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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gaben
von Gräben mit größer Tiefe in den Boden.
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Vorrichtungen zum Bohren sind bereits bekannt, welche ein
Gestell aufweisen, aufgehängt mittels Kabeln an einem
Hebezeug, wobei an dem unteren Bereich des Gestells Fräsköpfe
in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben sind, um den
Boden aufzulockern, und um so zu ermöglichen, dass sich das
Gestell in den Boden absenkt, um eine Aushöhlung zu graben.
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Um mit Hilfe einer solchen Vorrichtung einen Graben im Boden
zu erzeugen, gräbt man mehrere Bohrungen, welche in einer
gegebenen Richtung ausgerichtet sind, und man vereinigt dann
diese Bohrungen, indem man die Bereiche des Bodens entfernt,
welche die Bohrungen voneinander trennen.
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Für jede Bohrung realisiert man auf dem Boden einen
rechteckigen Rahmen aus Beton, dessen innerer Abschnitt genau
dem äußeren Abschnitt des Gestells entspricht, man platziert
das Gestell in dem Inneren des Rahmens und senkt das Gestell
auf dem Boden ab, während sich die Fräsköpfe drehen.
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Das Gestell beginnt dann, sich in den Boden abzusenken, wobei
es durch den Rahmen in seiner Arbeitsstellung gehalten wird.
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Wenn es um mehr als seine Höhe in den Boden abgesenkt ist,
wird das Gestell, welches aus dem Rahmen herausgetreten ist,
nach unten nur durch den Bereich des Grabens geführt, welcher
schon realisiert ist.
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Von diesem Moment an bewegt sich das Gestell in dem Boden
ohne eine genaue Steuerung seiner Orientierung.
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Bei geringer Tiefe bleibt die Orientierung des Gestells
passend, was es ermöglicht, Bohrungen zu erhalten, welche
nach ihrer Vereinigung einen kontinuierlichen und ausreichend
geraden Graben ausbilden.
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Bei einer großen Tiefe dagegen, ungefähr bei 30 bis 40 Metern
unterhalb der Oberfläche des Bodens, kann das Gestell dazu
tendieren, einer schraubenförmigen Spur zu folgen, d. h. das
Gestell kann sich in den Boden hineinbewegen, während es sich
um seine vertikale Längsachse dreht.
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Dies bildet einen herausragenden Nachteil, da nicht nur der
so erhaltene Graben nicht gerade ist, sondern da außerdem das
Risiko besteht, dass zwei benachbarte Bohrungen nicht
vereinigt werden können aufgrund des zu großen Abstandes, der
sie trennt, so dass es möglich ist, dass der Graben
diskontinuierlich ausgebildet wird.
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Es sind bereits Druckmechanismen vorgeschlagen worden, welche
auf dem Gestell angebracht sind und die Druck auf die Wände
der Bohrung ausüben, um das Gestell in der Bohrung wieder
auszurichten, um eine zu große Abweichung von der Spur zu
vermeiden.
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Diese Mechanismen erlauben es jedoch nicht, die Drehung des
Gestells um seine Längsachse herum zu vermeiden.
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Außerdem hat die Anmelderin in ihrer französischen
Patentanmeldung, welche veröffentlicht worden ist unter der
Nummer 2 696 768, eine Vorrichtung zum Graben von Gräben im
Boden der vorbeschriebenen Art offenbart, wobei das Gestell
unter anderem in seinem oberen Bereich mit einem Muffel
versehen ist, welcher frei drehbar ist, und mit welchem das
Gestell an dem Hebezeug aufgehängt ist. Dank dieses Muffels,
der frei drehbar ist, kann man das Gestell per Hand
ausrichten vor dem Beginn einer Grabung, und zwar indem man
es schräg bezüglich des Hebezeugs positioniert, was es
erlaubt, durch Spielen bezüglich der Länge und Orientierung
des Mastes des Hebezeugs, das Gestell oberhalb einer
Führungsrahmens zu positionieren, ohne dass das Hebezeug
genau senkrecht zu dem Rahmen ausgerichtet sein müsste. Dies
ist insbesondere vorteilhaft, wenn man eine Bohrung senkrecht
zu einem Hindernis realisieren möchte, welches nicht
verschiebbar ist, wie beispielsweise eine Gebäudeecke.
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Diese Art von Vorrichtung mit dem frei drehbaren Muffel löst
jedoch ebenfalls nicht das Problem der Drehung des Gestells
bei seiner Absenkung in den Boden bei großen Tiefen.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine einfache und
wirtschaftliche Vorrichtung zu schaffen, die den o. g.
