DE3124524A1

DE3124524A1 - Rammkopf fuer selbstgetriebene pneumatische rammbohrgeraete

Info

Publication number: DE3124524A1
Application number: DE19813124524
Authority: DE
Inventors: Gustav Dr.-Ing. 4300 Essen Jenne
Original assignee: Individual
Current assignee: Terra AG fuer Tiefbautechnik
Priority date: 1981-06-23
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1983-01-13
Also published as: US4462468A; DE3124524C2

Description

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DIPL.-ING.ALEX STENGER

Kaiser-Friedrich-Ring 70 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

D-4000 DÜSSELDORF 11 «2 DIPL.-ING. H E I N Z J. RING

Unser Zeichen: 22 3^0 Datum: 22.Juni 198l

Drο-Ing.Gustav Jenne, Schmachtenbergstr_ol83_s4300 Essen-Kettwig Rammkopf für selbstgetriebene pneumatische Rammbohrgeräte

Die Erfindung betrifft einen Rammkopf für selbstgetriebene pneumatische Rammbohrgeräte zur Herstellung von Erdbohrungen mit einem insgesamt rohrförmigen Gehäuse, in dem ein Schlagkolben axial hin- und hergehend bewegbar ist, dessen Schlagenergie auf den am vorderen Ende des Gehäuses angeordneten Rammkopf übertragbar ist.

Selbstgetriebene pneumatische Rammbohrgeräte sind in verschiedenen Ausführungen und mit unterschiedlichen Ausbildungen des Rammkopfes bekannt« Außer geschoßspitzenähnlichen Rammköpfen gibt es leicht konische Rammköpfe mit ebener, gegebenenfalls leicht ausgekehlter Frontfläche. Schließlich sind Rammköpfe bekannt ₉ welche um einen bestimmten Betrag frei oder abgefedert gegenüber dem Gehäuse des Rammbohrgeräts verschiebbar sind₀

Die insgesamt gegenüber dem Gehäuse längsverschiebbaren Rammkopfe sollen sicherstellen., daß Hindernisse im Untergrund leichter zertrümmert werden, da die Aufprallenergie des Schlagkolbens nur die im Verhältnis zum gesamten Rammbohrgerät kleine Masse des Rammkopfes beaufschlagt, so daß die große Masse des Gehäuses erst dann axial nach vorn bewegt wird, wenn das Hindernis bereits aufgespalten ist» Diese Wirkungsweise ist jedoch nur bei bestimmten Bodenarten gegeben. Insbesondere bei feinkörnigen und dichtgelagerten Sandböden bewirkt der gegenüber dem Gehäuse längsverschiebbare Rammkopf, daß der Boden zunächst durch den Schlagimpuls vor dem Rammbohrgerät noch dichter gelagert wird und daß sich danach der Untergrund nur noch elastisch verformt. In diesen Fällen schiebt sich der Rammkopf

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unter der Wirkung des Schlagimpulses des Schlagkolbens nach vorn und aufgrund der Rückfederungsenergie des Bodens wieder zurück, ohne daß das eigentliche Rammbohrgerät einen axialen Fortschritt erzielt.

Ein völlig anderes Verhalten ergibt sich bei diesen Randbedingungen bei einem Rammbohrgerät, dessen Rammkopf fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Bedingt durch die konische Gestaltung des Rammkopfes keilt sich das Gerät vorwärts, wobei die seitliche Keilkraft das Erdreich seitwärts ohne übermäßige Verdichtung vor dem Rammkopf verdrängt. Die Mantelreibung am Gehäuseumfang des Rammbohrgerätes verhindert hierbei, daß das Gehäuse axial unter der Einwirkung der geringen Rückfederungskräfte hin- und hergeschoben werden kann. Der Nachteil dieser fest mit dem Gehäuse verbundenen Rammköpfe besteht im Verhältnis zu Rammbohrgeräten mit längsverschiebbaren Rammköpfen neben der geringeren Zertrümmeruhgsleistung insbesondere in der sehr kleinen LaufStabilität in inhomogenem Untergrund.

