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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von Hybrid-Säulen in einen Boden zur Baugrundverbesserung mit einem Einbringrohr zum Einbringen von Baumaterial in den Boden, an dessen oberen Ende ein trichterförmiger Behälter vorgesehen ist. Hybrid-Säulen sind Säulen, die aus unterschiedlichen Baumaterialen bestehen, insbesondere Säulen aus Beton oder Mörtel oder einem anderen ausgehärteten abbindbaren Material, die einen Fuß und/oder Kopf aus einem rolligen Material, wie Kies oder Schotter, aufweisen. Dabei sorgt der Beton für eine ausreichende Stabilität der Säule und das rollige Material für eine Traglasterhöhung und für eine genügende Elastizität. Derartige Säulen können in einen Boden eingebracht werden, um einen geeigneten Baugrund zu schaffen.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der
EP 1 688 543 A2 bekannt. Diese Vorrichtung wird benutzt, um nach dem Einbringen von Betonsäulen in den Boden einen oberen Säulenabschnitt aus verdichtetem Schotter, also einen Säulen-Kopf, zu erzeugen. Zur Erzeugung der Betonsäule wird gemäß dieser Druckschrift an einer Trägerraupe ein Arbeitsgerüst für einen Schneckenbohrer vorgesehen, welcher über einen Schlauch mit einer Betonpumpe verbunden ist. Das Bohrwerkzeug wird unter Verdrängung in den Boden eingedreht. Das Bohrwerkzeug wird unter Ausfließenlassen des Betons nach oben gezogen, so dass in dem durch Verdrängung entstandenen Bohrloch eine Betonsäule entsteht. Alternativ kann ein Senkrohr mit einem Aufsatzrüttler eingebracht werden, und unter Ausfließen des Betons nach oben gezogen werden. Zu Erzeugung des oberen Säulenabschnitts bzw. des Kieskopfes wird das Werkzeug am Raupengerät gewechselt. Es wird ein Schleusenrüttler mit einem Aufgabetrichter am Arbeitsgerüst befestigt. Nachdem der Schleusenrüttler in den Bereich des oberen Säulenabschnitts, also oberhalb der Betonsäule, eingerüttelt worden ist, wird der Aufgabetrichter mittels eines Fahrzeugs mit Schotter befüllt. Durch Ziehen des Schleusenrüttlers wird der obere Säulenabschnitt aus verdichtetem Schotter gebildet. Alternativ wird zum Erzeugen des Säulenkopfes ein anderes, zweites Gerät verwendet.
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Nachteilig an diesem Verfahren und an dieser Vorrichtung ist, dass für die Herstellung einer Säule jeweils zwei unterschiedliche Werkzeuge notwendig sind, die während des Herstellungsprozesses einer Säule gewechselt werden oder durch zwei Maschinen ausgeführt werden müssen. Dadurch ist das Verfahren zeitaufwändig und kostenintensiv. Zudem muss dafür gesorgt werden, dass bei dem Aufbringen des oberen Säulenabschnittes der untere Säulenabschnitt genau genug getroffen wird. Auch ist es nicht möglich mit dieser Vorrichtung einen Säulenfuß aus Kies herzustellen.
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Aus der
DE 199 41 302 C2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Säulen im Boden bekannt, bei denen ein Säulenfuß aus einem Trägermaterial, wie grobkörniger Kiesel, gebildet wird und den eine vorgefertigte Betonsäule aufgesetzt wird. Zum Herstellen des Säulenfußes wird eine ein Rohr enthaltende Rammlanze durch vertikale Vibration in den Boden eingerammt. Das Trägermaterial wird in den unteren Bereich der Bohrung eingebracht und verdichtet. Danach wird die Rammlanze aus dem Rohr und aus dem Boden herausgezogen. In das Rohr wird eine Fertigbetonsäule eingebracht, die auf den Säulenfuß aus Kiesel gestellt wird. Hierdurch wird ein gutes Treffen des Fußes im unteren Bereich der Bohrung zum Aufbringen der Betonsäule ermöglicht. Jedoch müssen die Betonsäulen in einem unabhängigen Verfahren vorab fertiggestellt werden und in fertigen Zustand an die Baustelle gebracht werden.
