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Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf zum Lösen von Boden und Gestein zum Einbringen eines Gründungspfahls zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer in den Boden mit einem Bohrabschnitt, der mit an Trägerelementen angeordneten Bohrwerkzeugen versehen ist, und einem Aufnahmeabschnitt, der ein Basiselement und einen Aufnahmeraum zwischen dem Basiselement und dem Bohrabschnitt aufweist, in dem ein Ansaugstutzen vorgesehen ist, wobei der Bohrabschnitt gegenüber dem Aufnahmeabschnitt drehbar angeordnet ist, und der Bohrabschnitt einen Grundkörper aufweist, an dem die Trägerelemente befestigt sind. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Steuerung zum Einbringen eines Gründungspfahls in den Boden eines Gewässers zur Gründung eines Bauwerkes in dem Gewässer, durch die der Gründungspfahl auf den Boden des Gewässers abgesenkt wird und der im oder unter dem Gründungspfahl befindliche Boden mit einer Bohrvorrichtung abgebohrt wird, wofür der Gründungspfahl am Bohrort angeordnet und eine Bohrvorrichtung im Gründungspfahl positioniert wird.
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Solche Bohrköpfe sind beispielsweise beim Einsatz von Nassbaggern bekannt, siehe auch
EP 1 366 243 A1 . Der Bohrkopf weist ausgehend von einer Nabe mehrere helixförmige Arme auf, die mit einem Ring verbunden sind. Jeder der Arme weist an seiner Vorderseite Bohrwerkzeuge auf, um den Boden zu lösen. Das von den Bohrwerkzeugen gelöste Material wird durch die Öffnung zwischen den einzelnen Armen in den Bohrkopf in einen Aufnahmeraum hineingeführt. In diesem mündet ringseitig wenigstens ein Aufnahmestutzen, durch den das gelöste Material zusammen mit dem Umgebungswasser angesaugt und aus dem Aufnahmeraum abgefordert wird. Der Einsatz solcher Bohrköpfe bei Bohrvorrichtungen zum Einbringen eines Gründungspfahls in einem Gewässerboden ist aus der
WO 2013/081455 A1 bekannt.
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Es hat sich herausgestellt, dass es sinnvoll ist, das gelöste Gestein, beziehungsweise den gelösten Boden, schnellstmöglich aus dem Aufnahmeraum abzufördern. Dies ist bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform des Bohrkopfes nicht immer ohne Weiteres möglich.
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Aus dem Stand der Technik sind, hinsichtlich der verbesserten Abförderung aus dem Aufnahmebereich Lösungen bekannt insbesondere aus
EP 1 366 243 A1 , bei denen der Austrag über die Armform und/oder an die Rückseite der Arme angeordnete Leitelemente, beeinflusst wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen vorgenannten Bohrkopf so weiterzuentwickeln, dass sie wirtschaftlicher einsetzbar bzw. ausgeführt werden können und insbesondere hinsichtlich des Bohrkopfes so, dass das im Aufnahmeraum befindliche Bohrklein schneller aus dem Aufnahmeraum abgefördert wird.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe hinsichtlich des Bohrkopfes schlägt die Erfindung vor, dass innerhalb des Aufnahmeraums Düsen zur Abgabe einer Spülflüssigkeit vorgesehen sind. Durch das Vorsehen der Düsen innerhalb des Aufnahmeraums wird es möglich, gezielte Strömungen innerhalb des Aufnahmeraums zu erzeugen, die einen verbesserten Austrag des Bohrkleins aus dem Aufnahmeraum ermöglichen. Das Bohrklein wird dabei insbesondere aus Bereichen nahe dem Basiselement abgefördert.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Düsen am Basiselement und/oder Grundkörper vorgesehen sind. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Düsen in Rotationsrichtung geneigt angeordnet sind. Es hat sich herausgestellt, dass durch eine zuvor genannte Anordnung der Austrag des Bohrkleins auf einfache Weise besonders effektiv verbessert wird.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Trägerelemente mit einem ersten Ende in einem Rundkörper und mit einem zweiten Ende an einem bevorzugt ringförmig ausgeführten Widerlager angreifen und/oder, dass die Trägerelemente bogenförmig oder helixförmig ausgeführt sind. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Bohrabschnitt außen eine kuppelförmige Form aufweist. Hierdurch wird es möglich, das Material besonders gut zu lösen und dem Aufnahmeraum zuzuführen. Weiterhin wird es möglich, insbesondere bei dem Bohren innerhalb von Gründungspfählen, sämtliche Bereiche des abzubohrenden Raums entsprechend zu erreichen.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Trägerelemente auf ihrer dem Basiselement zugewandten Seite eine zum Basiselement hin einfallende Fläche aufweisen. Hierdurch wird der Transport des Bohrkleins durch Öffnungen zwischen den Trägerelementen in den Aufnahmeraum verbessert.
