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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Ausschachtungen für die Herstellung
von Schlitzwänden
aus Beton. Ferner betrifft die Erfindung insbesondere eine Vorrichtung
zur Neigungswinkelverstellung eines Baggerkopfes für die Herstellung
der besagten Bauten.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Aus
einer Reihe von aneinandergrenzenden Platten zusammengesetzte Schlitzwände sind
bekannt. Jede Platte wird in einer Ausschachtung mit im Wesentlichen
rechteckigem Querschnitt, der sich in Richtung des Vorhangs fortsetzt,
hergestellt. Die Schmalseiten des rechteckigen Querschnitts sind
benachbart zu den Schmalseiten der nahen Platten angeordnet. Der
Aushub erfolgt mittels eines Greifbaggers oder eines Fräsbaggers
mit zwei, vier oder mehr mit Zähnen
versehenen Rotarybohrwerkzeugen.
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Um
Stabilität
und Effizienz der Arbeit zu gewährleisten,
ist darauf zu achten, dass die Wand der Schlitzwand keinen Kontinuitätsbruch
aufweist, d. h. sämtliche
angrenzenden Platten müssen über die gesamte
Tiefe hinweg einander berühren.
Daher ist es notwendig, dass die Breitseiten und die Schmalseiten
sämtlicher
Platten vertikal ausgerichtet sind. Darüber hinaus sind helikale Verwindungen
einzelner Platten zu vermeiden. Es ist in der Tat möglich, dass einige
Platten, obwohl diese an deren oberen Enden zusammenstoßen und
ihre Achsen vertikal ausgerichtet sind, unterhalb einer gewissen
Tiefe aufgrund von Verwindungen um die vertikale Achse Spalten bilden.
Die vertikale Ausrichtung der Seitenflächen der Platten während der
Ausschachtung ist daher von größter Bedeutung.
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Fehler
in der vertikalen Ausrichtung werden durch Unregelmäßigkeiten
in dem Erdreich und Gestein hervorgerufen, das sich in der vertikalen
Richtung des Aushubs befindet, während
hingegen fehlerhafte Verwindungen auf die Torsion des Seils während des
Anhebens und Fallenlassens des Baggerkopfes zurückzuführen sind.
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Gegenwärtig sind
die meisten Baggerschaufeln oder sonstigen Aushubvorrichtungen für die Herstellung
fortlaufender Schlitzwände
mit Führungselementen
ausgestattet, um Abweichungen von der Vertikallinie einzuschränken. Neuere
Bauformen derartiger Führungselemente
sind in der Lage, Justierbewegungen durchzuführen, um den Neigungswinkel des
Aushubs zu korrigieren, und sind mit Sensoren ausgerüstet, die
die Richtung und das Ausmaß einer Abweichung
von der Vertikallinie erfassen.
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Die
WO 94/21864 offenbart eine Vorrichtung, die für die Aufrechterhaltung der
vertikalen Aushubrichtung eines Untergrundvorhangs sorgt. Die Vorrichtung
weist ein äußeres Führungselement
auf, das mittels eines Seils an einem Bagger aufgehängt ist. Eine
hydraulische Greiferschaufel ist an einem ausrichtbaren Körper befestigt,
der innerhalb des äußeren Führungselementes
gelenkig gelagert ist, um den Neigungswinkel der Ausschachtung bezüglich der Ebene
des Vorhangs zu korrigieren. An dem äußeren und/oder inneren ausrichtbaren
Körper
sind Neigungssensoren angebracht. Die Signale der Sensoren werden
an eine Steuervorrichtung übertragen, die
bei Auftreten einer Abweichung des Grundkörpers der Greiferschaufel von
der vorgegebenen vertikalen Ausrichtung diese Abweichung ausgleicht,
indem sie den innenliegenden Körper
in Bezug auf das Führungselement
in die zu der Abweichung entgegengesetzt verlaufende Richtung schwenkt.
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Die
JP-A-3-241 118 offenbart einen Bagger für die Herstellung fortlaufender
Schlitzwände,
der ein automatisches System zur Korrektur des Aushubwinkels verwendet.
