DE19631992B4

DE19631992B4 - Vibrationsbär mit Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE19631992B4
Application number: DE1996131992
Authority: DE
Inventors: Christian Heichel
Original assignee: ABI MASCHINENFABRIK und VERTRI; ABI MASCHINENFABRIK und VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH
Current assignee: ABI ANLAGENTECHNIK-BAUMASCHINEN- INDUSTRIEBEDA, DE
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: DE19631992A1

Abstract

Vibrationsbär zum Eintreiben von Rammkörpern in den Untergrund sowie zum Ziehen von Rammkörpern,
– der mäklergeführt
– und unter dem Einfluß einer Spannkraft entlang seiner Führung beweglich ist,
ausgestattet mit
– einem Vibrator, dessen Vibrationsamplitude während des Betriebes verstellbar ist,
– und einer Steuervorrichtung, welche
– die Vibrationsamplitude
– und die Vibrationsfrequenz
mit je einem Sensor erfasst
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Steuervorrichtung ausgebildet ist,
– die Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationsbärs entlang seiner Führung zu erfassen,
– und solche Einstellwerte für die Vibrationsamplitude und/oder die Vibrationsfrequenz und/oder die Spannkraft vorzugeben, daß die Bewegungsgeschwindigkeit einen Maximalwert annimmt,
– wobei die Vibrationsfrequenz oberhalb einer Grenzfrequenz liegt, welche größer als die Eigenfrequenz des Untergrundes ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationsbär zum Eintreiben von Rammkörpern in den Untergrund sowie zum Ziehen von Rammkörpern der mäklergeführt und unter dem Einfluss einer Spannkraft entlang seiner Führung beweglich ist, ausgestattet mit einem Vibrator, dessen Vibrationsamplitude während des Betriebes verstellbar ist, und einer Steuervorrichtung, welche die Vibrationsamplitude und die Vibrationsfrequenz mit je einem Sensor erfasst.

Um Rammkörper, beispielsweise die Elemente von Spundwänden oder Pfähle in den Untergrund einzutreiben, wird in der Regel ein Vibrationsbär verwendet, der den einzutreibenden Körper in Schwingungen versetzt, so daß er unter seinem Eigengewicht oder unter Beaufschlagung mit einer Kraft in den Boden dringt. In analoger Weise erleichtern Vibrationsbären auch das Ziehen eines zylindrischen Körpers aus dem Untergrund. Die Bären der genannten Art sind üblicher Weise jeweils mit einer Greifvorrichtung – etwa einer Klemmzange – ausgestattet, welche zur Fixierung des Bären am Rammkörper dient, sowie einem Führungselement, im einfachstem Fall ein Seil oder der Arm eines Baggers. Bevorzugt ist jedoch ein Führungselement, welches in einen Mäkler eingreift, entlang dem der Bär beweglich und mit einer Spannkraft in Eintreibrichtung beaufschlagbar ist.

Die Erzeugung der Vibrationen erfolgt durch Unwuchtmassen, welche von einem Antrieb bewegt um eine oder mehrere Drehachsen rotieren. Mehrere auf einer Achse verstellbar angeordneter Massen ermöglichen hierbei die Änderung des statischen Momentes bezüglich der Drehachse und somit der Schwingungsamplitu de. Vibrationsbären nach dem Stand der Technik weisen in der Regel einen Vibrator auf, dessen Vibrationsamplitude während des Betriebes verstellbar ist. Darüber hinaus wird die Vibrationsamplitude und die Vibrationsfrequenz in der Regel jeweils mit einem Sensor erfasst, so dass die Betriebsbedingungen kontrolliert, den jeweiligen Randbedingungen entsprechend angepasst und ggf. auch optimiert werden können.

In der DE 37 16 431 A1 wird beispielsweise eine Einrichtung zur Steuerung eines Pfahlrüttlers angegeben, welche u.a. einen Geber und einen an diesen angeschlossenen Sollwertgeber für das statische Moment der Unwuchtmassen, einen Geber und einen an diesen geschalteten Sollwertgeber für die Drehzahl der Unwuchtmassen, einen Geber und einen mit diesem verbundenen Sollwertgeber für die durch den Pfahlrüttler aufgenommene Leistung und eine Temperaturschutzeinheit aufweist. Die jeweiligen Sollwertgeber dienen dazu, vorab einen Arbeitsbereich für die jeweiligen Betriebsparameter festzulegen. Der Betrieb des Pfahlrüttlers erfolgt hierbei so, dass die von ihm aufgenommene Leistung jeweils innerhalb des vorgegebenen Arbeitsbereiches bleibt.

