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Die Erfindung betrifft eine Baumaschine mit einer Vorrichtung zum Einbringen von Frischbeton in ein Bohrloch über ein Schüttrohr, das mittels eines Seiles und einer Seilwinde der Baumaschine anhebbar und absenkbar angebracht oder anbringbar ist, wobei der Frischbeton durch das Schüttrohr geleitet wird und dieses während des Einbringens in vertikaler Richtung mittels der Seilwinde abwechselnd abgesenkt und angehoben werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Einbringen von Frischbeton in ein Bohrloch mittels einer Baumaschine, an der ein Schüttrohr mittels eines Seiles und einer Seilwinde anhebbar und absenkbar angeordnet ist, wobei der Frischbeton durch das Schüttrohr geleitet wird und dieses während des Einbringens in vertikaler Richtung mittels der Seilwinde abwechselnd abgesenkt und angehoben wird.
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Eine solche Baumaschine muss demnach über ein Seil, das typischerweise über einen Mast oder Ausleger, der ggf. als ein Mäkler ausgebildet ist, geführt ist, und über eine Seilwinde verfügen, mit der das an dem Seil aufgehängte Schüttrohr angehoben und abgesenkt werden kann. Derartige Baumaschinen sind in unterschiedlicher Ausgestaltung bekannt und können stationäre oder selbstfahrende Baumaschinen, insbesondere Bohrgeräte wie Groß-Drehbohrgeräte für den Tiefbau, Seilbagger oder (Hilfs-)Kräne sein.
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Bei allen Verfahren zum Einbringen von Frischbeton müssen Hohlräume zwischen den Gesteinskörnungen und Lunker zwischen Beton und Schalung bzw. Bohrlochwandung vermieden werden. Außerdem ist der Beton lagenweise einzubringen. Die freie Fallhöhe sollte 1-2 Meter nicht überschreiten, weil ab dieser Fallhöhe bereits eine Entmischung des Frischbetons auftreten kann. Bei größeren Fallhöhen, insbesondere zum Einbringen von Frischbeton bei der Herstellung von Bohrpfählen, sind daher Schüttrohre zu verwenden, die ggf. unter einem Schütttrichter angeordnet werden, in den der Frischbeton typischerweise über einen Betonmischer oder eine Betonpumpe zugeführt wird. Durch die Verwendung von Schüttrohren soll ggf. auch ein Durchmischen von Beton mit losem Erdreich aus den Bohrlochwänden verhindert werden.
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Die Einfüllung von Beton zur Herstellung von Betonpfählen mittels eines Schüttrohrs wird auch im Rahmen eines Kontraktorverfahrens ausgeführt, bei dem das Schüttrohr in ein Bohrloch bis an einen Pfahlfuß geführt wird. An einer Unterkante des Rohrs tritt der Beton aus und schiebt Wasser, Schlamm und die Stützflüssigkeit nach oben, so dass der Betoniervorgang von unten nach oben erfolgt. Das Kontraktorverfahren und damit auch die Erfindung kann auch bei der Herstellung von Unterwasser-Betonierungen eingesetzt werden.
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Der Begriff "Schüttrohr" wird im Rahmen dieser Beschreibung als vereinheitlichter Begriff verwendet und umfasst ein Hilfselement, das im Stand der Technik auch als "Fallrohr", "Betonierrohr" oder "Tremie-Rohr" bezeichnet wird. Ferner wird dieser Begriff zur Vereinfachung im Singular verwendet, soll aber auch ein Schüttrohr umfassen, das aus mehreren kürzeren Rohrsegmenten zusammengefügt ist, um eine gewünschte größere Länge zu erreichen und ggf. einen erweiterten Bereich am oberen Ende in der Form eines Einfülltrichters besitzt. Der Durchmesser eines solchen Schüttrohrs zum Einfüllen von Beton kann z. B. 150 bis 300mm betragen.
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Der Begriff "Beton" bzw. "Frischbeton" wird im Rahmen dieser Beschreibung zur Vereinfachung stellvertretend als Überbegriff für im frischen, nicht ausgehärteten Zustand fließfähige Baustoffe bzw. Baustoffgemische und -suspensionen verwendet, die zur Herstellung von Baukörpern, beispielsweise von Bohrpfählen in unverrohrten oder voll- oder teilverrohrten Bohrlöchern im Tiefbau verwendet werden.
