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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gewindeschneideeinrichtung
für das
Schneiden eines Innengewindes innerhalb einer vorhergehend gebohrten
Pfahlbohrung, wobei die Bohrung vorzugsweise, aber nicht unbedingt,
in Lehm oder ähnliche
Erde gebohrt wird. Die Einrichtung kann ferner ein Auffanggefäß umfassen.
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Wenn
Betonpfähle
in den Boden gebracht werden sollen, ist es von Vorteil, den Durchmesser der
zu bohrenden Pfahlbohrung zu begrenzen. Wenn der Durchmesser der
Pfahlbohrung tatsächlich
reduziert wird, werden die Kosten des Bohrvorgangs herabgesetzt.
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Die
Tragfähigkeit
des Betonpfahls hängt
jedoch sehr von dem Durchmesser des Pfahls ab. Ein Verfahren zur
Vergrößerung der
Tragfähigkeit
eines Pfahls eines gegebenen Durchmessers besteht darin, ein Gewinde
oder einen spiralförmigen
Schlitz in die Innenwand der Pfahlbohrung zu schneiden. Wenn die
Pfahlbohrung mit Beton gefüllt
wird, um den Pfahl herzustellen, wird auch das Gewinde oder der
spiralförmige
Schlitz mit Beton gefüllt.
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EP 1 277 887 im Namen des
Unternehmens Compagnie du Sol beschreibt ein Bohrwerkzeug, welches
mit einer Schneideeinrichtung versehen ist. Diese Schneideeinrichtung
steht außerhalb
des unteren Endes des Gewindegangs dieses Werkzeugs vor. Wenn das
Werkzeug rotiert und angehoben wird, hinterläßt die Schneideeinrichtung
einen spiralförmigen
Schlitz oder ein Gewinde in der Innenwand der mittels des Bohrwerkzeugs
selbst gebohrten Pfahlbohrung. Dieses Verfahren ist jedoch nur anwendbar, wenn
es ein Werkzeug des Typs mit horizontaler Verschiebung ist.
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GB-A-2183703,
in Betracht gezogen, den relevanten Stand der Technik zu repräsentieren,
offenbart eine Gewindeschneideein richtung für das Schneiden eines Gewindes
in die Innenfläche
einer Bohrung.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung
zu schaffen, welche das Schneiden eines Innengewindes innerhalb
einer vorhergehend gebohrten Pfahlbohrung, insbesondere, wenn die
Pfahlbohrung in Lehm oder ähnliche Erde
gebohrt wird, gestattet.
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Um
diese Aufgabe zu erfüllen,
umfaßt
die Gewindeschneideeinrichtung mit Auffanggefäß für das Schneiden eines Gewindes
in die Innenwand einer Bohrung:
- – eine verschiebbare
Baugruppe umfassend einen oberen Abschnitt, der Schneidemittel und
Betätigungsmittel
enthält,
um das Schneidemittel aus einer zurückgezogenen Stellung, in der
das Schneidmittel innerhalb der Bohrung angeordnet ist, in eine
expandierte Stellung zu bewegen, in der das Schneidemittel außerhalb
der Bohrung vorsteht und die Wand der Bohrung schneidet, und Mittel
zur Erzeugung einer Reibkraft zwischen dem oberen Abschnitt und
der Innenfläche der
Bohrung;
- – Mittel
zur Steuerung der Vertikalverschiebungsgeschwindigkeit der verschiebbaren
Baugruppe innerhalb der Bohrung; und
- – Mittel
zur Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit und der Drehrichtung
der Baugruppe um ihre vertikale Achse innerhalb der Bohrung, wodurch das
Schneidemittel angepaßt
ist, mindestens ein Gewinde mit einer gesteuerten Gewindesteigung entlang
einer gesteuerten Länge
der Bohrung in die Oberfläche
der Bohrung zu schneiden, wenn sich das Schneidemittel in seiner
expandierten Stellung befindet.
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Es
ist verständlich,
daß das
Schneidemittel während
der Abwärtsverschiebung
der verschiebbaren Baugruppe innerhalb der Bohrung in seiner zurückgezogenen
Stellung ist. Wenn die Baugruppe den Boden der Bohrung erreicht,
wird das Schneidemittel in seine expandierte Stellung bewegt. Dann wird
die verschiebbare Baugruppe angehoben und rotiert, wodurch das Schneide mittel
das Gewinde oder den spiralförmige
Schlitz in der Innenwand der Pfahlbohrung fertigt.
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Die
verschiebbare Baugruppe umfaßt
vorzugsweise einen unteren Abschnitt, der an dem oberen Abschnitt
befestigt ist, wobei der untere Abschnitt einen zylindrischen Behälter bildet,
der die Erdbrocken aufnimmt.