Nachteil vermeidet.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Vorrichtung
zum Ausbilden von Gräben im Boden der vorgenannten Art zu
schaffen, um Vertiefungen zu graben, während sich die
Vorrichtung vertikal in den Boden hinein bewegt, wobei die
Vorrichtung ein Gestell aufweist, welches in seinem oberen
Bereich mit einem drehbaren Muffel für seine Aufhängung
mittels eines Kabels an einem Hebezeug versehen ist und in
seinem unteren Bereich mit Fräsköpfen, welche den Boden
auflockern können über einen Bereich, welcher den Durchtritt
des Gestells im Kielwasser der Fräsköpfe ermöglicht, wobei
die Vorrichtung außerdem einen Gummischlauch aufweist,
welcher sie mit der Oberfläche des Bodens verbindet und
welcher zum Beseitigen der Teile des Bodens dient, welche
durch die Fräsköpfe abgetrennt worden sind, dadurch
gekennzeichnet, dass der drehbare Muffel motorisiert ist.
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Der Gummischlauch zum Ableiten der Bodenfragmente ist auch
ausgestaltet unter dem Gesichtspunkt eines Gummischlauchs für
Schlamm, da die Vertiefung unter Schlamm gegraben wird und
die Bodenfragmente daraus abgeführt werden durch Pumpen des
Schlamms in der Nähe der Fräsköpfe.
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Dank der Erfindung kann man jede unbeabsichtigte Drehung des
Gestells in der Bohrung berichtigen durch die Tatsache, dass
der motorisierte Muffel es ermöglicht, ein Drehmoment auf das
Gestell auszuüben, indem er darauf drückt, sei es durch die
Kabel, welche den Muffel mit dem Hebezeug verbinden, und
durch den Gummischlauch, oder sei es nur über die Kabel des
Muffels.
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Der Schlammschlauch, welcher im allgemeinen eine Leitung mit
einem Durchmesser von 6 Zoll ist, welche mit einer Armatur
versehen ist, bewirkt tatsächlich einen ausreichenden Druck,
damit der motorisierte Muffel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auf das Gestell ein Drehmoment ausübt, welches es
ermöglicht, die Orientierung der Vorrichtung in der
Vertiefung zu berichtigen.
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Es hat sich außerdem herausgestellt, dass die Kabel, welche
den Muffel mit dem Hebezeug verbinden, überraschender Weise
ausreichen, damit die Schwenkung des Muffels auf das Gestell
ein Drehmoment ausübt, welches dessen Absenkung verursacht,
indem es in der Bohrung trudelt.
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Wenn ein solches Phänomen auftreten kann, wenn das Gestell
sich nur wenige Meter von der Oberfläche des Bodens entfernt
befindet, wo eben das Problem der Drehung des Gestells nicht
auftritt, ist es ganz anders, wenn das Gestell sich in großer
Tiefe befindet, wie beispielsweise in 30 oder 40 Metern
unterhalb der Oberfläche des Bodens.
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Tatsächlich erwartet man, dass von einer bestimmten Tiefe an
eine Schwenkung des Muffels keine Auswirkung mehr auf das
Verhalten des Gestells hat, sondern nur das Verdrallen der
Kabel bewirkt, so dass das Widerstandsmoment der Kabel
entgegengesetzt proportional zu ihrer Länge ist.
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Außerdem haben Versuche, die die Anmelderin durchgeführt hat,
gezeigt, dass eine Schwenkung des Muffels, welche schwach
genug ist, um die Kabel nicht zu verdrallen, nichts desto
weniger eine Auswirkung auf die Fortbewegung des Gestells
haben kann, indem sie seinen trudelnden Fortschritt fördert
im Sinne des Drehmoments, welches durch den Muffel
aufgebracht wird.
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Um also eine unbeabsichtigte Drehung des Gestells zu
kompensieren und um das Gestell in die Ebene des zu
realisierenden Grabens zurückzubringen, reicht es aus, den
Muffel zum Schwenken zu bringen, indem auf das Gestell ein
Drehmoment aufgebracht wird, welches seiner Drehrichtung
entgegengesetzt ist.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung besteht der
Muffel aus einem einfachen Drehgelenk, welches einen oberen
Teil aufweist, welcher mit dem Hebezeug verbunden ist, und
einen unteren Teil, welcher mit dem Gestell verbunden ist,
wobei die beiden Teile des Gelenks axial bezüglich einander
schwenkbar sind, und zwar um einen Kanal herum, welcher mit
dem Schlammschlauch verbunden ist, welcher den Wiederaufbau
der Bodenfragmente erlaubt, welche nahe der Fräsköpfe
abgepumpt werden.
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Ein Motor, welcher formschlüssig verbunden ist mit dem
unteren Teil des Drehgelenks, ist so im Eingriff mit einem
Zahnrad, welches formschlüssig mit dem unteren Teil des
Drehgelenks verbunden ist.
