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Die Erfindung betrifft ein Einschraubsystem sowie ein Verfahren zum Einschrauben von Schraubfundamenten, insbesondere von Schraubfundamenten großer Dimension ins Erdreich.
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Schraubfundamente, d. h. in der Regel als Hohlkörper ausgebildete Erdanker mit einer außenliegenden Schraubwendel werden durch Eindrehen ins Erdreich eingebracht. Dabei sind verschiedene Arten von Einschraubvorrichtungen sowie -verfahren bekannt. Schraubfundamente kleiner Dimension werden häufig von Hand oder mittels Handgeräten ins Erdreich eingeschraubt. Aus dem Stand der Technik sind jedoch auch Einschraubvorrichtungen bekannt, welche beispielsweise an Lafetten aufgehängt sind. Daneben sind auch Einschraubvorrichtungen bekannt, welche an Auslegern von Baggern befestigbar sind.
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Der Ausleger eines Baggers weist in der Regel verschiedene Segmente bzw. Arme auf, welche über Hydraulikzylinder zueinander bewegbar verbunden sind. Das Einhalten einer vordefinierten Schraubrichtung gestaltet sich bei derartigen Einschraubvorrichtungen als schwierig, da der Ausleger mit dem Fortschritt des Schraubvorgangs abgesenkt wird und das Anbaugerät einer Kreisbahn folgt. Diese Kreisbahn muss jedoch in Längsrichtung des Baggerarms korrigiert werden, damit das Schraubfundament nicht von der Einschraubachse in eine unerwünschte Richtung gedrängt wird. Aus diesem Grund wird in
WO 2013 014 079 A1 vorgeschlagen, die Eindrehvorrichtung über ein Kardangelenk an einem Schwenkhebel aufzuhängen, um diesen Längsversatz auszugleichen. Nachteilig an einer derartigen Aufhängung, insbesondere bei Schraubfundamenten mit großen Dimensionen, ist das Handling der Schraubfundamente sowie das genaue Positionieren und Ausrichten derselbigen.
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Aus
FR 2 534 292 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen einer Fundamenthülse bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Anbaugerät, welches an einem Ausleger eines Hydraulikbaggers befestigt wird. Das Anbaugerät weist einen Motor als Drehantrieb auf, an dessen Ausgangswellle eine Bohrkrone befestigbar ist. Die Bohrkrone weist an ihrer Außenwand eine Schnecke auf. Mit der Bohrkrone wird ein ringförmiger Kanal in den Erdboden gebohrt. Nach dem Erreichen der vorgegebenen Bohrtiefe wird die Bohrkrone angehoben, der Motor samt Bohrkrone abgelegt und durch eine Vorrichtung zum Einbringen der Fundamenthülse ersetzt. Anschließend wird die zylinderförmige Fundamenthülse in den ringförmigen Kanal eingebracht.
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Weiterhin bekannt ist der Schraubankerantrieb der Firma Auger Torque. Ein Hydraulikmotor, welcher als Drehantrieb dient, ist über einen einzigen Bolzen schwenkbar an einem Ausleger aufgehängt. Zum besseren Handling des Drehantriebs wird die Aufhängung mit einer zusätzlichen Auflage angeboten. Die Auflage begrenzt die Schwenkbewegung um den Aufhängungsbolzen in eine Richtung, so dass ein Aufnehmen des Drehantriebs samt Schraubfundament ermöglicht wird. Nachteilig an einer derartigen Aufhängung ist die geringe Flexibilität sowie die begrenzte Korrekturmöglichkeit während des Eindrehvorgangs.
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Im Stand der Technik sind darüber hinaus sogenannte Tiltrotatoren als Anbaugeräte für Bagger bekannt. Tiltrotatoren werden in der Regel zwischen dem Ausleger des Baggers und der Baggerschaufel bzw. dem Anbaugerät angeordnet und ermöglichen sowohl ein seitliches Kippen der Schaufel mittels eines Hydraulikmotors oder -zylinders. Darüber hinaus besitzen manche Tiltrotatoren eine Drehfunktion der Schaufel um 360°. Diese Drehfunktion ist jedoch aufgrund der Ausgestaltung weder für einen Dauerbetrieb ausgelegt noch weisen derartige Rotatoren eine hinreichende Kraft zum Einschrauben von Schraubfundamenten großer Dimensionen auf. Üblicherweise liegen die maximalen Drehmomente derartiger Drehfunktionen im unteren bis mittleren 4-stelligen Nm-Bereich.
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Es besteht daher die Aufgabe, ein System sowie ein Verfahren zum Eindrehen von Schraubfundamenten bereitzustellten, welches ein einfaches Handling der Schraubfundamente ermöglicht und darüber hinaus Korrekturmöglichkeiten während des Eindrehens bereitstellt.
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Die gestellte Aufgabe wird durch ein Einschraubsystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Einschraubsystem für Schraubfundamente weist einen Ausleger, ein Anbaugerät mit einem Tiltantrieb und einem Drehantrieb sowie ein Schraubfundament mit einer offenen Bohrkrone auf. Das Anbaugerät ist mit dem Ausleger über einen Löffelbolzen und einen Hydraulikzylinder des Auslegers schwenkbar verbunden. Der Hydraulikzylinder ist in eine Schwenkstellung verbringbar, in welcher die Kolbenstange des Hydraulikzylinders im Wesentlichen kraftfrei verschiebbar ist. Der Drehantrieb weist eine Aufnahme für ein Schraubfundament auf und ist über diese Aufnahme lösbar mit dem Schraubfundament verbunden. Das Schraubfundament weist in seinem Inneren eine Wasserstrahldüse auf.
