EP0524280B1

EP0524280B1 - Fallhammerantrieb

Info

Publication number: EP0524280B1
Application number: EP92903420A
Authority: EP
Inventors: Raymond Andina
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-11
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1996-05-01
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: CH683202A5; WO1992014026A1; EP0524280A1

Abstract

In einer Vorrichtung zum stossweisen Vorantreiben einer Bohrstange oder Messonde mittels eines Fallhammers (11) oder Rammbärs mit einer Schlagwerkeinrichtung, umfassend den Fallhammer (11) oder Rammbär und zwei symmetrisch an entgegengesetzten Seiten des Fallhammers angeordneten walzenartigen Rollen (13, 15) mit horizontalen Drehachsen (12, 16), wobei mindestens eine der Rollen angetrieben ist, mittels welcher Rollen der Fallhammer nach oben getrieben wird, ist weiter eine wiederlösbare Spannvorrichtung vorgesehen, um die walzenartigen Rollen (13, 15) gegeneinander, den Fallhammer (11) oder Rammbär einklemmend, zu treiben, um den Fallhammer nach oben zu heben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum stossweisen Vorantreiben einer Bohrstange oder Messonde mittels eines Fallhammers oder Rammbärs mit einer Schlagwerkeinrichtung, umfassend den Fallhammer oder Rammbär und zwei symmetrisch an entgegengesetzten Seiten des Fallhammers angeordneten walzenartigen Rollen mit horizontalen Drehachsen, wobei mindestens eine der Rollen angetrieben ist, mittels welcher Rollen der Fallhammer nach oben getrieben wird; mit einem Verfahren zur Einstellung der Fallhöhe des Fallhammers an einer Vorrichtung, sowie mit einer Bohroder Penetrationsanordnung mit einer Vorrichtung.
Bohr- resp. Penetrationsgeräte resp. Anordnungen zum Führen, Halten und Vorantreiben von Bohr- und Messonden sind aus dem Schweizer-Patent 465 512 und der französischen Patentanmeldung FR-A- 2 650 011 bekannt. Dabei wird der Bohrvorgang, falls dies möglich ist, sogenannt statisch durchgeführt, d.h. eine Bohroder Messonde wird kontinuierlich mit konstanter oder steigender Kraft im Untergrund vorangetrieben.
Falls jedoch die Beschaffenheit des Bodens ein statisches Vorantreiben nicht mehr zulässt, wird die Bohrung resp. die Penetration sogenannt dynamisch fortgesetzt. Das heisst mit anderen Worten, das Vorantreiben der Bohr- oder Messonde erfolgt stossweise mittels eines rhythmisch resp. periodisch herunterfallenden Fallhammers oder Rammbärs, welcher auf das obere Ende einer Bohrstange mittels seines Eigengewichts fallengelassen wird. Für die Beschreibung derartiger Bohrgeräte resp. Anordnungen und auch über den Bohr- oder Messvorgang selbst sei an dieser Stelle auf den Inhalt der FR-A- 2 650 011 verwiesen, deren Inhalt hiermit Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung ist. Es wird daher auf eine allgemeine Beschreibung von Bohrtürmen, Haltevorrichtungen etc., welche für die vorliegende Erfindung wesentlich sind, aus diesem Grunde verzichtet.
In der Regel sind derartige Bohrgerüste, bei welchen ein Fallhammer zum Bohren oder Penetrieren einer Sonde im Untergrund verwendet werden, sehr gross dimensioniert, sind doch für den Hebevorgang eines gewichtsmässig grossen Fallhammers resp. Rammbärs robuste Konstruktionen und starke Hebegeräte notwendig.
