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Aluminiumummantelte Elektrode zur Bodenverfestigung Die Erfindung
betrifft eine Elektrode zur Bodenverfestigung, die aus einem mit Aluminium ummantelten
Kern besteht. Solche Elektroden werden in bestimmten Abständen in den Erdboden eingelassen
und dann an eine Gleichstromquelle angeschlossen, wodurch der Boden verfestigt und
entwässert wird sowie seine Ouellfähigkeit verliert. Bisher sind Pfähle, Stangen
oder Rohre aus Aluminium für die elektroosmotische Bodenverfestigung verwendet worden.
Da nun Aluminium ein Metall von geringer Festigkeit ist, konnten diese Verfahren
nicht allgemein angewendet werden. Dagegen wäre diesen Verfahren ein erweitertes
Anwendungsgebiet zu erschließen, wenn man Elektroden verwenden würde, die die mechanischen
Eigenschaften des Stahles besitzen und sich mit wirtschaftlich vertretbaren Kosten
in den Erdboden einbringen lassen. Das Eintreiben oder Eingraben entsprechend langer
Aluminiumelektroden ist nämlich auf Grund des hierzu notwendigen Arbeits- und Materialaufwandes
zu kostspielig. Außerdem ist die Widerstandsfähigkeit solcher Elektroden gegen die
beim Eintreiben auftretenden Schlag- und Knickbeanspruchungen sehr gering, so daß
aus diesem Grund größere Tiefen damit nicht erreicht werden konnten. Ferner ist
eine Elektrode für dieses Verfahren bekannt, die aus einem Holzpfahl mit einem Mantel
aus Aluminiumblech besteht. Damit kann der Anteil des Aluminiums auf die für die
Verfestigung erforderliche Menge beschränkt werden. Der Rammwiderstand eines solchen
Pfahles ist jedoch verhältnismäßig groß, außerdem erfordert das Eintreiben eines
langen Pfahles ein hohes Rammgerüst.
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Mit der Erfindung sollen demgegenüber mechanisch widerstandsfähige
Elektroden geschaffen werden, die mit einem relativ geringen Kostenaufwand sowohl
hergestellt als auch in den Erdboden eingebracht werden können. Vor allem soll damit
eine Verfestigung auch tiefer gelegener Bodenschichten möglich sein, die z. B. 10
bis 20 m unter der Erdoberfläche liegen.
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Demnach wird mit der Erfindung in erster Linie vorgeschlagen, daß
die aus einem mit Aluminium ummantelten Kern bestehende Elektrode aus mehreren miteinander
verbundenen Teilstücken besteht, deren Verbindungsstellen vorn gleichen Durchmesser
wie die Teilstücke selber sind, und daß die Teilstücke einen hohlen oder vollen
Stahlkern aufweisen. Der Stahlkern gibt den Teilstücken bzw. der gesamten Elektrode
einen hinreichenden mechanischen Halt sowie die erforderlichen Widerstandsfähigkeit
gegen die auftretenden Knickbeanspruchungen. Bekanntlich fällt nach Ablauf der sogenannten
kritischen Zeit der Stromdurchgang auf einen sehr niedrigen Wert ab, und daher wird
nach Ablauf dieser Zeit fast kein Aluminium mehr abgetragen. Die vorgeschlagene
Elektrode ermöglicht es nun, die Stärke der Aluminiumschicht gerade so stark zu
wählen, daß sie nach Ablauf der kritischen Zeit abgetragen ist und dann der Stahlstab
mit den chemisch umgewandelten Zonen des Untergrundes direkt zusammenfällt. Um die
Elektrode entsteht somit, wie bereits bekannt ist, eine zylinderförmige Zone aus
verfestigtem Boden, dessen zentrales tragendes Element aber aus einem sehr widerstandsfähigen
Material, nämlich Stahl, besteht.
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Es bereitet keine Schwierigkeiten, ein Teilstück der Elektrode nach
dem anderen in den Erdboden einzutreiben, wobei das einzutreibende Teilstück entsprechend
mit dem oberen Ende des bereits in der Erde befindlichen Teilstückes verbunden wird.
Die Teilstücke können z. B. 1 oder 2 m lang sein, so daß die zu ihrem Eintreiben
notwendigen Rammvorrichtungen demnach relativ kurz und in einfacher Weise zu transportieren
sowie auf- und abzubauen sind.