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Ein Ausleger besteht in der Regel aus mehreren Armen, welche jeweils über ein Drehgelenk verbunden sind. Zusätzlich sind die Arme des Auslegers mit zumindest einem Hydraulikzylinder verbunden, so dass der Winkel von zwei benachbarten Armen zueinander veränderbar und einstellbar ist. Die Schwenkachsen sind dabei parallel zueinander angeordnet, so dass sich der Ausleger in einer Ebene bewegen lässt, welche im Folgenden als Bewegungsebene bezeichnet wird. Eine horizontale Richtung in dieser Ebene wird dabei als Längsrichtung bezeichnet.
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Das Anbaugerät weist zwei Bolzen auf, wobei ein erster Bolzen als Löffelbolzen bezeichnet wird, über welchen das Anbaugerät mit dem Ausleger an einem sogenannten Löffelstiel, d. h. dem letzten Arm des Auslegers, verbindbar bzw. verbunden ist. Ein zweiter Bolzen, welcher als Koppelbolzen bezeichnet wird, verbindet das Anbaugerät mit dem Hydraulikzylinder, welcher am Löffelstiel angeordnet ist. Die beiden Bolzen sind dabei ebenfalls orthogonal zur Bewegungsebene bzw. parallel zu den Schwenkachsen angeordnet. Über den Hydraulikzylinder lässt sich die Neigung des Anbaugeräts einstellen.
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Der Tiltantrieb des Anbaugeräts ist vorzugsweise als Hydraulikmotor ausgebildet. Die Schwenkachse befindet sich vorzugsweise in der Bewegungsebene oder parallel dazu. Somit bilden die Schwenkachse des Löffelbolzens und die Schwenkachse des Tiltantriebs eine kardanische Aufhängung des Drehanatriebs. Der Tiltantrieb weist bevorzugt einen asymmetrischen Schwenkbereich auf. Der Schwenkbereich reicht aus einer Nullstellung in eine Richtung mindestens 90°, beispielsweise 95°, so dass der Drehantrieb und die Aufnahme derart geschwenkt werden können, dass am Boden liegende Schraubfundamente aufgenommen werden können. Die Aufnahme kann somit in eine horizontale Position geschwenkt werden. In die gegenüberliegende Richtung weist der Tiltantrieb einen geringeren Schwenkbereich auf. Dieser ist in der Regel dafür notwendig, um einen Winkelausgleich beim Eindrehen vornehmen zu können. Dieser Schwenkbereich liegt beispielsweise bei 25°.
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Die Schwimmstellung wird bevorzugt über eine Kurzschlussschaltung der beiden Kammern des Hydraulikzylinders bereitgestellt. Dabei wird die Kammer zum Ausfahren der Kolbenstange des Hydraulikzylinders mit der Druckkammer zum Einfahren der Kolbenstange kurzgeschlossen. Ein derartiges Kurzschließen kann beispielsweise über eine direkte Verbindung der beiden Kammern mittels einer Hydraulikleitung erfolgen. Über ein Ventil in der Verbindungsleitung ist die Schwimmstellung aktivierbar oder deaktivierbar. Aufgrund der unterschiedlichen Flächen auf der Stangen- und der Bodenseite im Hydraulikzylinder besteht in der Regel eine Ableitung zum Tankt. Diese kann auch dazu genutzt werden, um beispielsweise Druckspitzen in einem der Hydraulikkammern abdämpfen zu können. Bevorzugt wird diese Verbindung zum Hydrauliktank bei Überschreitung eines vordefinierten Maximaldrucks geöffnet. In einer alternativen Ausführungsform besteht keine direkte Verbindungsleitung zwischen den beiden Hydraulikkammern. Vielmehr werden die Leitungen, welche bereits zur Druckbeaufschlagung des Hydraulikzylinders vorhanden sind, verwendet und die Bereitstellung der Schwimmstellung erfolgt in einem Hydraulikblock. Im Hydraulikblock sind die Ventile zur Steuerung der einzelnen Druckkammern verbaut. Diese werden entsprechend geschalten, dass die beiden Druckkammern des Hydraulikzylinders miteinander verbunden sind.
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Der Drehantrieb des Anbaugeräts weist vorzugsweise einen Hydraulikmotor, insbesondere einen Radialkolbenmotor auf. Der Hydraulikmotor ist auf das Eindrehen von Schraubfundamenten großer Dimension ausgelegt und weist vorzugsweise ein Drehmoment von mindestens 40.000 Nm auf. Als Schraubfundamente größerer Dimension werden insbesondere Schraubfundamente verstanden, welche einen Durchmesser von wenigstens 30 cm und/oder eine Länge von mindestens 3 m, insbesondere mindestens 4 m aufweisen. Vorzugsweise ist der Hydraulikmotor mit zwei Gängen ausgestattet, wobei dann vorzugsweise der zweite Gang ein Drehmoment von 40.000 Nm und der erste Gang ein Drehmoment von 80.000 Nm bereitstellt.
