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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere eine Rundfräse, zur Bearbeitung eines Pfahls für wasserbaulichen Anlagen. Die Rundfräse findet insbesondere seine Anwendung bei der Reparatur und Sanierung von Pfählen, Buhnen, Pollern und Dalben, insbesondere aus Holz, in wasserbaulichen Anlagen, wie Hafenanlagen und meerestechnischen Küstenschutzanlagen.
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Bisher wurden zumeist Rammpfähle aus einheimischen Nadelhölzern für den Wasserbau verwendet. Die Pfähle werden immer mehr von dem sich ausbreitenden Bohrpfahlwurm „Teredo Navalis“ befallen oder sind bei zunehmendem Alter zumeist im Kopf stark vermodert. Im ursächlichen Zusammenhang ist von einem Pilzbefall auszugehen. Die Pilzsporen benötigen Sauerstoff und Feuchtigkeit um sich entwickeln zu können. Darum ist das Holz der Pfähle unterhalb der Wasserlinie nicht befallen und somit gesund. Der Teredo Navalis Befall findet ebenfalls im Bereich des Wasserpasses statt.
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Weitere Verschleißprozesse werden durch mechanische Belastungen, z.B. durch seitlichen Druck durch schiebendes Eis und seitliche Anstöße durch Schiffe und Wellen und durch pflanzlichen oder tierischen Bewuchs hervorgerufen.
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Die bisher häufigste praktizierte Methode einer Instandsetzung der Pfähle ist ihre Erneuerung durch Ziehen der alten und Einrammen neuer Pfähle. Das erfordert einen hohen technischen Aufwand durch geeignete Geräte, die Pfähle ziehen und rammen können, einen hohen Materialaufwand und eine teilweise größere Störung der Natur auch im angrenzenden Umfeld.
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In den Patentveröffentlichungen
DE 102005031044 A1 und
DE 437247 A werden Verfahren zur Reparatur und zur Sanierung von Holzpfählen, Buhnen, Pollern und Dalben in wasserbaulichen Anlagen beschrieben. Dazu wird am oberen Ende der verrottete Teil eines in den Gewässergrund gerammten Pfahls entfernt. Ein Rohr, welches als Verbindungsmuffe fungiert und das aus umweltfreundlichen Werkstoffen mit Eigenschaften wie Recycelbarkeit, Salzwasserbeständigkeit, Festigkeit, Flexibilität, Verwitterungsbeständigkeit und Bewuchsresistenz besteht, wird über den Restpfahl gestülpt. In das obere Ende dieses Rohres wird ein Ersatzholzpfahl getrieben. Die Verbindung des Rohres mit den beiden Holzpfahlteilen erfolgt durch Bolzen.
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Nachteilig hierbei ist, dass der erneuerte hölzerne Teil des Pfahls wiederum wetterbedingten Verwitterungsprozessen ausgesetzt ist. Zusätzlich entsteht durch die Verbindung des Rohres an den neuen Teil des Pfahls durch Bolzen eine Eintrittsmöglichkeit von Wasser vom außenliegenden Wasser-Luft-Bereich zum Holz. Diese wiederum erhöht das Risiko einer Pfahlverrottung an diesen Stellen.
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Es erscheint als sinnvoll, den verwitterten Teil des Pfahls unterhalb der Wasserlinie abzutragen und mit einem witterungsbeständigen Material zu ummanteln.
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Die Patentveröffentlichung
DE 33443 A offenbart als Lösung zum Schneiden von Zapfen an eingerammten Pfählen im Trockenen oder unter Wasser eine Zirkular-Säge. Die Maschine besteht aus je einem Paar horizontal oder vertikal gestellter Kreissägen, welche mit den dazu gehörigen Bewegungsmechanismen direkt an dem zu bearbeitenden Pfahl befestigt werden und durch einen selbsttätig sich bewegenden Support während des Schneidens vor- oder rückwärts geschoben werden. Die Kreissägen sind gegeneinander verstellbar angeordnet und können auf einer Bahn am Pfahl verschoben werden.