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Da die Teilstücke an ihren Verbindungsstellen den gleichen Durchmesser
wie in ihrem übrigen Bereich aufweisen, liegt das Erdreich vorteilhafterweise über
der gesamten Länge der Stabelektrode gleichmäßig an deren Oberfläche an, wodurch
ein entsprechend gleichförmiger Stromaustritt und eine regelmäßige Bodenverfestigung
erzielt wird.
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Zusammengefaßt ergibt sich, daß diese Elektroden nicht nur in wirtschaftlicher
Weise hergestellt werden, sondern vor allem auch mit einem relativ geringen Kostenaufwand
in jede der hier in Frage kommenden Tiefen einwandfrei eingetrieben werden können.
Gleichzeitig wird um die Stäbe herum auf deren gesamter Länge eine regelmäßige und
optimale Bodenverfestigung erreicht.
Die Enden der Elektrodenteilstücke
brauchen nicht unmittelbar aneinanderzuliegen, sondern können auch über die noch
näher zu beschreibenden Kupplungsstücke miteinander verbunden werden. In diesem
Fall empfiehlt es sich, die Kupplungsstücke so auszubilden, daß zumindest ihre mit
dem Erdreich in Berührung kommende Oberfläche aus Aluminium bzw. einer Aluminiumverbindung
besteht.
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Der Spannungsabfall über die gesamte Elektrodenlänge ist vorteilhafterweise
relativ klein, so daß im unteren wie im oberen Elektrodenbereich etwa die gleiche
Bodenverfestigung eintritt.
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Es sind zwar Erder aus einem Stahlkern und einem Kupfermantel bekannt,
deren Querschnitt zur Vergrößerung der Kontaktfläche etwa kreuzförmig ist. Für die
Bodenverfestigung wäre eine solche Querschnittsform jedoch ungeeignet, da auf Grund
der konkaven bzw. hohlkehlenartigen Ausbildung der Stabseiten keine wesentliche
Vergrößerung der verfestigten Bodensäule erreicht werden kann. Gemäß einem weiteren
Vorschlag der Erfindung ist dagegen vorgesehen, daß der Querschnitt der Elektrode
gestreckt, z. B. ellipsenförmig ist, womit bei gleichbleibendem Elektrodenquerschnitt
eine entsprechend größere Querschnittsfläche des Erdbodens verfestigt wird.
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Die Verbindung der Elektrodenteilstücke kann durch Verformung von
Einlagen, von Kupplungsstücken oder der Teilstücke selber erfolgen. Der sich verformende
Teil kann dabei in Hinterschneidungen, Aussparungen od. dgl. eindringen. Solche
Verbindungen sind an sich schon bei Erdern bekannt bzw. vorgeschlagen worden. In
Weiterbildung des Erfindungsgedankens dienen sie aber bei derartigen, der Bodenverfestigung
dienenden Stahl-Aluminium-Elektroden dazu, die Teilstücke elektrisch und mechanisch
besonders günstig miteinander zu verbinden.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen
zu entnehmen. In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Elektrode gemäß
der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 im Längsschnitt eine
aus mehreren Teilstücken zusammengesetzte Elektrode, wobei die einzelnen Teile bereits
in ihrer endgültigen Lage sind, F i g. ? einen Ausschnitt aus F i g. 1 im vergrößerten
Maßstab vor Durchführung des Eintreibvorganges, F i g. 3 im Längsschnitt ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die einzelnen Teile sich in ihrer endgültigen
Lage befinden, F i g. 4 im vergrößerten Maßstab ein Kupplungsstück gemäß F i g.
3, F i g. 5 ebenfalls im vergrößerten Maßstab das Ende eines der Elektrodenteilstücke
gemäß F i g. 3, F i g. 6 und 7 ebenfalls im Schnitt eine andere Verbindungsart zweier
Elektrodenteilstücke und F i g. 8 und 9 zwei verschiedene. Ausführungsbeispiele
der Ausbildung der Elektrodenteilstücke.
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In dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 sind für die Verbindung
der Elektrodenteilstücke 1 Kupplungsstücke 2 vorgesehen, die durch einen Spreizstift
3, der einen Bund 4 aufweist, zusammengehalten sind.
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Gemäß F i g. ? weisen die Kupplungsstücke 2 nahe ihren Stirnflächen
5 eine Außenwulst 6 sowie eine Innenwulst 7 auf. im Anschluß an die Außenwulst 6
ist eine Hinterschneidung 8 vorgesehen, an die sich ein Mittelteil 9 und
ein Ansatz 10 anschließen, wobei der Übergang vom Mittelteil 9 zum Ansatz 10 durch
eine Anfasung 11. gebildet wird, die schräg von innen nach außen in Richtung zur
Stirnfläche 5 verläuft. Hierbei ist der Innendurchmesser der Innenwulst 7 kleiner
als der Außendurchmesser des Spreizstiftes 3.