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Während des Betoniervorgangs über ein Schüttrohr ist in der Regel eine dynamische Auf- und Ab-Bewegung des Schüttrohrs notwendig, um das kontinuierliche Fließen des Frischbetons durch das Schüttrohr insbesondere bei kleineren Rohrdurchmessern und/oder bei zäh-fließenden Betonmischungen, beispielsweise mit grobkörnigen Zuschlägen zu gewährleisten. Allerdings ist die häufig wiederholte manuelle Betätigung der Steuerung der Baumaschine zum wechselweisen Antrieb der Seilwinde zum schnellen Anheben und Absenken des an dem Seil aufgehängten Schüttrohrs über eine gewisse Zeitspanne für eine Bedienperson der Baumaschine sehr anstrengend und ermüdend, zumal ein laufender Betoniervorgang nicht für längere Zeit unterbrochen werden darf und sich über mehrere Stunden erstrecken kann.
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Ein weiteres Problem bei der manuellen Steuerung der Seilwinde zum Anheben und Absenken des Schüttrohrs kann darin bestehen, dass die Geschwindigkeit der Anhebe- und Absenkbewegung und der Richtungswechsel entweder nicht schnell genug erfolgen, so dass der auf die Betonmasse ausgeübte Impuls ein Stocken des Fließens im Schüttrohr nicht verhindert. Die manuelle Steuerung der Seilwinde erfordert in jedem Fall eine große Erfahrung und ein nicht zu geringes Gespür für die im Betrieb auftretenden Kräfte und Beschleunigungen und deren Auswirkungen auf die verwendeten Maschinenkomponenten und Materialien.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbringen von Frischbeton in ein Bohrloch mittels einer Baumaschine sowie eine Baumaschine mit einer Vorrichtung zum Einbringen von Frischbeton in ein Bohrloch anzugeben, mit welchen ein Betoniervorgang zuverlässig und ergonomisch durchgeführt werden kann.
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Die Aufgabe wird zum einen durch eine Baumaschine mit einer Vorrichtung zum Einbringen von Frischbeton in ein Bohrloch mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren zum Einbringen von Frischbeton in ein Bohrloch mittels einer Baumaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Baumaschine besitzt demnach eine Vorrichtung zum Einbringen von Frischbeton in ein Bohrloch über ein Schüttrohr, das mittels eines Seiles und einer Seilwinde der Baumaschine anhebbar und absenkbar angebracht oder anbringbar ist, wobei der Frischbeton durch das Schüttrohr geleitet wird und das Schüttrohr während des Einbringens in vertikaler Richtung mittels der Seilwinde abwechselnd abgesenkt und angehoben werden kann. Diese Baumaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Einbringen von Frischbeton eine Steuereinrichtung umfasst, die mit der Seilwinde gekoppelt ist und die zum Ausführen der folgenden Schritte ausgestaltet ist:
- a) Durchführen eines Automatik-Betonierzyklus, welcher die Seilwinde in einer vorgegebenen Kombination aus einer Absenk- und einer Anhebebewegung einschließlich einem Richtungswechsel ansteuert, und
- b) automatisches Wiederholen des Automatik-Betonierzyklus, bis eine Abbruchbedingung festgestellt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einbringen von Frischbeton in ein Bohrloch mittels einer Baumaschine, an der ein Schüttrohr mittels eines Seiles und einer Seilwinde anhebbar und absenkbar angeordnet ist, wobei der Frischbeton durch das Schüttrohr geleitet wird und das Schüttrohr während des Einbringens in vertikaler Richtung mittels der Seilwinde abwechselnd abgesenkt und angehoben wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- a) Durchführen eines Automatik-Betonierzyklus mittels einer Steuereinrichtung für die Seilwinde, mit welchem die Seilwinde in einer vorgegebenen Kombination aus einer Absenk- und einer Anhebebewegung einschließlich einem Richtungswechsel angesteuert wird, und
- b) automatisches Wiederholen des Automatik-Betonierzyklus, bis eine Abbruchbedingung festgestellt wird.
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Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, die bisher durch anspruchsvolle manuelle Betätigung der Seilwinde erzeugte dynamische Auf- und Ab-Bewegung des Schüttrohrs beim Betoniervorgang durch einen Automatik-Betonierzyklus mittels einer Steuereinrichtung abzubilden, welcher die Seilwinde in einer beliebigen vorgegebenen Kombination aus einer Absenk- und einer Anhebebewegung einschließlich einem Richtungswechsel ansteuert und dadurch die erforderlichen Impulse auf das Schüttrohr ausübt.
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Der Begriff "Kombination" umfasst dabei sowohl einen Grundzyklus, der mit einer Anhebebewegung startet, den Richtungswechsel vornimmt, und mit einer Absenkbewegung endet, als auch einen Grundzyklus, der mit einer Absenkbewegung startet, den Richtungswechsel vornimmt, und mit einer Anhebebewegung endet. Der Begriff "Kombination" kann auch weitere Bewegungen bzw. gezieltes zwischenzeitliches Stoppen der Bewegung in den jeweiligen Bewegungsphasen innerhalb eines solchen Grundzyklus umfassen. Die Auswahl der jeweiligen Variante des Grundzyklus hängt davon ab, in welcher Position sich das Schüttrohr relativ zu dem Bohrlochrand oder einer Zuführeinrichtung für den Beton befindet.