Da dies insbesondere für den Transport resp. für einen raschen Standortwechsel nachteilig ist, wird neuerdings eine Hebevorrichtung resp. eine Schlagwerkeinrichtung für einen Fallhammer vorgeschlagen, die relativ klein dimensioniert ist und mittels welcher die Fallhöhe und Fallfrequenz einstellbar ist. Dabei erfolgt das Heben des Fallhammers an der Schlagwerkeinrichtung durch zwei an entgegengesetzten Seiten des Fallhammers symmetrisch angeordnete Rotationswalzen mit horizontalen Drehachsen, wovon mindestens eine angetrieben ist. Die Walzen klemmen dabei beim Hebevorgang den Fallhammer ein, um durch Rotation der mindestens einen Walze und der durch das Klemmen erzeugten Rollreibung den Fallhammer nach oben zu treiben. Damit der Fallhammer periodisch nach unten fallen kann, weisen die beiden Walzen symmetrisch zueinander segmentartig je einen Oberflächenabschnitt auf, der einen etwas verringerten Radius aufweist, so dass der Fallhammer entlang dieses Segmentes nicht eingeklemmt ist. Eine derartige Schlagwerkeinrichtung ist beispielsweise in der US-A-2 869 824 beschrieben. Dabei wird der Fallhammer durch zwei symmetrisch angeordnete Rotationswalzen eingeklemmt, wobei diese Rotationswalzen Oberflächensegmente aufweisen mit zwei unterschiedlichen Radien. Zudem sind die Walzen vorgespannt zueinander angeordnet, wobei jedoch die Vorspannung begrenzt ist, damit jeweils die Einklemmwirkung aufgehoben wird, wenn die zurückversetzten Oberflächenpartien entlang des Fallhammers abrollen, wodurch die Klemmwirkung aufgehoben wird. Somit wird durch den Rotationsvorgang der beiden Walzen der Fallhammer periodisch nach oben getrieben bzw. wieder fallengelassen. Der Nachteil der vorgeschlagenen Schlagwerkeinrichtung liegt jedoch darin, dass zum Aendern der Fallhöhe jeweils der Bohr- resp. Penetrationsvorgang unterbrochen werden muss, um die Walzen auszutauschen, da die Fallhöhe von der Wahl der Umfangslänge des Segmentes mit dem grösseren Querschnittsradius an den Walzen abhängt. Bei schnelländernden Bodenverhältnissen ist dies jedoch ein Nachteil, da bei jeder Bodenbeschaffenheit resp. Konsistenz des Bodens die Fallhöhe geändert werden muss und somit die Bohrung für den Walzenwechsel unterbrochen werden muss.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum stossweisen Vorantreiben einer Bohrstange oder Messonde mittels eines Fallhammers vorzuschlagen, mittels welcher die Fallhöhe des Fallhammers und gegebenenfalls gleichzeitig die Schlagfrequenz während des Vorganges des Vorantreibens der Bohr- resp. Messonde geändert werden kann, ohne dass der Vorgang zu unterbrechen ist.
Erfindungsgemäss wird dies mittels einer Vorrichtung gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1 gelöst.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum stossweisen Vorantreiben einer Bohrstange oder Messonde mittels eines Fallhammers oder Rammbärs mit einer Schlagwerkeinrichtung, wobei die Schlagwerkeinrichtung den Fallhammer oder Rammbär selbst umfasst, und zwei symmetrisch an entgegengesetzten Seiten des Fallhammers angeordneten walzenartigen Rollen mit einem im wesentlichen kreisrunden Querschnitt und mit horizontalen Drehachsen, wobei mindestens eine der Rollen angetrieben ist, mittels welchen der Fallhammer nach oben getrieben wird.
An der Schlagwerkeinrichtung ist weiter eine wiederlösbare Spannvorrichtung vorgesehen, um die walzenartigen Rollen gegeneinander zu treiben, um so den Fallhammer oder Rammbär einzuklemmen und nach oben zu treiben. Dabei ist mindestens eine der beiden walzenartigen Rollen mit der Spannvorrichtung verbünden und mit ihrer Drehachse für das Einklemmen oder Freigeben des Fallhammers seitlich verschieblich in bezug auf den Fallhammer resp. der Drehachse der gegenüberliegenden Rolle angeordnet und an der Spannvorrichtung sind Einstellmittel vorgesehen, um periodisch die Intervalle des Spannens resp. des Lösens der Spannvorrichtung derart einzustellen, um so die Hubdauer des Fallhammers beim Spannen resp. die Fallhöhe des wieder nach unten fallenden Fallhammers während des Lösens festzulegen. Das Spannen der Spannvorrichtung bewirkt dabei, dass die Drehachse der mit der Spannvorrichtung verbundenen Rolle gegen den Fallhammer resp. gegen die Drehachse der gegenüberliegenden Rolle getrieben wird und dass beim Lösen entsprechend die Drehachse dieser Rolle vom Fallhammer weggetrieben wird.
Die zum Spannen der Spannvorrichtung vorgesehenen Mittel umfassen zwei parallel nebeneinander angeordnete, exzentrisch ausgebildete Nockenwellen, wobei mindestens eine der Drehachsen einer der Nocken seitlich verschieblich in bezug auf die andere Drehachse angeordnet ist, welche Wellen je einen Querschnitt aufweisen, welcher zur Hälfte im wesentlichen kreisrund ist und zur anderen Hälfte im wesentlichen quasi-elliptisch ausgebildet ist, und wobei mindestens eine der beiden Wellen angetrieben ist, und dass die Spannvorrichtung gespannt ist, wenn die beiden Oberflächensegmente der beiden Wellen mit kreisrundem Querschnitt aneinander abrollen und die Spannvorrichtung gelöst ist, wenn mindestens ein Oberflächensegment mit quasi-elliptischem Querschnitt von einer der Wellen an der Berührungslinie der beiden Wellen abrollt oder wenn sich die beiden Wellen gar nicht berühren. Unter quasi-elliptisch wird dabei jede Art der Umfangsausgestaltung verstanden, deren Radius kleiner ist als der Kreisradius.
