DE19906722A1 - Verfahren zum Zerkleinern von Betonbauteilen sowie Kernbohrwerkzeug zur Verwendung bei dem Verfahren - Google Patents
Verfahren zum Zerkleinern von Betonbauteilen sowie Kernbohrwerkzeug zur Verwendung bei dem VerfahrenInfo
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Abstract
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Zerkleinern von Betonbauteilen, insbesondere von Schwerstbetonteilen, wie sie zur Abschirmung von Kernreaktoren zum Einsatz kommen. Erfindungsgemäß werden zur Zerkleinerung solcher Bauteile in das Bauteil (10) nacheinander angrenzende Kernbohrungen (19) gebohrt, wobei jede Kernbohrung so plaziert wird, daß das verwendete Kernbohrwerkzeug (13) ein Stück seitlich über den Rand (20) des Bauteils (10) bzw. einer zuvor gefertigten Bohrung (19) übersteht, so daß im Inneren des Kernbohrwerkzeugs zwischen diesem und dem ausgebohrten Bohrkern (21) ein etwa segment- oder linsenförmiger Austragsspalt (22 bzw. 23) frei bleibt, durch den das unmittelbar zuvor gelöste Bohrklein (25) sofort abgeführt werden kann, so daß es am Bohrlochgrund (24) nicht weiter zerrieben wird, sondern in möglichst grober Fraktion anfällt. Das für die Durchführung des Verfahrens bevorzugt eingesetzte Kernbohrwerkzeug hat ein Bohrerrohr (14) mit mehreren an dessen Stirnseite im Abstand voneinander angeordneten Bohrzähnen (17), die in Radialrichtung eine Zahndicke (D) haben, die größer ist als die Wandstärke (d) des Bohrerrohres, wodurch es möglich wird, die im Beton enthaltenen Zuschlagstoffe weitgehend unzerkleinert aus der Betonmatrix zu reißen und zum Austragsspalt (22, 23) zu transportieren.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern von Beton
bauteilen, insbesondere von Schwerbetonteilen wie beispielsweise
von Betonabschirmungen von Kernreaktoren, unter Verwendung einer
Kernbohreinrichtung. Die Erfindung ist ferner auf ein Kernbohr
werkzeug gerichtet, das insbesondere für harte und/oder imhomo
gene Materialien wie beispielsweise Schwerbeton eingesetzt wer
den kann, mit einem Bohrerrohr, an dessen vorderen, stirnseiti
gen Ende ein Bohrkranz mit mehreren über den Bohrumfang verteilt
und im Umfangsabstand voneinander angeordneten Bohrzähnen ausge
bildet ist, wobei das neue Kernbohrwerkzeug in besonders vor
teilhafter Weise bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens zum Einsatz kommen kann.
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren, mit denen es möglich ist,
Betonbauteile oder andere harte und/oder inhomogene Materialien
zu zerkleinern. Beispielsweise ist es beim Abriß von Hochbauten
möglich, Sprengverfahren einzusetzen oder die Betonwände eines
Hauses mittels einer hydraulisch betätigten Abrißzange auseinan
derzuschneiden, wodurch es möglich ist, auch große Teile inner
halb kurzer Zeit zu zerlegen. Bei derartigen Verfahren kommt es
üblicherweise zu starker Staubentwicklung und die einzelnen, aus
den Betonwänden und -decken herausgebrochenen Bruchstücke haben
viele verschiedene Größen, wobei das den Beton zuvor verstär
kende Armierungseisen häufig noch unförmig aus den einzelnen
Bruchstücken herausragt.
Diese Zerkleinerungs- oder Abbruchverfahren können bei manchen
Abbruchaufgaben nicht eingesetzt werden. Beispielsweise haben
Sprengversuche an Bunkerbauwerken kaum Spuren hinterlassen. Sol
che Bunker waren auch mit anderen herkömmlichen Abbruchwerkzeu
gen nicht zu beseitigen, da der bei solchen Bauwerken einge
setzte Schwerbeton eine solche Festigkeit und so stärke Armie
rung aufweist, daß die üblichen Abbruchwerkzeuge schon nach
kurzer Zeit zerstört sind. Eine besonders schwierige Aufgabe
stellt in diesem Zusammenhang der Abriß eines Kernreaktors dar,
dessen Betonabschirmung nicht nur aus einem stark armierten, mit
Sonderzuschlagstoffen wie z. B. Stahlkugeln versehenen und daher
nur schwer zu zerstörenden Schwerbeton bestehen, sondern auch
stark radioaktiv verstrahlt sind, so daß beim Zerkleinern einer
solchen Reaktor-Betonabschirmung sichergestellt werden muß, daß
keine Strahlung freigesetzt wird und die gesamte Betonabschir
mung nach ihrer Zerkleinerung einschließlich der dabei anfallen
den Feinfraktion einer vorschriftsmäßigen Entsorgung zugeführt
wird. Eine Sprengung eines solchen Bauteiles oder auch die Zer
kleinerung mit Abbruchzangen, Preßlufthämmern od. dgl. verbietet
sich daher schon allein aufgrund der dabei auftretenden Staub
entwicklung, da der Staub niemals in der geforderten Weise auf
gefangen und mit dem Rest der Bruchstücke entsorgt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Zerkleinern von
Betonbauteilen, insbesondere Schwerbetonbauteilen zu schaffen,
wie sie äls Betonabschirmungen von Kernreaktoren zum Einsatz
kommen, mit dem es in wirtschaftlicher Weise möglich ist, das
Bauteil unter möglichst geringer Staub- und Feingutentwicklung
in handhabbare Einzelteile zu zerlegen, die dann mit geringem
Aufwand einer geeigneten Entsorgung zugeführt werden können.