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Dieser vordefinierte Automatik-Betonierzyklus wird erfindungsgemäß automatisch so lange wiederholt werden, bis eine Abbruchbedingung festgestellt wird. Der automatisierte Ablauf und die automatische Wiederholung des Zyklus erleichtert die Bedienung der Baumaschine erheblich, da der wiederholte Richtungswechsel der Seilwinde in einem Zyklus oder in wiederholten Zyklen bereits durch eine einfache Betätigung an einem Steuerelement der Steuereinrichtung ausgelöst bzw. gestartet werden kann. Dadurch wird der Komfort für einen Maschinenbediener erheblich erhöht und dieser entlastet, selbst wenn ein Betoniervorgang längere Zeit in Anspruch nimmt.
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Außerdem erlaubt die Hinterlegung der Steuerbefehle in der Steuervorrichtung in dem vordefinierten Automatik-Betonierzyklus auch die Kodierung der Steuerungsdynamik hinsichtlich Beschleunigung der Seilwinde in der ersten Richtung (Heben oder Senken), bei der Richtungsänderung mit Verzögerung und schnellem Nulldurchgang, und in der anderen Richtung (Senken oder Heben), wodurch auch weniger erfahrenen Bedienpersonen die Betätigung der Baumaschine ermöglicht wird bzw. ein Stocken des Fließens des Betons durch unzureichende Impulserzeugung oder eine exzessive Impulserzeugung mit Beschädigungspotential vermieden wird.
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Mithin zeigt die Erfindung eine Möglichkeit auf, auch existierende Baumaschinen (beispielsweise Kräne, Seilbagger oder Bohrgeräte), bei denen die Ausführung eines Betoniervorgangs wie dem Beschriebenen nur durch aufwendige wiederholte manuelle Bedienung der Seilwinde realisiert werden kann, in relativ einfacher Weise aufzurüsten, um die Ergonomie und Sicherheit der Nutzung zu verbessern.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baumaschine besteht darin, dass an dieser eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, die mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine Eingabe oder Auswahl einer Anfangsrichtung des Automatik-Betonierzyklus (Anheben oder Absenken) und/oder einer Zyklusdauer des Automatik-Betonierzyklus und/oder einer Geschwindigkeit der Seilwinde bei dem Automatik-Betonierzyklus und/oder einer Verteilung einer Antriebsdauer der Seilwinde zwischen Heben und Senken innerhalb des Automatik-Betonierzyklus zu ermöglichen.
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Bei dem Verfahren ist es analog bevorzugt, eine Anfangsrichtung des Automatik-Betonierzyklus und/oder eine Zyklusdauer des Automatik-Betonierzyklus und/oder eine Geschwindigkeit der Seilwinde bei dem Automatik-Betonierzyklus und/oder eine Verteilung einer Antriebsdauer der Seilwinde zwischen Heben und Senken innerhalb des Automatik-Betonierzyklus vorzugeben.
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In dieser Hinsicht kann die Anfangsrichtung der Auf- und Ab-Bewegung ausgewählt und diese innerhalb des Zyklus zeitgesteuert erfolgen. Dies ist vorteilhaft, weil keine weiteren Parameter und Sensoren erforderlich sind, um den Bewegungszyklus auszuführen. Als Geschwindigkeit der Seilwinde wird in die jeweilige Richtung üblicherweise die maximale oder volle Geschwindigkeit voreingestellt oder ausgewählt, um beim Richtungswechsel einen maximalen Impuls auf das Seil und damit auf das Schüttrohr zu erzeugen. Die Geschwindigkeit kann aber auch anpassbar sein. Der Richtungswechsel erfolgt in vorteilhafter Weise aus diesem Grund ebenfalls mit maximaler Geschwindigkeit, ohne an der Nullstellung des Antriebsmotors der Winde anzuhalten.