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In der Druckschrift
EP 1990167 A1 wird ein Fräskopf offenbart, welcher zur Bearbeitung von Pfahlköpfen aus metallarmierten Beton zur Anwendung kommt. Dieser Fräskopf besteht aus einer mit einer Antriebswelle verbindbaren Kopplungsvorrichtung und mehreren dem Abtragen von Beton dienenden Meißeln. Eine mit mehreren Zentralmeißeln versehene Zentralfräse und eine mit mehreren Ringmeißeln versehene Ringfräse sind fest miteinander gekoppelt. Die Zentralmeißel sind in einem zentralen Kreisring und die Ringmeißel in einem äußeren Kreisring angeordnet. Mit dem Fräskopf werden der Pfahlkern und der Pfahlmantel gleichzeitig abgetragen, ohne die dazwischen liegende Armierung des Pfahls zu beschädigen. Durch die Anwendung des Fräskopfes bleibt ein Pfahlstumpf stehen, welcher innen hohl ist. Dieser Fräskopf eignet sich nicht für Holzpfähle.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Werkzeug zu entwickeln, welches für die Anwendung an Holzpfählen geeignet ist und eine effektive und genaue Bearbeitung eines Pfahls unter und über Wasser ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein rotierendes Werkzeug, das in einem Arbeitsgang durch zwei Funktionen, einmal sägen/fräsen und dann hobeln/Späne abziehen, einen vorhandenen verrotteten Holzpfahl in kurzer Zeit bearbeitet und die weitere Sanierung des bearbeiteten Holzpfahls ermöglicht. Das Werkzeug besteht aus einer Werkzeugaufnahme für den Antrieb, einer Schwerstange, aus einem zylinderförmigen Hauptrohr mit Verzahnung und unterschiedlichen Ausräumern sowie Langlöchern, welche die Späne von innen nach außen abführen.
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Die Erfindung besteht aus einer Lochsäge, welche ein zylinderförmiges Hauptrohr mit einer Verzahnung an seinem unteren Ende ist. An der Außenseite und über den Umfang des Hauptrohrs gleichmäßig verteilt sind mindestens vier flächige Ausräumer oberhalb der Verzahnung und im rechten Winkel zur Oberfläche des Hauptrohrs fest angeordnet. Die flächigen Ausräumer sind mindestens zwei sich gegenüberliegende baugleiche Schrägausräumer, ein Kerbausräumer und ein Fräsausräumer. Diese sind am Hauptrohr in der genannten Reihenfolge mit einem nach oben versetzten Abstand zueinander angeordnet. Direkt oberhalb der Verzahnung liegen die mindestens zwei Schrägausräumer, darüber der Kerbausräumer und anschließend der Fräsausräumer. Die Schneidkanten der Ausräumer sind beispielsweise mit Hartmetall aufgetragen und geschärft.
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Die Schrägausräumer haben die Form eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks, wobei ihre langen Seite so auf dem Hauptrohr befestigt ist, dass ihre nach unten gerichteten Schneidkanten gerade und mit einem messerartigen Profil versehen sind und in einem Winkel von 45 Grad zum abzutragenden Material angeordnet sind.
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Der Kerbausräumer hat die Form eines rechtwinkligen Dreiecks, wobei seine kurze Seite mit dem Hauptrohr verbunden ist, und seine untere Schneidkante zum Hauptrohr einen Winkel von 90 Grad bildet und mit einer senkrechten Verzahnung versehen ist.
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Der Fräsausräumer hat ebenfalls die Form eines rechtwinkligen Dreiecks und ist dem Kerbausräumer gegenüber auf dem Hauptrohr nach oben versetzt angeordnet. Seine untere Schneidkante bildet zum Hauptrohr einen Winkel von 90 Grad und ist mit einem messerartigen Profil versehen.
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Das zylinderförmige Hauptrohr ist an seinem oberen Ende mit einer Schwerstange fest verbunden, welche ihrerseits an einer Werkzeugaufnahme befestigt ist.
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Für ein Ausführungsbeispiel ist die Schwerstange mit einem Hohlraum versehen, welcher seinerseits in seinem oberen Abschnitt einen Wassereinlauf mit einem Stopfen und an seinem unteren Ende oberhalb des Hauptrohrs einen regulierbaren Wasserablauf mit einem Ventil besitzt.
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Das zylinderförmige Hauptrohr ist in verschiedenen Höhen mit einer Anzahl und von gleichmäßig über den Umfang des Hauptrohrs verteilten Langlöchern versehen.
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Die Verzahnung der Lochsäge besteht aus Sägezähnen, welche gekröpft angeordneten sind, wobei die Zahnflanken in der Art angeschliffen sind, dass bei langfaserigem Holz die Holzfasern durchgetrennt und nach außen abgeführt werden.
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Als Antrieb ist ein Hydraulikmotor oder ein Hydraulikaggregat vorgesehen. Ebenso können als Antrieb ein Verbrennungs- oder ein Elektromotor vorgesehen sein.
