DE1484397B2 - Verfahren zum Eintreiben und Ziehen von Pfählen - Google Patents

Description

men gemäß der Erfindung mit wesentlich verminder- z. B. auf einer Trommel (nicht gezeichnet) aufgewikter Geräuschentwicklung, und da der Untergrund in- kelt werden kann, die unmittelbar unterhalb der Auffolge des beschriebenen Vorgangs nicht zum Mit- wickeltrommel D liegt.

schwingen veranlaßt wird, bestehen für die Umge- Wie in den Fig. 3 und 5 dargestellt, besteht die

bung keinerlei Gefahren infolge von Erschütterun- 5 Motor-Vibrator-Einheit 13 aus einer Turbine 22 und

gen. Das Verfahren nach der Erfindung ist deshalb einem von der Turbine 22 angetriebenen Vibrator

besonders dann sehr vorteilhaft, wenn in der Nähe 23. Die Turbine 22 hat ein rohrförmiges Gehäuse 24,

bereits bestehender Bauten Pfahlgründungen großen das an seinem unteren Ende abgesetzt ist und dort

Umf angs vorgenommen werden müssen. Ein weiterer eine ringförmige, nach unten gerichtete Schulter 25

wesentlicher Fortschritt besteht darin, daß mit dem io sowie einen abgesetzten unteren Teil 26 bildet, der

Verfahren Pfähle in beliebige Tiefen eingerammt fest in die Mittelbohrung 27 eines Montageflansches

werden können, da der »Fließeffekt« völlig unabhän- 28 eingepaßt ist. Der Teil 26 steht etwas nach unten

gig von der Eindringtiefe ist. Das Verfahren eignet über den Montageflansch 28 hinaus und trägt einen

sich ferner auch für ungünstigste Bodenarten. Selbst Ring 29, der unmittelbar unter ihm auf dem Teil 26

in Eis sind Pfähle schnell und mühelos eintreibbar, 15 sitzt und, wie gezeigt, in enger Verbindung mit dem

was bisher bekanntlich kaum möglich war. Montageflansch 28 steht. Das obere Ende des hül-

Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich senförmigen Anpassungsgliedes 12 ist über den Ring

aus den Unteransprüchen. In der Zeichnung sind 29 nach oben geschoben, steht in Verbindung mit

Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dem Montageflansch 28 und wird dort unverrückbar

dargestellt, und zwar zeigt 20 mittels gezahnter Unterlegkeile 30 festgehalten, die

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum ihrerseits durch einen Keilring 31 nach innen gepreßt

Einrammen von Pfählen, werden. Der Keilring 31 paßt in einen nach unten ge-

F i g. 2 eine Seitenansicht einer Aufhängevorrich- richteten, ringförmigen Flansch 32 am äußeren

tung gemäß Fig. 1, wobei einzelne Teile durchbro- Rande des Montageflansches 28 und wird durch die

chen gezeichnet sind, 35 Schrauben 33 nach oben gezogen, die durch den

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den an das obere Montageflansch 28 und den Keilring 31 hindurchrei-

Ende des Pfahles angekoppelten Vibrator, chen. Hierdurch werden die Unterlegkeile 30 nach

F i g. 3 a einen Querschnitt nach der Linie 3 a-3 α innen gezogen und an das Anpassungsglied 12 ge-

vonFig. 3, klemmt. Falls ein rohrförmiger Pfahl eingetrieben

F i g. 4 einen Querschnitt nach der Linie 4-4 von 30 werden soll, kann das Anpassungsglied 12 weggelas-

Fig.3, sen und der rohrförmige Pfahl direkt mit dem Mon-

F i g. 5 eine im Längsschnitt gezeichnete Teilan- tageflansch 28 und dem Gehäuse 24 in der gleichen

sieht einer Kupplung zwischen dem Anpassungsglied Weise verbunden werden,
des Vibrators und dem Pfahl, ■ Der Vibrator 23 hat ein äußeres, zylindrisches Ge-

F i g. 6 einen Querschnitt nach der Linie 6-6 von 35 häuse 35, das mit dem unteren Teil 26 des Turbinen-

Fig. 5, gehäuses — bei 35a erkennbar — verschweißt ist;

F i g. 7 eine gegenüber F i g. 3 abgewandelte Aus- das Turbinengehäuse, das Vibratorgehäuse und das

führungsform des Vibrators, Anpassungsglied 12 sind somit fest miteinander ver-

F i g. 8 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum bunden. Das untere Ende des Anpassungsgliedes 12

Einrammen von Pfählen, bei der harmonische Ober- 40 (s. F i g. 5 und 6) steht seinerseits starr mit dem obe-

schwingungen auftreten, ren Ende des Pfahles 10 in Verbindung. Wie weiter

F i g. 9 einen Schnitt nach der Linie 9-9 von erkennbar wird, hat das Anpassungsglied 12 an sei-

Fig. 8, nem unteren Ende eine Manschette 36, die dazu be-

Fig. 10 eine vergrößerte Schnittzeichnung nach stimmt ist, Keilringsegmente 37 aufzunehmen, die ih- ;'

der Linie 10-10 von F i g. 9, und 45 rerseits mittels Schraubenbolzen 38 α und Muttern 38"

F i g. 11 ein Diagramm, das den Schwingungsver- in das untere Ende des Anpassungsgliedes 12 hineinlauf im Pfahle darstellt, wenn dieser durch den Vi- gezogen werden. Diese Keilringsegmente 37 drücken brator der F i g. 8 bis 10 erregt wird. auf die gewellten, äußeren Flächen gezahnter Fangin F i g. 1 bezeichnet die Ziffer 10 einen üblichen keile 39, die ihrerseits an gegenüberliegenden Flan-Pfahl aus Stahl mit H-förmigem Querschnitt, der in 50 sehen des einen H-förmigen Querschnitt aufweisenden Erdboden 11 eingerammt werden soll. Dabei ist den Pfahles 10 anliegen, der in das manschettenfördarauf hinzuweisen, daß die Erfindung für jede Art mige Ende des Anpassungsgliedes 12 eingeführt ist. von Pfählen angewendet werden kann, die aus einem Das obere Ende des Pfahles 10 und die oberen Kanelastischen Material bestehen, das zur Bildung ste- ten der Fangkeile 39 liegen an den Schultern eines hender Wellen befähigt ist. 55 Anschlagringes 12' an, der mit dem unteren Ende