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Die Verteilung der Antriebsdauer der Seilwinde zwischen Heben und Senken innerhalb des Automatik-Betonierzyklus definiert das zeitliche Ansteuerungsverhältnis zwischen Heben und Senken. Bei einer Verteilung von 1:1 bzw. 50% auf jede Richtung wird die eingestellte Zyklusdauer gleichmäßig auf Anheben und Absenken verteilt. Ein möglicher Wertbereich für die gesamte Zyklusdauer beträgt beispielsweise von 1000ms bis 5000ms. Da bei einem zeitgleichen rein zeitgesteuerten Antrieb der Winde beim Anheben und Absenken die zurückgelegte Anhebe- bzw. Absenkstrecke des Schüttrohrs nicht zwingend gleich sein muss, weil beim Absenken die auf die Masse des Seils und des Schüttrohrs einwirkende Schwerkraft unterstützend wirkt, während beim Anheben die Masse des Schüttrohrs und des Seils zusätzlich gegen die Schwerkraft beschleunigt werden muss, kann die Lage des Umkehrpunkts nach mehreren Zyklen driften und sich allmählich abwärts verlagern. Um diese Drift auszugleichen, kann die Verteilung der Antriebsdauer der Seilwinde zwischen Heben und Senken innerhalb des Automatik-Betonierzyklus - bei ansonsten gleicher Beschleunigung - ungleich gewählt werden, indem beispielsweise dem Anheben ein etwas längerer Zeitanteil an der gesamten Zyklusdauer zugeordnet wird als dem Absenken. Auf diese Weise kann der Umkehrpunkt annähernd stationär gehalten werden.
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Die (ungleichmäßige) Verteilung der Antriebsdauer der Seilwinde zwischen Heben und Senken innerhalb des Automatik-Betonierzyklus kann durch die Ausgestaltung der Eingabeeinrichtung mit der Möglichkeit einer entsprechenden dynamischen Änderung des Eingabewerts der Verteilung der Antriebsdauer auch während eines Betoniervorgangs geändert werden, um etwa eine beobachtete Drift in der einen oder der anderen Richtung zu kompensieren
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In einer alternativen Ausgestaltung, die als Wegsteuerung bezeichnet werden kann, kann eine Eingabeeinrichtung vorgesehen sein, die mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine Eingabe oder Auswahl einer Anfangsrichtung des Automatik-Betonierzyklus und/oder einer Hubstrecke des Seils beim Heben und Senken innerhalb des Automatik-Betonierzyklus und/oder einer Geschwindigkeit der Seilwinde bei dem Automatik-Betonierzyklus zu ermöglichen. Diese Variante erfordert allerdings einen an sich bekannten Sensor für eine Tiefenmessung bzw. eine Erfassung der Abwicklungslänge des Seils und eine Rückkoppelung dieses Erfassungsergebnisses mit der Steuerungseinrichtung. Auch hierbei können die Eingabewerte für die Hubstrecke des Seils beim Heben und Senken innerhalb des Automatik-Betonierzyklus unterschiedlich sein, um eine etwaige Drift des Umkehrpunkts zu kompensieren, wobei die Neigung zum Auftreten einer solchen Drift aufgrund der tatsächlichen Erfassung der Hubstrecke und Rückkoppelung kaum ausgeprägt sein wird. Dennoch ist auch bei dieser Variante eine dynamische Einstellung und Änderung der Eingabewerte während eines Betonierzyklus denkbar, ggf. um eine Drift gezielt herbeizuführen. Auch bei dieser Variante ist es zur Maximierung des Impulses bevorzugt, als Geschwindigkeit der Seilwinde in die jeweilige Richtung die maximale oder volle Geschwindigkeit voreinzustellen oder auszuwählen. Die Geschwindigkeit kann aber auch anpassbar sein. Ein möglicher Wertebereich für die Hubstrecke in jeder Richtung kann beispielsweise von 10 bis 30cm betragen.
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Eine besonders einfache Bedienung der Baumaschine kann sich nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch ergeben, dass ein Steuerungs-Eingabeelement der Steuereinrichtung zum Starten und/oder Stoppen des Automatik-Betonierzyklus und vorzugsweise zur Vorgabe einer Anfangsrichtung des Automatik-Betonierzyklus als eines von Absenken und Anheben konfiguriert ist. Das Steuerungs-Eingabeelement kann beispielsweise Funktionstasten für die Anwahl des Zyklus und dessen jeweilige Anfangsrichtung sowie zum Stoppen umfassen. Besonders ergonomisch und daher bevorzugt ist dabei aber die Ausbildung des Steuerungs-Eingabeelements in der Form eines Joysticks, der durch Auslenken den Start auslöst (ggf. in Verbindung mit der zeitgleichen Betätigung eines weiteren Schalters oder einer weiteren Funktionstaste, um einen unbeabsichtigten Start des Zyklus zu verhindern) und der vorzugsweise durch eine Auslenkungsrichung von einer Nullposition die Anfangsrichtung des Automatik-Betonierzyklus (Heben oder Senken) vorgibt.
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Das Steuerungs-Eingabeelement kann ferner so ausgestaltet sein, dass es beim Loslassen der Betätigung und/oder bei einer Rückstellung in die Nullposition (insbesondere im Falle des Joysticks) die Abbruchbedingung der Ausführung des Automatik-Betonierzyklus erfüllt (ggf. in Verbindung mit der dabei erfolgenden gleichzeitigen Deaktivierung des weiteren Schalters bzw. alternativ durch Betätigung einer Funktionstaste). Dadurch wird ein Stoppen des Betriebs in der Art eines "Totmannschalters" zuverlässig und schnell gewährleistet.