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Mit dem Bohrkopf und der Steuerung lassen sich ein Verfahren durchführen, durch dass ein Bohrkopf der Bohrvorrichtung an einem Nullpunkt als erstem Totpunkt eines Drehelements der Bohrvorrichtung an oder unter der Gründungspfahlwand angeordnet wird, dass der Bohrkopf am ersten Totpunkt nach außen zur Innenwand des Gründungspfahls hin verschwenkt wird und sich auf einem ersten Höhenniveau befindet, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand zur Bohrlochmitte hin unter einem Absenken des Bohrkopfes durch Betätigen einer Vorschubeinrichtung auf ein zweites Höhenniveau abgesenkt und verschwenkt wird, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand nach außen zur Innenwand hin unter Absenken des Bohrkopfes durch Betätigen der Vorschubeinrichtung auf ein drittes Höhenniveau abgesenkt und verschwenkt wird, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand vom ersten Totpunkt aus durch das Drehelement auf dem dritten Höhenniveau verbleibend, bevorzugt um 360°, zu einem Endpunkt als zweitem Totpunkt hin gedreht wird, dass der Bohrkopf im aktiviertem Zustand zur Bohrlochmitte hin unter Absenken des Bohrkopfes durch Betätigen der Vorschubeinrichtung der Bohrvorrichtung auf ein viertes Höhenniveau abgesenkt und verschwenkt wird, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand nach außen zur Innenwand hin unter Absenken des Bohrkopfes durch Betätigen der Vorschubeinrichtung auf ein fünftes Höhenniveau abgesenkt und verschwenkt wird, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand vom zweiten Totpunkt aus durch das Drehelement auf dem fünften Höhenniveau verbleibend, bevorzugt um 360°, zu dem ersten Totpunkt hingedreht wird, dass die Schritte des Verschwenkens in Verbindung mit dem Absenken und das Drehen wiederholt werden, bis die Vorschubeinrichtung vollständig ausgefahren ist, dass anschließend der Bohrkopf in den Gründungspfahl eingefahren wird, bis sich der Bohrkopf innerhalb des Gründungspfahls befindet, und dass der Gründungspfahl dann in den abgebohrten Bereich hinein abgesenkt wird.
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Durch das zuvor beschriebene Verfahren kann auf besonders einfache Weise effektiv die gesamte Ortsbrust des abzubohrenden Bereichs mit dem Bohrwerkzeug erreicht werden, ohne dass es notwendig ist, bereits abgebohrte Bereiche unnötig zu überfahren.
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Vorteilhaft ist dabei, dass zur Positionierung der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ein Positionierungselement an der Innenwand des Pfahls vorgesehen wird, dass die Bohrvorrichtung in den Gründungspfahl mit eingriffsfrei angeordneten Klemmelementen eingesetzt und abgesenkt wird, dass die Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgerichtet wird, so dass die Klemmelemente mit den Positionierungselementen radial fluchten, dass die Bohrvorrichtung bis oberhalb der Positionierungselemente abgesenkt wird, die Klemmelemente radial bewegt werden, bis ein Kontakt mit der Innenwand hergestellt ist, wobei die Klemmelemente schleifend gegenüber der Bohrlochwand bewegbar angeordnet werden, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis über in den Klemmelemente angeordnete Sensoren ein Kontakt mit den Positionierungselementen festgestellt wird, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis die Positionierungselemente wenigstens teilweise die statische Last der Bohrvorrichtung tragen, und dass die Klemmelemente gegen die Innenwand des Gründungspfahls bewegt werden, so dass die auf die Bohrvorrichtung beim Bohren wirkende dynamische Belastung auf den Gründungspfahl übertragbar ist.