Der Pfahl 10 ist unter Zwischenschaltung eines des Kragens des Anpassungsgliedes 12 verschweißt

Anpassungsgliedes 12 an einer Motor-Vibrator-Ein- ist. Es ist erkennbar, daß die Fangkeile 39 nach in-

heit 13 angehängt, wobei ein der Schwingungsisola- nen gepreßt und hierdurch die beiden äußeren Flan-

tion dienendes, also eine niedrige Impedanz aufwei- ken des Pfahles 10 unverrückbar festgehalten wer-

sendes Zwischenglied 14 die Einheit 13 von einer So den, wenn die Keilringsegmente 37 nach oben gezo-

Rolle 15 eines Flaschenzuges trennt. Über eine obere gen werden.

Führungsrolle 16, die am oberen Ende eines Kranes Das Turbinengehäuse wird an seiner Oberseite

17 sitzt, der seinerseits von einem Transportfahr- durch eine Überwurfkappe 40 abgeschlossen, die in

zcugA getragen wird, führt ein Haltekabel 18 über das obere Ende des Gehäuses 24 eingeschraubt ist,

die Rollen 15 und 16 und dann zu einer Aufwickel- 65 (bei 41 erkennbar) und die an der Spitze einen mit

trommel D, die sich innerhalb der Trommelverklei- Gewinde versehenen Sockel 42 trägt, der dazu be-

dung 19 auf dem Transportfahrzeug A befindet. Der stimmt ist, das untere, in ein Gewindestück auslau-

Kran 17 wird von einem Kabel 17 α gehalten, das fende Ende eines Traggestänges 43 aufzunehmen.

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Dieses Traggestänge 43 (F i g. 2) ragt aus dem zylin- linders 65 hat den Zweck, eine Ausdehnung der indrischen Gehäuse 44 des Zwischengliedes 14 heraus nerhalb der Einrichtung eingeschlossenen Ölmenge und hat an seinem oberen Ende ein vergrößertes zu ermöglichen, wenn eine solche während des BeKopfstück 45, das innerhalb des Gehäuses 44 glei- triebs durch eine Temperaturerhöhung eintreten tend gelagert ist und auf dem oberen Ende einer 5 sollte. Ferner dient sie dazu, das Schmiermittel innerSchrauben-Druckfeder 46 ruht. Diese ihrerseits liegt halb der Kammer und des Lagersystems während des mit dem unteren Ende auf der nach oben gerichteten Betriebes unter leichtem Druck zu halten — wie wei-Schulter 47 am unteren Ende des Gehäuses 44 auf. ter unten noch ausführlicher dargelegt wird — wo-Das obere Ende des Gehäuses 44 läuft in einen Bü- durch auftretendes Undichtwerden nur außerhalb des gel 48 aus, der eine Öse 49 zur Herstellung der Ver- io Öl enthaltenden Systems stattfinden kann,
bindung mit der Rolle 15 aufweist. In der Außenwand des Turbinengehäuses ist ober-

In der Bohrung 50 des Turbinengehäuses ist im halb der Turbinenschaufeln ein Einlaßstutzen 77 Preßsitz das äußere, hülsenförmige Teil 51 eines zum Anschluß eines Zuführungsschlauches 78 für Tragstückes 52 eingesetzt, dessen inneres, hülsenfor- Flüssigkeiten angebracht, wie bei 78 α erkennbar miges Teil 53 — durch einen Ringspalt getrennt — 15 wird. Gegenüber diesem Einlaß hat das Teil 51 eine innerhalb des äußeren Teils 51 sitzt und durch die öffnung, durch die die Antriebsflüssigkeit für die bei 54 angedeuteten Stege mit dieser verbunden ist. Turbine 22 in den ringförmigen Raum zwischen den Auf diese Weise werden Kanäle gebildet, die senk- Teilen 51 und 53 eingeführt wird. Die Flüssigkeit recht zwischen der inneren und der äußeren Hülse fließt abwärts zwischen den aufeinanderfolgenden des Tragstückes verlaufen und als Durchlässe für die 20 Lauf- und Leitschaufeln 55, 56 der Turbine 22 hinantreibende Flüssigkeit dienen. Das äußere Teil 51 durch und treibt dabei die Turbinenwelle 60. Unterragt ein beträchtliches Stück nach unten hin über das halb der Turbinenschaufeln wird die Flüssigkeit von untere Ende des inneren Teils 53 hinaus und dient einem ringförmigen Kanal 79 aufgenommen und tritt als Montagekragen für lotrecht übereinander gestaf- aus dem Auslaßstutzen 79 α wieder aus, an den ein feite Gruppen von Turbinen-Leitschaufeln 55. In 25 Rückführungsschlauch 79 b angeschlossen ist.
F i g. 3 ist nur eine solche Gruppe von Leitschaufeln Unterhalb der untersten Gruppe von Turbinen-55 zu sehen, weshalb darauf hingewiesen werden schaufeln ist die hohle Turbinenwelle 58 abgesetzt soll, daß normalerweise eine ganze Reihe solcher (bei 80 erkennbar) und verjüngt sich dann nochmals Gruppen vorhanden ist. zu einem im Inneren kerbverzahnten röhrenförmigen

In der Turbine 22 sind abwechselnd mit den 30 Teil 81, durch das die Generatorwelle angetrieben

Gruppen von Leitschaufeln 55 Gruppen von Lauf- wird. Die Wandungen des Turbinengehäuses haben

schaufeln 56 angeordnet, die auf einer Hülse 57 sit- unterhalb der untersten Gruppe von Turbinenschau-

zen, die ihrerseits auf einer hohlen Turbinenwelle 58 fein eine größere Stärke — bei 82 erkennbar — und

unverrückbar befestigt ist, wobei das unterste Rotor- bilden hier eine Schale, die dazu bestimmt ist, eine

teil 59 direkt auf der Turbinenwelle 58 befestigt ist. 35 Packung 83 aufzunehmen, die den abgesetzten WeI-

Die Turbinenschaufeln können von bekannter Form lenabschnitt umschließt.

sein, und eine genauere Beschreibung erübrigt sich Der Vibrator 23 hat eine lotrecht stehende An-

daher. triebswelle 88, deren oberer Abschnitt 89 im abge-

Die hohle Turbinenwelle 58 ist unverrückbar auf setzten, untersten Teil 81 der Turbinenwelle 58 kerb-

einer massiven Turbinenwelle 60 befestigt, deren 4° verzahnt eingesetzt ist und von dieser angetrieben

oberer, abgesetzter Abschnitt 61 durch die inneren wird.

