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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft betrifft den Bereich des Bohrens im Boden, insbesondere für die Fertigung von Fundamenten, wie z.B. kontinuierliche Abschirmwände aus nebeneinander angeordneten Betonwandelementen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Bohrmaschine zur Herstellung von Ausschachtungen im Boden, insbesondere im harten Untergrund.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Auf dem Gebiet der Erfindung sind Bohrmaschinen zum Herstellen einer Ausschachtung in einem Boden in einer im Wesentlichen vertikalen Bohrrichtung bekannt. Dabei umfasst eine solche Bohrmaschine einen Träger mit einer im Wesentlichen vertikalen Längsrichtung, ein Bohrmodul, das mit Schneidelementen versehen ist, wobei das Bohrmodul relativ zum Träger in Längsrichtung des Trägers translatorisch bewegbar ist, und eine zwischen dem Träger und dem Bohrmodul angeordnete Verschiebevorrichtung zum Verschieben des Bohrmoduls relativ zum Träger in Längsrichtung des Trägers.
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Dieser Bohrmaschinentyp wird in der Regel zum Bohren in hartem Boden, z.B. in Granit, verwendet. Die Verschiebevorrichtung ermöglicht es, einen zusätzlichen Schub auf die Bohrwerkzeuge auszuüben, was zum Ziel hat, das Ausschachten zu erleichtern. Ein weiteres Interesse besteht darin, den auf die Schneidelemente ausgeübten Schub präzise zu steuern.
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Es ist bekannt, dass das Bohren von hartem Untergrund zur Entstehung von Schwingungen im Bohrmodul führt, die sich in der gesamten Maschine ausbreiten und die Struktur der Bohrmaschine beschädigen können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Bohrmaschine ein Fräser ist. Die rotierenden Schneidwerkzeuge stehen nicht in ständigem Kontakt mit dem Boden: sie rammen ihn jedes Mal, wenn sich die Trommel dreht. Die Überlagerung all dieser Stöße führt zu Schwingungen der Bohrmaschine. Diese Stöße sind besonders heftig, wenn das Gelände hart ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgrabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu beheben und eine Bohrmaschine anzugeben, die robuster für das Bohren in hartem Untergrund ist.
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Die Aufgabe wird gelöst von einer Bohrmaschine gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß weist die Verschiebevorrichtung Dämpfungsmittel zum Dämpfen der Schwingungen auf, die durch das Bohrmodul während der Durchführung des Bohrens erzeugt werden.
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Die Schwingungen, die durch Stöße erzeugt werden, die die Schneidelemente beim Bohren erleiden, werden daher durch die zwischen dem Bohrmodul und dem Träger angeordneten Dämpfungsmittel gedämpft. Außerdem werden dank der Erfindung die vom Bohrmodul erzeugten Schwingungen gedämpft und beeinflussen weder die Schneidelemente noch den Träger, sodass vorteilhafterweise die Bohrmaschine nicht beschädigt wird.
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Erfindungsgemäß weist die Verschiebevorrichtung die doppelte Funktion auf, das Bohrmodul relativ zum Träger zu verschieben und die von den Schneidelementen des Bohrmoduls erzeugten Schwingungen zu dämpfen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die Verschiebevorrichtung mindestens einen Hydraulikzylinder auf, der mit dem Träger und dem Bohrmodul verbunden ist, und die Dämpfungsmittel umfassen eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung, die mit dem Hydraulikzylinder fluidisch verbunden ist.
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Der Hydraulikzylinder ist vorzugsweise zwischen dem Träger und dem Bohrmodul angeordnet. Er ermöglicht zunächst, dass das Bohrmodul relativ zum Träger verschoben werden kann.
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Man versteht, dass in dieser ersten Ausführungsform die Dämpfung dank der hydraulischen Dämpfungsvorrichtung auf hydraulische Weise erfolgt. Letztere weist vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, einen Federspeicher mit mindestens einer Düse auf. Bei einem Stoß wird das in einer der Kammern des Hydraulikzylinders enthaltene Öl komprimiert und fließt durch die Düse zum Federspeicher, um den Druckanstieg des Öls zu dämpfen, was es ermöglicht, die Dämpfung durchzuführen. Die Leckrate der Düse und die Federvorspannung des Federspeichers sind vorzugsweise ferngesteuert einstellbar, wodurch es möglich wird, den Dämpfungskoeffizienten und den Rückstoßwiderstand der Zylinder in Abhängigkeit von dem auf die Schneidelemente aufgebrachten Gewicht einzustellen.