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Vorteilhaft ist dabei weiterhin, dass es sich bei dem Bohrkopf um einen zuvor beschriebenen Bohrkopf handelt.
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Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Steuerung zum Bohren eines Hohlraums unter einem Gründungspfahl zum Einbringen eines Gründungspfahls zur Gründung eines Bauwerks in einem Gewässer in den Boden des Gewässers gelöst, die so ausgeführt ist, dass, nachdem der Gründungspfahl am Bohrort angeordnet und eine Bohrvorrichtung im Gründungspfahl positioniert wurde, ein Bohrkopf der Bohrvorrichtung an einem Nullpunkt als erstem Totpunkt eines Drehelements der Bohrvorrichtung an oder unterhalb der Gründungspfahlwand angeordnet wird, dass der Bohrkopf am ersten Totpunkt nach außen zur Innenwand des Gründungspfahls hin verschwenkt wird und sich auf einem ersten Höhenniveau befindet, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand zur Bohrlochmitte hin unter einem Absenken des Bohrkopfes durch Betätigen einer Vorschubeinrichtung der Bohrvorrichtung auf ein zweites Höhenniveau abgesenkt und verschwenkt wird, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand nach außen zur Innenwand hin unter einem Absenken des Bohrkopfes durch Betätigung der Vorschubeinrichtung auf ein drittes Höhenniveau abgesenkt und verschwenkt wird, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand vom ersten Totpunkt aus durch das Drehelement auf dem dritten Höhenniveau verbleibend, bevorzugt um 360°, zu einem Endpunkt als einem zweiten Totpunkt hin gedreht wird, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand zur Bohrlochmitte hin unter einem Absenken des Bohrkopfes durch Betätigen der Vorschubeinrichtung auf ein viertes Höhenniveau abgesenkt und verschwenkt wird, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand nach außen zur Innenwand hin unter einem Absenken des Bohrkopfes durch Betätigen der Vorschubeinrichtung auf ein fünftes Höhenniveau abgesenkt und verschwenkt wird, dass der Bohrkopf in aktiviertem Zustand vom zweiten Totpunkt aus durch die Drehvorrichtung auf dem fünften Höhenniveau verbleibend, bevorzugt um 360°, zu einem ersten Totpunkt hin gedreht wird, dass die Schritte des Verschwenkens in Verbindung mit dem Absenken und das Drehen wiederholt werden, bis die Vorschubeinrichtung vollständig ausgefahren ist, dass anschließend der Bohrkopf in den Gründungspfahl eingefahren wird, bis dieser sich innerhalb des Gründungspfahl befindet, und dass der Gründungspfahl dann in den abgebohrten Bereich hinein abgesenkt wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Bohrkopfes,
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2 eine Seitenansicht zu 1,
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3 eine Draufsicht zu 1, und
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4 bis 11 die Darstellung des beschriebenen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Steuerung.