Lagerringe der Axialdrucklager 62 gehalten wird, die Die Antriebswelle 88 ist in einem Axialdrucklager im Inneren des Teils 53 sitzen; die inneren Lager- 91 und Radiallagern 93, die in einem Lagergehäuse ringe der Axialdrucklager 62 werden gemeinsam 92 sitzen, gelagert. Zwei senkrechte, parallel verlau-durch die Mutter 64 gesichert. Ein an seinem unteren 45 fende Wangenplatten 100 sind entlang den längs ver-Ende abgesetzter und mit Gewinde versehener Ölzy- laufenden Kanten an der Innenseite des Turbinengelinder 65 ist in das obere Ende des Teiles 53 einge- häuses angeschweißt und reichen im wesentlichen schraubt, wobei er die äußeren Lagerringe der von der Spitze bis zum Boden dieses Gehäuses 35. Axialdrucklager 62 führt und sichert. Ein tragendes Kopfstück 102 ragt in das Gehäuse 35

Das Innere des Ölzylinders 65 enthält ein zylin- 50 zwischen die schwächer ausgeführten Teile 100 α der drisches Kammerteil 66, das teleskopartig verschieb- Wangenplatten und ist mit dem Gehäuse 35 und den bar ist, wobei an der Stelle 67 zweckentsprechende Wangenplatten 100 verschweißt. Dieses Kopfstück Dichtpackungen vorgesehen sind, um einen Austritt 102 enthält eine Mittelbohrung, die das Lagergevon Öl aus dem sich ausdehnenden und zusammen- häuse 92 aufnimmt, das an seiner Oberseite einen ziehenden Raum 68 zu verhindern. Gelochte Trag- 55 Flansch trägt, mittels dessen es durch das Kopfstück teile 69 und 72 sind in den unteren Endteil des Ölzy- gehalten wird. Zwischen dem Flansch des Lagergelinders 65 bzw. des Kammerteils 66 eingesetzt und häuses 92 und dem Kopfstück 102 liegt ein nach intragen einen nach oben ragenden Führungsstift 70, nen gerichteter Montageflansch am unteren Ende auf dessen oberes Ende eine Begrenzungsmutter 71 einer Hülse 104, die ihrerseits ein Führungsstück 105 aufgeschraubt ist. Vor Inbetriebnahme der Einrich- 60 trägt, in dem eine Packung 106 für das Teil 81 der tung wird der Ölzylinder 65 mit Öl gefüllt, und zwar Turbinenwelle 58 liegt.

durch eine Einfüllöffnung in der Spitze des Kammer- Einen Teil des Kopfstückes 102 bilden Montageteiles 66, die sodann mit einem Verschlußstück 75 platten 107, die fest zwischen den Teilen 100 a der verschlossen wird. Dieses Öl schmiert die Axial- Wangenplatten 100 liegen. Diese Montageplatten drucklager 62. Zwischen das obere Ende der Turbi- 65 107 halten eine querverlaufende Achse 108, auf der nenwelle 58 und das untere Endstück des Teiles 53 drehbar gelagert eine Lagerhülse 109 sitzt, an der ein sind Dichtungen 76 eingesetzt. Die verschiebbare Kegelrad 110 befestigt ist. Dieses greift in ein Kegel-Anordnung des Kammerteils 66 innerhalb des Ölzy- rad 111 ein, das am unteren Ende der Antriebswelle

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88 des Vibrators 23 sitzt, so daß die Lagerhülse des einer Schwingung mit stehenden Wellen hoher Am-Kegelrades 110 durch die Antriebswelle 88 angetrie- plitude, da die Impedanz des Pfahles 10 am Anben wird. Die Lagerhülse 109 trägt außerdem ein triebsende (oberen Ende) hoch ist. Mit anderen Wor-Stirnrad 112, das in ein Stirnrad 113 eingreift, wel- ten, jedes Ende des Pfahles 10 hat im Schwingungsches auf dem obersten von mehreren Unwuchtkör- 5 zustand und besonders dann, wenn das untere Ende pern 114 sitzt, die lotrecht übereinander in Abstän- fest mit dem Erdreich in Verbindung steht, eine hohe den zwischen den Wangenplatten 100 gelagert sind. Impedanz, d. h. ein großes Verhältnis der Schwin-Jeder Unwuchtkörper 114 hat ein solches Stirnrad gungskräfte zur Auslenkgeschwindigkeit. Damit der 113, und jedes dieser Stirnräder 113 greift in das Pfahl 10 zur Bildung einer wirkungsvollen und notnächste darunterliegende Stirnrad 113 ein. Jeder Un- io wendigerweise kräftigen stehenden Welle angeregt wuchtkörper 114 ist drehbar auf einer horizontalen wird, muß der Vibrator 23 fest an diesen angekop-Achse 115 gelagert, die durch die Wangenplatten pelt sein und selbst eine verhältnismäßig hohe Aus-100 hindurchgeführt und fest in der Stirnwand des gangsimpedanz aufweisen. Der hier beschriebene Vi-Gehäuses 35 verankert ist. Die Unwuchtkörper 114 brator 25 weist nun diese Eigenschaften auf. bestehen im wesentlichen aus unsymmetrischen 15 An der Ankopplungsstelle zwischen Vibrator 23 Schwungmassen, die seitlich auf den Achsen 115 sit- und Pfahl 10 ist die Schwingung durch eine kleine zen. Die einzelnen Unwuchtkörper 114 sind so an- Amplitude und kleine Geschwindigkeit, jedoch hohe geordnet, daß sich ihre unsymmetrischen Gewichte Kraft, d. h. große Impedanz, gekennzeichnet. Mit angemeinsam auf- und abbewegen, was z. B. dadurch deren Worten, der hohen Eingangsimpedanz, die das erreicht werden kann, daß bei sämtlichen Unwucht- 20 obere Ende des Pfahles 10 aufweist, wird durch den körpern 114 in der Ausgangsstellung das Gewicht Ausgang mit hoher Ausgangsimpedanz des Vibrators nach unten gerichtet wird, wie dies in F i g. 3 darge- 23 Rechnung getragen und damit ein wirkungsvoller stellt ist. Das Gehäuse 35 ist an der Unterseite durch Antrieb verwirklicht.

