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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Ortbeton-Vollverdrängerpfahles nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zum
Einbringen von Rohren in den Erdboden wurde üblicherweise entweder nur gerüttelt oder nur
gebohrt. Das bedeutet, dass ein Werkzeug und eine Klemmvorrichtung
montiert sind und diese Klemmvorrichtung das Werkzeug während des
Einbringens permanent mit dem Rohr verbindet. Aus diesem Grunde
haben sich die bisher verwendeten Klemmsysteme bewährt. Üblicherweise
wurden bei diesen bekannten Vorrichtungen die Rohre im allgemeinen
entweder formschlüssig
oder kraftschlüssig mit
dem Werkzeug verbunden. Während
eine formschlüssige
Verbindung eine entsprechende Vorbearbeitung des Rohres erfordert,
erfolgt die Kraftübertragung über eine
kraftschlüssige
Verbindung über
Reibungskräfte,
die durch das Anpressen von Klemmbacken mit einer genügend hohen
Normalkraft an das Rohr erzeugt werden. Die benötigte Normalkraft wird hierbei üblicherweise
durch Hydraulikzylinder erzeugt und über unterschiedliche Systeme
auf die Klemmbacken und dadurch auf das Rohr übertragen. Die gebräuchlichsten
Systeme sind hierbei die Kraftübertragung
mittels Klemmzange, Spannschelle oder Spannkeile mit Spanntopf,
wobei jede ihre Vor- bzw. Nachteile aufweist, weshalb sie für die entsprechenden
Werkzeuge mehr oder weniger gut geeignet sind und dementsprechend
von den verschiedenen Herstellern angeboten werden.
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Bei
einer herkömmlichen
einfachen Klemmzange drückt
ein Hydraulikzylinder eine bewegliche Klemmbacke das Rohr gegen
einen feststehenden Anschlag. Eine Spannschelle umfasst das Rohr
wie eine mehrgliederige Kette, deren beide Enden über einen
Hydraulikzylinder miteinander verbunden sind. Zieht dieser die Enden
zusammen, entsteht eine gleichmäßige Flächenpressung
am Rohrumfang. Bei Verwendung von Spannkeilen wird ein umlaufender Spanntopf
mit Keilflächen
an der Innenfläche
mittels Hydraulikzylindern axial verschoben und über die am Rohr anliegenden
Spannkeile gedrückt,
welche über die
Schrägfläche der
Keile die notwendigen Anpreßkräfte erzeugen.
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Bei
einem neuen Verfahren, dem Vibrobohren, wie es beispielsweise in
der
EP 06 009 174 A beschrieben
ist, werden erstmals Werkzeuge für
beide Einbringmethoden, nämlich
das Bohren und das Rütteln
montiert. Dadurch können
die herkömmlichen Klemmsysteme
nicht mehr verwendet werden.
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Hauptproblem
ist es, dass während
des Rüttelns
das Rohr in derart starke Schwingungen versetzt wird, dass der Bohrantrieb
beschädigt
wird, wenn er während
dieser Zeit über
einen direkten Kontakt mit dem Rohr verfügt. Die Klemmvorrichtung des
Bohrantriebs darf daher nicht nur nicht klemmen, sondern muss auch
einen relativ großen
Sicherheitsabstand im Rohr aufweisen und zwar rings um den ganzen
Umfang. Dies ist aber bei üblichen
Klemmsystemen, wie sie zuvor vorgestellt wurden, nicht immer gewährleistet.