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Bei einer bevorzugten Variante weist das Bohrmodul einen unteren Abschnitt, der die Schneidelemente trägt, und einen oberen Abschnitt, der in Längsrichtung durch den Träger verläuft, auf, wobei der obere Abschnitt relativ zum Träger gleitend befestigt ist und ein oberes Ende aufweist, das mit dem unteren Ende eines Tragseils verbunden ist. Dementsprechend ist das Bohrmodul am Tragseil aufgehängt. Letzteres wird vorzugsweise mit Hilfe einer Winde bedient, die mit einem Tragkörper verbunden ist. Noch bevorzugter ragt das obere Ende des oberen Abschnitts über das obere Ende des Trägers hinaus.
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Vorzugsweise ist der Träger ein Rahmen, dessen Querabmessungen, betrachtet in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung, im Wesentlichen gleich den oder kleiner als die Querabmessungen des Bohrmoduls sind, und der Rahmen weist eine Verankerungsvorrichtung auf, die geeignet ist, die Verschiebung des Trägers gegenüber den Wänden der Ausschachtung zu blockieren. Die Verankerungsvorrichtung ermöglicht es insbesondere, die vertikale Verschiebung der Bohrmaschine im Boden zu blockieren. Außerdem kann der Rahmen erfindungsgemäß im Boden fixiert werden, während die vertikale Verschiebung des Bohrmoduls mit Hilfe des Tragseils gesteuert wird. Die hydraulische Dämpfungsvorrichtung absorbiert die Schwingungen, die nicht auf den Rahmen übertragen werden.
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Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weist die Verschiebevorrichtung mindestens einen Hydraulikzylinder auf, der zwischen dem Träger und dem Bohrmodul angeordnet ist, und die Dämpfungsmittel weisen ein zwischen dem Träger und dem Bohrmodul angeordnetes Federelement auf. Es wird davon ausgegangen, dass das Federelement parallel zum Hydraulikzylinder angeordnet ist. Das Federelement liegt vorzugsweise, aber nicht unbedingt, koaxial zum Zylinder.
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Das Federelement weist vorzugsweise eine Feder auf.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Träger einen Mast, die Schneidelemente sind am unteren Ende einer Stange des Bohrmoduls angeordnet und die Verschiebevorrichtung umfasst einen Schlitten, der in Längsrichtung des Mastes gleitend an dem Mast befestigt ist, wobei der Schlitten mit der Stange zusammenwirkt, um das Bohrmodul in Längsrichtung des Mastes zu verschieben.
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Die Stange, traditionell Kelly genannt, und der Mast sind im Wesentlichen parallel und erstrecken sich in eine im Wesentlichen vertikale Richtung. Es wird davon ausgegangen, dass die Verschiebung des Schlittens dazu führt, dass das Bohrmodul relativ zum Träger verschoben wird.
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Besonders bevorzugt weist der Schlitten Dämpfungsmittel auf.
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Auch werden dank der Erfindung die vom Bohrmodul erzeugten Schwingungen weder auf den Mast noch auf das Trägerfahrzeug, das ihn trägt, übertragen.
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Bei einer vorteilhaften Variante weist der Schlitten einen ersten Abschnitt, der gleitend am Mast befestigt ist, und einen zweiten Abschnitt, der mit der Stange zusammenwirkt, auf, und die Dämpfungsmittel sind zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Schlittens angeordnet.
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Der erste und der zweite Abschnitt werden vorzugsweise in Längsrichtung des Mastes zueinander gleitfähig befestigt.
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Die Dämpfungsmittel weisen vorzugsweise ein Federelement auf, das zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt des Schlittens angeordnet ist. Das Federelement besteht vorzugsweise aus einem Dämpfer mit einer koaxialen Feder. Gemäß einer Alternative weisen die Dämpfungsmittel eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung desselben Typs wie oben erwähnt auf.
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Vorzugsweise weist das Bohrmodul in Kombination mit der einen oder anderen der oben beschriebenen Ausführungsformen ferner eine Anti-Schwingvorrichtung zum Verhindern einer horizontalen Bewegung des Bohrmoduls während des Bohrens auf.
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Vorzugsweise weist die Anti-Schwingvorrichtung ausfahrbare Kufen auf, die an den Seitenkanten des Bohrmoduls angeordnet und dazu ausgelegt sind, an mindestens einer der Ausschachtungswände anzuliegen.
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Die Erfindung erlaubt es, das Schwingen des Bohrmoduls zu verhindern, wodurch ermöglicht wird, ein Abweichen des Bohrverlaufs von dem gewünschten Verlauf sowie unnötige Bewegungen der Schneidelemente zu vermeiden.