Zwölf bewegliche
Flächenelemente
sind an dem Baggerkopf angebracht, und zwar sechs auf einem höheren Niveau
und sechs auf einem niedrigeren Niveau. Diese Flächenelemente können einzeln
senkrecht gegen die Wände
der Ausschachtung gedrückt
oder von diesen zurückgezogen
werden, um die Wände
in gleitende Berührung zu
bringen und so die Stellung des Baggerkopfes zu korrigieren und
ein Spiel bezüglich
der Schachtwand zu eliminieren.
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Die
Patentanmeldung EP-A-0 518 298 offenbart eine Vorrichtung zur Verstellung
des Neigungswinkels eines Baggerkopfes für die Herstellung von Schlitzwänden aus
Beton; die Vorrichtung enthält mehrere
(sechs) bewegliche Flächenelemente.
Um sämtliche
Bewegungen der sechs Flächenelemente zu
ermöglichen,
benötigt
die Vorrichtung zwölf
Aktuatorvorrichtungen mit den zugehörigen Drehgelenken. Eine derartige
Vorrichtung benötigt
für die Durchführung der
vielfältigen
Bewegungen der Flächenelemente
selbstverständlich
entsprechende, den Aktuatorvorrichtungen zugeordnete Sensormittel und
stellt daher eine sehr komplizierte und kostspielige Lösung dar.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Korrektur des
Neigungswinkels einer Ausschachtung zu schaffen, die in der Lage
ist, den Neigungswinkel bezüglich
der Ebene der Wand sowie bezüglich
einer vertikalen, zu der Wandebene senkrecht verlaufenden Ebene
zu justieren und auch eine Korrektur von Verwindungen um die Vertikale vorzunehmen.
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Eine
weiter Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Vorrichtung
zu schaffen, die für
die Ausführung
sämtlicher
erforderlicher Verstellungen mit einer verrin gerten Zahl von Steuereinrichtungen
auskommt, und damit die Bedienung erleichtert.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung werden diese Ziele gemäß den Ansprüchen durch Schaffung einer
Vorrichtung zur Neigungswinkelverstellung eines Baggerkopfes für die Herstellung
von Betonschlitzwänden
nach Anspruch 1 erreicht.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Um
die Erfindung verständlicher
zu machen, wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
eines Beispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine perspektivische Explosionszeichnung
eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wie sie in Verbindung mit einer Greiferschaufel für Ausschachtungen
verwendet wird; und
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2, 3 und 4 veranschaulichen schematisch
eine Reihe von Operationen, die sich mit der Vorrichtung in 1 ausführen lassen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Gemäß 1 bezeichnet
Bezugszeichen 3 den Grundkörper eines herkömmlichen,
an einem Seil 6 aufgehängten
Seilgreifers. Der Seilgreifer 3 ist an der Unterseite mit
Greiferschaufeln 1 und 2 ausgestattet, die sich über geeignete
Kraftübertragungsmittel,
die mit Bezugszeichen 7 schematisch angedeutet sind, öffnen bzw.
schließen
lassen. Als Kraftübertragungsmittel
lassen sich nach Belieben mechanische (beispielsweise Seilmittel),
elektrische (Kabel) oder hydraulische (Rohrleitungen) Mittel einsetzen.
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Gleichwohl
sich das vorliegende Beispiel auf eine Greiferbaggervorrichtung
bezieht, ist es selbstverständlich
möglich,
die erfindungsgemäße Vorrichtung
gleichermaßen
in Verbindung mit anders gearteten Aushubgeräten zu verwenden, beispielsweise
mit solchen, die Bohrvorrichtungen verwenden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind ein Paar beweglicher Führungselemente 4 und 5 mit dem
Ausschachtungsgreifer gekoppelt, die an den senkrecht abfallenden
Seiten des Grundkörpers 3 des
Ausschachtungsgreifers angebracht sind. Die Führungselemente 4, 5 sind
sowohl in der vertikalen, in Längsrichtung
verlaufenden Ausschachtungsebene als auch in der vertikalen, senkrecht
zu der Ausschachtungsebene verlaufenden Ebene beweglich.