Ferner soll mit der Erfindung ein Kernbohrwerkzeug geschaffen
werden, das sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens besonders eignet, das eine hohe Standzeit hat und beim
Bohren möglichst wenig Feingut oder Feinspäne erzeugt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in dem Bauteil mit
Hilfe der Kernbohreinrichtung nacheinander aneinander angren
zende Kernbohrungen gebohrt und die ausgebohrten Kerne und die
zwischen den Bohrlöchern verbliebenen Stege anschließend einer
geeigneten Entsorgung zugeführt, wobei jede in das Bauteil ge
bohrte Kernbohrung so plaziert wird, daß das verwendete Kern
bohrwerkzeug ein Stück seitlich über den Rand des Bauteils bzw.
einer zuvor gefertigten Bohrung übersteht, so daß im Inneren des
Kernbohrwerkzeugs zwischen diesen und dem ausgebohrten Bohrkern
ein etwa segmentförmiger Spalt frei bleibt. Diese Vorgehensweise
beim Zerlegen des Bauteils in einzelne Bohrkerne und dazwischen
sich herausbildende Stege hat den besonderen Vorteil, daß die
von dem Kernbohrwerkzeug bei seiner Drehung im Bauteil am Bohr
grund erzeugten Späne (Feingut) nach nicht einmal einer voll
ständigen Umdrehung des Bohrers den segmentförmigen Spalt oder
Freiraum erreichen, durch den sie leicht ausgetragen werden kön
nen. Das von dem Bohrer bei seiner Drehung erzeugte Bohrklein
verbleibt also nicht im Bohrloch bzw. dem zwischen Bohrkern und
Bauteil entstehenden Ringspalt, sondern wird praktisch unmittel
bar nach seinem Herauslösen aus dem harten Beton ausgetragen. Es
kann daher auch nicht von dem Bohrer weiter zermahlen und zer
kleinert werden, sondern wird als verhältnismäßig grobe Fraktion
ausgetragen, die leicht in einem geeigneten Behälter aufgefangen
und entsorgt werden kann, ohne daß es zu einer nennenswerten
Staubentwicklung kommt, die insbesondere beim Zerkleinern von
radioaktiv verstrahlten Bauteilen eines Kernkraftwerkes vermie
den werden soll.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bohrungen in Vertikal
richtung oder schräg von oben nach unten in das Bauteil gebohrt
werden, so daß das vom Bohrer erzeugte Bohrklein aufgrund seines
Eigengewichtes nach unten herausfallen kann, sobald es in den
segmentförmigen Spalt zwischen Bohrkern und Kernbohrwerkzeug ge
langt. Um diesen Austrag noch weiter zu verbessern und bei jedem
Bohrvorgang unweigerlich, wenn auch nur in geringen Mengen, ent
stehendes Feingut bzw. Staub zu binden, ist es vorteilhaft, zwi
schen den Kernbohrer und den von diesem ausgebohrten Kern
und/oder das Restbauteil eine Spülflüssigkeit zu injizieren,
beispielsweise Wasser, das dann nicht nur den jederzeit sicheren
Austrag des Bohrkerns gewährleistet, sondern auch für eine Küh
lung des Kernbohrwerkzeuges im Bereich von dessen Bohrkrone
sorgt.
Der zwischen dem Kernbohrer und dem jeweiligen Bohrkern verblei
bende Spalt hat vorzugsweise eine Spaltbreite, die der Korngröße
der im Beton verarbeiteten Zuschlagstoffe mindestens entspricht.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise zu zerklei
nernden Schwerbetonteile, wie sie in Kernreaktoren zum Einsatz
kommen, bestehen üblicherweise aus einem stahlbewehrten Beton
mit Hochofenzement als Bindemittel, einer Stahlbewehrung von
70-100 kg/m3, Magnetit und/oder Hämatit als Gesteinszuschlag
und enthalten zusätzlich noch einen Zuschlag aus Stahlkugeln in
einer Größe von 3-8 mm, die in einer Menge von bis zu 2 t/m3
enthalten sein können. Ein solcher, auch als Kugellagerbeton
bezeichneter Schwerstbeton ist aufgrund des unterschiedlichen
Materialverhaltens seiner verschiedenen Bestandteile (Bewehrung,
Gesteinszuschlag, Stahlkugelzuschlag, Bindemittel) außergewöhn
lich schwer zu zerspanen. Wenn die Spaltbreite zwischen Kernboh
rer und dem ausgebohrten Bohrkern der Korngröße der verarbeite
ten Zuschlagstoffe mindestens entspricht, werden diese selbst
gar nicht zerspant, sondern von dem Bohrwerkzeug aus der sie
umgebenden Betonmatrix herausgerissen und weitgehend unzer
kleinert bis zu dem Spalt gefördert, durch den sie bei vertika
ler Bohrung herausfallen können. Es hat sich dabei gezeigt, daß
sich die von dem Bohrwerkzeug einmal gelösten Stahlkugeln oder
Steinzuschlagstoffe an diesem verkeilen, solange sie sich noch
in dem Spalt zwischen Bauteil und Bohrkern befinden und dabei
selbst die Funktion von Lösezähnen oder Schneidzähnen überneh
men, die wiederum weitere Stahlkugeln od. dgl. aus der Beton
matrix herausreißen.