In der DE 43 17 999 A1 wird die Verwendung eines Vibrators vorgeschlagen, der während des Betriebes Frequenz und Unwuchtmasse kontinuierlich verändert und mit Hilfe eines Prozessors den Vibrator so regelt, dass er festgelegte Grenzewerte an Schwingungsemission und Schallemission nicht überschreitet und unterhalb dieser Grenzwerte sich optimale Arbeitsbedingungen sucht. Welche Parameter zur Definition der optimalen Bedingungen herangezogen werden sollen und nach welcher Methode das Optimum bestimmt werden soll, lässt vorliegende Druckschrift jedoch völlig offen. In vorliegender Druckschrift wird vorgeschlagen, den Vibrator stets unterhalb der Eigenfrequenz des Bodens zu betreiben.

Der DE 94 09 581 U1 schließlich ist eine Vorrichtung zum Rammen mit einem Vibrator zu entnehmen, welcher mäklergeführt und unter dem Einfluss einer Spannkraft entlang seiner Führung beweglich ist. Desweiteren weist der Vibrator einen Messfühler zur Erfassung der Schwingungsweite des Maschinenkopfes und Mittel zur Veränderung der auf den Vibrator einwirkenden Spannkraft auf. Die genannten Mittel dienen hierbei dazu, die Schwingungsweite des Vibrators dem sich ändernden Kraftbedarf des Rammgutes beim Abteufen anzupassen.

Bei den Vibrationsbären in allen genannten Druckschriften wird in nachteiliger Weise keine Optimierung der Abteufgeschwindigkeit vorgenommen. Mittel zur Messung der Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrators entlang seiner Führung fehlen dementsprechend bei den genannten Vorrichtungen.

Beim Betrieb eines Vibrationsbären besteht stets die Gefahr, umliegende Gebäude durch Erschütterungen zu schädigen, insbesondere wenn Arbeiten in unmittelbarer Nachbarschaft eines Bauwerkes erfolgen, wie es in dicht bebauten Innenstädten häufig notwendig ist, oder Gebäude in erhöhtem Maße erschütterungsempfindlich sind, wie z.B. Altbauten. Anhaltswerte für zulässige Schwingungsamplituden sind in der Norm DIN 4150 angegeben. Eine besonders starke Schwingungsanregung findet statt, wenn die Frequenz des Vibrationsbären im Beriech der Eigenfrequenz des Erdbodens liegt, die abhängig von den Bodenverhältnissen wenige Hertz beträgt. Schwingungsfrequenzen oberhalb von 50 bis 100 Hertz führen dagegen lediglich bei sehr großer Amplitude zu Schädigungen von Gebäuden. Als problematisch erweisen sich daher insbesondere die Inbetriebnahme und der Auslauf des Vibrators, bei denen niedrige Frequenzen durchfahren werden müssen.

Bei den Vibrationsbären nach dem Stand der Technik gemäß der o.g. Druckschriften DE 37 16 431 und DE 94 09 581 werden keine Aussagen über die einzustellende Frequenz des Vibrationsbären im Hinblick auf die Eigenfrequenz des Bodens gemacht. Bei der in Druckschrift DE 43 17 999 A1 vorgesehenen Betriebsweise des Vibrators unterhalb der Eigenfrequenz des Bodens wird zwar das Ziel erreicht, Gebäudeschäden weitestgehend zu vermeiden. Hierbei bleiben jedoch Frequenzbereiche für eine optimalen Betriebsweise unter etlichen Randbedingungen in nachteiliger Weise ungenutzt.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Vibrationsbär mit einer Steuervorrichtung zu entwickeln, die einen maximalen Vorschub des Vibrationsbären sicherstellt und bei dessen Einsatz in Gebäudenähe Schäden an umliegenden Gebäuden vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

– die Steuervorrichtung ausgebildet ist,
– die Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationsbären entlang seiner Führung zu erfassen,
– und solche Einstellwerte für die Vibrationsamplitude und/oder die Vibrationsfrequenz und/oder die Spannkraft vorzugeben, dass die Bewegungsgeschwindigkeit einen Maximalwert annimmt,
– wobei die Vibrationsfrequenz oberhalb einer Grenzfrequenz liegt, welche größer als die Eigenfrequenz des Untergrundes ist.