einen Deckel 116 geschlossen, und eine in das Ge- Die Masse, die durch das Gehäuse des Vibrators

häuse 35 eingebrachte Ölmenge wird durch die um- 25 23 zusammen mit der Turbine 22 und dem Pfahl 10

laufenden Unwuchtkörper 114 verspritzt und selbst gebildet wird, hat ein großes Beharrungsver-

schmiert die verschiedenen Lagerstellen des Vibra- mögen und muß schwingungsmäßig durch die Wech-

tors 23. selkraft am Ausgang des Vibrators 23 angetrieben

Jeder Unwuchtkörper 114 übt eine Kraft auf die werden. Diese kombinierte Masse jedoch, zusammen

zugehörige Achse 115 aus, während er um diese um- 3° mit dem hohen elastischen Steifigkeitsfaktor des

läuft. Falls eine longitudinal verlaufende Schwingung Pfahles 10, bilden, wenn sie durch den Vibrator 23

gewünscht wird, ist nur die Kraft in der longitudina- in der Resonanzfrequenz erregt werden, ein Reso-

len bzw. vertikalen Richtung nützlich. Wie ersieht- nanzsystem, das stehende Wellen erzeugt, wobei nur

lieh, haben je zwei aufeinanderfolgende Unwuchtkör- die Widerstandskomponente, den die Impedanz der

per 114 eine entgegengesetzte Drehrichtung, so daß 35 Erde darstellt, zum Vibrator 23 zurückreflektiert

seitlich wirkende Kraftkomponenten sich aufheben, wird. Der Pfahl 10 wird deshalb vergleichsweise

während durch die für alle Unwuchtkörper 114 leicht zur Bildung stehender Wellen einer großen

gleichzeitig erfolgende Bewegung in vertikaler Rieh- Amplitude angeregt werden können. Es. ist selbstver-

tung die vertikalen bzw. longitudinalen Komponen- ständlich notwendig, daß die erregende Energie nur

ten der einzelnen Antriebskräfte sich addieren. Der 40 so groß sein darf, daß die Elastizitätsgrenze des

beschriebene, turbinengetriebene Vibrator 23 stellt Pfahles 10 nicht überschritten wird, da anderenfalls

daher ein einfaches aber wirkungsvolles Mittel dar, der Pfahl 10 zerstört würde.

um longitudinal bzw. vertikal gerichtete Schwingun- Für den Antrieb wird Flüssigkeit, vorzugsweise'

gen zu erzeugen, die frei sind von unausgeglichenen, Wasser, aus dem auf dem Transportfahrzeug A he-

seitlichen Kraftkomponenten. Die Anordnung enthält 45 findlichen Tank T entnommen, das über den

also im wesentlichen eine Reihe in Wechselwirkung Schlauch 130, die Zentrifugalpumpe 131 und den

zusammenarbeitender Schwungmassen, die entlang Zentrifugalschlauch 78 in das Turbinengehäuse ge-

einer vertikalen bzw. longitudinalen Richtungslinie führt wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, erfolgt

mit einfacher harmonischer Bewegung schwingen der Antrieb der Zentrifugalpumpe 131 durch eine

und die auf die jeweils zugehörigen Lagerachsen eine 5° Verbrennungskraftmaschine E, die ebenfalls auf dem

wechselnde Kraftwirkung ausüben, so daß auch das Transportfahrzeug A untergebracht ist. Die Flüssig-

Gehäuse 35 in longitudinaler Richtung beschleunigt keit bewegt sich abwärts und durch die Ständer und

und verzögert wird. Läuferstufen der Turbine 22 hindurch, setzt die Ab-

Die sich ergebende Wirkung auf das Gehäuse 35 triebswelle der Turbine 22 in Drehung und wird über

ist daher eine vertikal gerichtete Schwingungs- bzw. 55 den Rückführungsschlauch 79 b wieder in den

Wechselkraft beträchtlicher Größe, die sich auf das Tank T zurückgeführt. Der statische Rückdruck im

Turbinengehäuse und von dort auf den Montage- oberen Teil des Turbinengehäuses ist größer als in

flansch 28, das Anpassungsglied 12 und das obere einigem Abstand unterhalb der Einlaßöffnung, z. B.

Endstück des Pfahles 10 überträgt. Wie aus der Be- an der Dichtung 76; wo das teleskopartig ausgebil-

schreibung hervorgeht, bilden die Teile zwischen 60 dete Kammerteil 66 unter einem kleinen Druckunter-

dem Vibratorgehäuse und dem Pfahl 10 eine starre schied steht und auf die darin enthaltene Ölmenge

Kupplung. einen geringen Druck ausübt, so daß das für die

Der beschriebene Vibrator 23 hat, wenn er an den Schmierung notwendige öl dazu neigt, nach außen

Pfahl 10 angekoppelt ist, eine hohe Ausgangsimpe- hin auszutreten, also kein Wasser in das ölsystem ge-

danz, wodurch ein großes Verhältnis zwischen den 65 langt.