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In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung besteht der
Muffel aus einem mehrfachen Drehgelenk, welches zusätzlich zu
dem mittleren Kabel, welcher mit dem Schlammschlauch
verbunden ist, zumindest einen ringförmigen äußeren Kanal
aufweist für den Durchtritt von Fluid unter Druck für die
Versorgung der Motoren des Gestells.
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Wie in der vorbeschriebenen Ausführungsform, kann ein Motor,
welcher im Eingriff ist mit einem Zahnrad, verwendet werden,
um den unteren Teil des Drehgelenks bezüglich des oberen
Teils zu drehen.
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In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung besteht der
Muffel aus der in der französischen Patentanmeldung Nr.
2 656 758 beschriebenen Struktur, wobei ein Motor für die
Motorisierung des Muffels hinzugefügt ist.
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Vorteilhafterweise ist das Verbindungsstück, welches den
Kanal mit dem Schlammschlauch verbindet, so vorgesehen, dass
es eine axiale Schwenkung des Muffels bezüglich des
Schlammschlauchs erlaubt, um den Schlauch von Torsionskräften
zu befreien, welche während des Abstiegs des Gestells in den
Graben auftreten könnten.
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Außerdem wird bevorzugt, dass dieses schwenkbare
Verbindungselement bezüglich der Drehung gesperrt ist, um zu
ermöglichen, dass der Muffel Druck auf den Schlammschlauch
und auf die Kabel des Muffels ausüben kann, um auf das
Gestell einen Drehmoment auszuüben.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, ein Verfahren zur Ausbildung von Gräben mittels einer
Vorrichtung zum Bohren zu schaffen, wobei die Vorrichtung ein
Geste 11 aufweist, welches in seinem oberen Bereich mit einem
gelenkigen Muffel versehen ist, welcher mittels Kabeln mit
einem Hebezeug verbunden ist, wobei im unteren Bereich des
Gestells Fräsköpfe drehbar angetrieben sind, um den Boden
aufzulockern, so dass sich das Gestell in den Boden absenken
kann, wobei die Vorrichtung außerdem einen Schlauch aufweist,
welcher sie mit der Oberfläche des Bodens verbindet und
welcher zum Abführen von Bodenfragmenten dient, welche durch
die Fräsköpfe abgetrennt worden sind, wobei das Verfahren
dadurch gekennzeichnet ist, dass eine eventuelle Drehung des
Gestells bezüglich seiner vertikalen Längsachse erfasst wird
und dass der drehbare Muffel in einer der Drehung des
Gestells entgegengesetzten Richtung gedreht wird, um ein
Drehmoment auf das Gestell auszuüben und um auf den Schlauch
und/oder auf die Kabel zu drücken.
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Um die Erfindung besser zu verdeutlichen, wird nun ein nicht
begrenzendes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, wobei:
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Fig. 1 eine Parameter einer Vorrichtung zum Graben von
Gräben im Boden gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung ist, und
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Fig. 2 eine Schnittansicht des drehbaren Muffels der
Vorrichtung aus Fig. 1 ist.
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Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung weist ein
Hebezeug auf, welches durch eine Plattform 1 gebildet wird,
welche mit Raupenketten 2 versehen ist und auf welcher ein
schwenkbarer Mast 3, ein Haspel 4 für einen Schlammschlauch
mit großem Durchmesser (nicht dargestellt) für das
Hinaufbringen von Bodenfragmenten, Haspel 5 für
Druckölschläuche, eine Winde 6 für das Auftriebskabel (nicht
dargestellt) sowie eine Vorrichtung 7 zum Regeln und Steuern
der verschiedenen Teile der Vorrichtung angebracht sind.
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Ein Gestell 8 ist mittels des Auftriebskabels (nicht
dargestellt) am freien Ende des gelenkigen Mastes 3
aufgehängt, wobei das Kabel mit einem festen Muffel am Ende
des Mastes im Eingriff ist und mit einem drehbaren
motorisierten Muffel 9 am oberen Teil des Gestells 8, was es
ermöglicht, das Gestell in jeder beliebigen Richtung
auszurichten.
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Dieser drehbare Muffel 9, welcher im Schnitt in Fig. 2
dargestellt ist, weist einen oberen Teil 10 auf, mit welchem
er an dem Hebezeug aufgehängt werden kann, sowie einen
unteren Teil 11, welcher formschlüssig mit dem Gestell
ausgebildet ist, wobei diese beiden Teile bezüglich einander
um eine vertikale Achse 12 herum drehbar sind.
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Der obere Teil 10 des Muffels weist zwei Riemenscheiben 13
für den Durchtritt des Auftriebskabels 14 sowie mehrere
Verbindungselemente 15 für Hydraulikrohre 16 auf, wobei alles
auf einem Plateau 17a angebracht ist.