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Vorzugsweise weist der Drehantrieb eine Mediendurchführung auf. Die Mediendurchführung ist vorzugsweise in Richtung der Rotationsachse des Drehantriebs ausgebildet und führt von dem Anbaugerät in Richtung der Aufnahme für Schraubfundamente. Somit lassen sich Funktionen über Medien wie beispielsweise Druckluft, Wasser oder Öl, insbesondere Hydrauliköl, zum sich drehenden Teil des Anbaugeräts hindurchführen und dort bzw. im Schraubfundament nutzen. Der Wasseranschluss dient dabei vorzugsweise zur Versorgung der Wasserstrahldüse im Inneren des Schraubfundaments und es wird vorzugsweise ein Wasserdruck von mindestens 100 bar bereitgestellt. Der Druckwasseranschluss ist jedoch darüber hinaus für weitere Anwendungen verwendbar.
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Die Aufnahme für Schraubfundamente weist vorzugsweise eine Klemmeinrichtung, insbesondere eine hydraulische Klemmeinrichtung auf. Für die Druckversorgung der Klemmeinrichtung ist insbesondere der Hydraulikkreis des Baggers, welcher über die Mediendurchführung bereitgestellt wird, verwendbar. In einer bevorzugten Ausführungsform greift die Klemmvorrichtung ins Innere des Schraubfundaments hinein und klemmt dasselbe nach außen. In alternativen Ausbildungen liegen Klemmbacken außen am Schraubfundament bzw. innen und außen am Schraubfundament an. Bevorzugt weist die Klemmvorrichtung eine mechanische Verriegelung auf. Ferner bevorzugt ist über die Klemmkraft ein maximal übertragbares Drehmoment definierbar, um gegebenenfalls das Schraubfundament und/oder den Antrieb vor Beschädigung zu schützen. In einer alternativen Ausbildung wird das Schraubfundament über Schraubbolzen mit der Aufnahme für das Schraubfundament verbunden. Üblicherweise werden dabei die Verbindungspunkte am Schraubfundament verwendet, welche nach Einbringen des Schraubfundaments auch für die Verankerung des zu verankernden Gengenstandes, beispielsweise eines Trägers für einen Solardach Carport, verwendet werden.
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Das Schraubfundament weist vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Im hinteren Bereich, d. h. im Bereich an welchem das Schraubfundament mit dem zu verankernden Gegenstand verbunden wird und welcher im eingedrehten Zustand sich im Bereich der Erdoberfläche befindet, weist das Schraubfundament vorzugsweise einen Flansch mit Bohrungen auf, über welchen der zu verankernde Gegenstand mittels Schraubbolzen verbindbar ist. Am gegenüberliegenden Ende des Schraubfundaments weist dieses eine Bohrkrone auf, welche offen ausgestaltet ist, d. h. eine Öffnung zum Inneren des Schraubfundaments bereitstellt. Die im wesentlichen zylindrische Form des Schraubfundaments ist vorzugsweise kaskadiert ausbildbar, d. h. das Schraubfundament weist zumindest zwei Bereiche mit zylindrischen Durchmessern auf, welche zur Bohrkrone hin geringer ausgebildet sind. Zwischen den einzelnen zylindrischen Bereichen weist das Schraubfundament sich verjüngende Bereiche, beispielsweise konische Bereiche auf. Auch ist der Bereich zur Bohrkrone hin konisch verjüngend ausbildbar. Das Schraubfundament weist dabei vorzugsweise eine am äußeren Umfang ausgebildete Schraubwendel auf. Die Schraubwendel ist vorzugsweise an die Bohrkrone anschließend ausgebildet.
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Die Bohrkrone ist in üblicher Weise ausgebildet und weist beispielsweise Zähne auf, welche in die Wandung des Schraubfundaments integriert sind. Die gesamte Bohrkrone ist für harte Böden aus einem Hartmetall ausbildbar. Auch sind die Zähne beispielsweise mit Hartmetall oder mit Diamant bestückbar, um besonders harte Böden durchdringen zu können.
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Die Wasserstrahldüse ist vorzugsweise im Bereich der Bohrkrone angeordnet und steht beispielsweise von der Wandung des Schraubfundaments nach innen hin ab. Vorzugsweise wird die Wasserstrahldüse mit einer Wasserleitung versorgt, welche im Inneren des Schraubfundaments angeordnet ist, d. h. insbesondere an der Innenwand des Schraubfundaments befestigt ist. Die Wasserstrahldüse ist in einer Ausbildungsform von der Bohrkrone weg hin zum hinteren Ende des Schraubfundaments gerichtet, so dass sich der im Betrieb austretende Wasserstrahl parallel zur Wandung des Schraubfundaments erstreckt. Bei alternativen Ausführungsformen ist die Düse derart ausgerichtet, dass sich der Wasserstrahl radial oder tangential in Bezug auf das Schraubfundament ausbildet. Die Düse ist als Flachstrahldüse oder als Kegelstrahldüse ausbildbar, wobei bei einer Kegelstrahldüse ein spitzer Kegelwinkel bevorzugt wird. Bei einer tangentialen Anordnung ist die Düse vorzugsweise derart angeordnet, dass das Wasser die Düse entgegen der Eindrehrichtung des Schraubfundaments verlässt, um ein Verstopfen der Düse zu verhindern. Durch die Verwendung der Wasserstrahldüse wird die Reibung im Schraubfundament an der Innenseite des Schraubfundaments beim Einschrauben reduziert.