Vorzugsweise sind die Drehachsen sowohl der beiden Rollen wie auch der beiden Wellen im wesentlichen in einer Ebene, vorzugsweise in einer quer zur Fallrichtung des Fallhammers angeordneten Ebene, angeordnet.
Im weiteren wird vorgeschlagen, dass je die beiden Rollen und die beiden Wellen paarweise angeordnet sind.
Dabei wird vorgeschlagen, dass je die Drehachse derjenigen Rolle und derjenigen Welle, welche am weitesten auseinanderliegend angeordnet sind, und derjenigen Rolle und derjenigen Welle, welche mittig angeordnet sind, je miteinander verbunden sind, so dass deren Achsabstand im wesentlichen konstant bleibt.
Damit ergibt sich, dass beim Aneinanderstossen der beiden Oberflächen mit kreisrundem Querschnitt der beiden Wellen und dem damit erzwungenen Voneinandertreiben der beiden Drehachsen der Wellen die Drehachsen der beiden Rollen zueinander getrieben werden und so der Fallhammer für den Hebevorgang eingeklemmt wird.
Die Verbindung der Drehachsen von Rolle und Welle, welche am weitesten auseinanderliegend angeordnet sind, erfolgt vorzugsweise über einen sog. Kopplungsrahmen, wobei der Rahmen zwei seitlich, im wesentlichen parallelogrammartig seitwärts quer zur Achsrichtung verschiebliche Achshalterungen umfasst, an welchen die beiden Drehachsen gehalten resp. gelagert sind.
Weiter wird vorgeschlagen, dass am Kopplungsrahmen eine Federanordnung vorgesehen ist, um bei gelöster Spannvorrichtung den Kopplungsrahmen derart zu positionieren, dass die Drehachse der Rolle resp. die am Kopplungsrahmen gelagerte Rolle vom Fallhammer weggetrieben wird, damit dieser frei herunterfallen kann.
Die Drehachse derjenigen Welle, welche am Kopplungsrahmen angeordnet resp. gelagert ist, ist entweder bewegungsgekoppelt mit der Rotation der Drehachse der anderen Welle angetrieben, oder aber frequenzgekoppelt mit der Rotation der Drehachse der anderen Welle rotierend hin- und herpendelnd beweglich angeordnet.
Durch die gegenseitige Stellung resp. Positionierung der Umfangsquerschnitte der beiden Wellen ist es möglich, die Fallhöhe des Fallhammers einzustellen. Bei einer vollen Umdrehung der angetriebenen, mittigen Welle ist die Spannvorrichtung immer so lange gespannt, als die kreisrunden Oberflächensegmente der beiden Wellen aneinanderstossend abrollen. Solange die Spannvorrichtung gespannt ist, wird der Fallhammer nach oben getrieben. Die maximale Fallhöhe ergibt sich somit in dem Falle, wo bei einer Umdrehung der mittigen Welle die beiden kreisrunden Oberflächensegmente während einer maximalen Weglänge aneinanderstossen, und eine minimale Fallhöhe ergibt sich dann, wenn die Berührung der beiden kreisrunden Oberflächensegmente nur von ganz kurzer Dauer ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung mit der erfindungsgemäss ausgebildeten Schlagwerkeinrichtung eignet sich für irgendeine Bohr- oder Penetrationsanordnung, mittels welcher Bohrstangen, Bohr- oder Messonden in einen Untergrund getrieben werden.
Vorzugsweise wird eine Bohr- oder Penetrationsanordnung mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung vorgeschlagen, welche auf einer an einem im wesentlichen horizontalen Untergrund oder einer Plattform angeordneten, flächigen, längsausgebildeten Gerüstkonstruktion montiert ist, mit einem in Längsrichtung verschieblich angeordneten Chassis, wobei die Anordnung derart am Chassis montiert ist, dass sie aus einer im wesentlichen horizontalen Lage für den Transport um 90° in eine im wesentlichen senkrechte Arbeitslage schwenkbar ist.
Die Erfindung wird nun anschliessend beispielsweise und unter Bezug auf die angeführten Figuren näher erläutert.