Außer zur Herstellung von Erdbohrungen besitzen die Rammbohrgeräte eine weitere erwünschte Einsatzmöglichkeit in Form einer Ramme. Hierbei leitet der Rammkopf des Rammbohrgerätes den Schlagimpuls durch ein geeignetes Übergangsstück in das einzurammende Rohr ein und treibt dieses in den Erdboden. Für diesen Einsatz ist ein Rammbohrgerät mit längsverschiebbarer Schlagspitze wenig geeignet, da der Rammkopf der ständigen Gefahr des Abbrechens unterliegt und einen nicht unerheblichen Teil der eingeleiteten Rammenergie in Verformungen und Querschwingungen umsetzt. Außerdem läßt sich ein längsverschiebbarer Rammkopf nicht durch eine selbsthemmende Konusverbindung mit einem Rohr axial verbinden, wogegen ein fest mit dem Gehäuse verbundener Rammkopf mit einem Außenkonus, beispielsweise mit einer Neigung von 1:10 ohne weiteres von hinten in ein Rohr passenden Durchmessers mit Rammschlägen eingetrieben werden kann und durch die Konuskeilkraft/eine axial schubfeste Verbindung zwischen dem Rammkopf und dem einzutreibenden Rohr entsteht. Erst eine solche Verbindung schafft die Möglichkeit, ein Rammbohrgerät fest an ein einzutreibendes Rohr, insbesondere an ein Stahlrohr anzuschließen,

so daß die Rückstoßkraft der Druckluft₉ welche den Schlagkolben im Rammbohrgerät bewegt,, die hergestellte Verbindung nicht mehr lösen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde₉ unter Vermeidung der Nachteile des bekannten Standes der Technik einen Rammkopf für selbstgetriebene pneumatische Rammbohrgeräte derart zu gestalten, daß er einerseits zwar im Boden befindliche Hindernisse mit hoher Energie spaltet und zertrümmert _s andererseits aber das zu starke Verdichten kleiner Bodenkörner vor dem Rammbohrgerät vermeidet und zusätzlich das Einrammen von Rohren bei axial kraftschlüss^r Verbindung ermöglicht ο ·

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der insgesamt konische Rammkopf mit einer zentralen Axialbohrung versehen ISt₅ in der ein Schlagbolzen zwischen zwei durch Anschläge begrenzten Endstellungen längsverschiebbar gelagert ist, bei dessen vorderer, durch eine Feder unterstützten Endstellung die Auftreffflache des Schlagbolzens für den Schlagkolben innerhalb der Amboßfläche des Rammkopfes liegt und bei dessen hinterer Entstellung die Auftrefffläche aus der Amboßfläche in Richtung auf den Schlagkolben hervoniehto

Mit dieser erfindungsgemäßen Ausbildung des Rammkopfes wird erreicht, daß beim Eindringen des Rammbohrgerätes in das Erdreich der Schlagbolzen vom Erdwiderstand zurückgedrückt wird_s- so daß der Aufprall des Schlagkolbens primär die kleine Auftrefffläche des Schlagbolzens trifft j so daß der Schlagbolzen eine sehr hohe Zertrümmerungs- und Spaltenergie erhält _s um Steine oder andere Einschlüsse im Erdboden zu zertrümmern und bei^-seite zu räumen» Das mit dem erfindungsgemässen Rammkopf ausgerüstete Rammbohrgerät hat hierbei., ■ d.h„ in inhomogenen Böden eine hohe LaufStabilität. Bei feinkörnigen und dichtgelagerten Sandböden ist nur ein kleiner Widerstand vor der Spitze des Schlagbolzens vorhanden _s so daß sich dieser beim Auftreffen des Schlagkolbens leicht nach vorn schiebt und nahezu die gesamte Rammenergie des Schlagkolbens in den Rammkopf eingeleitet wird., der sie

in Verdrängungs- und Schubkräfte umsetzt. Hierbei kommt die leicht konische Ausbilung des fest mit dem Gehäuse verbundenen Rammkopfes zur Wirkung, so daß die seitliche Keilkraft das Erdreich seitwärts und ohne übermäßige Verdichtung vor dem Rammbohrgerät verdrängt, wodurch sich eine gute Srtbewegung des Rammbohrgerätes ergibt.

Beim Einrammen von Rohren und beim Aufweiten von Bohrlöchern mittels Aufweithülsen bewirkt die konische Außenkontur des Rammkopfes eine gute Verbindung mit dem Rohr bzw. der Aufweithülse. Die Spitze des Schlagbolzens erhält keinerlei vorderen Widerstand, so daß der Schlagbolzen aufgrund der Pederbelastung in seiner vordersten Endstellung bleibt. Der Schlagkolben trifft deshalb ausschließlich auf die Amboßfläche des Rammkopfes auf, so daß sich infolge der Verkeilung des konischen Rammkopfes mit der Innenwandung des Rohres bzw. der Aufweithülse die gesamte Rammenergie des Schlagkolbens in Schubkraft für das Rohr oder für die Aufweithülse umsetzt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Amboßfläche des Rammkopfes mindestens drei mal so groß wie die Auftrefffläche des Schlagbolzens. Hierdurch wird der weitere Vorteil erzielt, daß in den verhältnismäßig dünnen Schlagbolzen fast nur axiale Kräfte und kaum Biegemomente eingeleitet werden. Hierdurch wird eine lange Lebensdauer des Schlagbolzens sichergestellt, während bei den bisher bekannten längsverschiebbaren Rammköpfen durch einseitig angreifende Hindernisse, wie Geröll und Fels, sehr große Biegemomente übertragen werden mußten, welche bereits nach kurzer Einsatzzeit zu Ermüdungsbrüchen führen können. Die Verteilung der Schlagenergie des Schlagkolbens auf den Schlagbolzen einerseits und den Rammkopf andererseits läßt sich durch die Vorspannung der Feder beeinflussen.