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Durch das erfindungsgemäße Werkzeug kann ein Pfahl in kurzer Zeit und in einem Arbeitsgang bearbeitet werden. Vorteil der Erfindung ist es, schnell und effektiv vorhandene verrottete Holzpfähle zu sanieren.
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Vorteil der Erfindung ist es auch, durch das Werkzeug einen sparsamen Umgang mit dem Rohstoff Holz und eine umweltfreundliche Methode zur Verwendung vorhandener Holzpfähle zu schaffen.
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Der verbleibende Zapfen des Pfahls kann verkleidet werde, wobei die Verwendung von witterungsbeständigen Materialien, wie beispielsweise Stahl oder faserverstärkten Kunststoffen, die Haltbarkeit des Pfahls verlängert. Insbesondere bei Holzpfählen ist ein Pilzbefall des übrigen Holzbereiches des Pfahls nicht möglich, da auch der Verbindungsbereich unter Wasser liegt. In der Regel ist das Holz der Pfähle unterhalb der Wasserlinie nicht befallen und somit gesund.
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Ausführung der Erfindung
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Hierzu zeigen
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1 den erfindungsgemäßen Fräskopf,
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2 einen Ausschnitt Y aus 1, welcher die Verzahnung genauer darstellt.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug nach 1 besteht aus einer Werkzeugaufnahme 1, einer Schwerstange 3 und einem zylinderförmigen Hauptrohr 5. Das untere Ende des Hauptrohrs 5 ist mit einer Verzahnung 6 versehen. Oberhalb der Verzahnung 6 sind mindestens drei unterschiedliche Ausräumer an dem Hauptrohr 5 über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Der Antrieb des Werkzeuges erfolgt mittels Hydraulikmotor. Dieser kann an einem Gerät wie z.B. Kran, Bagger oder Radlader hängend das Werkzeug aufnehmen. Das Werkzeug wird direkt von dem Hydraulikmotor aufgenommen, damit es geführt werden kann. Es gibt keinen kardanischen Antrieb.
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Ebenso kann der Hydraulikantrieb an ein Gestell montiert werden, in welchem vertikal verschiebbar der Vorschub realisiert wird. Das Gestell wird dazu direkt an den zu sanierenden Pfahl montiert. In diesem Fall wird das Werkzeug von einem Hydraulikaggregat angetrieben. Zwischen dem Hydraulikantrieb und der Werkzeugaufnahme befindet sich eine Kardanwelle, die nicht in der Zeichnung aufgeführt ist. In der Werkzeugaufnahme 1 befindet sich eine hier nicht weiter gezeigte Bohrung, um das Werkzeug mit der Kardanwelle mittels Bolzen zu verkoppeln.
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Der Antrieb des Werkzeugs kann aber auch direkt durch einen Verbrennungs- oder Elektromotor erfolgen.
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Die Werkzeugaufnahme 1 ist mit der Schwerstange 3 fest verbunden, beispielsweise verschweißt. Die Schwerstange 3 ist für ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Hohlraum versehen und fungiert somit als ein runder, mit Wasser befüllbarer Behälter. Am oberen Ende der Schwerstange 3, unterhalb der Werkzeugaufnahme 1, sind dazu in den Hohlraum ein Wassereinlauf 2 mit einem Stopfen und am unteren Ende der Schwerstange 3, oberhalb des Hauptrohrs 5, ein regulierbarer Wasserablauf 4 mit einem Ventil angeordnet. Der Stopfen und das Ventil sind schraubbar. Mit dem Wasserstand im Behälter wird der Andruck auf den Sägevortrieb reguliert.
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Die Schwerstange 3 ist im Durchmesser kleiner als das Hauptrohr 5 und mit diesem Hauptrohr 5 ebenfalls fest verbunden, beispielsweise verschweißt. Zwischen der Schwerstange 3 und dem Hauptrohr 5 können zur Verstärkung des Übergangs Knotenbleche eingeschweißt sein. Der Durchmesser der Schwerstange 3 kann aber auch größer oder gleich dem des Hauptrohrs 5 sein.
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Da die zu bearbeitenden Pfähle unterschiedlich im Durchmesser sind, werden unterschiedliche Vorschubkräfte benötigt. Reicht die Gewichtskraft des Wassers nicht aus, kann auch eine kompakte Schwerstange 3 eingesetzt werden, welche dann beispielsweise mit dem Kran gedrückt wird.