Dabei zeigen:

Fig. 1a: in Perspektive eine herkömmliche Bohrresp. Penetrationsanordnung,
Fig. 1b: schematisch in Seitenansicht dargestellt, eine Bohr- oder Penetrationsanordnung mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung resp. erfindungsgemässen Schlagwerkeinrichtung,
Fig. 2: in Vergrösserung und im Querschnitt eine erfindungsgemässe Schlagwerkeinrichtung gemäss Fig. 1b,
Fig. 3: einen Kopplungsrahmen, von oben gesehen, der Schlagwerkeinrichtung von Fig. 2,
Fig. 4: schematisch dargestellt die erfindungsgemässe Schlagwerkeinrichtung von Fig. 2 beim Hebevorgang eines Fallhammers,
Fig. 5: die erfindungsgemässe Schlagwerkeinrichtung gemäss Fig. 2 im entspannten Zustand mit herunterfallendem Fallhammer, und
Fig. 6: schematisch dargestellt, wie mittels Einstellung an der Schlagwerkeinrichtung die Fallhöhe eines Fallhammers einstellbar ist.

In Fig. 1a ist in Perspektive eine herkömmliche Bohrresp. Penetrationsanordnung dargestellt, wie sie auch im Stand der Technik kurz gewürdigt wurde. Bei der in Fig. 1a dargestellten Bohr- resp. Penetrationsanordnung erfolgt der Hebevorgang des Fallhammers nicht mittels eines grossdimensionierten Gerüstes, sondern mittels der in der Beschreibung erwähnten rotierenden Walzen, die seitlich neben dem Fallhammer angeordnet sind.
In Fig. 1a ist eine Bohr- resp. Penetrationsanordnung resp. ein Haltegerüst A für das Halten und Führen eines Fallhammers 1 dargestellt. Der Fallhammer 1 selbst wird mittels einer Querstrebe la und Führungsstangen 1b positioniert und im Gerüst gleitend gehalten. Der Fallhammer 1 dient zum Vorantreiben einer Bohrstange 2 in einem Untergrund 2a.
Die Bohr- resp. Penetrationsanordnung resp. das Gerüst A wird an einer Verschiebekonstruktion C, umfassend Längsgleiter 10a, auf einer Plattform oder einem Untergrund 8 gehalten. Die Verschiebekonstruktion ist deshalb vorgesehen, um das Gerüst A beim Auswechseln der Bohrstangen 2 seitlich verschieben zu können.
Weiter umfasst das Bohrgerüst A eine Schlagwerkeinrichtung 5, mittels welcher der Hebe- resp. der Fallvorgang des Fallhammers 1 bewerkstelligt und gesteuert wird. Die Schlagwerkeinrichtung 5 umfasst dabei die beiden bereits erwähnten walzenförmigen Rollen 5a, welche je seitlich des Fallhammers 1 angeordnet sind. Auf eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise der in Fig. 1a dargestellten Bohr- resp.
Penetrationsanordnung wird verzichtet, da sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
In Fig. 1b ist schematisch im Schnitt von der Seite gesehen eine Bohr- oder Penetrationsanordnung dargestellt, bei welcher ein Fallhammer oder Rammbär 1 eine Bohrstange 2 in einen Untergrund 2a treibt. Die Bohr- oder Penetrationsanordnung A mit dem Fallhammer 1 ist über Halterungen 3 und 4 auf resp. an einem Chassis 9 befestigt.
Weiter umfasst die Bohr- oder Penetrationsanordnung eine Schlagwerkeinrichtung 5, die in den nachfolgenden Figuren im Detail dargestellt ist. Die Schlagwerkeinrichtung 5 wird mittels eines Motors 6 und über Antriebsmittel 7 angetrieben resp. betätigt. Die Bohr- oder Penetrationsanordnung A ist zusammen mit dem Chassis 9 auf einer Plattform 8 angeordnet, welche beispielsweise eine Lastwagenbrücke sein kann. Auf dieser Lastwagenbrücke 8 ist weiter eine Verschiebekonstruktion 10 angeordnet, entlang welcher das Chassis resp. der Wagen 9 verschoben werden kann.
Wie aus der Darstellung gemäss Fig. 1 entnommen werden kann, kann einerseits die Bohr- oder Penetrationsanordnung A in einer Arbeitsstellung (mit ausgezogenen Strichen dargestellt) angeordnet werden, und in einer, in die Horizontale geschwenkte, Lage B, in welcher die Bohr- oder Penetrationsanordnung in gestrichelten Linien dargestellt ist. Die vertikale Anordnung dient als sog. Arbeitsstellung für das Vorantreiben von Bohr- oder Messonden, währenddem die horizontale Lage B für den Transport, beispielsweise auf einem Lastwagen oder mittels einer Hebe- oder Kranvorrichtung sowie mit einem Helikopter geeignet ist.