Der vorgeschlagene Vibrationsbär ist mit einer Steuervorrichtung versehen, die im allgemeinen räumlich vom Bär getrennt angeordnet ist und mit ihm über elektrische oder optische Leitungen oder drahtlos in Verbindung steht. Mit Hilfe geeigneter Mittel erfasst die Steuervorrichtung die Geschwindigkeit des Vibrationsbärs bei dessen Bewegung entlang seiner Führung, die der Eindringgeschwindigkeit des Rammkörpers in den Untergrund bzw. seiner Zeihgeschwindigkeit entspricht. Hierbei kann die Geschwindigkeit anhand einer unmittelbaren Weg- oder Geschwindigkeitsmessung erfolgen, ebenso ist aber auch eine indirekte Erfassung möglich, beispielsweise mittels der Drehzahl einer Zugseilwinde, welche den Vibrationsbär über ein Zugseil antreibt, oder der Durchflussmenge eines hydraulischen Antriebes.

Durch die Messung der Vorschubgeschwindigkeit eröffnet sich die Möglichkeit, bei Betrieb des Vibrationsbären dessen Vibrationsamplitude und/oder die Vibrationsfrequenz und/oder die Spannkraft so vorzugeben, dass die Abteufgeschwindigkeit ein Maximum annimmt. Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden dabei für die Vibrationsfrequenz Werte eingehalten, welche oberhalb einer die Eigenfrequenz des Untergrundes kennzeichnenden Grenzfrequenz liegen. Die dargelegten Maßnahmen führen in vorteilhafter Weise dazu, dass der zum Eintreiben oder Ziehen eines Rammkörpers notwendige Zeitaufwand auf ein Minimum verkürzt wird.