Wie bereits erwähnt, wird das bei der Bohrung gelöste Bohrklein
zweckmäßig im wesentlichen durch den segment- oder linsenförmi
gen Spalt zwischen Kernbohrer und Bauteil bzw. Bohrkern ausge
tragen. Das mittels der Spülflüssigkeit in Bohrrichtung nach
vorne bzw. nach unten ausgetragene Bohrklein kann anschließend
von der Spülflüssigkeit separiert werden, so daß dieses in vor
teilhafter Ausgestaltung der Erfindung im Kreis gefördert wer
den kann, was insbesondere bei der Bearbeitung bzw. Zerkleine
rung von verstrahltem Beton vorteilhaft, wenn nicht gar unbe
dingt erforderlich ist. Da zur Zerkleinerung oder Zerlegung des
Bauteiles lediglich eine Vielzahl von parallelen Bohrungen ne
beneinander in den Beton gebohrt werden müssen, kann die Kern
bohreinrichtung leicht automatisch und/oder ferngesteuert wer
den, so daß die Gefahr einer Verstrahlung eines Bedieners der
Einrichtung zuverlässig vermieden werden kann.
Beim Zerkleinern einer etwa ringzylindrischen Betonabschirmung
für Kernreaktoren hat es sich als besonders vorteilhaft erwie
sen, die Bohrungen ausgehend von der Innenwandung der Abschir
mung in etwa spiral- oder ringförmiger Abfolge von innen nach
außen herzustellen, so daß die stark verstrahlten inneren Berei
che der Abschirmung zuerst in Bohrkerne und ggf. zwischen den
Bohrungen verbleibende Stege zerlegt werden und die wenig ver
strahlten Bereiche erst zerlegt werden, nachdem der stark kon
taminierte Innenbereich bereits zerlegt und vorzugsweise ent
sorgt ist. Beim Abbau der kritischen Abschirmungsbereiche im
Bereiche der Innenwandung steht also noch soviel radial außen
liegendes Material zur Verfügung, daß die von den inneren Bohr
kernen und -stegen ausgehende Strahlung nicht nach außen dringen
kann, sondern von dem wenig oder nicht belasteten Teil der Ab
schirmung im Bereich von deren Außenwandung von ihrem Austritt
nach außen gehindert wird.
Das erfindungsgemäße Kernbohrwerkzeug, das für Bohrungen in har
ten und/oder inhomogenen Materialien wie beispielsweise Schwer
beton besonders geeignet ist und seine Zuverlässigkeit insbeson
dere auch bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
unter Beweis gestellt hat, zeichnet sich dadurch aus, daß die
Bohrzähne in Radialrichtung eine Zahndicke haben, die größer ist
als die Wandstärke des Bohrerrohres. Durch diese Ausgestaltung
des Kernbohrwerkzeuges erzeugt dieses bei seiner Drehung im zu
zerspanenden Material einen Spalt, dessen Spaltbreite merklich
größer ist als die Wandstärke des Bohrerrohres. Dies hat zur
Folge, daß sich nicht nur das Bohrerrohr in dem hergestellten
Bohrspalt ohne Zwängungen frei drehen kann, sondern daß zwischen
dem Bohrerrohr und dem von dem Kernbohrwerkzeug ausgebohrten
Bohrkern und/oder dem um das Bohrwerkzeug herum verbleibenden
Material ein Spalt entsteht, in den das von den Zähnen gelöste
Bohrklein zurückweichen kann, so daß es am Bohrgrund von dem
Bohrwerkzeug nicht weiter zerrieben wird, sondern möglichst
grobkörnig ausgetragen werden kann.
Zweckmäßig ragen die Bohrzähne dabei sowohl nach innen als auch
nach außen über die Wandung des Bohrerrohres vor, wodurch mög
lichst viel Platz für das gelöste Bohrklein geschaffen wird und
wodurch insbesondere auch eine leichte Spülung beim Bohrvorgang
möglich wird, indem die Spülflüssigkeit durch den innen zwisqhen
Bohrerrohr und Bohrkern entstehenden Spalt eingebracht, am vor
deren Ende des Bohrwerkzeuges zwischen den Bohrerzähnen umge
lenkt und über den äußeren Spalt zwischen Bohrwerkzeug und Bau
teil wieder zusammen mit dem gelösten Bauklein ausgetragen wird.
