. eine weitere Antriebseinheit oder mehrere weitere Antriebseinheiten an einer Baustelle zu bevorraten, um beim Ausfall eines Antriebs eines Tiefenrüttlers dieses Gehäuseelement vor Ort austauschen zu können. Hierdurch können Betriebsunterbrechungen minimiert werden.
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Vorteilhaft ist auch, dass zwei leichtere bzw. kürzere Gehäuseelemente ggfs. auch durch einen Lastwagen oder kleinen Transporter transportiert werden können, was mit dem gesamten Schlagwerk im Allg. gar nicht möglich wäre. Auf diese Weise können die erfindungsgemäßen Gehäuseelemente zum Austausch einfacher und mit kleineren Transportmitteln transportiert werden als das ganze Schlagwerk.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Verbindungsmechanismus eine formschlüssige Verbindung herstellen. Dies kann z. B. eine Schraubverbindung sein. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine formschlüssige Verbindung eine sehr haltbare und dennoch zerstörungsfrei lösbare mechanische Verbindung darstellt. Auch kann der Halt einer formschlüssigen Verbindung einfach und sicher kontrolliert werden, z. B. durch Kontrolle der Schraubelemente. Ferner können mit einer formschlüssigen Verbindung definierte Zug- bzw.
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Druckkräfte auf die Verbindungsteilnehmer ausgeübt werden, so dass hierdurch Einfluss auf den Verbindungsmechanismus genommen werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Verbindungsmechanismus radial von außen zugänglich. Auf diese Weise kann das Innere des Schlagwerkgehäuses bzw. der Gehäuseelemente frei von Elementen des Verbindungsmechanismus vorgesehen werden, so dass die Komponenten im Inneren, welche im Allg. aufgrund des eingeschränkten Platzes ohnehin schon eng angeordnet sind, durch die Modularität des Schlagwerkgehäuses möglichst wenig beeinträchtigt werden. Auch kann der Verbindungsmechanismus einfach und schnell bedient werden, insbesondere im zusammengefügten Zustand einfach und schnell getrennt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Verbindungsmechanismus im ersten Gehäuseelement eine Verbindungselementaufnahme und im zweiten Gehäuseelement eine dieser in Richtung der Längsachse gegenüberliegende Verbindungselementdurchlassöffnung auf, oder umgekehrt, so dass ein Verbindungselement durch die Verbindungselementdurchlassöffnung hindurch in der Verbindungselementaufnahme aufgenommen werden kann. Beispielsweise kann hierdurch eine Schraube oder ein Bolzen als Verbindungselement durch eine gewindelose Bohrung als Verbindungselementdurchlassöffnung des einen Gehäuseelements in eine Bohrung mit Gewinde einer gegenüberliegenden Verbindungselementaufnahme des anderen Gehäuseelements eingeschraubt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Verbindungsmechanismus ferner eine Montageaussparung auf, welche der Verbindungselementaufnahme in Richtung der Längsachse gegenüberliegend jenseits der Verbindungselementdurchlassöffnung ausgebildet ist, um das Einführen des Verbindungselements in die Verbindungselementdurchlassöffnung zu ermöglichen oder zu erleichtern. Die Montageaussparung kann eine von außen zugängliche Aussparung im Körper des entsprechenden Gehäuseelements sein, so dass das Verbindungselement wie z. B. eine Schraube oder ein Bolzen zuerst teilweise oder vollkommen in der Montageaussparung aufgenommen werden kann, bevor dieses durch die Verbindungselementdurchlassöffnung hindurch in die Verbindungselementaufnahme eingeschraubt wird. Hierdurch kann ein Verklemmen oder Verkeilen z. B. der Schraube vermieden und damit deren Montage vereinfacht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von Verbindungsmechanismen vorgesehen, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Durch die mehreren Verbindungsmechanismen kann die Stabilität der Verbindung der beiden Gehäuseelemente grundsätzlich erhöht werden. Durch deren Verteilung in Umfangsrichtung kann diese Stabilität weiter verbessert werden, weil jeweils lokal wirkende Verbindungen geschaffen werden, die die beiden Gehäuseelemente genau in diesen Bereichen direkt zusammenhalten können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Verbindungsmechanismen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Dies verbessert die Stabilität der Verbindung der beiden Gehäuseelemente bzw. ermöglicht die Schaffung der gleichen Stabilität mit weniger Verbindungsmechanismen, was den Aufwand der Herstellung des modularen Schlagwerkgehäuses sowie den Aufwand der Verbindung bzw. Trennung der beiden Gehäuseelemente reduzieren kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Verbindungsmechanismen abwechselnd entgegengesetzt orientiert angeordnet. Mit anderen Worten wird in Umfangsrichtung abwechselnd ein Verbindungselement im ersten Gehäuseelement und im zweiten Gehäuseelement aufgenommen. Hierdurch kann eine gleichmäßigere Verbindung zwischen den beiden Gehäuseelementen geschaffen werden.