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Vorteilhafterweise
ist die verschiebbare Baugruppe an dem unteren Ende der Antriebsstangen
fixiert. Wenn die Antriebsstangen in eine erste Richtung gedreht
werden, ist das Schneidemittel in seiner zurückgezogenen Stellung, und wenn
die Antriebsstangen in die zweite Richtung gedreht werden, ist das
Schneidemittel in seiner expandierten aktiven Stellung.
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Die
Gewindesteigung des Gewindes und die Länge des Gewindes können durch
Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit und der Vertikalverschiebungsgeschwindigkeit
der verschiebbaren Baugruppe vorbestimmt werden.
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Außerdem ist
die verschiebbare Baugruppe mit Mitteln, zum Beispiel Hemmplatten,
versehen, um eine Reibkraft zwischen der verschiebbaren Baugruppe
und der Innenwand der Pfahlbohrung zu erzeugen, wodurch die Drehrichtung
der Antriebsstangen auf wirksame Weise den Schneidekörper aus seiner
zurückgezogenen
Stellung in seine expandierte Stellung bewegen kann.
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Andere
Merkmale oder Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen
der folgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung, die anhand eines nicht eingrenzenden Beispiels angegeben
wird, deutlicher erscheinen.
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Die
Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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die 1 eine
vereinfachte Ansicht der gesamten Gewindeschneideeinrichtung ist;
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die 2 und 3 vereinfachte
vertikale Schnittansichten der Gewindeschneideeinrichtung sind,
die das Schneidemittel in zurückgezogener
und expandierter Stellung zeigen;
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die 4A und 4B detaillierte
horizontale Ansichten der Gewindeschneideeinrichtung sind, die das
Schneidemittel in zurückgezogener
und expandierter Stellung zeigen;
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die 5 eine
vertikale Schnittansicht der Gewindeschneideeinrichtung ist;
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die 6 ein
Beispiel eines Pfahls ist, der bei Gebrauch der Gewindeschneideeinrichtung
erzielt wird; und
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die 7 ein
Schneidewerkzeug zeigt, das an den Gebrauch mit der Gewindeschneideeinrichtung
angepaßt
ist.
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Zuerst
wird auf 1 Bezug genommen, es werden
die Hauptteile der Gewindeschneideeinrichtung beschrieben.
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Die
Einrichtung umfaßt
ein Rammgerät 10, das
mit einem vertikalen Mast 12 versehen ist. Das obere Ende 12a des
Masts ist mit zwei Riemenscheiben 14, 16 für ein Kabel 18 ausgestattet.
Der Mast 12 bildet auch eine vertikale Führung für eine bewegbare,
rotierende Antriebsbox 20. Die rotierende Antriebsbox 20 kann
entlang der gesamten Länge
des Masts 12 bewegt werden. Die Einrichtung umfaßt ferner
einen Satz Antriebsstangen oder eine Mitnehmerstange 22.
Die Mitnehmerstange besteht aus einer Mehrzahl von Stahlrohren,
welche aneinander angeschlossen sind. Das obere Ende 22a der
Mitnehmerstange ist an einem Ende des Kabels 18 befestigt.
Im Ergebnis wird die vertikale Auf- und Abwärtsbewegung der Mitnehmerstange
durch das Kabel gesteuert.
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Die
Mitnehmerstange 22 passiert die rotierende Antriebsbox 20 und
die Box 20 überträgt ein Drehmoment
auf die Mitnehmerstange 22. Die Mitnehmerstange kann jedoch
in Bezug auf die Box 20 vertikal bewegt werden.
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Das
untere Ende 22b der Mitnehmerstange oder der Antriebsstangen
ist an eine Gewindeschneideeinrichtung 30 oder eine verschiebbare
Baugruppe angeschlossen. Die Gewindeschneideeinrichtung 30 umfaßt vorzugsweise
einen oberen Abschnitt 32 und einen unteren Abschnitt 34,
welche miteinander verbunden sind. Der obere Abschnitt 32 wird
im Folgenden detaillierter beschrieben. Der untere Abschnitt 34 hat
die Form eines zylindrischen Behälters 36 zum
Auffangen der Lehm- oder Erdbrocken, wenn diese von dem oberen Abschnitt 32 herabfallen,
welcher aus einer Schneidevorrichtung 38 besteht, die dazu
angepaßt
ist, ein Gewinde oder einen spiralförmigen Schlitz in die Innenwand 37 einer
vorhergehend gebohrten Pfahlbohrung 39 zu schneiden.
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Die
Einrichtung umfaßt
ferner Geschwindigkeits-Meßwandler
(nicht gezeigt), um die Vertikalverschiebungsgeschwindigkeit und
die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebsstangen 22 zu
messen.