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Die Steuereinrichtung kann ferner ausgestaltet sein, um den Start des Durchführens des Automatik-Betonierzyklus und/oder die Abbruchbedingung aus einer extern der Baumaschine bereitgestellten Information abzuleiten, insbesondere von einem Sensor zum Erfassen des Vorhandenseins von Beton an dem Schüttrohr, von einem Sensor zum Erfassen eines Füllstands von Beton im Bohrloch, oder von einer Fördereinrichtung (beispielsweise einer Betonpumpe) für den in das Schüttrohr zugeführten Beton. In dieser Weiterbildung kann der Betoniervorgang weiter automatisiert und noch sicherer gegenüber Bedienungsfehlern gestaltet werden.
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Im Übrigen ist es auch möglich, die Abbruchbedingung so zu bestimmen, dass diese nach einer vorgegebenen oder dynamisch bestimmten Anzahl von Wiederholungen des Automatik-Betonierzyklus erfüllt ist. Letztere kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem verarbeiten Betonvolumen ermittelt werden, wobei es hierbei bevorzugt ist, eine Erfassung einer in ein Bohrloch eingefüllten Menge an Beton durch einen geeigneten Sensor vorzunehmen und an die Steuereinrichtung der Baumaschine bzw. die Vorrichtung zum Einbringen von Frischbeton einzugeben, welche daraus die erforderliche Zyklenzahl berechnen kann.
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Schließlich ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung besonders bevorzugt, dass ein motorischer Antrieb der Seilwinde ein Hydraulikmotor ist, wobei die Ansteuerung des Hydraulikmotors durch die Steuereinrichtung zum Ausführen des Verfahrens vorzugsweise entweder direkt am Hydraulikmotor oder über eine Ansteuerung eines mit dem Hydraulikmotor hydraulisch gekoppelten Hydraulikkreises, weiter vorzugsweise über eine Ansteuerung einer mit dem Hydraulikmotor hydraulisch gekoppelten Hydraulikpumpe erfolgen kann. Üblicherweise werden Windenantriebe in Baumaschinen als Hydraulikkomponenten realisiert. Die indirekte Ansteuerung des Hydraulikmotors über die Ansteuerung der Pumpe (indem diese beispielswiese als eine sog. durchschwenkbare Pumpe mit der Möglichkeit einer Förderrichtungsumkehr ausgebildet ist) erlaubt eine feinere Einstellung und eine schnellere und ruckfreie Umstellung der Drehrichtung zum Richtungswechsel über die Nullstellung.
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Alternativ ist aber auch die Verwendung eines Elektromotors als Antrieb für die Seilwinde denkbar, welcher wiederum über die Steuereinrichtung entsprechend dem Zyklus direkt angesteuert werden kann.
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Das Steuerungs-Eingabeelement der Steuereinrichtung zum Starten und Stoppen des Automatik-Betonierzyklus und ggf. die Eingabeeinrichtung für die Parameter des Zyklus können innerhalb eines Bedienstands für einen Maschinenbediener der Tiefbaumaschine angeordnet und dort in eine Steuerungskonsole integriert sein. Sie können jeweils für sich oder gemeinsam auch in einer separaten Bedieneinheit oder Terminal realisiert sein, die bzw. das - kabelgebunden oder drahtlos - mit der Steuereinrichtung der Baumaschine verbunden ist, um die Eingabe an diese zu übertragen. Dadurch ist eine Betätigung der Baumaschine im Rahmen des Betoniervorgangs auch von außerhalb der Baumaschine, beispielsweise näher an einem Bohrloch möglich, so dass ggf. die Anzahl der benötigten Personen zur Ausführung dieses Vorgangs reduziert werden kann.
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Mit dem Verfahren können die zuvor anhand der Baumaschine beschriebenen Vorteile in entsprechender Weise erzielt werden. Das Verfahren kann insbesondere durch die zuvor beschriebene Baumaschine ausgeführt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Baumaschine am Beispiel einer Tiefbaumaschine und
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Baumaschine, die der Baumaschine von Fig. 1 ähnlich ist und die zum Betoniervorgang mit einem Schüttrohr ausgestattet ist.