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Im Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einbringen von Hybrid-Säulen in einen Boden zur Baugrundverbesserung zu schaffen, die ein einfacheres, kostengünstigeres und flexibleres Verfahren zum Einbringen von Hybrid-Säulen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Vorrichtung gelöst, die einen Öffnungs- und Schließmechanismus zum Öffnen und Verschließen der unteren Öffnung des trichterförmigen Behälters und einen Betonpumpen-Anschluss zum Anschließen einer Betonpumpe im oberen Bereich des Einbringrohres aufweist. Aufgrund dieser Merkmale kann dieselbe Vorrichtung sowohl zum Einbringen von Beton als auch zum Einbringen von rolligem Material zum Herstellen einer Hybridsäule verwendet werden. Aufgrund des Öffnungs- und Schließmechanismus ist es möglich, dass der trichterförmige Behälter mit einer Füllung des rolligen Materials befüllt werden kann, die zur Herstellung eines Säulenfußes oder eines Säulenkopfes geeignet ist. Es kann die jeweils dafür notwendige Menge des rolligen Materials vorab bestimmt und jeweils in den trichterförmigen Behälter eingefüllt werden. Die Befüllung erfolgt bei geschlossenem Öffnung- und Schließmechanismus, so dass das Material zunächst in dem Behälter bleibt. Der Öffnungs- und Schließmechanismus wird geöffnet, nachdem die Vorrichtung in die gewünschte Position zur Herstellung des Säulenfußes oder des Säulenkopfes gebracht worden ist. In dieser Position kann dann der Behälter entleert und das entsprechende Säulenteil aus diesem Material hergestellt werden. Die Befüllung des Behälters kann jeweils am Boden erfolgen. Zur Herstellung des Säulenfußes wird das Einbringrohr in den Boden eingebracht.
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Der trichterförmige Behälter befindet sich am Boden und kann dort befüllt werden. Dann kann der Öffnungs- und Schließmechanismus geöffnet werden, so dass sich der Behälter entleert und der Säulenfuß hergestellt werden kann. Danach kann der Öffnungs- und Schließmechanismus wieder geschlossen werden und der trichterförmige Behälter neu gefüllt werden, insbesondere mit der Füllung zur Herstellung des Säulenkopfes.
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Als Öffnungs- und Schließmechanismus kann erfindungsgemäß bevorzugt ein Schiebe- oder Drehverschluss zwischen dem unteren Ende des trichterförmigen Behälters und dem Einbringrohr vorgesehen sein, der hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder elektrisch betätigt wird. Ebenfalls ist ein Mechanismus über einen Seilzug und/oder Gestänge möglich. Auch andere Öffnungs- und Schließmechanismen sind denkbar. Wesentlich ist, dass der trichterförmige Behälter gegenüber dem Einbringrohr im Schließzustand derart verschlossen ist, dass kein Material aus dem Behälter in das Einbringrohr gelangt, dass das Material im Öffnungszustand auf die gewünschte Weise in das Einbringrohr zur Herstellung des jeweiligen Säulenteiles gelangen kann und dass der Mechanismus während der Herstellung der Säulen geeignet betätigt werden kann.