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In
dem in den Zeichnungen gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel
weisen die Führungselemente 4 und 5 einen
C-förmigen Querschnitt
auf, wobei die offenen Abschnitte des Querschnitts dem Grundkörper 3 der
Baggerschaufel zugewandt sind. Zu jedem der Führungselemente gehören drei äußere Wände: eine
Seitenwand (41 und 51) und zwei frontal gegenüberliegende
Wände (42, 43 und 52, 53).
Vorzugsweise weisen die Führungselemente
einen C-förmigen
Querschnitt auf, der ausreichend breit ist, um während deren Relativbewegung
gegenüber
dem Grundkörper 3 des
Baggerkopfes eine Störung
desselben auszuschließen.
Alternativ können die
Führungselemente
in der Weise beabstandet von dem Grundkörper 3 angebracht
sein, dass jeder Kontakt mit diesem vermieden wird. Das in den Zeichnungen
veranschaulichte Beispiel läßt erkennen, dass
der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Frontwänden eines
jeden Führungselements
größer ist
als die Dicke des Grundkörpers 3.
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Die
Führungselemente 4 und 5 sind
an dem Grundkörper
der Baggerschaufel mittels unteren Drehgelenkverbindungen 8 und 9 angebracht,
die dem jeweils entsprechenden Führungselement
erlauben, in beide Drehrichtungen (siehe Pfeil A in 1)
eine Drehbewegung um eine horizontale, geometrische Achse, die durch
beide Drehgelenkverbindungen verläuft, auszuführen. Ferner ist jedes Führungselement
mit je einer weiteren, unteren Drehgelenkverbindung 15, 16 versehen,
die eine Drehbewegung um horizontale Achsen (Pfeil B in 1)
erlauben, die im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der zu ziehenden
fortlaufenden Schlitzwand (Untergrundvorhang) verlaufen. Die in
den Zeichnungen gezeigten unteren Drehgelenkverbindungen 8, 9 können selbstverständlich durch
gleichwertige Befestigungsmittel ersetzt werden, beispielsweise
durch (nicht gezeigte) Kugelgelenke, die jede Kombination der durch
Pfeile A und B angedeuteten Drehungen erlauben.
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Der
obere Abschnitt eines jeden Führungselements
ist an Aktuatoren 10 bzw. 11 befestigt, die in der
Lage sind, das Führungselement
in der Ebene der Schlitzwand (wie durch Pfeil C in 1 angedeutet)
horizontal sowie senkrecht zu der Ebene (Pfeil D in 1)
zu drücken
und zu ziehen. Vorzugsweise sind die Aktuatoren 10 und 11 voneinander
unabhängig
und sollten sich gleichzeitig in derselben bzw. in entgegengesetzten
Richtungen betätigen
lassen, und zwar bis zu jenem Grad, der erforderlich ist, um den
Neigungswinkel des Baggerkopfes zu korrigieren, wie im folgenden
näher erläutert. Die
Aktuatoren 10 und 11, die mechanisch, elektrisch
oder hydraulisch betätigt
werden können,
können
entweder an das Kraftübertragungsmittel,
das die Aushubvorrichtung steuert, angeschlossen sein oder an davon
unabhängige
Kraftübertragungsmittel
angeschlossen sein. Diese können
sich in ihrer Bauart (mechanisch, elektrisch oder hydraulisch) von
jenen unterscheiden, die für
den Betrieb des Aushubelements (Schaufelbagger, Bohrgerät usw.)
vorgesehen sind.
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Dank
des unteren Gelenks, das den seitlichen Führungselementen erlaubt, auf
die Betätigung entsprechender
Aktuatoren hin einzelne (Pfeile A und B) oder kombinierte Drehbewegungen
in vertikalen Ebenen auszuführen,
ist es mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
möglich,
sämtliche
erdenklichen Korrekturen des Neigungswinkels durchzuführen. Wie
in 2 gezeigt, genügt
es, den Aktuator 10 und den Aktuator 11 in die
gleiche horizontale Richtung (Pfeile C) auszufahren bzw. einzuziehen, um
die Ausschachtung in der Ebene der Schlitzwand zur Seite hin (Pfeil
E) auszulenken. Wie in 3 zu sehen, ist in ähnlicher
Weise eine Auslenkung der Ausschachtung in frontaler Richtung (Pfeil
F) in einer Ebene senkrecht zu jener der Schlitzwand möglich, indem
beide Aktuatoren 10, 11 parallel in die gleiche Richtung
ausgefahren werden, wie durch Pfeil D angezeigt. Um eine Korrektur
der Verwindung (4, Pfeil G) zu erreichen, sind
die Aktuatoren 10 und 11 in parallel gegenläufige, horizontale
Richtungen (Pfeile D1 und D2) zu betätigen.