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Das zylinderförmige Hauptrohr 5 ist aus Stahlrohr (z.B. DN 250) gefertigt. Es sind verschiedene Größen-Ausführungen, je nach erforderlichem Kaliber des zu bearbeitenden Holzpfahles, anwendbar. Im Mantel des Hauptrohres 5 ist eine mindestens acht Anzahl von Langlöchern 51 eingearbeitet, um Späne während des Sägevorgangs von innen nach außen abzuführen. Die Langlöcher 51 sind in verschiedenen Höhen und gleichmäßig über den Umfang des Hauptrohrs 5 verteilt angeordnet. Die Höhe des Hauptrohres 5, richtet sich nach dem zu bearbeitenden Pfahl (z.B. 1 m). Soll mehr als 1 m Holzpfahl bearbeitet werden, muss auch das Hauptrohr 5 entsprechend länger sein.
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Das untere Ende des Hauptrohrs 5 ist mit einer Verzahnung 6 versehen. Dazu sind umlaufend Sägezähne 61 gekröpft angeordnet, so dass jeweils ein Zahn nach innen, der nächste nach außen steht (Detail Y). Die Zahnspitzen sind mit Hartmetall aufgeschweißt. Die Zahnflanken sind entsprechend angeschliffen, um bei langfaserigem Holz die Holzfasern durchzutrennen und nach außen abzuführen. Durch die Anordnung der Sägezähne 61 wirkt das Hauptrohr 5 beim Eintritt in das Holz des Pfahls wie eine Lochsäge und es entsteht beim Sägevorgang eine Nut von ca. 10 mm.
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Oberhalb der Verzahnung 6 sind insgesamt vier flächige Ausräumer an der Außenseite des Hauptrohrs 5 angeordnet. Zwei sich gegenüberliegende baugleiche Schrägausräumer 8 liegen direkt oberhalb der Verzahnung 6 und haben die Form eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks. Die zwei Schrägausräumer 8 sind mit ihrer langen Seite 82 so auf dem Hauptrohr 5 befestigt, z.B. angeschweißt, so dass die Schrägausräumer 8 vom Hauptrohr 5 rechtwinklig abstehen und ihre nach unten gerichteten Schneidkanten 81 in einem Winkel von 45 Grad zum abzutragenden Material angeordnet sind. Die Spitzen 83 der Schrägausräumer 8 sind dadurch nach oben gerichtet. Die Schneidkanten 81 der Schrägausräumer 8 sind gerade und mit einem messerartigen Profil versehen und kürzer als die Schneidkanten der zwei anderen Ausräumer 7 und 9. Die Schrägausräumer 8 nehmen das Holz direkt an der durch die Sägezähne 61 entstandenen Nut weg und verbreitern somit die Nut.
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Der Kerbausräumer 9 hat die Form eines rechtwinkligen Dreiecks, wobei die kurze Seite 92 mit dem Hauptrohr 5 verbunden ist. Der Kerbausräumer 9 ist ebenfalls rechtwinklig in den Raum gerichtet. Die untere Schneidkante 91 des Kerbausräumers 9 hat zum Hauptrohr 5 einen Winkel von 90 Grad und ist auf das zu bearbeitende Material gerichtet. Dabei liegt die Schneidkante 91 in der Höhe der Spitze 83 der Schrägausräumer 8. Die Schneidkante 91 hat eine senkrechte Verzahnung.
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Der Fräsausräumer 7 hat die gleiche Grundform und Anordnung wie der Kerbausräumer 9 und ist diesem gegenüber auf dem Hauptrohr 5 angeordnet. Allerdings ist der Fräsausräumer 7 zu dem Schrägausräumer 8 nach oben versetzt angeordnet. Die Schneidkanten 71 des Fräsausräumers 7 sind ebenfalls gerade und mit einem messerartigen Profil versehen.
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Die Schneidkanten und Verzahnungen der vier Ausräumer sind mit Hartmetall aufgetragen und geschärft.
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Der verrottete, beschädigte oder von Teredo Navalis befallene Pfahl wird im Bereich der Normalwasserlinie W abgetragen, beispielsweise abgesägt. Ist die Schnittfläche des Pfahls horizontal nicht gerade, wird zur Führung des erfindungsgemäßen Werkzeugs vor Fräsbeginn ein Führungszapfen z.B. aus Holz oder verschleißfestem Kunststoff, passend zum Hauptrohr 5 mittig auf den Restpfahl gesetzt. Der Führungszapfen hat eine zylindrische Form mit einer Höhe von ca. 120 mm und exakt gefertigten, planen Seitenflächen oben und unten. Um den Führungszapfen senkrecht auf den Restpfahl zu bringen, können Ausgleichskeile untergelegt werden. Dann wird der Führungszapfen mittels Schrauben, welche durch drei gleichmäßig auf der oberen Seitenfläche angeordnete Bohrungen geführt werden, auf dem Restpfahl fixiert. Über den Führungszapfen wird das Werkzeug übergestülpt und auf den zu bearbeitenden Pfahl gesetzt. Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug wird dann im Wasser eine Nut gesägt, um eine Führung für das Werkzeug zu erhalten. Das Werkzeug wird für eine kurze Zeit abgeschaltet und der Führungszapfen kann wieder entnommen und wiederverwendet werden.