Schwingungskräften und der Auslenkgeschwindigkeit Die umlaufende Turbinenwelle 58 versetzt die Anerhalten wird. Diese hohe Ausgangsimpedanz ist eine triebswelle 88 des Vibrators 23 und — über das beVoraussetzung für die Erregung des Pfahles 10 mit schriebene Zahnradgetriebe — die Unwuchtkörper

114 in Umlauf. Wie oben beschrieben, entstehen hierdurch synchrone Wechselkräfte in vertikaler Richtung, die an den Rotorenachsen zur Wirkung kommen, und denen das Schwingungssystem hoher Impedanz entgegenwirkt, das aus dem Gehäuse des Vibrators 23, der Turbine 22, dem Anpassungsglied 12 und dem schwingenden Pfahl 10 mit seiner Umgebung besteht. Diese Teile bewegen sich mit kleinen Auslenkungen mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit, jedoch sehr großer Kraft und genügen daher der beschriebenen impedanzmäßigen Anpassung, die für einen wirkungsvollen Antrieb des Pfahles 10 notwendig ist.

Die in der Längsrichtung verlaufende Wechselkraft, die auf diese Weise dem oberen Ende des Pfahles 10 zugeführt wird, sendet elastische Wellen hoher Amplitude mit abwechselnden Verdichtungen und Dehnungen entlang der ganzen Länge des Pfahles 10 und wenn die Frequenz der angelegten Wechselkraft im Bereiche der Resonanzfrequenz des Pfahles 10 liegt, bildet sich in diesem eine längsverlaufende, stehende Dehnungswelle aus, deren Schwingungsamplitude sich bis zu einem Maximum aufschaukelt. Bevor der Pfahl 10 mit der Erde in Berührung gebracht wird, verhält er sich während dieses Vorgangs wie ein freischwingender Stab, mit Schwingungsbäuchen der Geschwindigkeit der schwingenden Teilchen an seinen Enden und einem Schwingungsbauch für den Druck in der Mitte. Das federnde Zwischenglied 14, an dem der Vibrator 23 und der Pfahl 10 aufgehängt sind, hat geringe Steifigkeit und stellt daher eine Anordnung mit niedriger Impedanz dar, wodurch eine Übertragung von Schwingungsenergie in der Richtung nach oben wirkungsvoll verhindert wird.

Infolge der starren Kupplung zwischen Motor-Vibrator-Einheit 13 und Pfahl 10 über das Anpassungsglied 12 werden beide zu einem Teil des elastischen Schwingungssystems, da auch sie zu longitudinalen elastischen Deformationen fähig sind. Der obere Schwingungsbauch für die Geschwindigkeit liegt daher — grob ausgedrückt — innerhalb der Motor-Vibrator-Einheit 13, der untere Schwingungsbauch für die Geschwindigkeit am unteren Ende des Pfahles 10 und der Schwingungsbauch für den Druck zwischen diesen beiden Schwingungsbäuchen der Geschwindigkeit. Unter diesen Umständen dehnen sich die beiden Hälften des Pfahles 10 jeweils gleichzeitig abwechselnd aus und ziehen sich zusammen, wobei die Gesamtamplitude der elastischen Verformung, gerechnet vom schwingungsmäßig ruhenden Mittelpunkt des Pfahles 10, nach jedem der beiden Enden hin stetig zunimmt. Die gesamte Anordnung stellt sich selbsttätig auf die Resonanzfrequenz des Pfahles 10 ein und verbleibt auch während des Arbeitsvorganges auf dieser.

Der für den Betrieb in Frage kommende Frequenzbereich des Vibrators 23 kann durch die Größe von c und L ausgedrückt werden, wobei c die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle in dem Werkstoff des Pfahles 10 bedeutet, während L die wirksame Länge des Pfahles 10 ist (Pfahllänge und Vibratorlänge). Bei Beginn des Arbeitsprozesses, während der Pfahl 10 frei hängt und einen freischwingenden Stab darstellt, ergibt sich die Resonanzfregen ist, fällt die Resonanzfrequenz unter Umständen

ab und nähert sich

4L

als untere Grenze. Eine Re

quenz zu

Nachdem der Pfahl 10 zu einem beträchtlichen Teil seiner Länge in die Erde eingedrunsonanzfrequenz, die durch den Wert -τγ- gegeben ist,

stellt damit den unteren Grenzwert dar.

In den Fig. 8 bis 10 ist eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt, die einen Vibrator 23 α verwendet, der während des Arbeitsvorganges harmonisehe Schwingungen erzeugt. Am oberen Ende eines zylindrischen Pfahles 10 a, dessen unteres Ende mit der Erde in Verbindung steht, ist das Anpassungsglied 12 α an seinem oberen Ende befestigt. Die Vorrichtungen für das Hochwinden und Aufhängen der Anordnung in die gezeichnete Stellung sind in der F i g. 8 weggelassen. Es kann jedoch auch beispielsweise ein Kran mit einem Flaschenzug, der mit einem Haken ausgerüstet ist und in die Ösen 49 a am oberen Ende der Pfahlsetzvorrichtung eingehakt wird, zur Verwendung kommen, wie in F i g. 1 gezeigt.

Das Anpassungsglied 12 α enthält eine Manschette 36 α und nimmt das obere Endstück des Pfahles 10 α auf. Dieses Anpassungsglied 12 a trägt, nach oben verlaufend, einen abgesetzten, röhrenförmigen Stutzen, der an seinem oberen Ende geschlossen ist und in ein Kupplungsstück 30 α übergeht, das ein mit Gewinde versehenes Kupplungsteil aufnimmt, welches das untere Ende des röhrenförmigen Gehäuses 35 a des Vibrators 23 α bildet. Der Vibrator 23 α wird von einem Paar Elektromotoren 22 α angetrieben, die fest in einem zylinderförmigen Gehäuse 24 α befestigt sind, das seinerseits auf der Oberseite eines schweren, zylinderförmigen Körpers 125 befestigt ist. Dieser zylinderförmige Körper 125 hat eine längsverlaufende Mittelbohrung 126, die die Achse 120 unter Einhaltung eines kleinen Luftspaltes aufnimmt. Ein Stützlager 127, das am oberen Ende der Bohrung 126 in den Körper 125 eingesetzt ist, hält die Achse 120, erlaubt ihr jedoch in lotrechter Richtung eine gleitende Bewegung. In der Nähe des unteren Endes des Körpers 125 umschließt eine Dichtung 128 die Achse 120.