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1 zeigt einen Bohrkopf 10 mit einem Bohrabschnitt 10a und einen Aufnahmeabschnitt 10b. Der Bohrabschnitt 10a umfasst einen Grundkörper 11, der als Nabe ausgeführt ist. Die Nabe 11 ist auf einem Basiselement 12, dass Bestandteil des Aufnahmeabschnitts 10b angeordnet, wobei sie gegenüber dem Basiselement 12 drehbar ist. Verbunden mit der Narbe 11 sind Trägerelemente 13 an denen Bohrwerkzeuge 14 angeordnet sind. An dem dem Basiselement zugewandten Ende der Trägerelemente 13 ist ein Widerlager 15 in Form eines Rings vorgesehen. Die Trägerelemente 13 sind bogenförmig ausgeführt. An ihrer Innenseite weisen die Trägerelemente 13 eine geneigt ausgeführte Fläche 16 auf, die ausgehend von der Vorderseite des Trägerelements 13 hin zur Nabe 11 geneigt einfallend ist. Da die Trägerelemente 13 bogenförmig ausgeführt sind, weist der Bohrkopf 10 bzw. der Bohrabschnitt 10a insgesamt einen kuppelförmigen Aufbau auf. Innerhalb der Trägerelemente 13 befindet sich ein Aufnahmeraum 17 als Bestandteil des Aufnahmeabschnitts 10b. In den Aufnahmeraum 17 hinein ragt ein Ansaugstutzen 18. Der Bohrkopf 10 weist zwischen den Trägerelementen 13 Öffnungen 19 auf, durch die das von den Bohrwerkzeugen 14 gelöste Material in den Aufnahmeraum 17 eintritt. Am Basiselement 12 sind Düsen 20 vorgesehen, die einfallend auf dem Basiselement 12 angeordnet sind. Durch die Düsen 20 wird eine Spülflüssigkeit abgegeben, die in Strömungsrichtung B in den Aufnahmeraum 17 einströmt.
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Während eines Bohrvorgangs rotiert der Bohrkopf 10 in Rotationsrichtung A. Das gelöste Material tritt als Bohrklein zusammen mit dem umgebenden Wasser durch die Öffnungen 19 in den Aufnahmeraum 17 ein. Durch die Flächen 16 wird es dabei in Richtung des Aufnahmeraums 17 und gleichzeitig in Richtung des Ansaugstutzens 18 bewegt. Das Bohrklein, dass sich nahe des Basiselements 12 befindet, wird durch die aus der Düse 20 austretende Spülflüssigkeit vom Basiselement 12 wegbewegt, so dass es einfach an den Ansaugstutzen 18 zugeführt werden kann. Die Verweildauer des Bohrkleins im Aufnahmeraum 17 wird dadurch erheblich reduziert, was den Verschluss an Bohrkopf 10 verringert.
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Der Einsatz der Bohrvorrichtung 10 wird im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Verfahren in den 4 bis 11 näher beschrieben. Dargestellt ist dabei der Bohrabschnitt 30 einer nicht weiter dargestellten Bohrvorrichtung bestehend aus einem Drehelement 31 an dem ein Arm 32 über ein Gelenk 33 verschwenkbar angeordnet ist. Zwischen Drehelement 31 und Arm 32 ist über Gelenke 34, 35 ein Hydraulikzylinder 36 als Verschwenkantrieb angeordnet. An der Unterseite des Arms 32 ist der Bohrkopf 10 vorgesehen. Die Bohrvorrichtung mit dem Bohrabschnitt 30 ist in einem Gründungspfahl 40 angeordnet, der auf dem Boden 50 eines Gewässers aufgestellt ist. Im Innenraum 48 des Gründungspfahls 40 und oberhalb des zu lösenden Bodens 50 befindet sich Wasser (nicht dargestellt) im Inneren des Gründungspfahls 40.