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Das Einschraubsystem weist vorzugsweise eine Positionierhilfe auf. Die Positionierhilfe dient dabei insbesondere der Positionierung der Schraubfundamentspitze, d. h. der Bohrkrone. In der Regel ist das Schraubfundament an einer vorbestimmten Position in den Erdboden einzuschrauben. Dieser Einschraubpunkt wird mit der Positionierhilfe definiert. Die Positionierhilfe ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie eine runde äußere Form aufweist, welche im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Bohrkrone entspricht oder geringfügig kleiner ist. Somit lässt sich die Bohrkrone um die Positionierhilfe herum auf dem Erdboden aufsetzen. Anschließend kann das Schraubfundament in Einschraubrichtung ausgerichtet werden, indem das hintere Ende des Schraubfundamentes entsprechend positioniert wird. Die Positionierhilfe weist darüber hinaus vorzugsweise einen Pflock auf, welcher in den Erdboden zur Fixierung eingebracht wird. Als Positionierhilfe wird eine formkongruente Ausbildung zum Schraubfundament bevorzugt, über welche die Position des Schraubfundaments definiert wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Anbaugerät eine Kröpfung auf. Die Kröpfung ist dabei derart ausgebildet, dass die Rotationsachse des Drehantriebs und die Achse des Kuppelbolzens windschief zueinander verlaufen. Somit ist die Rotationsachse des Drehantriebs insbesondere parallel zur Bewegungsebene in der Nullstellung des Tiltantriebs angeordnet. Die Kröpfung hat zum einen den Vorteil, dass beim Aufnehmen des Schraubfundaments in einer liegenden, horizontalen Position vom Erdboden der Tiltantrieb einen größeren Abstand zum Erdboden aufweist und somit das gesamte Anbaugerät einen größeren Abstand zum Erdboden aufweist. Dies ermöglicht eine bessere Handhabung und verhindert eine Beschädigung des Anbaugeräts bzw. des Auslegers. Darüber hinaus wird durch den Achsversatz zwischen Tiltantrieb und Drehantrieb beim Eindrehen ein Drehmoment erzeugt. Der Achsversatz zwischen Drehantrieb und die Eindrehrichtung sind dabei derart ausgebildet, dass das aus dem Achsversatz resultierende Drehmoment dem Eindrehdrehmoment entgegenwirkt. Dadurch werden die Kräfte auf den Aufleger reduziert, was die Genauigkeit des Eindrehvorgangs erhöht.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Ausleger um den Ausleger eines Baggers. Baggerausleger weisen in der Regel drei oder vier Arme auf, welche über Hydraulikzylinder schwenkbar miteinander verbunden sind. Die Schwenkachsen zwischen den einzelnen Armen sind dabei rechtwinklig zur Bewegungsebene ausgebildet, in welcher sich der Ausleger bewegt. Die gesamte Bewegungsebene des Auslegers ist darüber hinaus drehbar am Oberwagen in einer Drehachse und/oder über das Drehgelenk zwischen Ober- und Unterwagen drehbar. Der Bagger ist dabei derart modifiziert, dass der letzte Hydraulikzylinder, über welchen das Anbaugerät verbindbar ist, eine erfindungsgemäße Schwimmstellung aufweist.
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Das erfindungsgemäße Einschraubsystem weist im Wesentlichen vier Elemente, d. h. den Ausleger vorzugsweise samt Bagger, das Anbaugerät, das Schraubfundament und gegebenenfalls eine Positionierhilfe auf. Vom Erfindungsgedanken soll dabei umfasst sein, dass diese vier Elemente auch selbständig ohne die jeweils anderen Elemente offenbart sind und jeweils eine selbstständige Erfindung darstellen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschrauben von Schraubfundamenten mit folgenden Schritten: Aufnehmen des Schraubfundaments aus einer Transportposition des Schraubfundaments mit einem Anbaugerät an einem Ausleger, Schwenken des Schraubfundaments über einen Tiltantrieb, Positionieren der Bohrkrone am Eindrehpunkt auf der Erdoberfläche, Ausrichten der Längsachse des Schraubfundaments in Eindrehrichtung, Einschalten einer Schwimmstellung des Anbaugeräts, Eindrehen des Schraubfundaments, wobei ins Innere des Schraubfundaments Wasser eingespritzt wird.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Einbringen einer Positionierhilfe im Bereich des Erdbodens, insbesondere in den Erdboden, vor dem Positionieren der Bohrkrone des Schraubfundaments. Die Positionierhilfe dient insbesondere dazu, den Startpunkt des Eindrehvorgangs festzulegen. Dabei greift die Positionierhilfe im Wesentlichen formkongruent in die Bohrkrone im Inneren ein. Alternativ kann die Positionierhilfe auch das Schraubfundament umgeben. Bevorzugt weißt die Positionierhilfe eine kreisrunde Außenkontur auf und vorzugsweise einen Dorn, mit welchem sie im Erdboden befestigt bzw. positioniert wird. Bevorzugt wird der Dorn in einem Bohrloch einer Probebohrung befestigt. Probebohrungen werden mit herkömmlichen Erdbohrern durchgeführt und dafür verwendet, den Erdboden zu sondieren und gegebenenfalls das Eindrehmoment aufzuzeichnen. Darüber lassen sich Rückschlüsse auf die vorhandenen Gesteinsschichten ziehen. Die daraus gewonnen Kenntnisse haben einen Einfluss auf den Einschraubvorgang des Schraubfundaments beispielsweise hinsichtlich der Wahl des Schraubfundaments, der Bohrkrone oder das zu erwartende Drehmoment und gegebenenfalls das Einspritzen des Wassers ins Innere des Schraubfundaments.