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Der Vorgang zum Herstellen des Säulenteils aus Beton oder Mörtel kann erfindungsgemäß mit derselben Vorrichtung erfolgen wie das Herstellen des Säulenfußes und des Säulenkopfes. Hierzu muss die Betonpumpe über ein Ventil an den Betonpumpen-Anschluss im oberen Bereich des Einbringrohres angeschlossen sein. Das Anschließen der Betonpumpe kann bereits vor Einsatz der Vorrichtung zum Herstellen der Hybridsäule bzw. mehrerer Hybridsäulen erfolgen. Durch Öffnen des Ventils zur Betonpumpe kann der Beton oder Mörtel durch das Einbringrohr in die bereits zur Herstellung des Säulenfußes geschaffene Öffnung im Boden eingebracht werden. Indem das Einbringrohr nach oben gezogen wird, entsteht die Betonsäule. Dabei bleibt der Öffnungs- und Schließmechanismus geschlossen, so dass kein Material aus dem trichterförmigen Behälter in das Einbringrohr gelangt. Nach Fertigstellung des Beton-Säulenteils der Hybridsäule kann der Öffnungs- und Schließmechanismus am unteren Ende des trichterförmigen Behälters wieder geöffnet werden, so dass der Säulenkopf aus rolligem Material hergestellt werden kann. Sowohl bei der Herstellung des Säulenkopfes als auch bei der Herstellung des Säulenfußes kann das rollige Material durch Methoden, wie Rütteln bzw. Vibrieren, am unteren Ende bzw. oberen Ende der Säule verfestigt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit eine Hybridsäule mit einem Säulenkopf und mit einem Säulenfuß aus einem rolligen Material und einem mittleren Säulenteil aus Beton oder Mörtel mit einer Vorrichtung und in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Alle Materialien können direkt durch das Einbringrohr in die mittels des Einbringrohres geschaffene Bohrung in den Boden gelangen, so dass auch ein genaues Treffen des zuvor geschaffenen Säulenteils gewährleistet ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann an einer Einbringmaschine befestigt werden, die zum Einbringen des Einbringrohres in den Boden, insbesondere durch Rammen, Vibrieren oder Eindrücken, geeignet ist. Das Einbringrohr kann gemäß dem Verfahren, mit dem es in den Boden eingebracht werden soll, nach den dem Fachmann bekannten Maßnahmen ausgebildet werden. Insbesondere weist das Einbringrohr an seinem unteren Ende eine Spitze auf, die zum Einbringen nach der gewünschten Methode in den Boden geeignet ausgebildet ist, wie beispielsweise einer Rammspitze oder einer Vortriebsspitze. Hierzu ist am oberen Ende des trichterförmigen Behälters ein Maschinen-Anschluss zum Anschließen einer Einbringmaschine zum Einbringen des Rohres in den Boden vorgesehen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Maschinen-Anschluss als eine Platte ausgebildet, die seitliche Führungen zur Begrenzung aufweist und als Verlängerung der Rückwand des trichterförmigen Behälters ausgebildet ist.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an dem unteren Ende des Einbringrohres eine Verschlusseinrichtung zum Verschließen des Einbringrohres vorgesehen. Die Verschlusseinrichtung kann beispielsweise einen Deckel umfassen, der bei dem Einbringen von Material aufgrund des Materialdrucks abfällt und im Boden verbleibt. Es kann auch ein Verschluss vorgesehen sein, der zum Öffnen und Schließen geeignet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Verschluss für mehrere Verfahrensschritte und zum Herstellen mehrerer Säulen verwendet werden kann.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn im oberen Bereich des Einbringrohres ein Luftanschluss zum gezielten Belüften des Einbringrohres vorgesehen ist. Hierdurch kann das ganze Rohr, ein Teilbereich des Rohres oder die Spitze des Rohres gezielt belüftet werden. Hierdurch kann ein Vakuum oder Unterdruck im Rohr und in der Säule vermieden werden.
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Günstigerweise ist der trichterförmige Behälter an dem Einbringrohr mittels einer Befestigungsvorrichtung befestigt, die sich über eine vorgegebene Länge des Einbringrohres erstreckt und entlang der Länge mehrere Befestigungsabschnitte aufweist. So können die starken bei dem Einbringvorgang des Einbringrohres in den Boden auftretenden starken Kräfte auf eine größere geeignet Fläche des Einbringrohres verteilt werden. Dadurch wird eine hohe Stabilität der Befestigung des trichterförmigen Behälters auf dem Einbringrohr gewährleistet. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Befestigung über mehrere parallel zueinander entlang der Rohrlänge liegende Schweißnähte. Der Maschinen-Anschluss kann ebenfalls mit der Befestigungsvorrichtung verbunden sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Inneren des Einbringrohres oder an dessen äußerem Umfang ein Materialrohr vorgesehen, welches an dem oberen Ende mit dem Betonpumpen-Anschluss verbunden ist. Somit kann der Beton oder Mörtel in einem separaten Rohr in den Boden eingebracht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Beton unter Druck eingebracht werden soll. Dann kann das erste Materialrohr speziell hierfür ausgelegt werden. Auch kann dann eine speziell geeignete Verschlusseinrichtung verwendet werden, die einen entsprechend druckdichten Verschluss des Materialrohres gewährleistet. Es kann dann auch das Materialrohr vollständig mit Beton gefüllt werden, so dass ein zuverlässiges und optimales Herstellen des Beton-Säulenteils möglich ist, ohne dass der Füllvorgang für den Säulenfuß oder den Säulenkopf beeinflusst würde.