Diese Art der Spülung hat selbstverständlich bei Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens nur untergeordnete Bedeutung,
da hierbei die Spülflüssigkeit in Bohrrichtung, also nach unten
bzw. vorne durch den segmentförmigen Spalt ausgetragen wird.
Vorzugsweise entspricht der seitliche Überstand der Bohrzähne
über die Wandung des Bohrerrohrs mindestens dessen Wandstärke.
Beim Bohren entsteht also zwischen Bohrerrohr und Bohrkern bzw.
den außen stehenbleibenden Teilen des Bauteils jeweils ein
Spalt, der mindestens genauso breit ist wie die Wandstärke des
Bohrerrohrs. Die Zahndicke oder -breite kann dabei das drei- bis
sechsfache der Wandstärke des Bohrerrohrs betragen. In der Pra
xis bewährt hat sich beispielsweise ein Kernbohrwerkzeug mit
einem Bohrerrohr, dessen Wandstärke etwa 4-6 mm beträgt, während
die Breite der Bohrzähne etwa 20 mm beträgt, wobei ihr seitli
cher Überstand radial nach innen und nach außen über die Wandung
des Bohrerrohrs etwa gleichgroß ist.
Die Bohrzähne bestehen vorzugsweise aus einem Hartwerkstoff bzw.
sind mit Hartwerkstoffpartikeln bestückt. Hierzu können die
Hartwerkstoffpartikel in einem geeigneten Matrixmetall eingebun
den sein, das die sichere Verbindung der Zähne am vorderen bzw.
unteren Ende des Kernbohrwerkzeuges gewährleistet. Als besonders
vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Bohrzähne im wesentli
chen aus an dem Bohrerrohr angebrachten Metallelementen mit
darin eingelagerten bzw. daran angebundenen Hartstoffpartikeln
bestehen, die ein Ausbohren oder Ausreiben des Bohrkleins nach
Art von geometrisch unbestimmten Schneiden ermöglichen. Die
Bohrzähne haben also keine besondere, geometrisch bestimmte
Form, sondern sind lediglich etwa ringsegmentförmige, im Quer
schnitt und auch in ihren Stirnseiten rechteckige Elemente, die
ihre Schneid- bzw. Zerspanungswirkung durch die Hartstoffparti
kel beziehen, die aus dem sie umgebenden Matrixmetall ein Stück
weit herausragen. Derartige Bohrzähne schärfen sich im Betrieb
des Bohrwerkzeuges selbst, da bei Abnutzung oder Abbrechen der
aus dem Matrixmetall herausragenden Hartwerkstoffpartikel das
Matrixmetall innerhalb kürzester Frist soweit abgetragen wird,
bis neue Hartwerkstoffpartikel den Zerspanungsvorgang vornehmen
können.
Die Hartwerkstoffpartikel können aus Hartmetall und/oder Keramik
bestehen und zweckmäßig unterschiedliche Korngrößen haben. Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Hartwerk
stoffpartikel mittels einer Buntmetallegierung an dem Bohrerrohr
oder dessen Bohrzähnen angebunden bzw. in die Bundmetallegierung
eingebunden sind. Die Buntmetallegierung, die eine Kupfer, Man
gan und/oder Nickel enthaltende Legierung sein kann, gewähr
leistet einen besonders festen Verbund der Hartwerkstoffpartikel
an dem Bohrerrohr bzw. dessen Zähnen.
Das erfindungsgemäße Kernbohrwerkzeug kann in besonders vorteil
hafter Weise bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah
rens zum Einsatz kommen. Weitere Merkmale und Vorteile der Er
findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der
Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Kernbohrwerkzeuges
an einem Beispiel näher erläutert wird. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren zu zerkleinernden,
ringzylindrischen Abschirmung aus Schwerbeton und
der bei der Durchführung des Verfahrens zum Ein
satz kommenden Komponenten, teilweise im Schnitt;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Reaktorabschirmung nach
Fig. 1 mit einigen bereits fertiggestellten Aus
bohrungen;
Fig. 3 eine Einzelheit III des in die Abschirmung nach
Fig. 1 eingebohrten Kernbohrwerkzeuges;
Fig. 4 das bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Einsatz kommende Kernbohrwerkzeug
nach der Erfindung in einer Unteransicht; und
Fig. 5 eine Einzelheit V des im Eingriff befindlichen
Kernbohrwerkzeuges nach Fig. 3 im Schnitt.
In Fig. 1 bezeichnet 10 eine ringzylindrische Abschirmung aus
Schwerbeton, wie sie in Kernreaktoren zur Abschirmung der von
den Kernbrennstäben erzeugten radioaktiven Strahlung zum Einsatz
kommt.