Eine erfindungsgemäße Baumaschine 10, welche beispielhaft als eine Tiefbaumaschine 10 in der Form eines Drehbohrgeräts gemäß Fig. 1 ausgebildet ist, weist einen vorzugsweise als Raupenfahrwerk ausgebildeten Unterwagen 12 und einen darauf drehbar gelagerten Oberwagen 14 auf. Der Unterwagen 12 und der Oberwagen 14 bilden ein Trägergerät 15. An dem Oberwagen 14 können in bekannter Weise die Antriebsaggregate und der Bedienstand für einen Maschinenbediener der Tiefbaumaschine 10 angeordnet sein. In dem Bedienstand können eine Steuereinrichtung 11 und eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere ein Monitor, sowie eine Eingabeeinrichtung und Steuerungs-Eingabeelemente zur Bedienung der Aggregate der Baumaschine 10 und zur Eingabe oder Auswahl von bestimmten Steuerungsparametern angeordnet sein. Diese als Schnittstelle mit dem Maschinenbediener fungierenden Komponenten sind an sich bekannt und werden für die Zwecke der Erfindung genutzt und den entsprechenden Steuerfunktionen zugeordnet.
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An einer Vorderseite des Oberwagens 14 kann über eine Anlenkkinematik 16 mit Nackenzylindern ein im wesentlichen vertikaler Mast 18 mit einem oberen Mastkopf 19 verstellbar angebracht sein. Entlang einer Vorderseite des Mastes 18 kann ein Schlitten 20 verschiebbar geführt sein. An dem Schlitten 20 kann ein erster Bohrantrieb 22 vorgesehen sein, welcher einen Hydraulikmotor 24 aufweisen kann. Weiterhin kann an dem Schlitten 20 ein zweiter Antrieb 26 für weitere Werkzeige vorgesehen sein. Der zweite Antrieb 26 kann beispielsweise im Wesentlichen aus einer Getriebeverbindung zu dem ersten Bohrantrieb 22 mit dem Hydraulikmotor 24 bestehen, um ein Drehmoment zu übertragen.
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Der etwa hülsenförmige erste Bohrantrieb 22 kann beispielhaft von einem Bohrgestänge 30 durchdrungen werden, welches als ein Kellygestänge mit äußeren Mitnehmerleisten ausgebildet sein kann. Hierbei kann das Bohrgestänge 30 eine obere Aufhängung 32 aufweisen, mit welcher das Bohrgestänge 30 mit einem Hauptseil 39 verbunden ist. Das Hauptseil 39 kann über Umlenkrollen am Mastkopf 19 zu einer Hauptwinde 38 an der Oberseite des Oberwagens 14 geführt sein. Durch Betätigen der Hauptwinde 38 kann das Bohrgestänge 30 vertikal bewegt werden.
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Der Schlitten 20 kann mit einem Vorschubseil 37 verbunden sein, welches oberhalb und unterhalb des Schlittens 20 entlang des Mastes 18 geführt und von einer Vorschubwinde 36 betätigt werden kann. Durch die Vorschubwinde 36 kann der Schlitten 20 entlang einer Führung des Mastes 18 nach oben oder unten bewegt werden.
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An einer Unterseite des Bohrgestänges 30 ist ein Bohrwerkzeug als Tiefbauwerkzeug 34 zum Abtragen von Bodenmaterial angebracht. Das Tiefbauwerkzeug 34 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als ein Bohreimer ausgeführt. Der Typ des jeweiligen Bohrwerkzeugs und der Durchmesser des Bohrwerkzeuges ist nach der Bodenzusammensetzung und dem Durchmesser des herzustellenden Bohrlochs auszuwählen.
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In der Nähe der Vorschubwinde 36 befindet sich, ebenfalls an der Vorderseite des Oberwagens 14 und an der Rückseite des Mastes 18, eine Hilfswinde 41, welche ein Hilfsseil 40 betätigt, das ausgehend von der Hilfswinde 41 über den Mastkopf 19 geführt ist und zum Anheben und Absenken von externen Komponenten dient. Im Rahmen der Erfindung wird die Hilfswinde 41 und das Hilfsseil 40 zum Anheben und Absenken eines an dem Seil aufgehängten Schüttrohrs 42, an dessen oberem Ende ein (optionaler) Einfülltrichter 43 angeordnet ist, während eines Betoniervorgangs verwendet, wie das in Fig. 2 anhand einer gegenüber der Fig. 1 nur geringfügig modifizierten Baumaschine 10 erläutert ist. Das Schüttrohr 42 erstreckt sich bis zum und knapp über den Grund des Bohrlochs. In dieser Phase ist das während des Betoniervorgangs nicht benötigte Tiefbauwerkzeug 34 entlang dem Mast 18 angehoben und inaktiv, während der Mast 18 leicht nach vorne geneigt ist, um den Abstand der Tiefbaumaschine 10 von dem Bohrloch zu vergrößern, um Platz für das Heranführen und Einfüllen des Betons in das Schüttrohr 42, beispielsweise durch einen Betonmischer 50 zu schaffen.
