DE3226568A1

DE3226568A1 - Rammkopf fuer pneumatische rammgeraete

Info

Publication number: DE3226568A1
Application number: DE19823226568
Authority: DE
Inventors: Gustav Dr.-Ing. 4300 Essen Jenne
Original assignee: Individual
Current assignee: Terra AG fuer Tiefbautechnik
Priority date: 1982-07-16
Filing date: 1982-07-16
Publication date: 1984-01-19
Also published as: DE3226568C2; US4508181A

Description

Dr.-Ing.Gustav Jenne,Schmachtenbergstr.183, 4300 Essen-Kettwig

Rammkopf für pneumatische Rammgeräte

Die Erfindung betrifft einen Rammkopf für pneumatische Rammgeräte sowie als Aufsatzspitze für mittels Rammgeräten oder anderer Vortriebselemente, beispielsweise hydraulischer Pressen einzutreibende Gestänge oder Rohre, mit einer im wesentlichen kreisförmigen Stirnfläche und einer sich mindestens teilweise konisch erweiternden Mantelfläche. . .

Wenn Gegenstände vertikal, horizontal oder geneigt ins Erdreich eingetrieben werden, hat die Form der Spitze der einzutreibenden Gegenstände einen entscheidenden Einfluß auf Größe und Art des Eindringwiderstandes, der sich aus einem frontal wirkenden Spitzenwiderstand und aus der Mantelreibung zusammensetzt, die an der seitlichen Umfangsfläche auftritt.

Beim Eintreiben einer schlanken konischen Spitze treten im wesentlichen nur Radialkräfte auf, die im Verhältnis der Konusneigung übersetzt werden. Weist beispMsweise der Konus eine Konusneigung 1:10 auf, ist die Summe der Radialkräfte zehnfach so groß wie die Summe der antreibenden Axialkräfte. Ein schlanker Konus dringt damit sehr leicht in den Untergrund ein. Da aber zur Erhaltung eines Gleichgewichtszustandes die Summe aller Radialkräfte gleich groß sein muß, weicht ein schlanker Konus nach der Seite des geringeren Widerstandes leicht aus seiner Sollrichtung ab.

Der Laufgenauigkeit beim Eintreiben von Gegenständen in das Erdreich kommt jedoch sehr häufig eine große Bedeutung zu, beispielsweise beim Eintreiben von Gestängen von Preßbohrungen oder von Stahlrohren für die Grundwassergewinnung sowie bei der Herstellung von Rohrdurchpressungen oder beim Einsatz von Erdverdrängungshämmern. Zur Verbesserung der Laufgenauigkeit wurde deshalb bei bekannten Geräten die konusförmige Spitze durch einen abgetreppten Stufenkopf ersetzt,bei welchem die Umhüllung der Treppenstufen eine Konusform bildet, die Treppenstufenmantelfläche aber zylindrisch ausgebildet ist. Bei einem solchen Rammkopf leiten die Stirnflächen der Abtreppung axiale Schub- bzw. Stoßkomponenten in das Erdreich ein. Unter der Einwirkung dieser axial gerichteten Kräfte mit leichter Radialtendenz wird das Erdreich vor der Spitze des eindringenden Rammkopfes umgelagert und homogenisiert. Hierbei nehmen Lockerstellen mehr Erdpartikelchen auf als stärker verdichtete Stellen, so daß der Radialwiderstand rund um die Achse des Rammkopfes infolge der Umlagerung und Homogenisierung nahezu gleich groß ist. Die Stirnflächen der Abstufung können weiterhin Zertrümmerungs- und Drehimpulse im Geröll, Steine oder Kieskorn einleiten und damit den Verdrängungsvorgang positiv beeinflussen, insbesondere wenn der Rammkopf nicht nur statisch eingepreßt,sondern dynamisch eingerammt wird.

Den voranstehend erwähnten Vorteilen einer abgetreppten Kopfform steht der Nachteil gegenüber, daß ein höherer Kraftaufwand benötigt wird, um den Rammkopf ins Erdreich einzudrücken oder einzurammen. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die axialen Schub- bzw. Stoßkomponenten das Erdid.ch vor dem Rammkopf derart vorverdichten, daß die Eindringbewegung zum Stillstand kommt. Dies tritt insbesondere bei Peinsandböden auf, deren Korngrößen nahezu gleich groß sind, d.h. bei den sogenannten Einkornböden, die sich schlecht verdichten und damit auch verdrängen lassen.