Es hat sich als außergewöhnlich schwer erwiesen, derartige Bau
teile sachgerecht zu zerkleinern, um sie einer sicheren Entsor
gung zuführen zu können. Der Grund hierfür liegt zum einen
darin, daß der für die Herstellung der Abschirmung 10 verwendete
Schwerbeton neben Hochofenzement als Bindemittel und dem übli
chen Kies noch einen Gesteinszuschlag aus Magnetit oder Hämatit,
eine große Menge an Stahlbewehrung von bis zu 100 kg/m3 und
darüber hinaus auch noch aus Stahlkugeln bestehende Zuschläge
enthält, die bis zu 2 t/m3 ausmachen können. Aufgrund dieser
Zusammensetzung ist der auch als Abschirmbeton bezeichnete Werk
stoff der Reaktorabschirmung nicht nur außerordentlich fest,
sondern stellt auch infolge der verschiedenen, verwendeten Werk
stoffe ein inhomogenes und daher nur sehr schwer zu verspanendes
Bauteil dar. Die Schwierigkeit beim Zerkleinern der Abschirmung
wird weiter dadurch vergrößert, daß hierbei möglichst wenig Spä
ne entstehen sollen und daß die nicht zu vermeidenden Späne mög
lichst grobkörnig sein sollen, um sie als radioaktiven Restmüll
entsorgen können, was bei feinem Staub nicht mit der erforderli
chen Sicherheit gewährleistet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht daher vor, die Schwerbeton
abschirmung 10 mit Hilfe einer Kernbohreinrichtung 11 zu zer
kleinern, die in nicht näher dargestellter Weise oberhalb der
Abschirmung verfahren werden kann, wobei sie von einem entfern
ten, sicheren Ort ferngesteuert wird, wie dies durch die Antenne
12 angedeutet ist.
Die Kernbohreinrichtung 11 weist ein Kernbohrwerkzeug 13 auf,
das im wesentlichen aus einem Bohrerrohr 14 besteht, an dessen
unterem, stirnseitigen Ende 15 ein Bohrkranz 16 mit mehreren
über den Rohrumfang verteilt und im Umfangsabstand voneinander
angeordneten Bohrzähnen 17 ausgebildet ist. Das Kernbohrwerkzeug
13 wird von der Kernbohreinrichtung 11 von der Oberseite 18 der
Abschirmung 10 in Vertikalrichtung nach unten in diese einge
bohrt. Dabei werden die Bohrungen in einer bestimmten Art und
Weise plaziert, die am besten aus Fig. 2 erkennbar ist.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, wird jede in das Bauteil gebohrte
Kernbohrung 19 so plaziert, daß das Kernbohrwerkzeug 13 ein
Stück seitlich über den Rand des Bauteils 10 bzw. einer zuvor
gefertigten Bohrung übersteht. Bei der Darstellung nach Fig. 2
ist die erste von oben nach unten in die Abschirmung gebohrte
Kernbohrung die Bohrung 19', die so plaziert ist, daß das Kern
bohrwerkzeug seitlich an der Innenwand 20 der Abschirmung 10
herausragt oder vorsteht, so daß im Inneren des Kernbohrwerkzeu
ges 13 zwischen diesem und dem gestrichelt dargestellten, ausge
bohrten Bohrkern 21 ein etwa segmentförmiger Spalt 22' frei
bleibt. Die nachfolgend hergestellte, zweite Kernbohrung 19"
ist wiederum so plaziert, daß das Kernbohrwerkzeug einerseits an
der Innenwand des Bauteils übersteht, so daß dort ein erster
segmentförmiger Spalt zwischen dem ausgebohrten Bohrkern 21"
und dem Bohrer verbleibt und darüber hinaus noch ein zweiter et
wa segmentförmiger Spalt 23 entsteht, indem das Kernbohrwerkzeug
ein Stück über den Rand der zuvor gefertigten Bohrung 19'
übersteht.
Die jeweils nachfolgend hergestellten, in Fig. 2 nicht alle dar
gestellten Kernbohrungen werden so erstellt, daß das Kernbohr
werkzeug wenigstens entweder über die Wandfläche der Abschirmung
oder einer zuvor erstellten Bohrung übersteht, so daß der ausge
bohrte Bohrkern 21 niemals ein vollständiger Zylinder ist, son
dern immer einen segment- oder linsenförmigen Abschnitt hat, der
im Querschnitt dem Spalt 22 bzw. 23 entspricht.