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Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch einen erfindungsgemäßen Tiefenrüttler;
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2 eine schematische Detailansicht eines Verbindungsmechanismus eines erfindungsgemäßen Tiefenrüttlers;
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3 einen schematischen Querschnitt durch eine Anordnung von Verbindungselementen in einer ersten Ausführungsform; und
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4 einen schematischen Querschnitt durch eine Anordnung von Verbindungs in einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch einen erfindungsgemäßen Tiefenrüttler 1. Der Tiefenrüttler 1 ist in der 1 in der Orientierung dargestellt, wie er nach unten in einen Boden eindringen würde. Diese Richtung entspricht auch einer Richtung der Längsachse L des Tiefenrüttlers 1, zu der sich senkrecht die radiale Richtung R bzw. der Radius R erstreckt. In diesem Sinne sind im Folgenden die Bezeichnungen „oben” und „unten” zu verstehen.
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Der Tiefenrüttler 1 weist ein Rüttlergehäuse 10 auf, welches im oberen Bereich ein zylindrisches Gehäuse 11, das Schlagwerkgehäuse 11, aufweist, an welches sich nach unten zum Boden hin die Gehäusespitze 12 bzw. Rüttlerspitze 12 erstreckt.
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Im oberen Bereich des Schlagwerkgehäuses 11 ist eine Antriebseinheit 2 angeordnet. Die Antriebseinheit 2 weist einen elektrischen Motor 20 auf, der seine Rotation auf eine Antriebswelle 21 übertragen kann. Die Antriebswelle 21 weist an ihrem unteren Ende eine Wellenkupplung 22 auf.
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Im unteren Bereich des Schlagwerkgehäuses 11 befindet sich ein Unwucht-Schwingungserzeuger 3, welcher eine Unwuchtgewichtswelle 31 aufweist, die an ihrem oberen Ende über die Wellenkupplung 22 mit der Antriebswelle 23 gekoppelt ist, so dass hierdurch die Rotation des elektrischen Motors 20 auf die Unwuchtgewichtswelle 32 übertragen werden kann. An der Unwuchtgewichtswelle 32 ist in der Darstellung der 1 links der Längsachse L ein Unwuchtgewicht 30 angeordnet, dessen Rotation um die Längsachse L die Unwucht erzeugen kann, die zur Durchführung der Rüttelverfahren erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß ist das Schlagwerkgehäuse 11 in ein erstes, unteres Gehäuseelement 11a und in ein zweites, oberes Gehäuseelement 11b geteilt. Diese können mittels eines Verbindungsmechanismus 13 zusammengefügt und auch wieder zerstörungsfrei voneinander getrennt werden, so dass ein modulares Schlagwerkgehäuse 11 geschaffen wird, dessen Gehäuseelemente 11a, 11b einfacher hergestellt und transportiert werden können. Auch können die Gehäuseelemente 11a, 11b separat ausgetauscht werden.