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In einer ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens werden während des Eindrehens zumindest zwei Hydraulikzylinder derart bewegt, dass das Schaubfundament in Eindrehrichtung gehalten wird. Somit wird der Drehantrieb entlang seiner Rotationsachse bewegt. Hierzu werden vorzugsweise der Hydraulikzylinder zur Höhenverstellung des Auslegers und der Hydraulikzylinder zum Bewegen des Löffelstiels synchron bewegt. Typischerweise übt das Ende eines Arms des Auslegers eine kreisförmige Bewegung aus, sofern lediglich ein Hydraulikzylinder des Auslegers bewegt wird. Beim Eindrehen eines Schraubfundaments muss jedoch das Anbaugerät auf einer Gerade bewegt werden, welche durch die Drehachse des Drehantriebs definiert ist. Andernfalls werden seitliche Kräfte ins Schraubfundament eingeleitet, was zu einer Aufweitung des Bohrlochs und zu einer geringeren Stabilität des Schraubfundaments führt. Zudem werden die Einschraubmomente vergrößert, da es zur erhöhten Reibung kommt. Eine bevorzugte Linearbewegung des Anbaugeräts ist beispielsweise durch eine geeignete gekoppelte Bewegung von zumindest zwei Armen des Auslegers gleichzeitig durchführbar. Diese Koppelbewegung kann beispielsweise über die Steuerung des Auslegers realisiert werden. In einer einfachen Ausbildung ist die Bewegung durch den Fahrzeugführer gekoppelt, welcher über zwei Joysticks die beiden Bewegungen parallel realisiert.
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In einer alternativen Ausbildung wird lediglich ein Arm des Auslegers über einen der Hydraulikzylinder bewegt. Gleichzeitig führt beispielsweise ein Bagger, auf welchem der Ausleger befestigt ist, eine Relativbewegung, insbesondere eine Fahrbewegung in der Gestalt aus, dass das Schraubfundament in Eindrehrichtung gehalten wird und somit das Anbaugerät eine Linearbewegung auf einer Gerade ausführt. Eine derartige Fahrbewegung kann zum einen eine aktive Fahrbewegung, d. h. eine durch den Antriebsmotor des Fahrzeugs, insbesondere des Baggers durchgeführt werden oder durch eine passive Fahrbewegung in der Gestalt, dass sich das Fahrzeug auf Grund der Einschraubbewegung sowie der Bewegung des Auslegers zwangsbewegt wird. Dabei wird der Fahrantrieb kraftfrei geschaltet bzw. entkoppelt. Die Fahrbewegung erfolgt entlang der Bewegungsebene insbesondere in Längsrichtung.
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Über den Ausleger wird während des Eindrehens eine Kraft in Axialrichtung des Schraubfundaments auf das Schraubfundament aufgebraucht. Diese Kraft entspricht dabei einer Vorschubkraft, um das Schraubfundament in den Erdboden einzutreiben. Die Kraft kann insbesondere dahingehend gesteuert werden, dass die Vorschubbewegung des Schraubfundaments mit der Drehbewegung in der Gestalt korreliert, dass das Schraubfundament gemäß der Gewindesteigung eingeschraubt wird. Die Einschraubkraft wird insbesondere über das Fahrzeuggewicht beispielsweise des Baggers aufgebracht, indem dieses zumindest teilweise bevorzugt vom Erdboden angehoben wird. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass bei einem zweiachsigen Fahrzeug sich eine Achse bzw. deren Räder vom Erdboden abheben. Analoges gilt selbstverständlich auch für ein Kettenfahrzeug, indem sich Teile der Kette vom Erdboden abheben.
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Bevorzugt wird das Wasser ins Innere des Schraubfundaments mit einem Wasserdruck von mindestens 100 bar eingespritzt. Durch das Einspritzen von Wasser mit Hochdruck wird die Reibung zwischen dem Erdboden, insbesondere einem Einschraubkuchen im Inneren des Schraubfundaments, und dem Schraubfundament reduziert. Dabei wird das Wasser vorzugsweise entlang der Innenwand des Schraubfundaments entlanggespritzt, um den Einschraubkuchen abzulösen. Die Wasserzuleitung sowie die Düse, über welche das Wasser eingespritzt wird, verbleiben in der Regel im verankerten Schraubfundament und somit im Erdboden. Das unter Druck stehende Wasser wird insbesondere durch die Mediendurchführung im Anbaugerät bereitgestellt und beispielsweise von einem externen Gerät wie einem Hochdruckreiniger erzeugt.