Vom unteren Ende des Körpers 125 verläuft eine, große Bohrung 130 nach oben und bildet einen Zylinder, in dem sich ein Kolben 131 bewegt, der fest mit der Achse 120 verbunden ist. Das untere Ende des Zylinders 130 ist durch die Bodenplatte 132 verschlossen, die fest mit dem unteren Ende des Körpers 125 verbunden ist. Die Bodenplatte 132 ist mit einem Gleitlager 133 versehen, das die Achse 120 unterhalb des Kolbens 131 gleitend führt und trägt ferner ein Entlüftungsloch 134. Oberhalb des Kolbens 131 wird durch einen Luftschlauch 135 und einen Kanal 136 Druckluft in den Körper 125 eingeblasen.

Der Vibrator 23α (Fig. 9 und 10) enthält eine Anordnung, durch die eine Wechselkraft, bestehend aus der Grundschwingung und Oberschwingungen, erzeugt und dem oberen Ende der Achse 120 des Anpassungsgliedes 12 α und damit auch dem oberen Ende des Pfahls 10 α zugeführt wird, um den Pfahl 10 a in Resonanz zu versetzen. Dies bedeutet, daß durch den Vibrator 23 α dem Pfahl 10 α eine Schwingungsenergie komplexer Form zugeführt wird, die in ihm Resonanz für eine stehende Welle erzeugt, die aus einer Grundschwingung und Oberschwingungen besteht. Der Vibrator 23 α weist ein röhrenförmiges

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Gehäuse 35 α auf, das an seinem unteren Ende mit über dem oberen und dem unteren Unwuchtkörper dem oberen Ende des Anpassungsgliedes 12 a ver- jedoch in entgegengesetzter Richtung umlaufen, schraubt ist. Das obere Ende des Gehäuses 35 α ist Hierdurch werden die seitlichen Kraftkomponenten durch ein zapfenförmiges Teil 140 verschlossen. Das ausgeglichen. Auch werden auf diese Weise Dreh-Gehäuse 35 a enthält in Abständen eine Reihe lot- 5 kräfte vermieden, die bestrebt sind, den Vibrator recht übereinanderliegender Unwuchtkörper 114 a, 23 a um eine horizontal verlaufende Achse in Dre-— in diesem Fall vier — die zur Erzeugung der hung zu versetzen. Da die Unwuchtkörper 114 c, Grundfrequenz bestimmt sind. Weiterhin ist eine An- verglichen mit den Unwuchtkörpern 114 a, nur halb zahl Unwuchtkörper 114 c vorgesehen, — in diesem so groß sind, was sich aus der halben Größe der Fall zwei — die zur Erzeugung der harmonischen ία Zahnräder 113 b ergibt, sind die von den einzelnen Oberschwingungen bestimmt sind. Die Unwuchtkör- Unwuchtkörpern 114 c erzeugten Kräfte etwas kleiper 114 α, 114 c sind sämtlich drehbar auf Achsen ner als die von den Unwuchtkörpern 114 a, obwohl 115 α gelagert, die ihrerseits fest in die Wandungen die kleineren Unwuchten mit der doppelten Winkeides Gehäuses 24 α eingesetzt sind. Zu den Unwucht- geschwindigkeit umlaufen. Vorzugsweise, und zwar körpern 114 α gehören ineinandergreifende Zahnrä- 15 besonders beim Einsetzen von Pfählen 10 in hartes der 113 α und zu den Unwuchtkörpern 114 c ineinan- Erdreich, wird eine Phasenbeziehung der Unwuchtdergreifende Zahnräder 113b. Die Unwuchtkörper körper 114c gewählt, wie sie in den Fig. 9 und 10 114 α sind in zwei Gruppen aufgeteilt, bestehend aus dargestellt ist, nämlich eine Einstellung, bei der die zwei oberen Unwuchten und zwei unteren Unwuch- Unwuchtkörper 114 c die Hälfte ihrer Bewegung ten, die durch ein auf der Achse 148 frei laufendes 20 nach unten ausgeführt haben, wenn die oberen UnZahnrad 147 miteinander verbunden sind, wobei die wuchtkörper 114 α sich gerade am höchsten bzw. am Achse 148 in den Wänden des Gehäuses 35 a in tiefsten Punkt ihrer Umlaufbewegung befinden,
zweckentsprechender Weise gelagert ist. Das Zahn- Zum Einsetzen eines Pfahls 10 wird dieser zusamrad 113 b des obersten Unwuchtkörpers 114 c steht men mit dem an seinem oberen Ende befestigten Anim Eingriff mit dem Zahnrad 147 des untersten Un- 25 passungsglied 12 in die in F i g. 1 dargestellte Lage wuchtkörpers 114 a. Die Zahnräder 113 b der Un- emporgezogen. Die Elektromotoren 22 α treiben die wuchten 114 c für die Erzeugung der harmonischen Vibratorwelle an und versetzen die Unwuchtkörper Oberschwingungen haben nur den halben Durchmes- 114 α und 114 c in Drehung. Hierdurch wird eine ser der Zahnräder 113 a, die zum Antrieb der die komplexe Wechselkraft erzeugt, die in vertikaler Grundfrequenz erzeugenden Unwuchten 114 α die- 30 Richtung verläuft. Im Betrieb wird Druckluft in die nen, so daß die Unwuchtkörper 114 c mit der dop- Kolbenkammer oberhalb des Kolbens 131 eingeblapelten Winkelgeschwindigkeit der Unwuchtkörper sen. Durch diese Druckluft wird das Gewicht des 114 α umlaufen. massiven Körpers 125, des Gehäuses 24 α und der