Der besondere Vorteil des beschriebenen, erfindungsgemäßen Ver
fahrens läßt sich am besten anhand Fig. 3 erkennen. Wie sich
hieraus ergibt, kann das von dem Kernbohrwerkzeug 13 bei seinem
Rotieren am Bohrlochgrund 24 gelöste Bohrklein 25 durch den seg
mentförmigen Spalt 22 bzw. 23 bereits nach einem sehr kurzen
Transportweg von nicht einmal 360° des Bohrerumfangs ausgetragen
werden, wie dies bei 26 angedeutet ist. Die von den Zähnen 17
des Bohrers gelösten Partikel der Abschirmung 10 aus Schwerstbe
ton verbleiben also nur sehr kurze Zeit am Bohrlochgrund 24, so
daß sie dort nicht weiter zerrieben oder sonstwie zerkleinert
werden, sondern durch den Spalt 22 bzw. 23 als verhältnismäßig
grobe Partikel ausgetragen werden, indem sie infolge ihres Ei
gengewichtes nach unten fallen. Der Austrag der aus dem Beton
verbund gelösten Partikel wird durch Spülwasser 27 zusätzlich
begünstigt, das von oben durch den zwischen Bohrerrohr 14 und
hergestelltem Bohrkern 21 entstehenden, inneren Bohrspalt 28 zu
geführt wird und gemeinsam mit dem gelösten Bohrklein 25 durch
den Spalt 22 bzw. 23 nach unten abläuft. Das Spülwasser 27 hat
dabei den zusätzlichen Effekt, für eine Kühlung des Bohrwerk
zeugs im Bereich von dessen Bohrkranz 16 zu sorgen und bindet
auch die nie ganz zu vermeidenden, feinen Fraktionen des ge
lösten Bohrkleins, so daß diese nicht als Staub unkontrolliert
entweichen können, sondern zusammen mit den weitgehend unzer
kleinerten Zuschlagstoffen (Stahlkugeln, Kies etc.) aus dem seg
mentförmigen Spalt 22, 23 nach unten ablaufen.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, wird das Bohrklein zusammen mit dem
Spülwasser in einem geeigneten Auffangbecken 29 aufgefangen und
gelangt dann über eine Leitung 30 in ein Absetzbecken 31, wo
sich die festen Bestandteile absetzen und über eine Schlammlei
tung 32 ausgetragen werden können, während das Spülwasser 27 mit
Hilfe einer Pumpe 33 im Kreis gefahren und der Kernbohreinrich
tung 11 an der Oberseite 18 der Abschirmung wieder zugeleitet
wird. Der Wasserverbrauch kann dadurch gering gehalten werden,
was angesichts der radioaktiven Kontaminierung des Wassers von
besonderem Vorteil ist.
Die konstruktive Ausgestaltung des bei der Durchführung des er
findungsgemäßen Verfahrens bevorzugt zum Einsatz kommenden Kern
bohrwerkzeuges ist am besten anhand der Fig. 3 bis 5 zu erken
nen. Wie sich hieraus ergibt, haben die Bohrzähne 17 des Bohr
werkzeugs 13 in Radialrichtung eine Zahndicke D, die größer ist
als die Wandstärke d des Bohrerrohres 14. Dabei ist die Anord
nung so getroffen, daß die Bohrzähne etwa gleich weit nach innen
und außen über die Wandung 34 des Bohrerrohres vorragen. Bei dem
dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei der
seitliche Überstand 35 der Bohrzähne über die Wandung 34 etwas
größer als die Wandstärke d des Bohrerrohres 14. Die gesamte
Zahndicke D beträgt hier etwa das fünffache der Wandstärke d, so
daß bei einer gewählten Wandstärke d von 4 mm die Zahndicke ins
gesamt etwa 20 mm beträgt und die Bohrerzähne 17 außen und innen
etwa 8 mm über die Wandung 34 des Bohrerrohres 14 vorstehen.
Beim Bohren in die Abschirmung 10 erzeugt das Kernbohrwerkzeug
13 somit zwischen sich und dem entstehenden Bohrkern 21 einer
seits und dem außen stehenbleibenden Material 36 andererseits
Bohrspalte 28 bzw. 37, deren Spaltbreite s dem seitlichen Über
stand 35 der Bohrzähne mindestens entspricht. Beim Einsatz des
Bohrwerkzeuges für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens wird der Überstand der Zähne so gewählt, daß die ent
stehenden Bohrspalte innen und außen eine Spaltbreite s haben,
die der Korngröße der im Beton verarbeiteten Zuschlagstoffe
mindestens entspricht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
haben die Zuschlagstoffe, die in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 38
versehen sind, eine mittlere Korngröße von etwa 7 mm, während
der seitliche Überstand 35 des Zahns über das Bohrrohr 8 mm be
trägt. Da sich die Zähne 17 - wie aus Fig. 4 ersichtlich - in
einem vergleichsweise großen Umfangsabstand voneinander an der
Stirnseite 15 des Bohrerrohres befinden, können die von den Zäh
nen meist unzerkleinert aus dem Betonverbund gelösten Zuschlag
stoffe in die zwischen den einzelnen Zähnen vorhandenen Zwi
schenräume 39 und über diese auch in die außen und innen am
Bohrerrohr ausgebildeten Bohrspalte gelangen und werden daher
von dem Bohrkranz 16 am Bohrlochgrund 24 nicht weiter zerrieben,
sondern weitgehend unzerkleinert aus dem segmentförmigen Spalt
22, 23 ausgetragen.
Der Aufbau der Bohrzähne 17 ist am besten in Fig. 5 erkennbar.