In Fig. 2 ist nun die Schlagwerkeinrichtung 5 gemäss Fig. 1 detailliert im Querschnitt dargestellt.
Der Fallhammer resp. Rammbär 11 wird mittels zweier walzenartiger Rollen 13 resp. 15 nach oben getrieben, indem beispielsweise die Rolle 15 mittels eines Antriebes 23 in Pfeilrichtung angetrieben wird. Der Antrieb 23 kann beispielsweise ein Keilriemen oder ein Kettenantrieb sein. Das Nachobentreiben des Fallhammers 11 erfolgt immer dann, wenn er durch die beiden Rollen 13 oder 15 eingeklemmt ist resp. wenn die beiden walzenartigen Rollen gegeneinander getrieben werden.
Die Schlagwerkeinrichtung gemäss Fig. 2 umfasst weiter zwei nockenartige Wellen 22 und 24, welche je einen exzentrischen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt der beiden Wellen ist im wesentlichen zur Hälfte kreisrund ausgebildet, (22a, 24a) und je zur Hälfte im wesentlichen elliptisch, (22b, 24b) . Die Welle 22 wird ebenfalls mittels des Antriebes 23 angetrieben, der vorzugsweise derselbe Antrieb ist, welcher für die Rotation der Rolle 15 verwendet wird. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Drehachsen 12 und 16 der beiden Rollen 13 und 15 sowie die Drehachsen 19 und 25 der beiden Wellen 22 und 24 in einer Ebene angeordnet, welche horizontal ist resp. senkrecht zur Fallrichtung des Fallhammers 11 verläuft.
Die Drehachse 12 der Rolle 13 und die Drehachse 25 der Welle 24 sind je in Halterungen 30 und 35 von einem Kopplungsrahmen gelagert, welche fest über Drehlager 32 und 36 an der Bohr- resp. Penetrationsanordnung resp. am Bohrgerüst (nicht dargestellt) gehalten werden.
Andererseits sind die beiden Halterungsarme 30 und 35 parallelogrammartig drehbeweglich über Lager 28 und 34 mit einem Rahmenteil 27 verbunden, welches je seitlich (Fig. 3) neben dem Fallhammer 11 verläuft. Am Rahmenteil 27, endständig im Bereich des Lagers 34, ist eine Federanordnung 38 angeordnet, welche mittels eines Endabschlusses 39 mit dem Rahmenteil 27 verbunden ist.
Nachfolgend wird nun die Funktionsweise der Schlagwerkeinrichtung gemäss Fig. 2 beschrieben.
Wenn die beiden kreisrunden Oberflächensegmente 22a und 24a der beiden Wellen 22 und 24 aneinander abrollen, ist die Distanz zwischen den beiden Drehachsen 19 und 25 maximal. Da die beiden Drehachsen 16 und 19 der Rolle 15 und der Welle 22 fest an der Bohr- oder Penetrationsanordnung fixiert sind, wird entsprechend durch den erwähnten maximalen Abstand die Drehachse 25 der Welle 24 von der Drehachse 19 weggetrieben, womit der mit der Drehachse 25 fest verbundene Haltearm 30 in dieselbe Richtung getrieben wird. Der mit dem Haltearm 30 verbundene Kopplungsrahmen 27 und der mit demselben ebenfalls drehbeweglich verbundene Haltearm 35 werden entsprechend in dieselbe Richtung getrieben. Dadurch ergibt sich aber nun, dass gleichzeitig die Drehachse 12 der Rolle 13 in Richtung zur Drehachse 16 der Rolle 15 getrieben wird, wodurch der zwischen den Rollen 13 und 15 angeordnete Fallhammer 11 durch die beiden Rollen eingeklemmt wird. Da die Rolle 15 durch die Antriebsmittel 23 in Pfeilrichtung rotierend angetrieben ist, wird nun der Fallhammer 11 nach oben getrieben.