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Auch kann es für spezifische Anwendungen günstig sein, im Inneren des Einbringrohres oder an dessen Außenseite ein weiteres Materialrohr vorzusehen. So kann beispielsweise ein oder mehrere Säulenteil aus einem anderen Material oder aus dem gleichen Material unter Zugabe von Zuschlagstoffen hergestellt werden. Das Materialrohr kann an seinem oberen Ende mit dem unteren Ende des trichterförmigen Behälters verbunden sein oder einen Betonpumpenanschluss aufweisen. Der Anschluss wird abhängig davon, welches Material in den Boden mit dem gewünschten durch das Materialrohr bestimmten Umfang eingebracht werden soll, gewählt. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Sicht und
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2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsdarstellung.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen von Hybrid-Säulen in einen Boden zur Baugrundverbesserung in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Vorrichtung weist ein Einbringrohr 1 zum Herstellen einer Bohrung und zum Einbringen von Baumaterial in den Boden auf, an dessen oberen Ende ein trichterförmiger Behälter 2 angebracht ist. Der trichterförmige Behälter 2 ist an dem Einbringrohr mittels einer Befestigungsvorrichtung 3 befestigt, die sich über eine vorgegebene Länge des Einbringrohres 1 erstreckt und mehrere Befestigungselemente 4 aufweist. Die Befestigungselemente 4 sind mit dem Einbringrohr 1 verschweißt, so dass sich die Kräfte, die der trichterförmige Behälter auf das Einbringrohr ausübt, über die vorgegebene Länge verteilen. Dies ist insbesondere im beladenen Zustand des Behälters 2 und während dem Einbringen des Einbringrohres 1 in den Boden wesentlich, da hierbei sehr hohe Kräfte auf das Einbringrohr 1 wirken. Die Befestigungsvorrichtung 3 weist zudem Seitenwände 5 auf, die zur Verstärkung der Befestigung wirken und an denen die Befestigungselemente 4 befestigt sind. Die Seitenwände 5 erstrecken sich nach oben über das Ende des Einbringrohres 1 und den Behälter 2 hinaus und wirken dort zusätzlich zur Befestigung eines Maschinen-Anschlusses 6. In dem trichterförmigen Behälter 2 ist ein Öffnungs- und Schließmechanismus vorgesehen, der ein Öffnen und Verschließen des trichterförmigen Behälters 2 gegenüber dem Einbringrohr 1 ermöglicht. Von dem Öffnungs- und Schließmechanismus ist ein Betätigungszylinder 7, beispielsweise ein Hydraulikzylinder, beispielhaft dargestellt.
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Am oberen Ende des Einbringrohres 1 ist ein Betonpumpen-Anschluss 9 vorgesehen mittels welchem eine Betonpumpe an das Einbringrohr 1 angeschlossen werden kann. Der Anschluss der Betonpumpe erfolgt in einer dem Fachmann bekannten Weise, üblicherweise über ein Ventil und einen geeigneten Schlauch.
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Am unteren Ende des Einbringrohres 1 ist eine Verschlusseinrichtung 10 zum Verschließen des Einbringrohres 1 vorgesehen. Mit der hier dargestellten Ausführungsform der Verschlusseinrichtung kann die untere Öffnung 12 des Einbringrohres 1 sowohl geöffnet als auch verschlossen werden. Das untere Ende des Einbringrohres 1 ist zudem als Spitze 11 ausgebildet, die dazu geeignet ist, das Einbringrohr 1 in den Boden einzubringen. Sowohl die Spitze 11 als auch das Einbringrohr 1 sind geeignet für die Methode ausgebildet, mit welcher das Einbringrohr 1 in den Boden eingebracht werden soll. Dies kann durch Vibrieren, Rütteln, Rammen, Schlagen, Eindrücken oder eine vergleichbare Methode erfolgen.