Die Außenkontur des Rammkopfes kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mit der Verjüngung folgenden Stufen versehen sein, wie dies an sich bekannt ist. Diese stufenförmige Verjüngung hat beim Eintreiben von Rohren beispielsweise den Vorteil, daß der Rammkopf an Rohre mit unterschiedlichen Innendurchmessern angesetzt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der die hintere Endstellung des Schlagbolzens begrenzende Anschlag durch einen auf dem Schlagbolzen angeordneten, mit einer ringförmigen Anschlagfläche des Rammkopfes zusammenwirkenden Ringbund gebildet. Diese besonders einfache konstruktive Gestaltung hat den Vorteils daß der Ringbund gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zugleich als Anlage für das vordere Ende der als Wendelfeder auf den Schlagbolzen aufgesetzten,, sich mit ihrem hinteren Ende am Rammkopf abstützenden Feder ausgebildet sein kann.

Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen_s den die vordere Endstellung des Schlagbolzens begrenzenden Anschlag als angeformte hintere Verdickung des Schlagbolzens auszubilden die mit einer ringförmigen s vorzugsweise schrägliegenden Anschlagfläche im Rammkopf zusammenwirkt.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird ein Rammkopf geschaffen_s der bei hoher LaufStabilität des Rammbohrgerätes in inhomogenen Böden eine sehr hohe Zertrümmerungsarbeit leistet und in feinkörnigen sowie dichtgelagerten Sandböden zur Erzielung eines großen Bohrfortschritts eine unerwünschte Verdichtungsarbeit vor dem Rammkopf vermeidet» Der zur Erzielung dieser Vorteile eingesetzte Schlagbolzen ist bei der Verwendung des Rammkopfes zum Eintreiben von Rohren oder Aufweiten von Bohrungen wirkungslos _s so daß auch für diese Einsatzzwecke infolge der konischen Ausbildung des Rammkopfes optimale Ergebnisse erzielt werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rammkopfes dargestellt ₃ und zwar zeigern

Figo 1 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil eines

mit dem erfindungsgemäßen Rammkopf ausgestatteten Rammbohrgerätesj wobei sich der Schlagbolzen in seiner vorderen Endstellung befindet₅

Fig» 2 einen der Fig„ 1 entsprechenden Teilschnitt, bei dem jedoch der Schlagbolzen relativ zum Rammkopf aufgrund eines vor ihm liegenden Hindernisses in seine hintere Endstellung zurückgeschoben worden ist_s

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Wirkung des Rammkopfes beim Verdrängen von Erdreich und

Fig. 4 eine Seitenaätlsicht des Rammkopfes beim Einrammen eines Stahlrohres.

Vom Rammbohrgerät ist lediglich der vordere Teil eines insgesamt rohrförmigen Gehäuses 1 zu erkennen, in welchem ein nur mit seinem vorderen Teil dargestellter Schlagkolben 2 hin- und hergehend beweglich geführt ist. Der Schlagkolben 2 erhält seine Schlagenergie durch Zufuhr von Druckluft zum Gehäuse 1. Da es sich hierbei um bekannte Maßnahmen und Konstruktionen handelt, ist insoweit auf die Darstellung des hinteren Teils des Gehäuses 1 verzichtet worden.