Gleichzeitig mit der Rotation der Rolle 15 rotiert aber auch die Welle 22 und entsprechend durch die Abrollbewegung ebenfalls die Welle 24. Dabei bewegt sich die Welle 24 in Pfeilrichtung, und zwar so lange, bis der Punkt 24c des Umfanges der Welle 24 erreicht ist. In Tat und Wahrheit ist selbstverständlich die Stelle 24c nicht punktförmig, sondern stellt eine in Längsrichtung parallel zur Drehachse 25 ausgebildete Linie dar, da ja die Welle 24 in Längsrichtung ausgebildet ist. Sobald die Stelle 24c überschritten wird, rollt nun die Oberfläche 22a der Welle 22 an der elliptischen Oberfläche 24b der Welle 24, womit der Abstand zwischen den beiden Drehachsen 19 und 25 verringert wird. Damit verschiebt sich die Drehachse 25 in Richtung zur Drehachse 19, womit entsprechend der Kopplungsrahmen in dieselbe Richtung verschoben wird und damit verbunden die Drehachse 12 der Rolle 13. Das heisst mit anderen Worten, die Drehachse 12 der Rolle 13 verschiebt sich von der Rolle 15 weg, womit nun der Fallhammer 11 nicht mehr eingeklemmt ist und somit frei nach unten auf das obere Ende einer Bohrstange fällt. Durch das enorme Eigengewicht das Fallhammers, je nach Grösse der Anlage bespielsweise zwischen 200kg und 160kg oder sogar noch mehr, bewirkt dieser Schlag somit ein Penetrieren der Bohrstangen resp. der Bohrsonde in den Untergrund.
Damit die letztgenannte Rückwärtsbewegung des Kopplungsrahmens 27 unverzüglich nach Ueberschreiten der Stelle 24c an der Welle 24 einsetzt, ist weiter eine Federanordnung 38 vorgesehen, welche über eine Befestigungsanordnung 39 und 39a fest mit der Bohr- oder Penetrationsanordnung verbunden ist. Entsprechend wird diese Federanordnung 38 bei der Bewegung des Kopplungsrahmens 27 in Richtung zur Drehachse 25 hin komprimiert, und beim umgekehrten Vorgang expandiert sie.
In Fig. 3 ist nun schematisch von oben gesehen die Ausgestaltung des Kopplungsrahmens 27 dargestellt, wobei auf die Darstellung der Rollen und Wellen sowie des Fallhammers verzichtet wird, um damit eine grössere Uebersichtlichkeit zu gewährleisten.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfasst der Kopplungsrahmen 27 zwei Längs- und zwei Querstege, um so ein Umgreifen des mittig nach oben und unten bewegten Fallhammers zu gewährleisten. Am einen Ende des Kopplungsrahmens 27 sind die beiden Drehgelenke 28 angeordnet, über welche der Rahmen mit dem Haltearm 30 (nicht dargestellt) und entsprechend mit der Welle 24 verbunden ist. Auf der anderen Seite des Kopplungsrahmens sind entsprechend die beiden Drehgelenke 34 angeordnet. Die Längsstege des Kopplungsrahmens 27 erstrecken sich auf der Seite der Drehgelenke 34 gleitend durch einen weiteren Quersteg 39a hindurch, welcher fest mit der Bohr- oder Penetrationsanordnung verbunden ist.
Am Quersteg 39a ist ein Bolzen 39b befestigt, welcher auf der gegenüberliegenden Seite in die Federanordnung 38 eingreift, welche mittels einer Befestigungsmutter 39 am Quersteg 27a befestigt ist.
Wenn nun der Kopplungsrahmen 27 in Richtung zur Welle 24 nach rechts getrieben wird, wird entsprechend der Quersteg 27a gegen den Quersteg 39a gegen die Federkraft 38 getrieben. Dieser Vorgang wird dann gestoppt, wenn der Fallhammer (nicht dargestellt) zwischen den beiden Rollen 13 und 15 eingeklemmt ist.
Sobald die Spannvorrichtung wieder gelöst wird, bewegt sich entsprechend der Kopplungsrahmen 27 in die entgegengesetzte Richtung, da die Federanordnung 38 nun den Quersteg 27a vom Quersteg 39a wegtreibt. Damit wird aber auch die Rolle 13 vom Fallhammer 11 wegbewegt, womit dieser frei nach unten fallen kann.
In den Fig. 4 und 5 ist noch einmal schematisch dargestellt, wie der Kopplungsrahmen 27 beim Spannen der Spannvorrichtung und beim Lösen der Spannvorrichtung getrieben wird.
In Fig. 4 rollen die beiden kreisrunden Oberflächen 22a und 24a der beiden Wellen 22 und 24 aneinander ab, womit der Abstand der beiden Drehachsen 19 und 25 maximal ist, und entsprechend wird der Kopplungsrahmen 27 in die Richtung getrieben, dass der Fallhammer 11 eingeklemmt ist.
In Fig. 5 berühren sich sogar die beiden Wellen 22 und 24 nicht, da die beiden elliptischen Oberflächen 22b und 24b zueinander gerichtet sind.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann die Drehachse 25 nicht beliebig nach links verschoben werden, da die Drehgelenke 34 am Quersteg 39a anstossen.