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Vorzugsweise weist die Bohrmaschine ferner eine Vorrichtung zur Regelung des Dämpfungskoeffizienten der Dämpfungsmittel auf. Ein Interesse besteht darin, die Dämpfungsmittel an die Beschaffenheit des Untergrunds und den auf die Schneidelemente ausgeübten Schub anpassen zu können.
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Vorzugsweise ist die Bohrmaschine ein Fräser, dessen Schneidelemente zwei Paare von Trommeln aufweisen, die um parallele, getrennte Drehachsen drehbar sind, die senkrecht zur Längsrichtung des Trägers liegen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der vier Figuren umfassenden Zeichnung.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Bohrmaschine gemäß der Erfindung, bei der die Verschiebevorrichtung Hydraulikzylinder aufweist.
- 2 zeigt ein Beispiel der Dämpfungsmittel der Verschiebevorrichtung gemäß 1.
- 3A und 3B zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Dämpfungsmittel Federn umfassen, die zwischen dem Rahmen und dem Bohrmodul angeordnet sind.
- 4A und 4B zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verschiebevorrichtung einen Schlitten aufweist, der gleitend an einem Mast befestigt ist.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 stellt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohrmaschine (10) dar. Diese Bohrmaschine 10 wird verwendet, um eine Ausschachtung E in einem Boden S in einer im Wesentlichen vertikalen Bohrrichtung F herzustellen.
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Die Bohrmaschine 10 weist einen Träger 12 mit einer Längsrichtung L auf, die in diesem Beispiel im Wesentlichen vertikal ist. Die Bohrmaschine 10 weist ferner ein Bohrmodul 14 auf, das mit Schneidelementen 16 versehen ist. In diesem Beispiel ist die Bohrmaschine 10 ein Fräser, dessen Schneidelemente 16 zwei Paare von mit Schneidzähnen 22 versehenen Trommeln 18, 20 aufweisen, wobei die beiden Paare von Trommeln 18, 20 jeweils um Drehachsen A, B drehbar befestigt sind, die parallel, getrennt und senkrecht zur Längsrichtung L des Trägers 12 verlaufen.
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Das Bohrmodul 14 weist einen unteren Abschnitt 24 auf, der die Schneidelemente 16 und insbesondere die Trommeln 18, 20 trägt. Der untere Abschnitt 24 weist ferner ein Pumpmodul 26 auf, das die Funktion hat, ausgehobene Bodenfragmente anzusaugen, um sie an die Oberfläche zu evakuieren.
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Das Bohrmodul 14 weist ferner eine Anti-Schwingvorrichtung 30 zum Verhindern einer horizontalen Bewegung des Bohrmoduls 14 während des Bohrens auf. Diese Anti-Schwingvorrichtung weist ausfahrbare Kufen 32, 34 auf, die an den Seitenkanten 24a, 24b des unteren Abschnitts 24 des Bohrmoduls 14 angeordnet sind. Diese ausfahrbaren Kufen sind so beschaffen, dass sie mit den Ausschachtungswänden zusammenwirken, wenn sie horizontal eingesetzt werden. Die ausfahrbaren Kufen 32, 34 werden durch im unteren Abschnitt 24 des Bohrmoduls 14 angeordnete Zylinder (hier nicht dargestellt) betätigt.
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Das Bohrmodul 14 weist ferner einen oberen Abschnitt 40 auf, der sich senkrecht über dem unteren Abschnitt 24 erstreckt, wobei der obere Abschnitt 40 hier in Form einer Stange ausgebildet ist, die in Längsrichtung durch den Träger 12 verläuft. In diesem Beispiel ist der Träger 12 ein Rahmen, der im Führungselemente 42 aufweist, in deren Innerem der obere Abschnitt 40 gleitend befestigt ist. Dementsprechend ist der obere Abschnitt 40 relativ zum Rahmen 13 in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung gleitend befestigt, wodurch das Bohrmodul 14 relativ zum Träger 12 translatorisch bewegbar ist.
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In der ersten Ausführungsform ist das Bohrmodul somit relativ zum Träger in der Bohrrichtung F, die im Wesentlichen vertikal ist, translatorisch bewegbar.
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Der obere Abschnitt 40 des Bohrmoduls 14 weist ein oberes Ende 40a auf, das über das obere Ende 12a des Trägers 12 hinausragt, wobei dieses obere Ende 40a mit dem unteren Ende 50a eines Tragseils 50 verbunden ist. Dieses Tragseil 50 ist mit dem oberen Ende eines anderweitig bekannten Trägerkörpers (hier nicht dargestellt) verbunden.