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Nun
wird auf die 2 und 3 Bezug
genommen, wobei hier das Prinzip einer Gewindeschneideeinrichtung 30 mit
Auffanggefäß beschrieben
wird. Der untere Abschnitt 34 besteht aus einem zylindrischen
Behälter 36,
der eine zylindrische Seitenwand 40, einen Boden 42 und
ein offenes oberes Ende 44 hat.
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Der
Boden 42 ist an einer rotierenden Steuerachse 46 befestigt,
deren oberes Ende durch ein Verkettungsglied 48 an das
untere Ende der Antriebsstangen angeschlossen ist.
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Der
obere Abschnitt 32 besteht aus einer Gewindeschneideeinrichtung.
Die Gewindeschneideeinrichtung umfaßt zwei Schneidewerkzeuge 52 und 54,
die um die vertikale Steuerachse 46 herum einander diametral
gegenüberliegen.
Jedes Schneidewerkzeug ist durch einen Betätigungsmechanismus 56 und 58 mit
der Achse 46 verkettet. Die Betätigungsmechanismen sind derart
gestaltet, daß jedes Schneidewerkzeug 52 oder 54 in
einer Ebene im wesentlichen senkrecht zu der Achse 46 zwischen
einer zurückgezogenen Stellung,
die in 3 gezeigt ist, und einer expandierten Stellung,
die in 2 gezeigt ist, bewegt werden kann. Genauer gesagt
werden die Schneidewerkzeuge, wenn die Achse in die Richtung des
Pfeils F1 rotiert, in ihre expandierte Stellung bewegt, und wenn
die Achse 46 in die Richtung des Pfeils F2 rotiert, werden
die Schneidewerkzeuge in ihre zurückgezogene Stellung gebracht.
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Das
in den 2 und 3 gezeigte theoretische Ausführungsbeispiel
gestattet es, die Betätigung
der Gewindeschneideeinrichtung mit Auffanggefäß zu verstehen.
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Wenn
die verschiebbare Baugruppe 30 abwärts in die gebohrte Bohrung 39 bewegt
wird, werden die Antriebsstangen in die Richtung F2 gedreht, so
daß der
Schneidekörper 50 in
seiner zurückgezogenen
Stellung bleibt. Wenn die Baugruppe 30 den Boden der Bohrung 39 erreicht,
werden die Stangen 22 in die Richtung F1 gedreht, so daß die Schneidewerkzeuge 52 und 54 bewegt
werden und in ihrer expandierten Stellung bleiben. Dann wird die
Baugruppe mit gesteuerten Vertikal- und Rotationsgeschwindigkeiten
angehoben, so daß das
Werkzeug 50 ein Gewinde, das die Form eines spiralförmigen Schlitzes
hat, in die Wand 37 der Bohrung 39 schneidet. Das
Gewinde hat eine Gewindesteigung, welche durch die Vertikal- und
Rotationsgeschwindigkeiten definiert wird. Diese Gewindesteigung
kann entlang der Länge
der gebohrten Bohrung verändert
werden. Das Gewinde kann sich entlang eines unteren Abschnitts der
Bohrung erstrecken. Die Baugruppe 30 wird in die Richtung
F2 gedreht, wenn das Gewinde beendet ist.
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Die
Erdbrocken fallen in den zylindrischen Behälter 36. Das Gewinde
kann in Abhängigkeit
von dem Fassungsvermögen
des Behälters 36 in
einem Abschnitt oder mehreren Abschnitten gebildet werden. Wie vorhergehend
erklärt
ist, kann die Gewindeschneideeinrichtung keinen unteren Abschnitt,
d. h. kein Auffanggefäß haben.
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6 zeigt
eine Bohrung 39, deren Wand 37 mit einem Gewinde
oder einem spiralförmigen
Schlitz 58 versehen ist. Die Form des Gewindes ist durch
die Form des Schneidewerkzeugs 50 definiert. Die mit einem
Auffanggefäß versehene
Gewindeschneideeinrichtung kann mit zwei diametral gegenüberliegenden
Schneidewerkzeugen ausgestattet sein. Somit wird ein doppelter spiralförmiger Schlitz
erzielt.
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Nun
wird auf 4A, 4B und 5 Bezug
genommen, gemäß welchen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel,
bei welchem die Gewindeschneideeinrichtung mit einem Auffanggefäß versehen
ist, im Detail beschrieben wird. Diese Einrichtung wird als eine
Gewindeschneideeinrichtung mit Auffanggefäß bezeichnet. Gemäß diesem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Gewindeschneideeinrichtung mit Auffanggefäß, mit Nummer 60 bezeichnet, mit
Mitteln zur Erzeugung einer Reibkraft zwischen der Gewindeschneideeinrichtung
und der Wand der Bohrung versehen. Diese Reibkraft erlaubt die tatsächliche
Bewegung des Schneidekörpers
bezüglich des
Rahmens der Einrichtung in seine expandierte Stellung und in seine
zurückgezogene
Stellung.