In der Darstellung gemäss Fig. 5 fällt der Fallhammer nach unten.
In Fig. 6 wird schlussendlich schematisch dargestellt, wie die Fallhöhe des Fallhammers 11 eingestellt werden kann.
In dem Moment, wo die kreisförmige Oberfläche 22a, in Pfeilrichtung bewegt, an der kreisrunden Oberfläche 24a der Welle 24 angreift, beginnt der Hebevorgang des Fallhammers. Nun rollen die beiden Oberflächen 22a und 24a aneinander ab, bis die Stelle 24c an der Welle 24 erreicht wird. In diesem Moment wird die Spannvorrichtung wieder entspannt, und der Fallhammer fällt hinunter. Entsprechend wird also die Fallhöhe des Fallhammers durch die Streckenlänge 1 bestimmt. Dabei ist aber die Hub- resp. Fallhöhe des Fallhammers nicht gleich 1, sondern hängt zusätzlich vom Uebersetzungsverhältnis resp. von der Grösse (Umfang) der Rolle 15 ab.
Das Einstellen der Fallhöhe kann entweder dadurch erfolgen, dass die beiden Wellen 22 und 24 in einer bestimmten vorgegebenen Stellung zueinander rotieren, oder aber die Welle 24 kann nach Abrollen der beiden kreisrunden Oberflächen wieder in die Ausgangsstellung zurückbewegt werden, womit die Welle 24 eine Rotations-Hin- und Her-Bewegung ausführt. Da nun die Stellung der Welle 24 in bezug auf die Welle 22 jederzeit geändert werden kann, wird es nun klar, dass die Fallhöhe auch während des Vorantreibevorganges einer Bohrsonde variiert werden kann, ohne dass der Bohr- oder Penetrationsvorgang unterbrochen werden muss. In der Regel variiert diese in der Grössenordnung von wenigen cm bis zu 1m.
Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Schlagwerkeinrichtungen sind selbstverständlich nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, sondern können in x-beliebiger Art und Weise abgeändert oder modifiziert werden. So ist es selbstverständlich auch möglich, die beiden Wellen 22 und 24 derart zu modifizieren, dass beispielsweise die kreisrunde Oberfläche 22a nicht nur hälftig entlang der Oberfläche ausgebildet ist, sondern beispielsweise ein grösseres Umfangssegment einnimmt. Auch die Ausgestaltung des elliptischen Oberflächensegmentes kann selbstverständlich in x-beliebiger Art und Weise variiert werden.
Schlussendlich ist es auch möglich, die Oberflächen 22a und 24a der beiden Wellen 22 und 24 leicht zu perforieren, damit beim Abrollen der beiden Wellen 22 und 24 ein allfälliges Gleiten verhindert werden kann.
Erfindungswesentlich ist, dass die beiden, den Fallhammer einklemmenden Rollen mittels einer Spannvorrichtung gegeneinander gespannt werden, welche wieder gelöst werden kann, um das Einspannen des Fallhammers zwischen den beiden Rollen zu lösen.

Claims

Vorrichtung zum stossweisen Vorantreiben einer Bohrstange oder Messonde (2) mittels eines Fallhammers (1, 11) oder Rammbärs mit einer Schlagwerkeinrichtung (5), umfassend den Fallhammer (1, 11) oder Rammbär und zwei symmetrisch an entgegengesetzten Seiten des Fallhammers angeordneten walzenartigen Rollen (13, 15) mit horizontalen Drehachsen (12, 16), wobei mindestens eine der Rollen angetrieben ist, mittels welcher der Fallhammer nach oben getrieben wird, sowie eine wiederlösbare Spannvorrichtung, um die walzenartigen Rollen (13, 15) gegeneinander zu treiben, um den Fallhammer (11) oder Rammbär einzuklemmen und nach oben zu treiben resp. um ihn zu heben, wobei mindestens eine der walzenartigen Rollen (13), welche mit der Spannvorrichtung verbunden ist, mit ihrer Drehachse (12) seitlich verschieblich in bezug auf den Fallhammer angeordnet ist, um diesen einzuklemmen oder freizugeben und wobei periodische Intervalle des Spannens resp. des Lösens der Spannvorrichtung derart einstellbar sind, dass die Hubdauer des Fallhammers beim Spannen resp. die Fallhöhe des wieder nach unten fallenden Fallhammers während des Lösens festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die walzenartigen Rollen (13, 15) kreisrund ausgebildet sind und dass an der Spannvorrichtung Einstellmittel (22, 24) vorgesehen sind, um das periodische Spannen und Lösen bzw. das Heben und das Fallenlassen des Fallhammers einzustellen, wobei beim Spannen bewirkt wird, dass die Drehachse (12) der mit der Spannvorrichtung verbundenen Rolle (13) gegen den