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Eine formschlüssig mit diesem Plateau 17a ausgebildete
Radnabe 17b erstreckt sich nach unten und definiert dabei
sieben äußere Rillen 18, welche axial entlang der äußeren
Fläche dieser Radnabe verteilt sind.
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Ein Mittelkanal 19 erstreckt sich über die gesamte Höhe
dieser Radnabe.
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Der untere Teil 11 des Muffels weist einen zylindrischen
Öffnung 20 auf, welcher die Radnabe 17 umgibt und sieben
ringartige Rillen 21 mit rechteckigem Querschnitt an seiner
Innenfläche aufweist, gegenüberliegend den äußeren Rillen 18
der Radnabe, und getrennt durch Rillen 22 mit kleineren
Abmaßen, welche Dichtungen 23 zwischen den Rillen aufnehmen.
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Die entsprechenden Rillen der Radnabe 17b und der
zylindrischen Körpers 20 definieren ringförmige äußere
Kanäle, welche jeweils einem Verbindungselement 15 eines
Hydraulikrohrs zugeordnet sind, welches an dem oberen Teil
des Muffels anstößt durch einen spezifischen Kanal 24,
welcher in dem Plateau 17a und in der Radnabe 17b ausgeformt
ist.
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Außerdem sind die ringförmigen Kanäle jeweils einem
Verbindungselement eines Hydraulikrohrs 25 zugeordnet,
welcher in dem unteren Bereich des Muffels anstößt durch
einen spezifischen Kanal 26, welcher in dem Körper 20
ausgeformt ist.
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Die mechanische Verbindung zwischen dem festen Teil des
Muffels 17a, 17b und seinem drehbaren Teil 20 ist realisiert
mittels eines Wälzlagers 30, dessen Außenring 32
formschlüssig mit dem festen Plateau 17a verbunden ist und
dessen Innenring 34 formschlüssig mit dem oberen Ende des
zylindrischen Körpers 20 verbunden ist.
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Der mittlere Kanal 19 der Radnabe verlängert sich im inneren
Teil des Muffels und erlaubt den Durchtritt von
Bodenfragmenten, die gepumpt werden, in dem Gestell in der
Nähe der Fräsköpfe. Er ist verbunden mit dem Schlammschlauch
27 durch ein drehbares Verbindungselement 28, welches in
seiner Drehung gesperrt werden kann.
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Genauer gesagt, verlängert sich der axiale Durchtritt 19 der
Radnabe 17b durch eine zylindrische Hülse 36, welche auf der
oberen Fläche des Plateaus 17a angebracht ist.
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Diese Hülse ist an ihrem unteren Ende 27a mit dem
Schlammschlauch 27 verbunden über das drehbare
Verbindungselement 28, welches formschlüssig mit dem Ende 27a
ausgebildet ist und in welchem die Hülse 36 für eine Drehung
hindurchtritt.
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An seinem unteren Ende ist der axiale Durchtritt 19 durch
eine Leitung für das Hinaufführen von Bodenfragmenten
verlängert, wobei diese Leitung 38 formschlüssig mit dem
Gestell 8 verbunden ist. Es ist nicht notwendig, eine
Dichtung zischen dem Durchtritt 19 und der Leitung 38
vorzusehen, da die gesamte Anordnung in dem Schlamm der
Bohrung versenkt ist.
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Ein Motor 29, welcher an dem Körper 20 angebracht ist und so
formschlüssig mit dem unteren Teil 11 des Muffels verbunden
ist, ist im Eingriff mit einem Zahnrad 30, welches
formschlüssig mit dem oberen Teil 10 über die Radnabe 17b
verbunden ist, in welcher es ausgeformt ist und es
ermöglicht, falls dies notwendig ist, ein Drehmoment auf das
Gestell auszuüben, wenn eine Bohrung im Boden ausgeformt
wird.
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Im normalen Betrieb ist die Drehung des drehbaren
Verbindungselements 28 blockiert, der Muffel drückt auf den
Schlammschlauch 27 und auf die verschiedenen Adern des Kabels
14, wenn der Motor 29 betätigt ist, um den unteren Teil 11
des Muffels zu drehen und so das Gestell 8 bezüglich des
oberen Teils 10.
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In besonderen Fällen kann es nützlich sein, die Sperrung der
Drehung des drehbaren Gelenks 28 aufzuheben, um zu
verhindern, dass Zugkräfte auf den Schlammschlauch wirken.
In jedem Fall wird ein Drehmoment auf das Gestell 8 der
Vorrichtung ausgeübt, welches sich also in den Boden bewegt,
indem es sich um seine Achse 12 herum dreht.
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Die eben beschriebenen Ausführungsformen stellen
selbstverständlich keinerlei Begrenzung für die Erfindung dar
und können jede Modifikation erfahren, ohne dass der Bereich
der Erfindung verlassen wird.