Der Erfindung liegt ausgehend von einem Rammkopf der eingangs be- -^; 'schriebenen Art die. Aufgabe zugrunde, eine Form für den Rammkopf zu

schaffen, die bei höchster Laufgenauigkeit eine Verringerung des Eindringwiderstandeβ erzielt.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung besteht bei einem Rammkopf mit einer im wesentlichen kreisförmigen stirnfläche und einer sich mindestens teilweise konisch erweiternden Mantelfläche darin, daß in der Mantelfläche mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Längsrillen mit V-förmigem Öffnungsquerschnitt ausgebildet sind, deren Scheitellinie unter einem spitzen Winkel zur Längsmittellinie des Rammkopfes verläuft.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rammkopfes, der entweder an pneumatischen Eammgeräten oder als Aufsatzspitze für einzutreibende Gestänge oder Rohre verwendet wird, ist jedes zu verdrängende Erdkorn nach verschiedenen Richtungen zielenden Kraftimpulsen ausgesetzt, so daß es in diejenige Richtung verdrängt wird, in der der geringste Verdrängungswiderstand vorhanden ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung bewirkt weiterhin, daß an der Stirnseite des Rammkopfes eine Art Sternmeißel mit so vielen Meißelschneiden entsteht, wie Längsrülen vorhanden sind. Der vor der Rammkopfspitze liegende Erdkörper wird somit beim Eindringen der' Spitze aufgespalten. Die Teile des aufgespaltenen Erdkörpers erhalten anschließend axiale Stoßimpulse, wobei einige Teile in die Längsrülen hineinrutschen. Hierdurch wird das Erdreich bereits an der Stirnfläche des Rammkopfes umgepflügt. Diejenigen Erdkörner, die in die Längsrülen hineingleiten, sehen sich anschließend drei Kraftkomponenten ausgesetzt, nämlich einer durch die Konusneigung bedingten Radialkomponente und zweier Verdrängungskräfte, die jeweils rechtwinklig zu einer der beiden Seitenflächen der Längsrille verlaufen.

Der erfindungsgemäße Rammkopf verfügt somit nicht nur über Meißelschneiden an seiner Stirnfläche, welche den zu durchdringenden

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Erdkörper spalten und pulverisieren, sondern außer radialen Verdrängungskomponenten erzeugende Mantelflächen auch über auf der Mantelfläche liegende Schneidkanten, die durch die Berührungslinie zwischen Längsrillen und konusförmiger Mantelfläche entstehen. Die radialen Verdrängungskomponenten, die durch die konusförmigen Mantelflächen entstehen, werden durch Verdrängungskomponenten ergänzt, die rechtwinklig zu den Seitenflächen der Längsrillen verlaufen. Der erfindungsgemäß ausgebildete Rammkopf.knetet, schiebt, verdrängt, durchpflügt,spaltet und meißelt das Erdreich somit in optimaler Weise und erzielt hierbei eine hohe Laufgenauigkeit bei gleichzeitig großer Laufgeschwindigkeit. Da die Längsriller mit V-förmigem Öffnungsquerschnitt ohne Schwierigkeiten hergestellt werden können, läßt sich der erfindungsgemäße Rammkopf darüber hinaus in wirtschaftlicher Weise nicht nur durch Gießen, sondern auch durch mechanische Bearbeitung herstellen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung verlaufen die von der kreisförmigen Stirnfläche ausgehenden Längsrillen mindestens über einen Teil der Gesamtlänge des Rammkopfes. Es ist somit nicht erforderlich, die Längsrillen über die gesamte Länge der konischen Kopfausbildung auszuführen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Seitenflächen der Längsrillen zueinander unter einem Winkel von 90 ausgebildet. Eine weitere günstige Ausgestaltung gemäß der Erfindung ergibt sich, wenn die Mantelfläche des Rammkopfes einen durchgehenden Konus mit einer Konusneigung unter 15° bildet.