Der Außendurchmesser des Außenwulstes
6 und des Mittelteiles 9 ist gleich oder geringfügig kleiner als der Innendurchmesser
des rohrförmigen Elektrodenteilstücks 1, so daß das Elektrodenteilstück 1 so weit
über das Kupplungsstück geschoben werden kann, daß seine Anfasung 12 an der Anfasung
11 anliegt.
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Beim Eintreiben der Elektrodenteile wird wie folgt vorgegangen: Am
unteren Elektrodenteilstück 1 wird eine Spitze 13 befestigt. Die Spitze 13 ist mit
einem Stift 34 versehen. Auf diesen Stift wird eines der Kupplungsstücke 2 so weit
aufgeschoben, bis die Stirnfläche des Stiftes zur Anlage an die Innenwulst 7 kommt.
Alsdann wird eines der Elektrodenteilstücke so weit auf das Kupplungsstück aufgeschoben,
bis seine Anfasung 12 an der entsprechenden Anfasung 11 anliegt. Anschließend wird
in das andere Ende des Teilstückes ein Kupplungsstück mit nach unten gerichteter
Stirnfläche eingeführt, so daß dort ebenfalls die Anfasungen 11, 12 aneinanderliegen.
Alsdann wird ein Spreizstift 3 mit Bund 4 nach unten so weit in das Kupplungsstück
eingesteckt, bis ebenfalls seine Stirnfläche an die entsprechende Innenwulst 7 zur
Anlage kommt. Dann wird ein Schlagkopf 14 auf den Bund 4
aufgesetzt,
wobei das nach oben gerichtete Ende des Spreizstiftes 3 in einer Bohrung 15 des
Schlagkopfes Platz findet. Alsdann wird mit einem Preßlufthammer od. dgl. auf den
Schlagkopf 14 geschlagen. Hierdurch drücken die Spreizstifte 3 die Innenwülste 7
nach außen, so daß letztlich die Teile die Formgebung gemäß F i g. 1 erhalten. Die
Anfasungen 11, 12 verhindern dabei, daß die Rohrenden nach außen ausweichen.
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Um die Verformung der Kupplungsstücke an ihren Stirnflächen zu erleichtern,
sind dort Schlitze 16 vorgesehen. Ferner kann am Übergang von der Innenbohrung 17
der Kupplungsstücke zur Innenwulst 7 eine konische Fläche 1.8 vorgesehen sein, die
ebenfalls zur Erleichterung dieser Verformung dient. Sobald der Bund 4 an den Stirnflächen
19 der Ansätze 10 anliegt, ist der Verformungsvorgang endgültig beendet. Ist dann
dieses Teilstück genügend weit in den Boden eingetrieben, so wird nach Abnahme des
Schlagkopfes auf das frei nach oben ragende Ende des Spreizstiftes 3 ein weiteres
Kupplungsstück 2 aufgesetzt. Auf dieses wird dann ein weiteres rohrförmiges Elektrodenteilstück
1 aufgesteckt, das an seinem oberen Ende ebenfalls mit einem Kupplungsstück
2 und einem Spreizstift 3 mit Bund 4 versehen wird. Alsdann wird der Eintreibvorgang
wiederholt usf., bis die gewünschte Tiefe erreicht ist.
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Eine ähnliche Verspannung der Teile miteinander ist auch durch das
Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 3 bis 5 erzielbar. Dort sind rohrförmige Elektrodenteilstücke
20 an ihren Enden 21 konisch ausgebildet und laufen in einen kurzen zylindrischen
Teil 22 aus, der Schlitze 23 aufweist. Zur Verbindung zweier Teilstücke ist hier
ein einziges Kupplungsstück 24 mit konischen, nicht ganz durchgehenden Bohrungen
25 vorgesehen, wobei die entgegengesetzt liegenden Bohrungen 25 in Hintersehneidungen
26
und Vorsprüngen 33 auslaufen. Die Bodenflächen 27
dieser
Bohrungen fallen von innen nach außen ab. Die Schlagspitze 28 ist mit einer konischen
Innenbohrung entsprechend den Bohrungen 25 versehen und kann auch eine Hinterschneidung
26 sowie eine Bodenfläche 27 gemäß den Kupplungsstücken aufweisen. Der zum Eintreiben
verwendete Schlagkopf 29 übergreift mit einem Bund 30 das Kupplungsstück und weist
einen zapfenähnlichen Ansatz 31 auf, der frei gleitbar in die Bohrung 25 einfuhrbar
ist.