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Die
Schneidevorrichtung 62 umfaßt zwei diametral angeordnete
Schneidesysteme 64 und 66. Diese zwei Schneidesysteme
sind identisch, so daß nur
das Schneidesystem 64 beschrieben wird.
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Das
Schneidesystem 64 umfaßt
ein vertikales Antriebsrohr 68, welches an dem unteren
Ende 22b der Mitnehmerstange 22 angebracht ist.
Antriebsarme 70 sind an dem Antriebsrohr 68 befestigt. Verkettungshebel 72 haben
ein erstes Ende 72a, welches schwenkbar an dem Ende 70a der
Antriebsarme 70 befestigt ist. Das zweite Ende 72b der
Verkettungshebel 72 ist schwenkbar an dem Mittelabschnitt 74a eines
Schneiderahmens 74 befestigt. In einer horizontalen Ebene
hat der Schneiderahmen 74 die Form eines Kreisbogens. Ein
erstes Ende 74b des Schneiderahmens 74 ist schwenkbar
an dem Ende 76a des oberen Hemmarms 76 befestigt.
Die oberen Hemmarme 76 sind an einem Hemmrohr 78 befestigt,
welches rund um die Außenseite
des Antriebsrohrs 68 befestigt ist. Das Hemmrohr 78 kann
um das Antriebsrohr 68 rotieren, was es den Hemmarmen 76 gestattet,
relativ zu den Antriebsarmen 70 zu rotieren.
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Untere
Hemmarme 77 sind gleichfalls an dem Hemmrohr 78 befestigt.
Das Ende 77a der unteren Hemmarme 77 ist mit einer
Hemmplatte 80 ausgestattet. Die Hemmplatte 80 hat
die allgemeine Form eines Zylinderabschnitts und ist mittels einer Vorspannfeder 82 an
dem Hemmarm 76 befestigt.
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Das
zweite Ende 74C des Schneiderahmens 74 ist mit
einem Werkzeughalter 84 zur Aufnahme des Schneidewerkzeugs
oder von Schneidezähnen 86 versehen.
Das Schneidewerkzeug 86 steht außerhalb der Außenfläche 74d des
Schneiderahmens 74 vor.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist die Hemmplatte 80 unterhalb
des Schneidewerkzeugs 86 angeordnet.
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Die
Hemmplatte 80 ist derart positioniert, daß sie unter
der Wirkung der Vorspannfeder 82 in festem Kontakt mit
der Innenwand 37 der Bohrung ist, wenn die Gewindeschneideeinrichtung
in das obere Ende der Bohrung eingeführt wird.
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Aufgrund
der zwischen der Hemmplatte 80 und der Wand der Bohrung
erzeugten Reibkraft wird, wenn das Antriebsrohr 68 in eine
Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird (4B),
auch der Antriebsarm 70 gedreht, und der Schneiderahmen 74 wird
um das Ende 76b des Hemmarms 76 mittels des Verkettungshebels 72 in
Richtung auf den inneren Teil der mit dem Auffanggefäß versehenen
Gewindeschneideeinrichtung geschwenkt. Infolgedessen wird das Schneidewerkzeug 86 bewegt
und in seiner zurückgezogenen
Stellung belassen.
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Der
Antriebsarm 70 wird, auch aufgrund der Reibkraft, gleichfalls
gedreht, wenn das Antriebsrohr 68 in die Uhrzeigerrichtung
gedreht wird (4A). Die Rotation des Antriebsarms 70 erzeugt
die Auswärtsschwenkbewegung
des Schneiderahmens 74 um seine Enden 74b mittels
des Verkettungshebels 72. Infolgedessen wird das Schneidewerkzeug 86 in seine
expandierte Stellung bewegt. Wenn überdies die Schneidewerkzeuge 86 beginnen,
in die Erde zu greifen, werden diese selbst der Rotation einen zusätzlichen
Widerstand bieten, und diese in deren expandierter Stellung bei
deren maximalem Durchmesser halten.
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Wenn
das Gewinde vervollständigt
worden ist oder der zylindrische Behälter 34 mit Erdbrocken gefüllt worden
ist, wird die mit dem Auffanggefäß versehene
Gewindeschneideeinrichtung in eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn
gedreht, um die Schneidwerkzeuge 86 zurückzuziehen, wodurch diese aus
der Bohrung entfernt werden können.
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Die
Gewindeschneideeinrichtung wird typischerweise bei jeder Drehung
800 mm angehoben, wodurch eine Doppelwendel mit einer Gewindesteigung
von 800 mm und einem Abstand zwischen zwei Gewinden von 400 mm gebildet
wird.