In Weiterentwicklung des Hauptgedankens der Erfindung kann die Mantelfläche des Rammkopfes auch mehrere, durch DurchmesserSprünge abgetreppte Konusabschnitte bilden, deren zwischen den einzelnen Konusabschnitten gebildete Stirnflächen unter einem zwischen 45 und 90 zur Längsmittellinie des Rammkopfes liegenden Winkel ausgerichtet sind. Mit der Ausbildung derartiger Stirnflächen zwischen den einzelnen Konusabschnitten entstehen weitere Stabilisierungskanten, die sich positiv auf die Verdrängungswirkung und Lauf Stabilität des

erflndungsgemäßen Rammkopfes auswirken.

Bei der Verwendung eines abgetreppten Rammkopfes können die Längsrillen in den einzelnen/Konusabschnitten entweder unter einem spitzen Winkel zur Längsmittellinie des Rammkopfes verlaufen, der der Konusneigung des jeweiligen Konusabschnittes entspricht, oder über die gesamte Länge des abgetreppten Rammkopfes durchgehend unter einem spitzen Winkel zur Längsmittellinie verlaufen, der einem Mittelwert der Konusneigungen entspricht.

Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, auf der kreisförmigen Stirnfläche des Rammkopfes einen zylindrischen Meißelvorsatz anzuordnen, durch den die Spreng- und Spaltkraft des Rammkopfes erhöht wird, da an der Stirnfläche des zylindrischen Meißelvorsatzes die volle Schub- oder Rammenergie wirksam wird, wenn der Rammkopf auf ein Hindernis . auftrifft. Die Anordnung eines zylindrischen Meißelvorsatzes ist somit insbesondere für gesteinhaltige Böden geeignet.

Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbexspiele des erfindungsgemäßen Rammkopfes dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Darstellung einer ersten Ausführungsform,

■ Pig. 2 einen Längsschnitt durch den Rammkopf in Pig.l,

Fig. 3 eine isometrische Darstellung einer zweiten Ausführungsform mit abgetreppter Kontur und zylindrischem Meißelvorsatz und

Fig. >i einen Längsschnitt durch die Ausführungsform nach Fig.3.

Das in den Flg.l und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Rammkopf mit konusförmiger Grundform und einer Konusneigung, die

flacher ist als 15°. Der Rairimkopf besitzt eine im wesentlichen kreisförmige Stirnfläche 1, deren Fläche erheblich kleiner ist als die hintere Abschlußfläche 2, an der der Rammkopf entweder in geeigneter Weise am vorderen Ende eines pneumatischen Rammgerätes angeordnet ist oder mit der der Rammkopf als eine Art Aufsatzspitze an einem einzutreibenden Gestänge oder einem einzutreibenden Rohr angeordnet wird.

Die zwischen der Stirnfläche 1 und der Abschlußfläche 2 verlaufende Mantelfläche 3 des Rammkopfes ist beim Ausführungsbeispiel nach den Fig.l und 2 durchgehend konisch ausgeführt. In ihr sind jedoch drei gleichmäßig über den Unfäng verteilte Längsrillen 4 mit V-förmi gern Öffnungsquerschnitt ausgebildet. Diese Längsrillen 4 gehen von der kreisförmigen Stirnfläche 1 aus und verlaufen beim dargestellten Ausführungsbeispiel etwa über drei _Viertel der Länge der konusförmigen Mantelfläche 3· Wie insbesondere die Fig.2 erkennen läßt, verläuft die Scheitellinie 4a der Längsrillen 4 unter einem spitzen Winkel 5 zur Längsmittellinie 6 des Rammkopfes. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Seitenflächen 4b und 4c der Längsrillen 4 zueinander unter einem Winkel 7 von 90°.

Durch die voranstehend beschriebene Ausbildung des Rammkopfes entsteht an der Stirnfläche 1 eine Art Sternmeißel mit einer der Anzahl der Längsrillen 4 entsprechenden Zahl von Meißelschneiden. Diese Meißelschneiden bewirken, daß der vor dem Rammkopf liegende Erdkörper beim Eindringen des Rammkopfes aufgespalten wird. Ein Tel des aufgespaltenen Erdkörpers erhält axiale Stoßimpulse, andere Teile rutschen in die Längsrillen 4 hinein. Hierdurch wird erreicht daß das Erdreich bereits durch die kreisförmige Stirnfläche 1 umgepflügt wird. Die von der Stirnfläche 1 ausgeübte Meißelkraft M ist in Fig.l durch einen Pfeil gekennzeichnet.