Sie bestehen im wesentlichen aus an dem Bohrerrohr 14 angeordne
ten Metallelementen 40, die aus einem Matrixmetall 41 mit darin
eingelagerten Hartwerkstoffpartikeln 42 bestehen. Das Matrixme
tall 41 ist eine Buntmetallegierung, die Kupfer, Mangan und/oder
Nickel enthalten kann und die für eine feste Verbindung des Me
tallelements 40 an dem Bohrerrohr 14 sorgt. Die Hartwerkstoff
partikel können Teilchen unterschiedlicher Größe aus Hartmetall,
Keramik, kubisch zentriertem Bohrnitrit, Korund, Diamant oder
einem anderen harten Werkstoff sein, wie er beispielsweise auch
bei der Herstellung von Schleifscheiben für die Werkstückbear
beitung zum Einsatz kommt. Die aus Matrixmetall und Hartwerk
stoffpartikel aufgebauten Bohrzähne bilden demnach Werkzeuge mit
geometrisch unbestimmten Schneiden, die sich selbst nachschär
fen, indem durch Abnutzung des Matrixmetalls 41 immer neue Hart
werkstoffpartikel 42 aus dessen Oberfläche herausragen, die dann
die eigentliche Bohrarbeit leisten. Bei der in Fig. 5 gezeigten
Darstellung ist dies gut anhand der unten aus dem Matrixmetall
41 herausragenden Hartwerkstoffpartikel 42' zu erkennen, an de
nen sich zwei Stahlkugeln 43 festgeklemmt haben, die bei Drehung
des Bohrers über den Bohrlochgrund 24 in Richtung auf den Aus
tragsspalt 22 bzw. 23 transportiert werden. Wie anhand der Dar
stellung gut zu erkennen ist, wirken dabei die Stahlkugeln 43
selbst als eine Art Werkzeug, die weitere Zuschlagstoffe wie
z. B. die Stahlkugel 43a aus dem Betonverbund herausreißen, was
eine besonders hohe Schnittleistung ermöglicht und ein sehr
grobkörniges Bohrklein erzeugt, das gerade bei der Zerkleinerung
von Kernreaktorbauteilen besonders erwünscht ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Kernbohrwerkzeug 13 ist es nicht nur
möglich, die in dem Schwerstbeton enthaltenen Zuschlagstoffe
weitgehend unzerkleinert aus der Betonmatrix herauszureißen und
über den Austragsspalt 22 auszutragen, sondern auch die beim Er
stellen der einzelnen Kernbohrungen gekreuzten Stahlarmierungen
44 werden mittels der buntmetallgebundenen Hartwerkstoffpartikel
der Bohrzähne problemlos durchtrennt. Der erfindungsgemäße Boh
rer eignet sich somit nicht nur in besonders vorteilhafter Weise
zum Zerkleinern von beim Reaktorbau zum Einsatz kommenden
Schwerstbetonbauteilen, sondern generell für solche Werkstücke,
die aus verschiedenen Materialien (Stahl, Stein, Zement usw.)
bestehen, also für Bauteile, deren Bearbeitung mit ein und dem
selben Werkzeug bislang regelmäßig große Probleme bereitet hat.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es ergeben sich eine
Vielzahl von Änderungen und Ergänzungen, ohne den Rahmen der Er
findung zu verlassen. So müssen die Kernbohrungen in dem Bauteil
10 nicht notwendigerweise vertikal von oben nach unten gesetzt
werden, sondern es ist ebenso denkbar, das Kernbohrwerkzeug un
ter einem Winkel durch das Bauteil zu bohren, wenn dies im Ein
zelfall zweckmäßig erscheint. In Einzelfällen kann es auch mög
lich oder erforderlich sein, den Bohrer waagerecht durch das
Bauteil zu bohren, wobei dann jedoch in jedem Falle für eine
ausreichend Menge Spülflüssigkeit gesorgt sein sollte, die durch
den Austragsspalt gepumpt wird, um eine zuverlässige Abfuhr des
auszutragenden Bohrkleins zu gewährleisten. In jedem Fall werden
die Bohrungen so gesetzt, daß sie eine Wand oder eine zuvor er
stellte Bohrung ein Stück weit überlappen, um so den etwa seg
ment- oder linsenförmigen Austragsspalt 22 bzw. 23 zu bilden,
durch den das Bohrklein bereits nach kurzem, üblicherweise le
diglich den Teil einer einzigen Umdrehung des Kernbohrwerkzeuges
dauernden Weg aus der Bohrung auszutragen und der Entsorgung zu
führen zu können.