Am vorderen Ende des Gehäuses 1 ist ein Rammkopf 3 angeordnet. Dieser Rammkopf 3 kann entweder - wie beim Ausführungsbeispiel dargestellt lösbar in das vordere Ende des Gehäuses 1 eingeschraubt sein; er kann auch unlösbar mit dem Gehäuse 1 verbunden sein. Die Außenkontur des Rammkopfes 3 besitzt eine insgesamt konische Gestalt, und zwar trotz der Ausbildung verschiedener Stufen 3a. Diese ebenfalls leicht konischen Stufen 3a folgen der konischen Kontur und bewirken gemäß Fig.3j daß die vom Rammkopf 3 auf das Erdreich ausgeübten Kräfte teilweise in Vortriebsarbeit und teilweise in Verdrängungsarbeit umgesetzt werden, wie die Pfeile in Fig.3 symbolisieren. Außerdem ergeben diese Stufen 3a gemäß Fig.4 die Möglichkeit, den Rammkopf 3 an Rohre R mit unterschiedlichem Innendurchmesser anzusetzen, wobei durch die konische Ausbildung jeder der Stufen 3a eine feste Keilverbindung zwischen dem Rohr R und dem Rammkopf 3 beim Eintreiben des Rohres R erzielt wird.

Der Rammkopf 3 ist mit einer/zentralen Axialbohrung 3b versehen, in der ein Schlagbolzen 4 zwischen zwei Endstellungen längsverschiebbar gelagert ist. Dieser Schlagbolzen 4 besitzt einen im Verhältnis zum Rammkopf 3 kleinen Querschnitt und steht unter der Kraft einer Feder 5, welche ihn in seine vordere, in Fig.l dargestellte Endlage drückt„

Die beiden Endstellungen des Schlagbolzens 4 relativ zum Rammkopf 3

werden durch formschlüssige Anlage an Anschlägen erzielt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der die vordere Endstellung des Schlagbolzens 4 begrenzende Anschlag als Verdickung 4a am hinteren Ende des Schlagbolzens 4 ausgebildet. Diese Verdickung 4a wirkt mit einer ringförmigen Anschlagfläche 3c zusammen, welche durch eine Vergrößerung der Axialbohrung 3b an deren hinteren Ende erzeugt worden ist. Die Anschlagfläche 3c und demgemäß die mit ihr zusammenwirkende Fläche der Verdickung 4a liegen schräg zur Längsachse des Rammkopfes 3₃ wodurch sich eine Vergrößerung dieser Anschlagfläche ergibt»

Der die hintere Endstellung des Schlagbolzens 4 begrenzende Anschlag ist beim Ausführungsbeispiel durch einen auf dem Schlagbolzen 4 angeordneten Ringbund 6 gebildet. Beim Ausführungsbeispiel ist dieser Ringbund 6 im Abstand von der Spitze des Schlagbolzens 4 auf diesen aufgeschraubt. Das hintere Ende des Ringbundes 6 wirkt mit einer ringförmigen Anschlagfläche 3d im Rammkopf 3 zusammen, welche wiederum durch eine Erweiterung der Axialbohrung 3b - diesmal am vorderen Ende des Rammkopfes 3 - gebildet ist.

Hinter dieser Anschlagfläche 3d besitzt der Rammkopf 3 eine Erweiterung gegenüber der Axialbohrung 3b _s in welcher die Feder 5 angeordnet ist. Diese Feder 5 ist als Wendelfeder ausgebildet und stützt sich einerseits an der hinteren Stirnfläche des Ringbundes 6 und andererseits an einer entsprechenden Ringfläche 3e am Rammkopf 3 ab.

Wenn das mit dem voranstehend beschriebenen Rammkopf 3 ausgestattete Rammbohrgerät zur Herstellung von Erdbohrungen in feinkörnigen und dichtgelagerten Sandböden verwendet wird_s drückt die Feder 5 über den Ringbund 6 den Schlagbolzen 4 in seine in Fig.l dargestellte vordere Endstellung. In dieser vorderen Endßtellung liegt die Auftrefffläche 4b innerhalb bzw. vor der Amboßfläche 3f des Rammkopfes 3₃ so daß der auftreffende Schlagkolben 2 seine Energie vollständig an den Rammkopf 3 abgibt. Der Schlagbolzen 4 leistet im wesentlichen nur Verdrängungsarbeit, wie dies in Fig„3 zu erkennen ist.

Trifft dsgegen der Rammkopf 3 mit seinem Schlagbolzen 4 auf ein festes Hindernis im Erdreich auf, wird der Schlagbolzen 4 entgegen der Kraft der Feder 5 in seine hintere Endstellung gemäß Fig.2 relativ zum Rammkopf 3 zurückgeschoben. Wenn nunmehr der Schlagkolben seine Aufprallenergie an den Rammkopf 3 abgibt, trifft er zuerst auf die Auftrefffläche 4b des Schlagbolzens 4, so daß die Schlagbolzenspitze eine konzentrierte Zertrümmerungs- und Meißelkraft in den Untergrund einleitet. Sobald die Zertrümmerungsarbeit geleistet worden ist, reduziert sich die Axialbelastung des Schlagbolzens 4, so daß dieser durch die Kraft der Feder 5 wieder in seine vorderste Endstellung gemäß Fig.l zurückgedrückt wird und der Rammkopf 3 ins^ gesamt die notwendige Verdrängungs- und Vorsehubarbeit leistet.