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In 2 ist eine Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Der Öffnungs- und Schließmechanismus ist hier durch den Betätigunszylinder 7 und eine Schieberplatte 8 dargestellt. Mit dem Betätigungszylinder 7 kann die Platte 8 angesteuert und so bewegt werden, dass die Platte 8 in einem Schließzustand des Behälters 2 eine Öffnung zwischen dem Behälter 2 und dem Einbringrohr 1 verschließt, so dass kein in dem Behälter 2 vorhandenes Material in das Einbringrohr 1 gelangen kann, und in einem Offen-Zustand die Öffnung öffnet, so dass das Material von dem Behälter 2 in das Einbringrohr 1 gelangt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Schieberplatte 8 mittels dem Betätigungszylinder Leitung 7 zum Öffnen der Öffnung nach oben und zum Schließen der Öffnung nach unten bewegt. Dies bedeutet keine Einschränkung der Erfindung. Die Schieberplatte 8 kann sowohl seitlich bewegt werden oder durch andere geeignete Mechanismen realisiert werden. Die Bewegung der Schieberplatte 8 kann hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder mechanisch erfolgen.
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Hinter dem trichterförmigen Behälter 2 ist der Verlauf des den Betonpumpen-Anschlusses 9 gezeigt. Auch für diesen sind alle anderen geeigneten Varianten zum Anschließen von Betonpumpen möglich.
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Das gezeigte Ausführungsbeispiel für die Verschlusseinrichtung 10 ist so ausgebildet, dass ein wiederholtes Öffnen und Schließen der unteren Öffnung 12 des Einbringrohres 1 möglich ist. Die Verschlusseinrichtung umfasst einen Stab 13, an dessen unterem Ende ein Verschlusselement 14 und an dessen oberem Ende eine Sitzelement 15 vorgesehen ist. Im Inneren des Einbringrohres ist ein Haltelement 16 vorgesehen, in welches der Stab 13 derart eingebracht ist, dass aufgrund des Gewichts des Verschlusselements 14 das Sitzelement 15 auf dem Halteelement 16 aufsitzt, sodass die untere Öffnung 12 des Einbringrohres 1 geöffnet ist, wenn das Verschlusselement 14 nach unten fallen kann. Das Halteelement 16 ist so ausgebildet, dass es Öffnungen aufweist, die ein weitgehend ungehindertes Durchlassen von Material in dem Einbringrohr nach außen ermöglicht. Mit einem geeigneten, hier nicht gezeigten Mechanismus, kann die Verschlusseinrichtung wieder verschlossen werden. Hierzu muss der Stab 13 mit dem Verschlusselement 14 nach oben gezogen werden. Es ist zudem ein Luftanschluss 18 mit einer Luftleitung 17 vorgesehen, über welche der Spitze 11 gezielt Luft zugeführt werden kann. Hierdurch kann das Öffnen der Verschlusseinrichtung 10 erreicht oder unterstützt werden, insbesondere, wenn sich aufgrund des Einbringens des Einbringrohres 1 in den Boden im Inneren des Einbringrohres 1 ein Vakuum ausgebildet hat.
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Das gezeigt Ausführungsbeispiel ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und bedeutet keine Einschränkung der Erfindung. Es wird hier beispielsweise das Einbringrohr 1 als Materialrohr zum Zuführen von Beton und Kies oder Schotter verwendet. Es ist auch möglich, dass in dem Einbringrohr 1 oder außen an dem Einbringrohr 1 ein oder mehrere Materialrohre zum Einbringen von unterschiedlichen Materialien vorgesehen sind. Die genaue Ausführungsform kann der Fachmann geeignet für die jeweilige Anwendung wählen. Auch können andere Verschlusselemente oder Öffnungs- und Verschließmechanismen verwendet werden, je nachdem wie es unter speziellen Bedingungen dem Fachmann sinnvoll erscheint. Die Größe des trichterförmigen Behälters 2 kann so gewählt werden, dass die Menge des rolligen Materials für einen Säulenfuß bzw. einen Säulenkopf in dem Behälter aufgenommen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einbringrohr
- 2
- Trichterförmiger Behälter
- 3
- Befestigungsvorrichtung
- 4
- Befestigungselemente
- 5
- Seitenwände
- 6
- Maschinen-Anschluss
- 7
- Betätigungszylinder
- 8
- Schieberplatte
- 9
- Betonpumpen-Anschluss
- 10
- Verschlusseinrichtung
- 11
- Spitze
- 12
- Untere Öffnung des Einbringrohres
- 13
- Stab
- 14
- Verschlusselement
- 15
- Sitzelement
- 16
- Halteelement
- 17
- Luftleitung
- 18
- Luftanschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1688543 A2 [0002]
- DE 19941302 C2 [0004]