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Sind die Teilstücke und die Kupplungsstücke aufeinandergesteckt und
wird auf das obere freie Ende des Kupplungsstückes der Schlagkopf 29 aufgesetzt,
so werden durch den Eintreibvorgang die Enden der Teilstücke 20 auseinandergespreizt,
so daß sie in die Hinterschneidungen 26 eindringen. Dieser Vorgang wird durch die
Schräge der Bodenflächen 27 sowie durch die Schlitze 23 gefördert. Gleichzeitig
erfolgt auch noch ein Verklemmen der konischen Enden der Teilstücke mit der konischen
Innenbohrung der Kupplungsstücke. Ebenso wie bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel
erfolgt hierbei auch ein Verbinden zwischen der Schlagspitze 28 und dem unteren
Ende des dazugehörigen Teilstückes. Insgesamt wird hier also gewissermaßen eine
Nietverbindung zwischen den Teilstücken und den Kupplungsstücken geschaffen, wie
es die F i g. 3 zeigt.
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Der Außendurchmesser der Kupplungsstücke 24
ist gleich dem Außendurchmesser
der Teilstücke 20,
so daß auch in diesem Bereich ein Kontakt zwischen Kupplungsstück
und Erdreich vorliegt.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 6 und 7 bestehen die
Elektroden aus Teilstücken 35 und 36. An einem Ende ist jedes dieser Teilstücke
mit einem Zapfen 37 mit einer nutförmigen Eindrehung 38 und einer konischen Spitze
39 versehen. . Am anderen Ende jedes Teilstückes befindet sich eine zylindrische
Ausnehmung 40 mit einer nutförmigen Hinterdrehung 41, wie dies an Hand des
Teilstückes 35 dargestellt ist.
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Bevor der Zapfen 37 in die Ausnehmung 40 eingesteckt wird, ist in
diese eine zylindrische Einlage 42 aus Blei eingelegt worden (F i g. 6).
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Werden nun durch Schläge mittels eines Preßlufthammers od. dgl. die
Teilstücke in den Erdboden eingetrieben - hierzu wird sinngemäß auf die vor- , stehenden
Ausführungen zu den F i g. 1 bis 5 verwiesen -, so verformt sich die Einlage 42
derart, daß sie als deformierte Einlage 42' gemäß F i g. 7 die als Ausweichräume
dienenden Hohlräume zwischen dem Zapfen 37 und der Wandung der Ausnehmung ;
40 und dabei insbesondere die nutförmigen Eindrehungen 38 und 41 ausfüllt.
Es hat sich gezeigt, daß somit die Bleieinlage die beiden Teilstücke nicht nur in
einwandfreier Weise mechanisch miteinander verbindet, sondern darüber hinaus auch
einen den obigen Anforderungen genügenden elektrischen Kontakt herstellt. Selbstverständlich
können die Ausnehmungen bzw. Einschnürungen, in die die Bleieinlage eindringt, anders
als im Ausführungsbeispiel dargestellt profiliert sein. E Ähnlich wie bei den zuvor
beschriebenen Ausführungsbeispielen sind auch hier Schlagkopf und Schlagspitze entsprechend
der Ausbildung der Teilstücke diesen angepaßt, d. h. mit entsprechenden Zapfen,
Ausnehmungen usw. versehen. s Der Vollständigkeit halber sei in den F i g. 8 und
9 der Querschnitt einer solchen Elektrode gezeigt. Gemäß F i g. 8 besteht sie aus
einem Stahlrohr 43
mit aufgalvanisiertem Aluminiummantel 44. Selbstverständlich
könnte an Stelle des Stahlrohres 43 auch ein entsprechender Massivstab gewählt werden.
Wesentlich ist, daß die Stahleinlage bzw. die gesamte Elektrode den beim Eintreiben
auftretenden mechanischen Beanspruchungen gewachsen ist.
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Gemäß F i g. 9 ist ein im Querschnitt ellipsenförmiger Kern 45 aus
Stahl vorgesehen, der eine ebenfalls aufgalvanisierte Ummantelung 46 aus Aluminium
aufweist.
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In allen gezeigten Ausführungsbeispielen liegt infolge der gleichbleibenden
Durchmesser das Erdreich fest an den Elektroden an, so daß der Strom unmittelbar
von der Elektrode in das Erdreich übergeht, wobei der Übergangswiderstand an dieser
Stelle entsprechend klein ist.