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Die Bohrmaschine 10 weist ferner eine Verschiebevorrichtung 60 auf, die zwischen dem Träger 12 und dem Bohrmodul 14 angeordnet ist und deren Funktion darin besteht, das Bohrmodul 14 relativ zum Träger 12 in Längsrichtung des Trägers zu verschieben. Mit anderen Worten ermöglicht es die Verschiebevorrichtung, das Bohrmodul relativ zum Träger in der im Wesentlichen vertikalen Bohrrichtung F zu verschieben.
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In der ersten Ausführungsform weist die Verschiebevorrichtung 60 ein Paar Hydraulikzylinder 62, 64 auf, die den Träger 12 mit dem unteren Abschnitt 24 des Bohrmoduls 14 verbinden. Dementsprechend sind die Hydraulikzylinder 62, 64 mit dem Träger 12 und dem Bohrmodul 14 verbunden, sodass deren Betätigung es ermöglicht, das Bohrmodul relativ zum Träger 12 vertikal zu verschieben.
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Erfindungsgemäß weist die Verschiebevorrichtung 60 ferner Dämpfungsmittel 70 zum Dämpfen der Schwingungen auf, die durch das Bohrmodul 14 während der Durchführung des Bohrens erzeugt werden.
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2 stellt die Bohrmaschine 10 der ersten Ausführungsform der Erfindung sowie die Dämpfungsmittel 70 schematisch dar. Letztere weisen eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung 72 auf, die fluidisch mit den Hydraulikzylindern 62, 64 verbunden ist. In diesem Beispiel umfasst die Dämpfungsvorrichtung einen Federspeicher 74 und die Düse 77. Wenn die Schneidelemente 16 einen Stoß erleiden, wird das in den großen Kammern 62a, 64a der Hydraulikzylinder 62, 64 enthaltene Öl komprimiert und fließt durch die Düse 77 zum Federspeicher 74, wodurch der Druckanstieg des Öls gedämpft wird, was es ermöglicht, die Dämpfung zu realisieren. Die Dämpfungsmittel 70 weisen ferner eine Vorrichtung 76 zur Regelung des Steifigkeitskoeffizienten der Dämpfungsmittel und genauer gesagt der Steifigkeit des Federspeichers 74 auf. Sie weisen ferner Mittel zum Regeln der Leckrate durch die Düse 77 auf, sodass der Dämpfungskoeffizient der Dämpfungsmittel reguliert wird. Auch werden bei einem Stoß die von den Schneidelementen erzeugten Schwingungen nicht auf den Träger 12 übertragen.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der Rahmen 13 eine Verankerungsvorrichtung 80 auf, die geeignet ist, die Verschiebung des Trägers 12 gegenüber den Wänden der Ausschachtung zu blockieren. Diese Verankerungsvorrichtung 80 weist eine Vielzahl von ausfahrbaren Verankerungskufen 82 auf, die dazu ausgelegt sind, an den größten Flächen der Ausschachtung anzuliegen, um den Träger 12 in der Ausschachtung zu immobilisieren.
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Mit Hilfe der 3A und 3B wird nun eine zweite Ausführungsform der Bohrmaschine 110 gemäß der Erfindung beschrieben. Die Merkmale, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind, weisen das gleiche numerische Bezugszeichen, erhöht um den Wert hundert, auf. Die in 3A dargestellte Bohrmaschine 110 weist somit eine Verschiebevorrichtung 160 auf, die den Träger 112 mit dem Bohrmodul 114 verbindet. In diesem Beispiel weist das Bohrmodul 114 eine Plattform 115 auf, die Drehtrommeln 118, 120 trägt. Die Verschiebevorrichtung 160 weist ein Paar Zylinder 162, 164 auf, die das untere Ende 112b des Trägers 112 mit der Plattform 115 verbinden. Die Betätigung der Hydraulikzylinder 162, 164 ermöglicht es, das Bohrmodul 114 in der Bohrrichtung F relativ zum Träger 112 translatorisch zu verschieben.
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In dieser zweiten Ausführungsform weisen die in 3B deutlich sichtbaren Dämpfungsmittel 170 die Hydraulikzylinder 162, 164 sowie zwei Dämpfungselemente 163, 165, die zwischen dem Träger 112 und dem Bohrmodul 114 angeordnet sind, auf. In diesem Beispiel weisen die Dämpfungselemente 163, 165 Federn 167, 169 auf, die die Hydraulikzylinder 162, 164 umgeben.