Claims (21)
1. Verfahren zum Zerkleinern von Betonbauteilen, insbesondere
von Schwerbetonteilen wie beispielsweise von Betonabschir
mungen von Kernreaktoren, unter Verwendung einer Kernboh
reinrichtung, wobei nacheinander aneinander angrenzende
Kernbohrungen (19) im Bauteil (10) gebohrt und die ausge
bohrten Kerne (21) und die zwischen den Bohrlöchern verblie
benen Stege anschließend einer Entsorgung zugeführt werden
und wobei jede in das Bauteil (10) gebohrte Kernbohrung (19)
so plaziert wird, daß das verwendete Kernbohrwerkzeug (13)
ein Stück seitlich über den Rand des Bauteils (10) bzw.
einer zuvor gefertigten Bohrung (19') übersteht, so daß im
Inneren des Kernbohrwerkzeugs (13) zwischen diesem und dem
ausgebohrten Bohrkern (21) ein etwa segment- oder linsenför
miger Spalt (22 bzw. 23) freibleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrungen (19) in Vertikalrichtung oder schräg von
oben nach unten in das Bauteil (10) gebohrt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß während des Bohrvorgangs zwischen dem
Kernbohrer (13) und den von diesem ausgebohrten Kern (21)
und/oder das Restbauteil (36) eine Spülflüssigkeit (27) in
jeziert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der zwischen dem Kernbohrer
(13) und dem jeweiligen Bohrkern (21) verbleibende Spalt
(28) eine Spaltbreite (s) hat, die der Korngröße der im
Beton verarbeiteten Zuschlagstoffe (38) mindestens ent
spricht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das bei der Bohrung (19) ge
löste Bohrklein (25) im wesentlichen durch den Spalt (28
bzw. 37) zwischen Kernbohrer (13) und Bauteil (10) bzw.
Bohrkern (21) ausgetragen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Bohrklein (25) mittels der
Spülflüssigkeit (27) in Bohrrichtung nach vorne bzw. nach
unten ausgetragen und anschließend von der Spülflüssigkeit
separiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Spülflüssigkeit (27) im Kreis
gefördert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kernbohreinrichtung (11) fern
gesteuert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet daß beim Zerkleinern einer etwa ringzy
lindrischen Betonabschirmung (10) für Kernreaktoren die Boh
rungen (19) ausgehend von der Innenwandung (20) der Ab
schirmung in etwa spiral- oder ringförmiger Abfolge von
innen nach außen hergestellt werden.
10. Kernbohrwerkzeug, insbesondere für harte und/oder inhomogene
Materialien wie beispielsweise Schwerbeton, mit einem Boh
rerrohr, an dessen vorderen, stirnseitigen Ende ein Rohr
kranz mit mehreren über den Rohrumfang verteilt und im Um
fangsabstand voneinander angeordneten Bohrzähnen ausgebildet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrzähne
(17) in Radialrichtung eine Zahndicke (D) haben, die größer
ist als die Wandstärke (d) des Bohrerohres (14).
11. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bohrzähne (17) nach innen und außen
über die Wandung (34) des Bohrerrohrs (14) vorragen.
12. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß der seitliche Überstand (s) der
Bohrzähne (17) über die Wandung (34) des Bohrerrohrs (14)
dessen Wandstärke (d) mindestens entspricht.
13. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da
durch gekennzeichnet, daß die Zahndicke (D) das
drei- bis sechsfache der Wandstärke (d) beträgt.
14. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß die Bohrzähne (17) aus
einem Hartwerkstoff bestehen bzw. mit Hartwerkstoffpartikeln
(42) bestückt sind.
15. Kernbohrwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Hartwerkstoffpartikel (42) in einem
Matrixmetall (41) eingebunden sind.
16. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß die Bohrzähne (17) im
wesentlichen aus an dem Bohrerrohr (14) angebrachten Metall
elementen (40) mit darin eingelagerten bzw. daran angebunde
nen Hartwerkstoffpartikeln (42) bestehen.
17. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 16, da
durch gekennzeichnet, daß die Hartwerkstoffparti
kel (42) aus Hartmetall und/oder Keramik bestehen.
18. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 17, da
durch gekennzeichnet, daß Hartwerkstoffpartikel
(42) unterschiedliche Korngrößen haben.
19. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da
durch gekennzeichnet, daß die Hartwerkstoffparti
kel (42) mittels einer Buntmetallegierung an dem Bohrerrohr
(14) oder dessen Bohrzähnen (17) angebunden bzw. in der
Buntmetallegierung eingebunden sind.
20. Kernbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 19, da
durch gekennzeichnet, daß die Buntmetallegierung
eine Kupfer, Mangan und/oder Nickel enthaltende Legierung
ist.
21. Verwendung des Kernbohrwerkzeugs nach einem der Ansprüche 10
bis 20 bei der Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 9.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19906722A DE19906722A1 (de) | 1999-02-18 | 1999-02-18 | Verfahren zum Zerkleinern von Betonbauteilen sowie Kernbohrwerkzeug zur Verwendung bei dem Verfahren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19906722A DE19906722A1 (de) | 1999-02-18 | 1999-02-18 | Verfahren zum Zerkleinern von Betonbauteilen sowie Kernbohrwerkzeug zur Verwendung bei dem Verfahren |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19906722A1 true DE19906722A1 (de) | 2000-08-24 |
Family
ID=7897857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19906722A Withdrawn DE19906722A1 (de) | 1999-02-18 | 1999-02-18 | Verfahren zum Zerkleinern von Betonbauteilen sowie Kernbohrwerkzeug zur Verwendung bei dem Verfahren |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19906722A1 (de) |
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1999
- 1999-02-18 DE DE19906722A patent/DE19906722A1/de not_active Withdrawn
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