Beim Eindringen des Rammkopfes in das Erdreich wird auf dieses eine Kraft ausgeübt, die sich aus drei Kraftkomponenten zusammenset Eine dieser Kraftkomponenten ist die Radialkraft R, die von der

konischen Mantelfläche 3 ausgeübt wird. Diese Radialkraft R ist in Pig.l durch mehrere Pfeile dargestellt. Die beiden anderen Kraftkomponenten sind Verdrängungskräfte Vl und V2, die von den Seitenflächen 4b und 4c der Längsrillen 4 ausgeübt werden und senkrecht auf diesen Seitenflächen 4b und 4c stehen. Diese Verdrängungskräfte Vl und V2 bewirken eine in Umfangsriehtung des Rammkopfes wirksam werdende Verlagerung des umgebenden Erdreiches, so daß dieses in derjenigen Richtung verdrängt wird, in der es den geringsten Verdrängungswiderstand vorfindet. Der Rammkopf gleitet somit bei hoheüRichtungsstabilität leicht in das Erdreich ein.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach den Fig.3 und 4 ist auf der vorderen Stirnfläche 1 ein zylindrischer Meißelvorsatz 8 angeordnet, der die Meißelkraft M erhöht, da an ihm die volle Schub- oder Rammenergie wirksam wird, wenn der Rammkopf auf ein Hindernis auftrifft. Auch von den verbleibenden Teilen der Stirnfläche 1 werden Meißelkräfte M ausgeübt, wie dies die Pfeile in Fig.4 erkennen lassen.

Die Mantelfläche des Rammkopfes wird beim zweiten Ausführungsbeispiel durch mehrere, infolge von DurchmesserSprüngen abgetreppte Konusabschnitte 3a gebildet, die jeweils unter demselben spitzen Winkel zur Längsmittellinie 6 des Rammkopfes verlaufen. Zwischen den einzelnen Konusabschnitten 3a werden Stirnflächen 3b gebildet. Wenn diese Stirnflächen 3b gemäß der einen Gestaltung in Fig.4 unter einem Winkel 9 von 90° zur Längsmittellinie 6 des Rammkopfes verlaufen, haben sie das Entstehen zusätzlicher Axialkräfte A zur Folge, die durch Pfeile in Fig.4 eingezeichnet sind. Verläuft die Stirnfläche 3b gemäß der weiteren Darstellung in Fig.4 dagegen unter einem spitzen Winkel 10 zur Längsmittellinie 6 des Rammkopfes, entstehen Schrägkräfte S, die außer einer axialen Komponente auch eine Radialkomponente besitzen und somit eine verdrängende Wirkung auf das Erdreich ausüben.

Wie die Fig.3 und 4 erkennen lassen, kann die Scheitellinie 4a der

Längsrillen 4 über die gesamte Länge des abgetreppten Rammkopfes durchgehend unter einem spitzen Winkel zur Längsmittellinie 6 verlaufen, wobei dieser spitze Winkel einem Mittelwert entspricht. Alternativ ist es möglich, daß die Längsrillen 4 in den einzelnen Konusabschnitten 3a zur Längsmittellinie 6 unter einem spitzen Winkel verlaufen, der jeweils der Konusneigung des jeweiligen Konusabschnittes 3a entspricht.

Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Längsrillen 4 über die gesamte Länge des Rammkopfes verlaufen, wird das Erdreich vor dem Rammkopf durch die Meißelkräfte M aufgespalten bzw. zertrümmert, wobei an dieser Spalt- und Trümmerarbeit sowohl die Stirnfläche des zylindrischen Meißelvorsatzes 8 als auch die Stirnflächenabschnitte 1 des eigentlichen Rammkopfes beteiligt sind. Die Mantelflächen der Konusabschnitte 3a üben wiederum eine im wesentlichen radiale Verdrängungswirkung auf das Erdreich aus, wenn der Rammkopf in dieses eindringt. Hierbei ist ein Teil des Eu verdränge den Erdreiches nach verschiedenen Richtungen zielenden Kraftimpulse durch die Verdrängungskräfte Vl und V2 ausgesetzt, die wiederum von den Seitenflächen 4b und 4c der Längsrillen 4 ausgeübt werden und die dafür sorgen, daß das Erdreich im wesentlichen in diejenige Richtung ausweicht, in der es den geringsten Verdrängungswiderstanc vorfindet. Durch die infolge der Abtreppung gebildeten Stirnflächer 3b auf der eigentlichen Mantelfläche des Rammkopfes ergeben sich zusätzliche Axialkräfte A bzw. Schrägkräfte S, welche einerseits die Richtungsstabilität des Rammkopfes erhöhen, und andererseits auch im eigentlichen Mantelbereich des Rammkopfes in axialer Richtung liegende Kräfte auf das. Erdreich übertragen.

Beide Ausführungsbeispiele des voranstehend beschriebenen Rammkopfi haben somit die Wirkung, daß ein Großteil des zu verdrängenden Erdkornes nach verschiedenen Richtungen zielenden. Kraftimpulsen au: gesetzt wird, damit es in Richtung des geringsten Verdrängungswide: Standes ausweicht, so daß neben einer hohen Richtungsstabilität eil

schnelles und energiesparendes Einbringen des Rammkopfes in das Erdreich erzielt wird.

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Bezugszeichenliste:

1	Stirnfläche
2	Abschlußfläche
3	Mantelfläche
3a	Konusabschnitt
3b	Stirnfläche
4	Längsrille
4a	Scheitellinie
4b	Seitenfläche
4c	Seitenfläche
5	Winkel
6	Längsmi-ttellinie
7	Winkel
8	Me i ße1vor sat ζ
9	Winkel
10	Winke1
A	Axialkraft
M	Meißelkraft
R	Radialkraft
S	Schrägkraft
Vl	Verdrängungskraft
V2	Verdrängung.skraft

Leerseite

Claims

-JtQ- P a t e η t a η α ρ r ü ο h e:

1. Rammkopf für pneumatische Rammgeräte sowie als Aufsatzspitze für mittels Rammgeräten einzutreibende Gestänge oder Rohre, mit einer im wesentlichen kreisförmigen Stirnfläche und einer sich mindestens teilweise konisch erweiternden Mantelfläche,

dadurch gekennzeic hn e t, daß In der Mantelfläche (3) mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Längsrillen (4) mit V-förmigem Öffnungsquerschnitt ausgebildet sind, deren Scheitellinie (4a) unter einem spitzen Winkel (5) zur Längsmittellinie (6) des Rammkopfes verläuft.

2. Rammkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrillen (4) von der kreisförmigen Stirnfläche (1) ausgehend über mindestens einen Teil der Gesamtlänge des Rammkopfes verlaufen.

3. Rammkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (4b, 4c) der Längsrillen (4) zueinander unter einem Winkel (7) von 90° ausgebildet sind.

4. Rammkopf nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (3) des Rammkopfes einen durchgehenden Konus mit einer Konusneigung unter 15 bildet.

5. Rammkopf nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (3) des Rammkopfes mehrere, durch DurchmesserSprünge abgetreppte Konusabschnitte (3a) bildet, deren zwischen den einzelnen Konusabschnitten (3a) gebildete Stirnflächen (3b) unter einem zwischen 45° und 90° zur Längsmittellinie (6) des Rammkopfes liegenden Winkel ausgerichtet sind.

-VL-

6. Rammkopf nach Anspruch 5₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrillen (4) in den einzelnen Konusabschnitten (3a) zur Längsmittellinie (6) des Rammkopfes unter einem spitzen Winkel verlaufen, der der Konusneigung des jeweiligen Konusabschnittes (3a) entspricht.

7» Rammkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrillen (4) über die gesamte Länge des abgetreppten Rammkopfes durchgehend unter einem spitzen Winkel zur Längsmittellinie (6) verlaufen, der einem Mittelwert der Konusneigungen entspricht.

8. Rammkopf nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der kreisförmigen Stirnfläche (1) des Rammkopfes ein zylindrischer Meißelvorsatz (8) angeordnet ist.