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4 zeigt den Bohrabschnitt 30 auf einem ersten Höhenniveau 41, der Hydraulikzylinder 36 ist ausgefahren, so dass der Arm 32 gegenüber dem Drehelement 31 hin zur Innenwand 47 des Gründungspfahls 40 verschwenkt ist, so dass sich der Bohrkopf 10 an der Innenwand 47 des Gründungspfahls 40 befindet. Der Bohrkopf 10 wird in Rotationsrichtung A aktiviert und der Arm 32 wird durch Einfahren des Hydraulikzylinders zur Mitte des Gründungspfahls 40 in Schwenkrichtung C verschwenkt und durch Betätigung einer nicht dargestellten Vorschubeinrichtung auf das zweite Höhenniveau 42 abgesenkt (siehe 5). Hierdurch findet eine erste Bodenentnahme 51 statt. Anschließend wird der Hydraulikzylinder 36 wieder ausgefahren, wodurch der Arm 32 in Schwenkrichtung D wieder in Richtung Innenwand 47 des Gründungspfahls 40 bewegt wird. Gleichzeitig wird der Bohrabschnitt 30 durch Betätigen der Vorschubeinrichtung der Bohrvorrichtung auf ein drittes Höhenniveau 43 abgesenkt, so dass eine weitere Bodenentnahme 52 erfolgt (siehe 6). Anschließend wird, wie in 7 dargestellt ist, durch Betätigen des Drehelements 31 der Bohrkopf 10 von einem ersten Totpunkt 37 zu einem zweiten Totpunkt 38 in Drehrichtung E verschwenkt. Dadurch findet eine weitere Bodenentnahme 53 entlang der Innenwand 47 des Gründungspfahls 40 statt. Die Positionierung des Bohrkopfes 10 am zweiten Totpunkt 38 ist in 8 dargestellt. Anschließend wird durch Betätigung des Hydraulikzylinders 36 der Bohrkopf 10 in Schwenkrichtung C wieder zur Mitte des Gründungspfahls 40 hin unter Absenken des Bohrabschnittes 30 auf ein viertes Höhenniveau 44 verschwenkt. Dabei findet wiederum eine Bodenentnahme 54 statt. In einem nächsten, in 10 dargestellten Schritt, wird durch Betätigen des Hydraulikzylinders 36 der Bohrkopf 10 wieder in Richtung der Innenwand 47 des Gründungspfahls 40 in Schwenkrichtung D verschwenkt. Gleichzeitig findet ein Absenken des Bohrabschnitts 30 durch Betätigen der Vorschubeinrichtung der Bohrvorrichtung auf ein fünftes Höhenniveau 45 statt. Dadurch erfolgt eine Bodenentnahme 55. Anschließend wird, wie in 11 dargestellt, der Bohrkopf 10 vom zweiten Totpunkt 38 zum ersten Totpunkt 37 in Drehrichtung F zurückgeschwenkt. Dabei findet wiederum eine nicht dargestellte Bodenentnahme statt.
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Am ersten Totopunkt 37 angekommen, wird das zuvor beschriebene Verfahren ab 4 so lange wiederholt, bis die Vorschubeinrichtung der Bohrvorrichtung vollständig ausgefahren wird. Anschließend wird der Bohrabschnitt 30 durch Einfahren der Vorschubeinrichtung der Bohrvorrichtung wieder in den Gründungspfahl 40 eingefahren. Danach wird der Gründungspfahl in den durch die Bodenentnahmen hergestellten Hohlraum (nicht dargestellt) kontrolliert abgesenkt. Das Bohrverfahren wird so lange wiederholt, bis der Gründungspfahl 40 an seiner vorgesehenen Endtiefe im Boden 50 angekommen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bohrkopf
- 10a
- Bohrabschnitt
- 10b
- Aufnahmeabschnitt
- 11
- Grundkörper/Narbe
- 12
- Basiselement
- 13
- Trägerelement
- 14
- Bohrwerkzeug
- 15
- Widerlager/Ring
- 16
- Fläche
- 17
- Aufnahmeraum
- 18
- Ansaugstutzen
- 19
- Öffnung
- 20
- Düse
- 30
- Bohrabschnitt
- 31
- Drehelement
- 32
- Arm
- 33
- Gelenk
- 34
- Gelenk
- 35
- Gelenk
- 36
- Hydraulikzylinder
- 37
- 1. Totpunkt
- 38
- 2. Totpunkt
- 40
- Gründungspfahl
- 41
- 1. Höhenniveau
- 42
- 2. Höhenniveau
- 43
- 3. Höhenniveau
- 44
- 4. Höhenniveau
- 45
- 5. Höhenniveau
- 47
- Innenwand
- 48
- Innenraum
- 50
- Boden
- 51
- Bodenentnahme
- 52
- Bodenentnahme
- 53
- Bodenentnahme
- 54
- Bodenentnahme
- 55
- Bodenentnahme
- A
- Rotationsrichtung
- B
- Strömungsrichtung
- C
- Schwenkrichtung
- D
- Schwenkrichtung
- E
- Drehrichtung
- F
- Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1366243 A1 [0002, 0004]
- WO 2013/081455 A1 [0002]