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Die Kombination von Federn 167, 169 und Hydraulikzylindern 162, 164 bildet somit die Dämpfungsmittel, die es ermöglichen, die Dämpfungsmittel zu dämpfen, die die Funktion haben, die vom Bohrmodul 114 beim Bohren erzeugten Schwingungen zu dämpfen und folglich die Übertragung von Schwingungen auf den Träger 212 zu verhindern. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, könnten die Federn 167, 169 neben den Hydraulikzylindern 162, 164 angeordnet werden, ohne koaxial zu sein.
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Mit Hilfe der 4A und 4B wird nun eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bohrmaschine 210 beschrieben. Auch hier weisen die Elemente, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind, das gleiche numerische Bezugszeichen, erhöht um den Wert zweihundert, auf. In dieser dritten Ausführungsform weist die Bohrmaschine 210 einen Raupenträger 211 auf, an dem der Träger 212 befestigt ist, der hier in Form eines vertikal verlaufenden Längsmastes ausgebildet ist.
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Die Schneidelemente 216 des Bohrmoduls 214 befinden sich am unteren Ende 213a einer Längsstange des Bohrmoduls, traditionell Kelly genannt.
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Die Verschiebevorrichtung 260 ist zwischen dem Mast 212 und der Stange 213 des Bohrmoduls 214 angeordnet und hat die Funktion, das Bohrmodul 214 relativ zum Mast 212 in Längsrichtung L des Mastes zu verschieben. Dazu weist die Verschiebevorrichtung 260 einen Schlitten 271 auf, besser sichtbar in 4B, der in Längsrichtung L des Mastes gleitend am Mast 212 befestigt ist. Der Schlitten 271 wirkt mit der Stange 213 zusammen, um das Bohrmodul 214 in Längsrichtung des Mastes zu verschieben. In diesem Beispiel weist der Schlitten 271 eine Befestigungsvorrichtung auf, die es ermöglicht, die Stange 213 an dem Schlitten 271 zu befestigen, sodass die Verschiebung des Schlittens 271 in Längsrichtung L des Mastes 212 eine gleichzeitige Verschiebung des Bohrmoduls 214 in Bohrrichtung bewirkt. In diesem Beispiel wird die Verschiebung des Schlittens 271 nach oben und nach unten durch ein Verschiebeelement 273 gewährleistet, das Seile 275 und 277 umfasst, die an beiden Seiten des Schlittens 271 befestigt sind.
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Man versteht, dass der Schlitten 271 dank der durch die Seile 275 und 277 ausgeübten Zugkraft, die von einer oder mehreren auf dem Träger angeordneten Winden (hier nicht dargestellt) betätigt werden, zum oberen und unteren Ende des Mastes 212 verschoben wird, wobei diese Winden anderweitig gut bekannt sind.
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Der Schlitten 271 weist einen ersten Abschnitt 281 auf, der gleitend am Mast 212 befestigt ist, wobei dieser erste Abschnitt 281 mit dem Ende des Seils 275 verbunden ist. Der Schlitten 271 weist ferner einen zweiten Abschnitt 283 auf, der die Stange 213 trägt, während er relativ zum ersten Abschnitt des Schlittens in Längsrichtung der Stange 213 gleitend befestigt ist.
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Erfindungsgemäß weist die Verschiebevorrichtung 260 ferner Dämpfungsmittel 270 zum Dämpfen der Schwingungen auf, die durch das Bohrmodul 214 während der Durchführung des Bohrens erzeugt werden. Diese Dämpfungsmittel 210 sind zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 281, 283 des Schlittens 271 angeordnet. Dementsprechend ist es in dieser zweiten Ausführungsform der Schlitten 271 der Verschiebevorrichtung 260, der die Dämpfungsmittel 270 aufweist.
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In diesem Beispiel beinhalten die Dämpfungsmittel 270 in diesem Beispiel eine Aufhängung, die einen oder mehrere hydraulische Dämpfer 262 aufweist, die den ersten Abschnitt 281 mit dem zweiten Abschnitt 283 des Schlittens 271 verbinden, wobei diese Dämpfer den Federn 263 parallel zugeordnet sind.
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Man versteht, dass die beim Bohren von den Schneidelementen 216 erzeugten Schwingungen entlang der Stange 213 bis zu dem zweiten Abschnitt 283 übertragen und dann von den Dämpfungsmitteln 270 absorbiert werden, sodass die Schwingungen weder auf den ersten Abschnitt 281 noch auf den Mast 212 übertragen werden. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, könnten die Federn 263 neben den Dämpfern 262 angeordnet werden, ohne koaxial zu sein.