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Es
ist klar, dass die Vorrichtung dieser Erfindung durch geeignete
Steuerung der Drehung der Führungselemente
auch kombinierte Korrekturen der vertikalen Ausrichtung und der
Verwindung ermöglicht
und so die Durchführung
jede erdenklichen Korrektur zuläßt, die
auf die Kombination von zwei oder mehr der in 2 bis 4 dargestellten
Pfeile E, F und G zurückzuführen ist.
Erfindungsgemäß werden hierfür vorteilhafterweise
lediglich zwei Seitenführungselemente
benötigt.
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Ferner
ist 1 zu entnehmen, dass die oberen Endabschnitte
der Führungselemente 4 und 5 mittels
horizontaler Stäbe 12 und 13 miteinander verbunden
werden können,
die geeignet befestigt sind, um die in 2 bis 4 gezeigte
Drehung und Verwindung zuzulassen.
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Alternativ
können
die Führungselemente 4 und 5 eine
von dem beschriebenen und veranschaulichten C-förmigen Querschnitt abweichende
Form aufweisen, sofern deren Wände
geeignet sind, die Wände
der Ausschachtung zur Seite hin und/oder frontal zu berühren, um
die erforderliche Auslenkung zu bewirken.
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Die
Baggerschaufel (oder das verwendete Bohrgerät oder die sonstige Aushubvorrichtung)
ist mit (aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht gezeigten) Sensoren versehen, die dazu dienen, sämtliche Daten
zu erfassen, die die Stellung und den Neigungswinkel der Ausschachtung
an der Spitze des Baggerkopfes betreffen. Diese Sensoren sind an eine
auf der Oberfläche
angebrachte elektronische Prozessoreinheit angeschlossen, die dazu
dient, die Korrektur des Neigungswinkels und/oder der Verwindung
in Abhängigkeit
von möglicherweise
erfassten fehlerhaften Abweichungen zu regeln. Die Korrektur kann
automatisch oder manuell durch einen Baggerführer ausgeführt werden.
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Die
Sensoren können
an dem Grundkörper 3 des
Baggerkopfes und/oder an den beweglichen Führungselementen befestigt sein.
Zu den besagten Sensoren zählen:
zwei Neigungssensoren, nämlich einer,
um den Neigungswinkel in der vertikalen Ebene der Schlitzwand zu
erfassen, und ein zweiter für die
Erfassung des Neigungswinkels in der vertikalen, senkrecht zu der
Ebene der Schlitzwand verlaufenden Ebene; ein Gyroskop für die Erfassung
der Lage bezüglich
der Aushubachse in Drehrichtung; und ein Tiefensensor für die Messung
der Tiefe. Ein auf der Summe von Inkrementierungen basierendes Berechnungsverfahren
ermöglicht
es, während
des Fallvorgangs die Position des Ausschachtungswerkzeugs in beliebiger
Tiefe und insbesondere die endgültige Stellung
im Verhältnis
zur Sollposition zu bestimmen.
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Der
Betrag des Abstandes zwischen der Baggerschaufel und den Wänden der
Ausschachtung kann mittels einer (nicht ge zeigten) Ultraschallvorrichtung
bekannter Bauart erfasst werden. Die verfügbaren Daten (den Abstand zu
den Wänden
der Ausschachtung, die Tiefe, den Neigungswinkel betreffend) stellen
insgesamt einen fortlaufenden Datenstrom zur Verfügung, der
es ermöglicht,
die momentane Form der Ausschachtung zu erfassen und diese erforderlichenfalls
zu modifizieren.
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Der
Vergleich mit der Sollform der Ausschachtung gibt Aufschluss über Korrekturen,
die vorzunehmen sind, um jede fehlerhafte Abweichung zu reduzieren
und zu eliminieren. Die Korrektur kann automatisch erfolgen oder
von einem Baggerführer ausgeführt werden.