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Da
beim Vibrobohren das Rohr durch den Rüttler schon teilweise in den
Erdboden eingebracht ist, wenn die Klemmvorrichtung das Bohrgetriebe
mit dem Rohr verbindet, kann eine etwaige leichte Schrägstellung
und Exzentrität
des Rohres nicht mehr korrigiert werden. Dies verlangt aber nach
unterschiedlich großen
Verfahrwegen der einzelnen Klemmbacken, damit sie alle am Rohr anliegen
und eine gleich mäßige Kraftübertragung
gewährleisten können. Ist
dies nicht der Fall, kann es zu unzulässig hohen Drücken an
Teilen des Rohrumfangs kommen, was zu einer Deformation und Beschädigung des Rohres
führen
kann. Des weiteren besteht ein ähnliches
Problem, wenn das Rohr von vornherein nicht gleichmäßig rund
ist oder sich durch starke Verschmutzung eine unrunde Querschnittsfläche ergibt, an
der geklemmt wird. In diesem Fall kommt es bei herkömmlichen
Klemmvorrichtungen ebenfalls zu erhöhten Druckkräften an
den Stellen mit dem größten Durchmesser.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Herstellung eines Ortbeton-Vollverdrängerpfahles nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Klemmvorrichtung
für den
Bohrmotor im nichtgeklemmten Zustand den erforderlichen Sicherheitsabstand über den
gesamten Umfang gewährleistet
und auch exzentrische Rohre mit unrundem Querschnitt gleichmäßig klemmt,
um eine hohe Kraftübertragung
zu gewährleisten
und einer Beschädigung
des Rohres vorzubeugen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß der Merkmalskombination des
Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach
ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Ortbeton-Vollverdrängerpfahls
an die Hand gegeben, bei dem ein Rohr in den Boden getrieben wird
und anschließend
mit Beton verfüllt
wird. Dabei ist ein Vortriebsrohr mit Bohrspitze vorhanden, mit
dem wieder lösbar
ein Mantelrohr verbunden ist. An dem Mantelrohr setzt ein Bohrmotor
an, wobei an dem Mantelrohr zusätzlich
ein Rüttler
angeordnet ist, der je nach Betriebszustand mit dem Mantelrohr verbindbar
und von diesem wieder lösbar
ist. Gleichzeitig ist der Bohrmotor mit dem Mantelrohr über eine Klemmvorrichtung
verbindbar, wenn der Rüttler
von ihm gelöst
ist, und lösbar,
wenn der Rüttler
mit ihm verbunden ist. Erfindungsgemäß weist die Klemmvorrichtung
zur Verbindung des Bohrmotors mit dem Rohr paarweise übereinander
angeordnete Klemmbacken auf, die gleichmäßig auf den Umfang des Rohres
verteilt sind, wobei alle Klemmbackenpaare unabhängig voneinander bewegbar sind.
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Die
Anzahl der Klemmbackenpaare richtet sich dabei nach dem Rohrdurchmesser
und dem Klemmbackendurchmesser und ist derart gewählt, dass
das Rohr fast zur Gänze
umfasst wird. Durch die erfindungsgemäß unabhängige Bewegung ist sichergestellt,
dass alle Klemmbacken am Rohr anliegen und eine gleichmäßige Druckkraft
auf den gesamten Umfang aufgebracht werden kann, so dass der Rohrmotor
mit dem Rohr sicher verbunden werden kann.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch
anschließenden
Unteransprüchen.
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Demnach
können
die Klemmbacken einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Damit können die
Klemmbacken in zylindrischen Bohrbuchsen entlang des Innendurchmessers
eines Grundkörpers gelagert
werden. Durch diese Lagerung können
sie sowohl Umfangskräfte
für die
Bohrbewegung als auch Axialkräfte
für den
Vorschub gleichermaßen
gut vom Bohrgetriebe auf das einzubringende Rohr übertragen.
Gleichzeitig können
die Lagerungen für
die Klemmbacken bei niedrigen Herstellkosten gefertigt werden.
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Weiterhin
sind die Klemmbacken vorteilhaft nur radial verschiebbar, weshalb
sie während
des Klemmvorgangs keine Relativbewegung entlang der Rohroberfläche ausführen. Hierdurch
bedingt kann die direkte Anpreßfläche zwischen
Rohr und Klemmbacke sehr hohe Reibwerte aufweisen, ohne dass dies
die vom Spannelement aufzubringende Kraft beeinflußt.
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Vorzugsweise
wird die Bewegung von axial bewegten Keilen über deren Schrägflächen erzeugt. Die
Keile stützen
sich nach außen
hin an einem umlaufenden Ring ab, wodurch sich bei entsprechender Anordnung
die Radialkräfte
aufheben und nicht vom Grundkörper
aufgenommen werden müssen,
was diesen insgesamt leichter werden lässt.
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Die
Bewegung der Keile erfolgt vorzugsweise durch die direkt daran befestigten
Spannelemente. Durch die paarweise Anordnung übereinander kann dabei mit
ei nem Spannelement zwei Keile und somit auch zwei Klemmbacken bewegt
werden und es wird dadurch die Gegenkraft des einen Keils zur Bewegung
des anderen Keils genutzt. Bei Betätigung des Spannelements kann
dieses dabei zuerst die Klemmbacke mit dem geringeren Reibwiderstands ausfahren,
bis sie am Rohr anliegt und dann die zweite Klemmbacke.