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Zur weiteren Reduzierung der Reibung ist vorzugsweise die Eindrehbewegung zumindest zeitweise von einer Vibration in Radialrichtung überlagert. Die Vibration in Radialrichtung wird beispielsweise über eine Unwucht oder ein Exzenter im Drehantrieb bereitgestellt. Vorzugsweise erfolgt die Radialvibration entgegen der Eindrehrichtung und mit einer größeren Umlaufgeschwindigkeit als die Eindrehgeschwindigkeit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit einem vorstehend beschriebenen Einschraubsystem für Schraubfundamente bzw. mit deren Einzelelementen bestehend aus Ausleger, Anbaugerät, Schraubfundament und Positionierhilfe durchgeführt. Die beschriebenen strukturellen Merkmale der Vorrichtung bzw. deren Einzelelementen sollen somit auch vom Verfahren in bevorzugter Weise erfasst sein.
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Die erfindungsgemäße Lehre wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Einschraubsystems für Schraubfundamente,
- 2 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Einschraubsystems für Schraubfundamente,
- 3a, b eine Seitenansicht und eine Rückansicht eines erfindungsgemäßen Anbaugeräts,
- 4 eine Mediendurchführung an einem erfindungsgemäßen Drehantrieb,
- 5 ein erfindungsgemäßes Schraubfundament samt Bohrkrone an einem erfindungsgemäßen Anbaugerät,
- 6a, b zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Schraubfundaments, und
- 7 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wasserstrahldüse
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In 1 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Einschraubsystems 1 für Schraubfundamente 50 gezeigt. Das Einschraubsystem 1 umfasst einen Ausleger 10 eines Baggers 11. Der Ausleger 10 umfasst drei Arme 12a, b, c. Der vom Bagger 11 am weitesten entfernte Arm 12c wird häufig auch als Löffelstiel bezeichnet. Der Ausleger 10 ist mit dem Bagger 11 bzw. die einzelnen Arme untereinander 12a, b, c sind über Schwenkpunkte 13a, b, c miteinander verbunden. Jeder Schwenkachse 12a, b, c ist zumindest einem Hydraulikzylinder 14a, b, c zugeordnet, um den jeweils angelenkten Arm 12a, b, c zu verschwenken. Die Bewegung der Arme 12a, b, c erfolgt in einer Bewegungsebene 15, welche durch die beiden Koordinaten X und Y definiert ist. Die Schwenkachsen 13a - c sind orthogonal zur Bewegungsebene 15 angeordnet. Am Löffelstiel 12c ist ein Anbaugerät 30 über einen Löffelbolzen 16 und einen weiteren Hydraulikzylinder 17 verbunden. Am gegenüberliegenden Ende des Anbaugeräts 30 ist ein Schraubfundament 50 mit demselben verbunden. Der Löffelbolzen 16 dient ebenfalls als Schwenkachse und ist orthogonal zur Bewegungsebene 15 angeordnet. Über den Löffel-Hydraulikzylinder 17 ist das Anbaugerät um die Achse des Löffelbolzens 16 schwenkbar. Der Pfeil Y', welcher sich in negativer Y-Richtung erstreckt, zeigt die lineare Bewegung, welche der Löffelbolzen 16 im Laufe des Einschraubvorganges durchführt. Die Bewegungsrichtung Y' erstreckt sich dabei parallel zur Längsachse I des Schraubfundaments 50.
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In der in 1 gezeigten Ausbildung weist der Löffelbolzen 16 einen Achsversatz zur Schraubfundamentlängsachse I auf, so dass die Bewegungsrichtung Y' parallel zur Längsrichtung I ausgebildet ist. In alternativen Ausbildungen kann der Löffelbolzen 16 auch auf der Längsrichtung I des Schraubfundaments 50 angeordnet sein.
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In 2 ist der Ausleger 10 des Baggers 11 in einer Vorderansicht gezeigt. Das Anbaugerät 30 weist einen Tiltantrieb 31 auf, mittels welchem ein Drehantrieb 32 um eine Tiltachse t verschwenkbar ist. Die Tiltachse t verläuft hier in der Bewegungsebene 15. Die Tiltachse t kann in alternativen Ausbildungen auch parallel zur Bewegungsebene 15 ausgebildet sein. In 2 ist, im Gegensatz zu 1, der Drehantrieb 32 samt Aufnahme 33 um ca. 90° verschwenkt, um das Schraubfundament 50 vom Boden aufzunehmen. Durch die Verschwenkung des Tiltantriebs lässt sich das Schraubfundament 50 mit dem Drehantrieb 32 über eine Aufnahme 33 in einfacher Art und Weise koppeln und aus einer horizontalen Bereitstellungsposition aufnehmen. Die Aufnahme 33 weist in der hier gezeigten Ausführung einen Flansch 34 auf, welcher mit einem Schraubfundamentflansch 51 verschraubt ist. Der Tiltantrieb 31 ist derart ausgebildet, dass eine Verschwenkung wie hier gezeigt, um mindestens 90° aus der Bewegungsebene 15 bzw. einer Neutralstellung möglich ist. Durch den Tiltantrieb 31 ist ein einfaches Koppeln des Schraubfundaments 50 mit der Aufnahme 32 in einer liegenden Position des Schraubfundaments 50 möglich. Zum zweiten erleichtert dies auch das Aufrichten des Schraubfundaments 50 in eine vertikale Ausrichtung, welche einer Einschraubausrichtung entspricht. Durch den Tiltantrieb 31 ist es möglich, dass Schraubfundament 50 frei schwebend in die vertikale Position zu verbringen. Dies hat insbesondere dann Vorteile, wenn der Untergrund durch das hohe Gewicht des Schraubfundaments sowie die sehr harte Bohrkrone nicht beschädigt werden darf.
