DE19906722A1 - Verfahren zum Zerkleinern von Betonbauteilen sowie Kernbohrwerkzeug zur Verwendung bei dem Verfahren - Google Patents

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.