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Über einen
vorteilhaft vorhandenen Anschlag kann dabei gewährleistet werden, dass die zweite
Klemmbacke ebenfalls bewegt wird, falls die zuerst ausfahrende Klemmbacke
wegen zu geringem Hub die Oberfläche
gar nicht erreicht. Aber erst wenn beide Klemmbacken am Rohr anliegen,
wird die notwendige Anpreßkraft
aufgebaut, wodurch beide Klemmbacken mit der gleichen Kraft gegen
das Rohr gedrückt
werden.
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Als
Spannelemente können
hydraulisch miteinander verbundene Hydraulikzylinder verwendet werden.
Dies hat zur Folge, dass jede Klemmbacke die gleiche Anpreßkraft erzeugt.
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Die
Klemmbacken und Keile können
mittels einer Führung
gleitend miteinander gekoppelt sein. Hierdurch ist gewährleistet,
dass bei Rückhub
des Zylinders ein garantiertes Einfahren der Klemmbacken sichergestellt
wird und somit ein notwendiger Sicherheitsabstand zum Rohr beim
Rütteln
vorhanden ist.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es
zeigen:
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1:
einen Querschnitt einer Klemmvorrichtung, wie sie in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet wird,
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2:
einen Querschnitt der Vorrichtung mit horizontaler Schnittebene
durch die ausgefahrenen Klemmbacken,
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3:
verschiedene Ansichten eines Seilbaggers mit angebautem Mäkler, an
welchem entsprechende Vorschubschlitten mit einem Bohrmotor bzw.
einem Rüttler
angebaut sind,
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4:
zwei perspektivische Ansichten des Mäklers gemäß 3 mit entsprechend
angebautem Rohrmotor und
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5:
eine seitliche Darstellung eines Mäklers mit angebautem Rohrmotor
bzw. Rüttler
sowie eine entsprechend vergrößerte Darstellung
des Rohrmotors bzw. Rüttlers.
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In 3 ist
ein Seilbagger 10 dargestellt, an welchem ein Mäkler 12 angebaut
ist. Der Mäkler 12 aus 3 ist
hier in Arbeitsposition dargestellt. In an sich bekannter Art und
Weise wird über
eine Kellywinde 14 ein Bohrantrieb 16 an einen
oberen am Mäkler
angebauten Schlitten 18 angebaut. Eine Klemmvorrichtung 20 wird
mittels eines Hilfshubs oder ebenfalls über die Kellywinde an dem Bohrantrieb 16 angebaut.
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Ein
Gürtelrüttler 22 wird
an einen unteren Schlitten 24 angebaut. Sowohl Bohrantrieb 16 wie auch
der Rüttler 22 sind
elektrisch und hydraulisch mit dem Grundgerät verbunden. In gestrichelter
Darstellung ist ein über
den Bohrmotor 16 bzw. den Rüttler 22 einzubringendes
Rohr 26 gezeigt, das in hier nicht näher dargestellter Art und Weise über einen Hilfskran
eingesetzt wird. Nach Einsetzen des Rohres wird dies zunächst mit
dem Rüttler 22 geklemmt.
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In
den 4 und 5 sind jeweils andere Ansichten
des Mäklers
mit angebautem Bohrmotor und Rüttler
gezeigt. Mit der in den 3 bis 5 dargestellten
Vorrichtung kann über
das sogenannte „Vibrobohren" ein Vollverdrängerpfahl
hergestellt werden. Dazu wird ein Rohr 26 mit ... Deckel
in den Baugrund eingebracht, das den umgebenden Boden verdrängt. Es
wird dabei kein Boden entnommen. Verdrängerpfähle weisen ein deutlich besseres
Tragverhalten auf als Bohrpfähle,
bei denen Boden entnommen wird.
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Verdrängerpfähle werden
deshalb entweder gerüttelt
oder gebohrt. Gerüttelte
Pfähle
haben den Vorteil, dass sie deutlich schneller und damit kostengünstiger
als gebohrte Pfähle
hergestellt werden können.
Weiterhin wird die Qualität
des Betons durch das Rütteln
beim Ziehen verbessert.
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Mit
dem Rüttelverfahren
können
aber harte Bodenschichten nur sehr schlecht durchfahren werden bzw.
ist ein Einmünden
des Pfahles in eine harten Bodenschicht nur sehr schlecht möglich. Hier
hat das Verdrängerbohren
deutliche Vorteile. Weiterhin gibt es Baustellenbereiche die kritisch
sind bezüglich Vibration.
Hier muss gebohrt werden, um Schäden an
umgebenden Gebäuden
oder dergleichen zu verhindern.