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Mit der Tiefbaumaschine 10 kann beispielsweise eine vollständig oder teilweise verrohrte oder gar eine unverrohrte Bohrung im Boden 1 erstellt werden. Zum Bilden eines Gründungselementes, beispielsweise eines Betonpfahls im Boden 1 kann in die Bohrung ein aushärtbarer Baustoff bzw. aushärtbares Baustoffgemisch wie Beton eingeleitet werden, welcher dann zum Gründungselement aushärtet. Ein Stützrohr 44 kann in der Bohrung als Teil des Gründungselementes verbleiben oder vorzugsweise vor einem Aushärten des eingeleiteten Baustoffs aus dem Boden 1 gezogen werden. Im Bohrloch befindet sich ein vorab eingebrachtes Armierungsgitter 45.
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Die Art der Baumaschine ist für die Zwecke der Erfindung nur insofern relevant, als sie eine Seilwinde und ein Seil haben muss (im Beispiel wird hierfür die Hilfswinde 41 und das Hilfsseil 40 verwendet), mit dem das Schüttrohr 42 während des Betoniervorgangs zyklisch angehoben und abgesenkt werden kann, um das Fließen des Betons durch das Schüttrohr sicherzustellen und ein Stocken und Blockieren zu verhindern. Daher kann als Baumaschine eine stationäre oder selbstfahrende Baumaschine, insbesondere ein Bohrgerät, insbesondere ein Drehbohrgerät für den Tiefbau (wie als Beispiel gezeigt), ein Seilbagger oder ein (Hilfs-)Kran verwendet werden. Abhängig von der Anzahl und Tiefe der herzustellenden Betonpfähle im Boden können auch separate Baumaschinen zum Bohren und zum Betonieren verwendet werden, so dass diese gleichzeitig an verschiedenen Bohrlöchern arbeiten können. Denkbar ist auch, bei Verwendung einer Tiefbaumaschine 10, wie gezeigt, das Schüttrohr 42 (ggf. mit dem Einfülltrichter 43) an dem Hauptseil 38 anzuhängen und über die Hauptwinde 39 zu betätigen, sofern dieses nicht für eine andere Komponente benötigt wird oder belegt ist.
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Die Tiefbaumaschine 10 ist in der Darstellung von Fig. 2 mit einer Vorrichtung zum Einbringen von Frischbeton in ein Bohrloch über ein Schüttrohr 42 (hier mit Einfülltrichter 43), das mittels des Hilfsseiles 40 und der Hilfsseilwinde 41 der Tiefbaumaschine 10 in der Richtung des Doppelpfeils zyklisch anhebbar und absenkbar angebracht oder anbringbar ist, versehen. Der Frischbeton wird zum Einbringen in das Bohrloch durch das Schüttrohr 42 geleitet und das Schüttrohr 42 kann während des Einbringens in vertikaler Richtung mittels der Seilwinde 41 in schneller Folge abwechselnd abgesenkt und angehoben werden, um bei dem Richtungswechsel einen Impuls über das Rohr auf den Beton auszuüben und dessen Festsetzen an der Rohr-Innenwand oder Verklumpung zu verhindern. Dieser Vorgang wurde bisher, wie beschrieben, durch eine manuelle Betätigung der Hilfsseilwinde 41 über die mit der Seilwinde 41 gekoppelte Steuereinrichtung 11 der Tiefbaumaschine und deren Steuerungs-Eingabeelemente vorgenommen.
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Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zum Einbringen von Frischbeton eine Steuereinrichtung 11, die funktional ausgestaltet ist, um den zuvor bereits beschriebenen Automatik-Betonierzyklus durchzuführen, welcher die Seilwinde 41 selbsttätig in einer vorgegebenen Kombination aus einer Absenk- und einer Anhebebewegung einschließlich einem Richtungswechsel ansteuert, und die auch ausgestaltet ist, um den einmal aktivierten Automatik-Betonierzyklus automatisch so oft bzw. so lange zu wiederholen, bis eine Abbruchbedingung festgestellt wird.
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Im funktionalen Kontext der Vorrichtung zum Einbringen von Frischbeton ist eine (nicht gezeigte) Eingabeeinrichtung vorgesehen und mit der Steuereinrichtung 11 gekoppelt und ausgestaltet, um eine Eingabe oder Auswahl der Zyklusdauer des Automatik-Betonierzyklus und/oder der Geschwindigkeit der Seilwinde 41 bei dem Automatik-Betonierzyklus und/oder der Verteilung einer Antriebsdauer der Seilwinde 41 zwischen Heben und Senken innerhalb des Automatik-Betonierzyklus zu ermöglichen. Mit diesen Parametern kann die Steuereinrichtung 11 den automatischen Betrieb der Seilwinde zeitgesteuert ansteuern.