Fallhammer (11) resp. gegen die Drehachse (16) der gegenüberliegenden Rolle (15) getrieben wird und dass beim Lösen entsprechend die Drehachse (12) dieser Rolle (13) vom Fallhammer (11) weggetrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Spannen der Spannvorrichtung zwei parallel nebeneinander angeordnete, exzentrisch ausgebildete Nockenwellen (22, 24) aufweisen, wobei mindestens eine der Drehachsen (19, 25) der Nockenwellen seitlich verschieblich zur anderen angeordnet ist, welche Wellen je einen Querschnitt aufweisen, welcher zur Hälfte (22a, 24a) im wesentlichen kreisrund ist, zur anderen Hälfte (22b, 24b) gegenüber der kreisrunden Peripherie zurückversetzt bzw. elliptisch ausgebildet ist, und wobei mindestens eine der Wellen (22) angetrieben ist, und dass die Spannvorrichtung gespannt ist, wenn die beiden Oberflächensegmente der beiden Wellen mit kreisrundem Querschnitt (22a, 24a) aneinander abrollen und die Spannvorrichtung gelöst ist, wenn mindestens ein Oberflächensegment (22b, 24b) mit quasi-elliptischem Querschnitt von einer der Wellen (22, 24) an der Berührungslinie der beiden Wellen abrollt, oder wenn sich die beiden Wellen nicht berühren.
Vorrichtung nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Drehachsen (12, 16, 19, 25) der beiden Rollen (13, 15) und der beiden Wellen (22, 24) im wesentlichen in einer Ebene, vorzugsweise in einer quer zur Fallrichtung des Fall hammers (11) angeordneten Ebene, angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rollen (13, 15) und die beiden Wellen (22, 24) je paarweise angeordnet sind und dass je die Drehachsen derjenigen Rolle und derjenigen Welle, welche am weitesten auseinanderliegend angeordnet sind, und derjenigen Rolle und derjenigen Welle, welche mittig angeordnet sind, je miteinander verbunden sind, so dass beim Aneinanderstossen der beiden Oberflächen (22a, 24a) mit kreisrundem Querschnitt der beiden Wellen (22, 24) und damit dem erzwungenen Voneinandertreiben der beiden Drehachsen (19, 25) der Wellen die Drehachsen (12, 16) der beiden Rollen (13, 15) zueinander getrieben werden und der Fallhammer (1, 11) eingeklemmt nach oben getrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (12, 25) von Rolle (13) und Welle (24), welche am weitesten auseinanderliegen, über einen Kupplungsrahmen (27, 30, 35) miteinander verbunden sind, wobei der Rahmen zwei seitlich, im wesentlichen parallelogrammartig seitwärts quer zur Achsrichtung verschiebliche Achshalterungen (30, 35) umfasst, an welchen die beiden Drehachsen (12, 25) gehalten resp. gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Kopplungsrahmen eine Federanordnung (38) vorgesehen ist, um bei gelöster Spannvorrichtung den Kopplungsrahmen derart zu positionieren, dass die Drehachse (12) der Rolle (13) resp. die Rolle (13) vom Fallhammer (11) weggetrieben wird und der Fallhammer frei nach unten fällt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (24), deren Drehachse (25) am Kopplungsrahmen angeordnet ist, entweder bewegungsgekoppelt mit der Drehachse (19) der anderen Welle (22) rotierend angetrieben ist oder aber frequenzgekoppelt mit der Rotation der Drehachse (19) der anderen Welle (22) rotierend hin- und herpendelnd beweglich ist.
Verfahren zur Einstellung der Fallhöhe des Fallhammers an einer Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch gegenseitige Positionierung der Umfangsquerschnitte der beiden Wellen (22, 24) bei einer Umdrehung der angetriebenen mittigen Welle (22) ein während eines vorbestimmten Teils der einen Umdrehung die beiden kreisrunden Querschnittsflächen (22a, 24a) beider Wellen aneinanderstossen, wodurch die Spannvorrichtung gespannt ist.
Bohr- oder Penetrationsanordnung mit einer Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf einem im wesentlichen horizontalen Untergrund (8) oder einer Plattform angeordnete, flächig längsausgebildete Gerüstkonstruktion (10) vorgesehen ist, mit einem in Längsrichtung verschieblich angeordneten Chassis (9), wobei die Vorrichtung derart am Chassis montiert ist, dass sie aus einer im wesentlichen horizontalen Lage für einen Transport um 90° in eine im wesentlichen senkrechte Arbeitslage schwenkbar ist.