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In 3a ist eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Anbaugeräts gezeigt. Im oberen Bereich weist das Anbaugerät 30 zwei Bohrungen 35a, b auf, wobei die die Bohrung 35a zur Durchführung des Löffelbolzens 16 und die Bohrung 35b zum Verbinden mit dem Hydraulikzylinder 17 mittels eines Koppelbolzens vorgesehen ist. Hier ist ebenfalls ein Versatz zwischen dem Zentrum der Bohrung 35a und der Schraubfundamentlängsrichtung I, welche ebenfalls der Drehachse I des Drehantriebs 32 entspricht, vorhanden. Unterhalb der Bohrungen 35a, b ist der Tiltantrieb 31 angeordnet. Dieser ist ebenfalls in 3b gezeigt. Der Tiltantrieb umfasst einen Hydraulikmotor. Der Tiltantrieb 31 weist einen asymmetrischen Verschwenkbereich auf, welcher in 3b gezeigt wird. Aus der Horizontalen bzw. Neutralstellung umfasst die Auslenkung nach links 95°. Dieser Verschwenkbereich wird insbesondere genutzt, um das Schraubfundament 50 aus einer horizontalen, liegenden Position aufzunehmen. Nach rechts weist der Tiltantrieb 31 einen Verschwenkbereich von 25° auf, welche insbesondere zum Winkelausgleich beim Einschraubvorgang genutzt wird. Insgesamt weist der Tiltantrieb 31 einen Verschwenkbereich von 120° auf. Das Anbaugerät 30 ist mit einer Kröpfung ausgebildet, welche zu einem Versatz k der Drehachse I zum Mittelpunkt des Tiltantriebs 31 führt. Das Anbaugerät 30 weist ein Gummielement 36 als Puffer auf. Der Puffer 36 schützt insbesondere das Anbaugerät 30 bzw. den darunterliegenden Boden beim Aufnehmen eines Schraubfundaments 50. In 3a ist eine Ablegehalterung 37 gezeigt. Die Ablegehalterung 37 umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Aufnahme für einen nicht gezeigten Ablagedorn. Die zentrale Achse der zylindrischen Aufnahme der Ablagehalterung verläuft in oder nahe dem Schwerpunkt des Anbaugeräts 30. Dadurch kann das Anbaugerät 30 in einfacher Art und Weise auf einem Ablagezapfen abgelegt und auch von diesem wieder aufgenommen werden, insbesondere wenn Schnellwechselkupplungen zum Koppeln des Anbaugeräts 30 am Ausleger 10 verwendet werden. Der Drehantrieb 32 umfasst einen Radialkolbenhydraulikmotor und ist mit der Aufnahme 33 verbunden. Die Aufnahme 33 weist an ihrem untern Ende einen Flansch 34 auf, über welchen das nicht gezeigte Schraubfundament 50 verbindbar ist.
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In 4 ist eine Mediendurchführung 38 im Drehantrieb 32 hin zur nicht gezeigten Aufnahme 33 dargestellt. Die Mediendurchführung 38 umfasst Anschlüsse für zwei Hydraulikkreise (A1, A2 und B1, B2) Wasser, insbesondere unter Hochdruck stehendes Wasser für Versorgung einer Einspritzdüse 52 (W), Druckluft (AIR), eine Leckageölleitung (L) sowie einer Safety-Leitung (S) um sicherzustellen, dass bei Versagen einer Dichtung kein Öl ins Wasser gelangt. Jede einzelne Leitung der Mediendurchführung 38 weist jeweils an ihrem Ende eine Schnellwechselkupplung 39 für die jeweilige weiterführende Schlauchverbindung auf.
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In 5 ist das Schraubfundament 50 eines Einschraubsystems 1 an einem Anbaugerät 30 gezeigt. Das Schraubfundament 50 ist an seinem Flansch 51 über eine Vielzahl von Schraubbolzen 53 mit der Aufnahme 33 des Anbaugeräts 30 verbunden. Am gegenüberliegenden Ende weist das Schraubfundament 50 eine Bohrkrone 54 auf. Die Bohrkrone 54 weist einzelne Zähne 55 auf. Im vorderen Bereich des Schraubfundaments ist an seiner Wandung außen eine Schraubwendel 56 angebracht.