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Alternativ kann diese Eingabeeinrichtung ausgestaltet sein, um eine Eingabe oder Auswahl einer Hubstrecke des Seils 40 beim Heben und Senken innerhalb des Automatik-Betonierzyklus und/oder einer Geschwindigkeit der Seilwinde 41 bei dem Automatik-Betonierzyklus zu ermöglichen. Mit diesen Parametern kann die Steuereinrichtung 11 - in Verbindung mit einer Erfassung der von der Seilwinde abgewickelten Seillänge - den automatischen Betrieb der Seilwinde weggesteuert ansteuern. Es ist darauf hinzuweisen, dass für die Geschwindigkeit der Seilwinde während des Automatik-Betonierzyklus in der Regel die maximale Geschwindigkeit vorgewählt ist, um beim Richtungswechsel das maximal mögliche Moment bzw. den maximalen Impuls zu erzeugen, wobei eine Änderung zu einer reduzierten Geschwindigkeit aber fallweise möglich und sinnvoll sein kann.
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Die Eingabeeinrichtung für diese Parameter kann beispielsweise als eine Tastatur, als ein sog. "Touchscreen", als ein Potentiometer oder als ein anderes, an sich bekanntes Eingabemittel für numerische Eingaben ausgebildet sein, über die bzw. das entsprechende Eingaben an einem GUI ("Graphical User Interface") der Steuereinrichtung vorgenommen werden können, beispielsweise indem in einem Datenspeicher vordefinierte Werte zur Auswahl angeboten und ausgewählt werden. Ein in der Steuereinrichtung hinterlegtes Programmmodul kann dann auf Basis dieser ausgewählten Parameter die erforderlichen Steuerbefehle für die Hilfswinde berechnen und ausgeben.
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Die Umsetzung der Steuerbefehle an der Seilwinde zum Ausführen des Verfahrens nach dem Automatik-Betonierzyklus, genauer an einem motorischen Antrieb der Seilwinde, der üblicherweise ein Hydraulikmotor ist, aber fallweise auch ein Elektromotor sein kann, erfolgt entweder direkt am Motor oder über eine Ansteuerung eines mit dem Hydraulikmotor hydraulisch gekoppelten Hydraulikkreises, weiter vorzugsweise über eine Ansteuerung einer mit dem Hydraulikmotor hydraulisch gekoppelten Hydraulikpumpe, die den Hydraulikölstrom zum Hydraulikmotor moduliert.
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Neben dieser Eingabeeinrichtung für die Parameter des Automatik-Betonierzyklus ist ein ebenfalls nicht gezeigtes Steuerungs-Eingabeelement der Steuereinrichtung vorgesehen, über das der Automatik-Betonierzyklus gestartet und gestoppt werden kann und über das vorzugsweise auch eine Anfangsrichtung des Automatik-Betonierzyklus (Absenken oder Anheben) vorgegeben bzw. gewählt werden kann. Für diese Funktion bietet sich ein bei aktuellen Baumaschinen häufig vorgesehener Joystick an, der für den Automatik-Betonierzyklus so konfiguriert bzw. funktional vorbelegt werden kann (beispielsweise durch eine einleitende Anwahl des Automatik-Betonierzyklus über ein Menü oder einen Schalter), dass ein Auslenken des Joystick den Start des Zyklus auslöst und eine Auslenkungsrichung von einer Nullposition die Anfangsrichtung des Automatik-Betonierzyklus vorgibt. Der Joystick kann ferner so funktional vorbelegt sein, dass das Loslassen und/oder eine Rückstellung in die Nullposition die Abbruchbedingung der Ausführung des Automatik-Betonierzyklus erfüllt und dieser unmittelbar gestoppt wird. Zur Erhöhung der Sicherheit kann zum Starten und Stoppen ein weiterer Schalter vorgesehen sein (beispielsweise ebenfalls im Griffbereich des Joysticks), der zum Starten des Automatik-Betonierzyklus einmalig und/oder für die Fortsetzung des Ablaufs permanent betätigt sein muss.
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In weiteren Ausgestaltungen kann die Steuereinrichtung im Sinne einer weitergehenden Überwachung und Automatisierung auch noch funktional ausgestaltet sein, um den Start des Durchführens des Automatik-Betonierzyklus und/oder die Abbruchbedingung aus einer extern der Baumaschine bereitgestellten Information abzuleiten, beispielsweise von einem Sensor zum Erfassen des Füllstands des Betons in dem Bohrloch oder von einem Sensor zum Erfassen des Vorhandenseins von Beton an dem Schüttrohr oder von einem Sensor bzw. einer Steuervorrichtung an einer Fördereinrichtung für den in das Schüttrohr zugeführten Beton (beispielsweise einem Betonmischer oder einer Betonpumpe).