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Das „Vibrobohren" kombiniert nun die
Vorteile von Rütteln
und Bohren. Der Pfahl wird soweit als möglich gerüttelt. Beim Auftreffen auf
harte Schichten oder zum Einbinden wird der Pfahl dann abgebohrt.
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Dazu
wird am Mäkler 12 ein
Gürtelvibrator 22 angebracht,
der mittels Klemmvorrichtung das Rohr spannen kann. Über dem
Gürtelvibrator 22 ist
der Bohrantrieb 16 eingebracht, der ebenfalls eine Klemmvorrichtung 20 aufweist.
Rüttler
und Bohrantrieb laufen auf separaten Schlitten 18 und 24,
wobei die Schlitten aber mechanisch gekoppelt sind und daher nicht
einzeln verfahren werden können.
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Die
Klemmvorrichtung 20, die eine klemmende Verbindung des
Bohrmotors 16 mit dem Rohr ermöglicht, ist in den 1 und 2 dargestellt.
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In 1 ist
ein Querschnitt der Klemmvorrichtung von der Seite gezeigt, wobei
hier in einem Grundkörper 30 obere
zylindrische Klemmbacken 32 im ausgefahrenen und untere
zylindrische Klemmbacken 34 im eingefahrenen Zustand dargestellt
sind. Die 2 zeigt den Querschnitt der
Klemmvorrichtung 32 mit der horizontalen Schnittebene durch
die ausgefahrenen Klemmbacken 32. Wie aus den 1 und 2 zu
ersehen ist, sind zylindrische Klemmbacken 32 und 34 gleich
verteilt über
den Umfang ausgerichtet, um an möglichst
vielen Punkten Druck auf das innen einzuklemmende Rohr auszuüben. Die
Klemmbacken 32 und 34 sind dabei jeweils paarweise übereinander
angeordnet. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils
acht Klemmbacken 32 bzw. 34 paarweise übereinander angeordnet.
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Alle
Klemmbackenpaare sind unabhängig voneinander
bewegbar, wobei hier jeweils jedes Klemmbackenpaar durch jeweils
einen als Spannelement dienenden Hydraulikzylinder 36 bewegbar
ist. Durch diese unabhängige
Bewegung ist sichergestellt, dass alle Klemmbacken 32 bzw. 34 am
Rohr anliegen und eine gleichmäßige Druckkraft
am gesamten Umfang aufgebracht werden kann. Die Klemmbacken 32 bzw. 34 sind
in zylindrischen Bohrbuchsen 38 entlang des Innendurchmessers
des Grundkörpers 30 gelagert.
Durch diese Lagerungen können
sowohl die Umfangskräfte
für die
Bohrbewegung als auch die Axialkräfte für den Vorschub gleichermaßen gut
vom Bohrgetriebe auf das einzubringende Rohr übertragen werden. Wie aus den 1 und 2 deutlich
wird, sind die Klemmbacken nur radial verschiebbar. Die vorderen
Klemmflächen 40 der
Klemmbacken 32 bzw. 34 sind jeweils in ihrer äußeren Form
jeweils der Außenzylinderfläche des Rohres
angepaßt.
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Die
radiale Bewegung der Klemmbacken 32 bzw. 34 wird
von axial bewegten Keilen 42 und 44, die über die
Hydraulikzylinder 36 gegeneinander verschoben werden, erzeugt.
Die Keile 42 und 44 weisen hier jeweils Schrägflächen 46 und 48 auf,
die gegenüber
Schrägflächen 50 und 52 an
den Klemmbacken 32 bzw. 34 entlanggleiten. Wie
in der 1 dargestellt, sind hier jeweils Keil 42 bzw. 44 mit
der Klemmbacke 34 bzw. 32 mittels einer Führung gleitend
miteinander gekoppelt. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei Rückhub des
Hydraulikzylinders 36 ein garantiertes Einfahren der Klemmbacken 32 und 34 sichergestellt
ist und somit der notwendige Sicherheitsabstand zum Rohr beim Rütteln vorhanden
ist.
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Zusätzlich sind
jeweils Anschläge 54 bzw. 56 im
Grundkörper
angeordnet, die gewährleisten,
dass die jeweils zweite Klemmbacke ebenfalls bewegt wird, falls
die zuerst ausgefahrene Klemmbacke wegen zu geringen Hubes die Rohroberfläche nicht
erreicht. Erst wenn beide Klemmbacken am Rohr anliegen, wird die
notwendige Anpaßkraft
aufgebaut. Hierdurch wird erreicht, dass die jeweils übereinanderliegenden
Klemmbacken 32 und 34 die gleiche Anpaßkraft erzeugen.