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6a und b zeigen Querschnitte von erfindungsgemäßen Schraubfundamenten 50, welche abweichend zu den in den vorstehenden Figuren gezeigten Schraubfundamenten einen konischen Bereich aufweisen. Das Schraubfundament 50 gemäß 6a weist im oberen Bereich an einem ersten zylindrischen Abschnitt 57 samt Flansch 51 auf. Der zylindrische Abschnitt 57 geht in einen konischen Abschnitt 58 über, an welchem die Schraubwendel 56 angeordnet ist. Im vorderen Bereich an den konischen Abschnitt 58 anschließend ist ein zweiter zylindrischer Abschnitt 59 angeordnet, welcher in der Bohrkrone 54 mit Zähnen 55 endet. Die Innenkontur des Schraubfundaments 50 erfolgt im Wesentlichen der Außenkontur, so dass das Schraubfundament 50 eine über seine Länge gleichbleibende Materialstärke aufweist. Beim Einschrauben des Schraubfundaments 50 in den Erdboden 2 wird ins Innere des Schraubfundaments 50 ein sogenannter Einschraubkuchen 3 gepresst. Der Durchmesser des Einschraubkuchens 3 wird dabei vom Innendurchmesser der Bohrkrone 54 definiert. In den 6a und b behält der Einschraubkuchen 3 seine äußere Form und wird nicht durch den Wasserstrahl der Einspritzdüse 52 zerstört. Dies wird dadurch erreicht, dass der Wasserstrahl entlang der inneren Wandung des Schraubfundaments 50 von der Bohrkrone nach oben weg gerichtet ist. Die Einspritzdüse 52 wird dabei über eine Versorgungsleitung 60 versorgt, welche an ihrem der Einspritzdüse 52 gegenüberliegenden Ende eine Schnellkupplung 61 zum Verbinden mit der Mediendurchführung 38 aufweist. Die Versorgungsleitung 60 ist an der Innenseite des Schraubfundaments 50 befestigt. Die Versorgungsleitung 60 ist zweigeteilt ausgebildet, wobei im unteren Bereich die Versorgungsleitung als Metallrohr mit dem Schraubfundament verschweißt ist und im oberen Bereich als flexible Verbindungsleitung zum Verbinden mit der Mediendurchführung 38 ausgebildet ist.
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6b zeigt eine alternative Ausbildung eines erfindungsgemäßen Schraubfundaments, welches lediglich einen ersten zylindrischen Bereich 57 und ein daran anschließenden konischen Bereich 58 aufweist. Der konische Bereich 58 weist an seinem unteren Ende die Bohrkrone 54 mit Zähnen 55 auf. Beide Ausbildungen mit konischen Abschnitten haben den Vorteil, dass die Länge, über welche der Einschraubkuchen 3 an der Innenseite des Schraubfundaments 50 anliegt, verringert wird. Durch den nach oben sich vergrößernden Durchmesser des Schraubfundaments 50 entsteht ein Ringspalt 62 zwischen Innenwand des Schraubfundaments und Einschraubkuchen 3. Wie in den 6 gezeigt, liegt das obere Ende des Einschraubkuchens 3 unterhalb des Erdbodens 2, da der Einschraubkuchen 3 während des Einschraubens komprimiert und zusammengepresst wird.
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In 7 ist eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 52 gezeigt. Die Figur zeigt einen Abschnitt der Innenwand eines erfindungsgemäßen Schraubfundaments 50. Auf der linken Seite der Abbildung ist ein Zahn 55 der Bohrkrone 54 gezeigt. Von der Einspritzdüse 52 nach rechts erstreckt sich die Versorgungsleitung 60, welche zum gegenüberliegenden Ende des Schraubfundaments 50 führt. Die Versorgungsleitung 60 ist in dem gezeigten Abschnitt als Metallleitung ausgebildet und an mehreren Punkten mit der Innenwand des Schraubfundaments 50 verschweißt. Die Einspritzdüse 52 ist ebenfalls aus Metall gebildet und mit der Innenwand des Schraubfundaments 50 verschweißt. Die Einspritzdüse weist in Eindrehrichtung, d. h. nach unten hin, eine Kerbe 63 auf. Eine Auslassöffnung 64 der Einspritzdüse 52 ist radial zur Mitte des Schraubfundaments 50 hin ausgebildet, so dass das Wasser um 90° in der Einspritzdüse 52 umgeleitet wird. In alternativen Ausbildungen kann die Auslassöffnung auch tangential ausgebildet sein, so dass das Wasser ebenfalls um 90° umgeleitet wird. Dies wäre in 7 ein Wasserstrahl nach oben. In einer weiteren alternativen Ausbildungsform wird das Wasser aus der Versorgungsleitung 60 um 180° umgeleitet und verlässt die Einspritzdüse 52 in einer Auslassöffnung 64 derart, dass es entlang der Innenwand des Schraubfundaments von der Bohrkrone 54 weg eingespritzt wird. Das würde in 7 ein Strahl nach rechts sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einschraubsystem
- 2
- Erdboden
- 3
- Einschraubkuchen
- 10
- Ausleger
- 11
- Bagger
- 12a, b, c
- Arm
- 13a, b, c
- Schwenkpunkte
- 14a, b, c
- Hydraulikzylinder
- 15
- Bewegungsebene
- 16
- Löffelbolzen
- 17
- Hydraulikzylinder
- 30
- Anbaugerät
- 31
- Tiltantrieb
- 32
- Drehantrieb
- 33
- Aufnahme
- 34
- Flansch
- 35a, b
- Bohrung
- 36
- Puffer
- 37
- Ablegehalterung
- 38
- Mediendurchführung
- 39
- Schnellwechselkupplung
- 50
- Schraubfundament
- 51
- Schraubfundamentflansch
- 52
- Einspritzdüse
- 53
- Schraubbolzen
- 54
- Bohrkrone
- 55
- Zähne
- 56
- Schraubwendel
- 57
- zylindrischer Abschnitt
- 58
- konischer Abschnitt
- 59
- zweiter zylindrischer Abschnitt
- 60
- Versorgungsleitung
- 61
- Schnellkupplung
- 63
- Kerbe
- 64
- Auslassöffnung
- Y'
- Bewegungsrichtung
- I
- Längs- bzw. Drehachse
- t
- Tiltachse
- k
- Versatz