Das Zahnrad 113 α für den obersten Unwuchtkör- Elektromotoren 22 α vom Kolben 131 und unter per 114 a wird durch ein Stirnrad 112 a angetrieben, 35 Zwischenschaltung des über ihm liegenden Druckdas auf der drehbar gelagerten Welle 109 α sitzt. Die luftpolster gehalten. Dieses Gewicht ruht — über-Welle 109 a ihrerseits trägt ein Kegelrad 110 a, das tragen durch den Kolben 131 und den Schaft des durch das komplementäre Kegelrad 111 α angetrie- Anpassungsgliedes 12 α — auf dem oberen Ende des ben wird, welches auf der lotrechten Welle 88 α sitzt. Pfahls 10, so daß der Pfahl 10 durch ein beträchtli-Diese Welle 88 α ist in Lagern 91 α gelagert, die in- 40 ches Gewicht nach unten gedrückt wird. Das Drucknerhalb des Teils 140 angebracht sind. Oberhalb die- luftpolster zwischen dem Kolben 131 und dem ser Lagerstellen trägt die Welle 88 α einen kerbver- schweren Körper 125 wirkt als Luftfederung und gezahnten Abschnitt 89 a, der in eine im Inneren hohle stattet dem Vibrator 23 α, dem Anpassungsglied 12 a , und ebenfalls kerbverzahnte Welle 81 α beweglich und dem oberen Ende des Pfahls 10 gegenüber dem ' eingesetzt ist, die von den miteinander gekoppelten 45 schweren Körper 125, dem Gehäuse 24 a und den Elektromotoren 22 α nach unten führt. Elektromotoren 22 α eine relative Schwingungsbewe-

Die Elektromotoren 22 α sind veränderlich umlau- gung in vertikaler Richtung auszuführen. Die kerb-

fende Motoren, z.B. Induktionsmotoren, die durch verzahnte Antriebsverbindung gestattet eine relative

Kraftstrom veränderbarer Frequenz angetrieben wer- Hin- und Herbewegung an dieser Stelle,

den, der von einem Generator geliefert wird, zu des- 50 Im Diagramm der F i g. 11 stellt die gestrichelte si-

sen Antrieb eine Verbrennungskraftmaschine mit nusförmige Linie in der Darstellung A die Verschie-

veränderbarer Drehzahl dient. In manchen Fällen ge- bung des unteren Endes des Pfahls unter dem Ein-

nügt sogar der Schlupf, der durch die eine induktive fluß des Schwingungsanteiles der zweiten Harmoni-

Last darstellenden Antriebsmotoren bedingt ist, so sehen dar. Die Kurve 172 ergibt sich als Resultie-

daß diese eventuell auch mit Netzwechselstrom nor- 55 rende aus den Kurven 170 und 171 und veranschau-

maler Frequenz oder aus einer anderen Kraftstrom- licht die komplexe Bewegung des unteren Endes des

quelle fester Frequenz betrieben werden können. Pfahls infolge der aus Grundwelle und zweiter Har-

Die Unwuchtkörper 114 α zur Erzeugung der monischer bestehenden Schwingung. Es ist erkenn-

Grundfrequenz sind phasenmäßig so eingestellt, daß bar, daß die Schwingung 172, die ein Bild der Bewe-

sich ihre exzentrisch angeordneten Schwerpunkte 60 gung des unteren Endes des Pfahls gibt, ein Schwin-

synchron auf- und abbewegen. Die senkrechten gungsmaximum einer doppelt so großen Amplitude

Kraftkomponenten, die durch die Drehung dieser un- bei 173 aufweist. Die Flankensteilheit in diesem Teil

symmetrischen Rotoren entstehen, sind daher in 173 der Schwingung stellt die Geschwindigkeit des

Phase und addieren sich. Pfahls während seiner Abwärtsbewegung dar. Aus

Es ist erkennbar, daß die obere und die untere Un- 65 der Kurve ist erkennbar, daß der Pfahl schnell auf

wucht in der gleichen Richtung umlaufen, während eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird, dann

die beiden dazwischenliegenden Unwuchten zwar un- während eines beträchtlichen Weges abwärts mit die-

tereinander die gleiche Laufrichtung besitzen, gegen- ser hohen Geschwindigkeit in Bewegung bleibt, um

schließlich scharf verzögert zu werden. Diese Art der Bewegung ist besonders wirkungsvoll, wenn es sich darum handelt, hartes Erdreich aufzubrechen und zu durchdringen.

Im Schaubild B ist die Wirkung einer anderen Phasenbeziehung des zur Erzeugung der zweiten Hannonischen dienenden Unwuchtkörpers 114 c in bezug auf den die Grundfrequenz erzeugenden Unwuchtkörper 114 α dargestellt. In diesem Fall führen die Unwuchtkörper 114 α und 114 c den unteren Teil ihrer Bewegungsphase gemeinsam aus. Die Schwin-

gungskomponente für die mit der Grundfrequenz erfolgende Auslenkung des unteren Endes des Pfahls ist durch die Ziffer 171 α gekennzeichnet. Die resultierende komplexe Bewegung des unteren Pfahlendes wird durch die Kurve 172 a wiedergegeben. Auch hier werden eine beträchtliche Amplitude und nach unten gerichtete Geschwindigkeit erreicht. Die Kombination von Grundschwingung und zweiter Harmonischer stellt eine besonders wirkungsvolle Schwingungsform dar, um das untere Ende des Pfahls in Bewegung zu setzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Dampfhämmern nur unwesentlich erniedrigt. Patentansprüche: Schließlich hat sich herausgestellt, daß dieses Verfah ren nur bis zu bestimmten Eintreibtiefen anwendbar

1. Verfahren zum Eintreiben und Ziehen von ist und ohne zusätzliche Spülung des Untergrunds Pfählen, bei welchem dem Pfahl durch eine stati- 5 mit dem Vibrator nur Tiefen bis zu 10 m erreichbar sehe Auflast eine Bewegungskomponente in sind. Der Grund dafür ist, daß der Spitzenwiderstand Achsrichtung gegeben wird und zusätzlich ein am des Pfahls mit der Eindringtiefe stark zunimmt.
Pfahlkopf befestigter Vibrator den Pfahl in Achs- Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, das richtung in Schwingungen versetzt, dadurch bekannte Pfahlrammverfahren dahingehend zu vergekennzeichnet, daß im Pfahl stehende io bessern, daß ein wesentlich schnelleres und er-Dehnungswellen erzeugt werden und die Aus- schütterungsfreieres Eintreiben und Ziehen der gangsimpedanz des Vibrators größenordnungs- Pfähle erreicht wird.