Bedingt durch seinen kleinen Querschnitt und seine stabile sowie von QuerSchwingungen freie Lagerung kann der Schlagbolzen 4 sehr große axiale Zertrümmerungs- und Spaltkrafte abgeben und damit den Weg für das Rammbohrgerät frei meißeln, auch wenn Hindernisse mit hoher Festigkeit im Erdreich eingebettet sind. Bei homogenen Böden kommt dagegen die konische Außenkontur des Rammkopfes 3 voll zur Wirkung, so daß auch unter diesen Bedingungen ein optimaler Vortrieb erzielt wird.

Auch bei Verwendung des Rammkopfes 3 zum Eintreiben von Rohren gemäß Fig.4 entfaltet der Schlagbolzen 4 keinerlei Wirkung. Er wird durch dfe Feder 5 in einer vorderen Endstellung gehalten, während die gesamte Schlagenergie über eine der Stufen 3a des Rammkopfes in das Rohr R übertragen wird.

Auch die Spitze des Schlagbolzens 4 kann abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel konisch gestaltet sein. Ebenso ist es möglich anstelle der hinteren Verdickung 4a den Ringbund 6 einstückig mit dem Schlagbolzen 4 auszubilden und stattdessen als hinteren Anschlag einen Bund auf den Schlagbolzen 4 aufzukleben, aufzustecken oder aufzuschrauben.

Bezugsziffernliste:

1 Gehäuse

2 Schlagkolben

3 ■ Rammkopf 3a Stufe

3b Axialbohrung

3c Anschlagfläche

3d Anschlagfläche

3e Ringfläche

3f Amboßfläche

4 Schlagbolzen 4a Verdickung

4b Auftrefffläche

5 Feder

6 Ringbund

R Rohr

Claims

Patentansprüche;

1„ Rammkopf für selbstgetriebene pneumatische Rammbohrgeräte zur Herstellung von Erdbohrungen mit einem insgesamt rohrförmigen Gehäuse_s in dem ein Schlagkolben axial hin- und hergehend bewegbar ist_s dessen Schlagenergie auf den am vorderen Ende des Gehäuses angeordneten Rammkopf übertragbar ist, dadurch, gekennzeichnet, daß der insgesamt konische Rammkopf (3) mit einer zentralen Axialbohrung (3b) versehen ist₉ in der ein Schlagbolzen (4) zwischen zwei durch Anschläge begrenzten Endsfellungen längsverschiebbar gelagert ist, bei dessen vorderer, durch eine Feder (5). unterstützten Endstellung die Auftreffflache (4b) des Schlagbolzens (4) für den Schlagkolben (2) innerhalb der Amboßfläche (3f) des Rammkopfes (3) liegt und bei dessen hinterer Endstellung die Auftreffflache (4b) aus der Amboßfläche (3f) in Richtung auf den Schlagkolben (2) hervorsteht„

2„ Rammkopf nach Anspruch l_s dadurch gekennzeichnet,daß die Amboßfläche (3f) des Rammkopfes (3) mindestens drei mal so groß ist wie die Auftreffflache (4b) des Schlagbolzens (4)

Rammkopf nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet_s daß die Außenkontur des Rammkopfes O) mit der Verjüngung folgenden Stufen (3a) versehen ist„

4„ Rammkopf nach mindestens einem Ansprüche 1 bis 3_S dadurch gekennzeichnet, daß der die hintere Endstellung des Schlagbolzens (4) begrenzende Anschlag durch einen auf dem Schlagbolzen (4) angeordneten, mit einer ringförmigen Anschlagfläche (3d) des Rammkopfes (3) zusammenwirkenden Ringbund (6) gebildet ist»

5» Rammkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbund (6) zugleich als Anlage für das vordere Ende der als Wendelfeder auf den Schlagbolzen (4) aufgesetzten, sich mit ihrem hinteren Ende am Rammkopf (3) abstützenden Feder (5) ausgebildet ist.

Rammkopf nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet₃ daß der die vordere Endstellung des Schlagbolzens (4) begrenzende Anschlag als angeformte hintere Verdickung (4a) des Schlagbolzens (4) ausgebildet ist, die mit einer ringförmigen ₃ vorzugsweise schrägliegenden Anschlagfläche (3c) im Rammkopf (3) zusammenwirkt _α