Bei einer Weiterbildung des Vibrationsbärs gemäß vorliegender Erfindung ist die Steuervorrichtung ausgebildet, die Vibrations amplitude unterhalb der Grenzfrequenz auf ihren Minimalwert einzustellen. Die Einstellung erfolgt dadurch, dass die verstellbaren Unwuchtmassen des Vibrators in Richtung kleinster statischer Momente verstellt werden. Die Einstellung erfolgt dann, wenn die Vibrationsfrequenz auf einen Grenzwert abfällt, der geringfügig oberhalb der Eigenfrequenz des Bodens liegt. Diese Randbedingung ist insbesondere in der An- und Auslaufphase des Vibrators gegeben, aber auch bei unvorhersehbaren Änderungen des Betriebszustandes, die zu einem Frequenzabfall führen. Die Regelung der Vibrationsamplitude auf einen Minimalwert bei Abfall der Vibrationsfrequenz unter den genannten Grenzwert stellt daher sowohl beim An- und Auslaufen des Vibrators als auch beim Eintreiben von Rammkörpern in inhomogenen Boden eine maximale Abteufgeschwindigkeit sicher bei gleichzeitigem weitestgehenden Ausschluss einer Gefährdung benachbarter Gebäude.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung ausgebildet, die Vibrationsamplitude und/oder die Vibrationsfrequenz und/oder die Spannkraft jeweils um ihre Einstellwerte periodisch zu variieren. Als Ergebnis aus diesem Vorgang wird der Wert der Vibrationsamplitude und/oder der Vibrationsfrequenz und/oder der Spannkraft jeweils als neuer Einstellwert vorgegeben, welcher bei der periodischen Variation zum Maximum der Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationsbärs entlang seiner Führung geführt hat. Bei der Variation der Parameter bietet sich speziell die Variation der Amplitude des Vibrators sowie der, vorzugsweise über einen Mäkler, auf den Vibrationsbär wirkenden Spannkraft an. Auch die Variation der Vibrationsfrequenz ist denkbar, wobei sich jedoch unter der Mehrzahl der Betriebsbedingungen die maximale Abteufgeschwindigkeit bei maximaler Vibrationsfrequenz einstellt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnehmen, in dem ein Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert ist. Sie zeigt einen erfindungsgemäßen Vibrationsbär mit Steuervorrichtung in schematischer Darstellung.
Der vorgeschlagene Vibrationsbär (1) besteht aus einem Vibrator (2) sowie einer Spannzange (3), in der sich ein Rammkörper (4) festlegen lässt, und ist entlang eines Mäklers (5) beweglich. Infolge der Schwingungen des Vibrators (2) lässt sich der Rammkörper (4) mit geringem Kraftaufwand in der Untergrund (6) eintreiben oder aus ihm herausziehen, wobei die Bewegung des Vibrationsbären (1) entlang des Mäklers (5) unter dem Einfluss einer Spannkraft möglich ist, die von einem hydraulischen Antrieb (7) erzeugt wird. Zweckmäßig ist der Vibrationsbär (1) mit dem Mäkler (5) sowie den zugehörigen Aggregaten auf einem Fahrzeug (8) befestigt.
Der Vibrationsbär (1) ist mit einer Steuervorrichtung (9) versehen, die seinen Betriebszustand mittels Sensoren (10) erfasst, welche über Leitungen (11) oder drahtlos mit ihr verbunden sind. Die Sensoren (10) erfassen insbesondere Schwingungsfrequenz und -amplitude des Vibrationsbären (1) sowie seine Bewegungsgeschwindigkeit entlang des Mäklers (5). Weiterhin ist denkbar, die Beschleunigung des Vibrationsbären (1), Betriebsparameter des Vibrators (2), etwa Öldruck und -temperatur, die Position des Vibrationsbären (1) auf dem Mäkler (5) sowie seine Kraftbeaufschlagung durch den Antrieb (7) oder beispielsweise den Geräuschpegel zu ermitteln. Eine Eingabeeinheit (12) ermöglicht die Einstellung und Änderung von Sollwerten.
Aus den Eingabewerten berechnet die Steuervorrichtung (9) den jeweils optimalen Betriebszustand des Vibrationsbären (1), bei dem Schäden an umliegenden Gebäuden infolge von Erschütterungen ausgeschlossen sind und die Eindringgeschwindigkeit des Rammkörpers (4) in den Untergrund (6) maximal ist. Durch Ansteuerung eines Stellgliedes (13) des Vibrators (2) sind zu diesem Zweck dessen Schwingungsfrequenz und -amplitude einstellbar; weiterhin steuert die Steuervorrichtung (9) den Antrieb (7) an.
Im Ergebnis entsteht auf diese Weise ein Vibrationsbär, der Schäden in der Umgebung durch Erschütterung ausschließt, auf erheblich vereinfachte Weise bedienbar ist und das Eintreiben und Ziehen von Rammkörpern mit maximaler Geschwindigkeit gestattet.

Claims

Vibrationsbär zum Eintreiben von Rammkörpern in den Untergrund sowie zum Ziehen von Rammkörpern, – der mäklergeführt – und unter dem Einfluß einer Spannkraft entlang seiner Führung beweglich ist, ausgestattet mit – einem Vibrator, dessen Vibrationsamplitude während des Betriebes verstellbar ist, – und einer Steuervorrichtung, welche – die Vibrationsamplitude – und die Vibrationsfrequenz mit je einem Sensor erfasst dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuervorrichtung ausgebildet ist, – die Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationsbärs entlang seiner Führung zu erfassen, – und solche Einstellwerte für die Vibrationsamplitude und/oder die Vibrationsfrequenz und/oder die Spannkraft vorzugeben, daß die Bewegungsgeschwindigkeit einen Maximalwert annimmt, – wobei die Vibrationsfrequenz oberhalb einer Grenzfrequenz liegt, welche größer als die Eigenfrequenz des Untergrundes ist.
Vibrationsbär nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuervorrichtung ausgebildet ist, die Vibrationsamplitude unterhalb der Grenzfrequenz auf ihren Minimalwert einzustellen.
Vibrationsbär nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuervorrichtung ausgebildet ist, – die Vibrationsamplitude und/oder die Vibrationsfrequenz und/oder die Spannkraft jeweils um ihre Einstellwerte periodisch zu variieren – und nach Abschluß dieses Vorganges den Wert der Vibrationsamplitude und/oder der Vibrationsfrequenz und/oder der Spannkraft jeweils als neuen Einstellwert vorzugeben, – welcher bei der periodischen Variation zum Maximum der Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationsbärs entlang seiner Führung geführt hat.