mäßig an die Impedanz des in Berührung mit Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Pfahl

dem Erdboden befindlichen Pfahles angepaßt stehende Dehnungswellen erzeugt werden, und die

wird. 15 Ausgangsimpedanz des Vibrators größenordnungs-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- mäßig an die Impedanz des in Berührung mit dem kennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise Erdboden befindlichen Pfahles angepaßt wird.

den Grundschwingungen Oberschwingungen Gegenüber dem bekannten Verfahren werden bei

überlagert werden. der Erfindung im Pfahl starke elastische Deformatio-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 2° nen in Form von Dehnungsschwingungen (periodigekennzeichnet, daß im Pfahl zusätzlich Dril- sehe Längenänderungen des Pfahls) hervorgerufen, lungseigenschwingungen hervorgerufen werden. wobei ein maximaler Schwingungsenergieübergang

vom Vibrator zum Pfahl stattfindet. Eine Anregung ' des Untergrunds zu Schwingungen erfolgt dabei je-

25 doch nicht, vielmehr werden die Pfahlschwingungen,

die bei üblichen Pfählen in der Größenordnung von 100 bis 150 Hz liegen, an der Pfahlspitze vom Unter-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eintrei- grund, der diesen schnellen Schwingungen nicht zu ben und Ziehen von Pfählen, bei welchem dem Pfahl folgen vermag, reflektiert. Im Fall einer Dehnungsdurch eine statische Auflast eine Bewegungskompo- 3° Grundschwingung entstehen an den beiden Pfahlennente in Achsrichtung gegeben wird und zusätzlich den Bewegungsbäuche und in der Pfahlmitte ein Beein am Pfahlkopf befestigter Vibrator den Pfahl in wegungsknoten. Der Pfahl erfährt somit periodische Achsrichtung in Schwingungen versetzt. , Verlängerungen und Verkürzungen, wobei jedoch

Bei einem bekannten Verfahren mit diesen Merk- der Pfahl als Ganzes betrachtet keine Bewegung ausmalen wird die beim einfachen Einhämmern des 35 führt, d. h. der Pfahlmittelpunkt bleibt in Ruhe.
Pfahls in kinetische Energie des oszillierenden Pfahls Durch die Erregung stehender Wellen im Pfahl

übergehende und damit verlorene Energie zumindest wird die völlig neuartige Wirkung erreicht, daß das teilweise wiedergewonnen. Dies geschieht dadurch, an der unteren Pfahlstirnfläche anliegende, schwindaß der nachfolgende Rammimpuls sofort nach dem gungsmäßig nicht angekoppelte Erdreich in einen erstmaligen Zurückschnellen des Pfahls beginnt und 40 fließfähigen Zustand versetzt wird und seitlich ausseine größte Stärke in wenigstens annähernd gleicher weicht. Anders ausgedrückt, das Erdreich »fließt« Phase mit der Geschwindigkeit des nach dem ersten von der Pfahlspitze seitlich weg und schafft damit Rammimpuls zurücksinkenden Pfahles erreicht. Die Raum für ein Eindringen des Pfahls. Der Vorschub Schlagfrequenz ist also dabei gleich derjenigen Fre- in der gewünschten Richtung wird dabei durch eine quenz, welche der Pfahl während des Eintreibvor- 45 statische Druck- oder Zugbelastung bewirkt,
gangs aufweist, d. h. der Frequenz des Zurückschnei- Der wesentliche Unterschied des Verfahrens nach

lens und wieder Zurücksinkens. Damit wird offen- der Erfindung gegenüber den bekannten Verfahren sichtlich die vom ersten Rammimpuls herrührende ergibt sich schon daraus, daß bei der Erfindung der kinetische Restenergie zum Verstärken der Wirkung Pfahl sich stetig, d. h. ohne Rücklauf, in der gedes zweiten Schlages ausgenützt. Zur Durchführung 50 wünschten Richtung bewegt, während der Pfahl bei dieses Verfahrens werden üblicherweise Vibratoren den bekannten Verfahren nach jedem Vibrationsimmit umlaufenden Unwuchtrotoren verwendet. Die er- puls zurückschnellt. Das seitliche Wegfließen des forderlichen Vibrationsfrequenzen liegen für einen Erdreichs hat nun zur Folge, daß konzentrisch zum üblichen Untergrund bei etwa 1 bis 15Hz. Die Ein- Pfahl ein Ringzylinder aus verdichtetem Erdreich treibgeschwindigkeit des sich periodisch mit dieser 55 entsteht. Dieser Ring würde wohl das Eindringen des Frequenz nach oben und nach unten bewegenden Pfahls infolge Reibung an der Pfahlmantelfläche bePfahles kann dabei durch eine Auflast erhöht wer- trächtlich erschweren, da aber der Pfahl bei jeder den. Verlängerung zwangläufig einer Querschnittsvermin-

Obwohl nun dieses bekannte Verfahren gegenüber derung und bei jeder Verkürzung einer Querschnittsdem einfachen Einhämmern bezüglich des Ener- 60 vergrößerung unterworfen ist (Dickenschwingungen), gieverbrauchs und der Eintreibgeschwindigkeit zwei- entsteht zwischen Pfahlmantel und Erdreich ein fellos Vorteile erbringt, so ist dennoch ein beträchtli- Ringspalt, da die Erde, wie bereits erwähnt, den eher Zeitaufwand zum Eintreiben erforderlich, insbe- hochfrequenten Pfahlschwingungen nicht zu folgen sondere bei relativ unelastischem Untergrund. vermag.

Außerdem wird der Erdboden zu starken Schwingun- 65 Die Vorteile der Erfindung liegen vor allem darin, gen erregt, was sich auf etwa in der Nähe befindliche daß der Pfahl innerhalb eines Bruchteiles der Zeit Gebäude sehr nachteilig auswirkt. Auch ist die eingesetzt werden kann, die bei dem bekannten VerLärmbelästigung gegenüber dem altbekannten fahren erforderlich ist. Außerdem erfolgt das Ram-