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Anschließend wird der Rest des Pfahls bis unter eine mittlere Niedrigwasserlinie auf einen geringeren Durchmesser von beispielsweise ca. 250mm bearbeitet, so dass ein Pfahlstumpf mit einem mittigen Zapfen stehen bleiben. Dazu wird in den Hohlraum der Schwerstange 3 über den Wassereinlauf 2 Wasser eingefüllt, um ein optimales Gewicht für den Vorschub des Werkzeugs zu erreichen. Der Wassereinlauf wird anschließend mit dem Stopfen verschlossen. Der Wasserablauf 4 mit dem Ventil am unteren Ende der Schwerstange 3 dient der Regulierung der Drucklast und somit dem Fräsfortschritt.
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Das Werkzeug beginnt sich zu drehen. Durch den Gewichtsausgleich in der Schwerstange 3 ist ein gleichbleibender Druck auf den Pfahlkopf garantiert. Die Verzahnung 6 am unteren Ende des Hauptrohrs 5 kommt als erstes zum Einsatz. Sie bewirkt, dass in den Pfahl eine Nut eingesägt wird. Es entstehen ein innerer Teil des Pfahls, welcher den Durchmesser des späteren Zapfens hat und eine äußere Wandung. Die zwei Schrägausräumer 8 schließen sich unmittelbar an die Verzahnung an. Durch die Drehung des Hauptrohrs 5 nehmen die Schrägausräumer 8 einen Teil der äußeren Wandung des Pfahls direkt an der durch die Verzahnung 6 entstandenen Nut weg und verbreitern somit die Nut. Danach wirkt der Kerbausräumer 9 mit seiner senkrechten Verzahnung und kerbt bzw. schneidet den verbleibenden, abzutragenden Holzanteil der äußeren Wandung ein. Der nachfolgende, wiederum etwas höher angeordnete Fräsausräumer 7 schabt den stehengebliebenen Teil der äußeren Wandung komplett ab.
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Nach der Bearbeitung mit dem Werkzeug wird der verbliebene Zapfen des Pfahls mit einem Rohr ummantelt. Das Rohr besteht aus Materialien, welche salzwasser-, temperatur-, verwitterungs- und UV-beständig sind und genügende Festigkeit haben, wie beispielsweise aus Stahl oder faserverstärkten Kunststoffen. Das Rohr erstreckt sich in seiner Länge von unterhalb der mittleren Niedrigwasserlinie bis über die mittlere Hochwasserlinie, wodurch das Rohr in der Regel die Höhe des vorher abgetragenen Pfahls hat. Denkbar ist es aber auch, dass das Rohr kürzer oder länger ausgeführt wird.
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Da es sich bei dem vorhergehenden, detailliert beschriebenen Rundfräskopf um ein Ausführungsbeispiel handelt, kann er in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Verzahnung 6 und der Ausräumer 7 bis 9 in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso kann die Schwerstange 3 in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies aus Platzgründen bzw. designerischen Gründen notwendig ist. Weiter schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeugaufnahme
- 2
- Wassereinlauf
- 3
- Schwerstange
- 4
- Wasserablauf / -regulierung
- 5
- Hauptrohr mit Spanaustritt
- 51
- Langlöchern
- 6
- Verzahnung
- 61
- Sägezähne
- Detail Y
- Verzahnung
- 7
- Fräsausräumer
- 71
- Schneidkanten des Fräsausräumers 7
- 8
- Schrägausräumer
- 81
- Schneidkanten der Schrägausräumer 8
- 82
- lange Seite der Schrägausräumers 8
- 83
- Spitzen der Schrägausräumer 8
- 9
- Kerbausräumer
- 91
- Schneidkante des Kerbausräumers 9
- 92
- kurze Seite des Kerbausräumers 9
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005031044 A1 [0005]
- DE 437247 A [0005]
- DE 33443 A [0008]
- EP 1990167 A1 [0009]