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2 zeigt eine schematische Detailansicht eines Verbindungsmechanismus 13 eines erfindungsgemäßen Tiefenrüttlers 1. Die Darstellung der 2 entspricht der Orientierung der 1 und die Längsachse L ist rechts der gezeigten Detailansicht angeordnet. Der Verbindungsmechanismus 13 weist im ersten, unteren Gehäuseelement 11a eine Verbindungselementaufnahme 17 auf, welches eine Bohrung 17 mit Innengewinde ist. Das zweite, obere Gehäuseelement 11b weist oberhalb der Bohrung 17 eine Montageaussparung 16 auf, welche einen von außen zugänglichen Hohlraum schafft. Diese Montageaussparung 16 ist in den übrigen Richtungen durch das Material des zweiten, oberen Gehäuseelements 11b begrenzt und weist in Richtung der Längsachse L zur Bohrung 17 im ersten, unteren Gehäuseelement 11a hin eine Verbindungselementdurchlassöffnung 16 auf, welches eine gewindelose, glatte Bohrung 15 durch das Material des zweiten, oberen Gehäuseelements 11b hindurch ist. Durch diese gewindelose Bohrung 15 ist ein Verbindungselement 14 in Form einer Schraube 14 in das Gewinde der Bohrung 17 des ersten, unteren Gehäuseelements 11a eingeschraubt. Der Kopf der Schraube 14 ist dabei radial größer als der Innenradius der gewindelosen Bohrung 15 ausgeführt, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Gehäuseelementen 11a, 11b herstellt wird.
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3 zeigt einen schematischen Querschnitt A durch eine Anordnung von Verbindungselementen 14 in einer ersten Ausführungsform. Dieser Querschnitt A zeigt zehn Schrauben 14, die in Umfangsrichtung zueinander jeweils um den gleichen Winkel α versetzt angeordnet sind, was eine entsprechend gleichmäßig stabile Verbindung zwischen den beiden Gehäuseelementen 11a, 11b schafft. Dabei sind jeweils die Schrauben 14 von oben dargestellt, da alle Schrauben 14 vom zweiten, oberen Gehäuseelement 11b aus in das erste, untere Gehäuseelement 11a eingeschraubt sind.
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4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Anordnung von Verbindungselementen 14 in einer zweiten Ausführungsform. In diesem Fall sind die Schrauben 14 abwechselnd in das erste, untere Gehäuseelement 11a, dargestellt durch den von oben sichtbaren Kopf der Schraube 14, und in das zweite, obere Gehäuseelement 11b, gestrichelt dargestellt durch die im Material des zweiten, oberen Gehäuseelements 11b eingelassenen Bohrungen 17 mit Gewinde, eingeschraubt. Hierdurch wird die Verbindung der beiden Gehäuseelemente 11a, 11b noch gleichmäßiger in der Stabilität ausgestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- α
- Winkel zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Verbindungsmechanismen 13
- A
- Schnittebene, Querschnitt
- L
- Längsachse bzw. Rotationsachse des Tiefenrüttlers 1
- R
- Radius bzw. radiale Richtung senkrecht zur Längsachse L
- 1
- (rohrförmiger, zylindrischer) Tiefenrüttler
- 10
- Rüttlergehäuse
- 11
- (zylindrisches) Gehäuse bzw. Schlagwerkgehäuse
- 11a
- erstes, unteres (Schlagwerk-)Gehäuseelement mit Unwucht-Schwingungserzeuger 3
- 11b
- zweites, oberes (Schlagwerk-)Gehäuseelement mit Antriebseinheit 2
- 12
- Gehäusespitze, Rüttlerspitze
- 13
- Verbindungsmechanismus der Gehäuseelemente 11a, 11b
- 14
- Verbindungselement, Schraube bzw. Bolzen
- 15
- Verbindungselementdurchlassöffnung bzw. gewindelose Bohrung des zweiten Gehäuseelements 11b
- 16
- Montageaussparung des zweiten Gehäuseelements 11b
- 17
- Verbindungselementaufnahme bzw. Bohrung mit Innengewinde des ersten Gehäuseelements 11a
- 2
- Antriebseinheit
- 20
- (elektrischer) Motor
- 21
- Antriebswelle
- 22
- Wellenkupplung
- 3
- Unwucht-Schwingungserzeuger
- 30
- Unwuchtgewicht
- 31
- Unwuchtgewichtswelle
