WO2010091665A1 - Spannvorrichtung an einem vibrator und verfahren zum spannen eines rohres auf dieser spannvorrichtung - Google Patents

Spannvorrichtung an einem vibrator und verfahren zum spannen eines rohres auf dieser spannvorrichtung Download PDF

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WO2010091665A1
WO2010091665A1 PCT/DE2010/000151 DE2010000151W WO2010091665A1 WO 2010091665 A1 WO2010091665 A1 WO 2010091665A1 DE 2010000151 W DE2010000151 W DE 2010000151W WO 2010091665 A1 WO2010091665 A1 WO 2010091665A1
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WO
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pipe
clamping device
collet
tube
clamping
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Application number
PCT/DE2010/000151
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes KÖCHER
Uwe Richter
Dirk Ulrich
Original Assignee
Thyssenkrupp Gft Tiefbautechnik Gmbh
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Publication date
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/28Placing of hollow pipes or mould pipes by means arranged inside the piles or pipes
    • E02D7/30Placing of hollow pipes or mould pipes by means arranged inside the piles or pipes by driving cores
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826Assembling or joining

Definitions

  • the invention relates to a tensioning device on a vibrator with which a tube, in particular a thin-walled tube with a small diameter / length ratio is driven into the ground and a method for tensioning a tube on this tensioning device, without causing deformation or buckling of the Pipe is coming.
  • a vibration method is preferably used in which generated by a vibrator vertical vibrations and is transmitted via a clamping device to be introduced to the pile, which may for example be a screed.
  • the vibrations generated stimulate the soil to assume a quasi-liquid state, whereby the skin friction and the peak resistance of the material to be introduced are drastically reduced. Due to the weight of the entire unit, consisting of the sheet pile, the collet and the vibrator, the pile is quickly and efficiently introduced into the soil.
  • the tensioning elements known from the prior art for connecting the vibrator to the pile material are designed in the shape of tongs, the so-called bite blocks of the tongs being adapted to the contour of the pile material to be introduced.
  • the T disclosebacken can thus be designed for the introduction of sheet piles with an at least partially straight face flat or partially cylindrical for the introduction of pipes.
  • At least two pliers are mounted under the vibrator as axially symmetrically as possible for the insertion of pipes.
  • the T discloses the pliers have a radius-shaped contour that is equal to the radius of the tube to be introduced.
  • the problem arises that the pliers body are too large in size to clamp together a pipe can.
  • such pipe collets are used, which are similar to a pipe clamp placed around the pipe to be introduced and fixed by a clamping cylinder on the outer pipe shell.
  • the clamp-like clamping devices have an inner shell whose radius is equal to the radius of the outer shell of the clamped tube.
  • pliers can be used whose clamping jaws apply the required clamping force on diametrically opposite sides of the pipe or pile on the outer jacket.
  • the disadvantage of such collets is that with thin-walled tubes, the clamping forces to be applied are relatively large, so that when clamping a plastic deformation of the tube threatens.
  • Thin-walled pipes are generally understood to mean those pipes having a wall thickness of 1 mm to 3 mm.
  • the length of commercially available pipes is z. B. at 4 m and its diameter at 160 mm, so that there is a diameter / length ratio of 0.04 for this type of tube.
  • a small diameter / length ratio is generally understood as meaning values between 0.02 and 0.06.
  • the kink resistance of a pipe during ramming also depends on the soil conditions, where there is a greater risk of buckling in solid or with small rock interspersed soils.
  • This clamping device should be particularly suitable for tubes with a small diameter, small diameter / length ratio and thin-walled tubes.
  • the pipe to be inserted should be securely fixed to the collet.
  • the clamping device according to claim 1 is proposed, which is inventively characterized in that the clamping device is designed as pipe collet with at least two radially outwardly via a spreader or more spreading elements movable portions, wherein the Rohrspannzangenin substantially the length of the pipe hererammenden or the pipe part to be driven into the ground.
  • the collet is inserted deep into the tube to be fixed to the collet and thus to the vibrator, after which a radial or positive connection with the tube inner wall is generated by the radial outward movement of the spreading.
  • the tensioning device is also suitable for pulling pipes out of the ground, but as a rule this causes fewer problems than ramming, in which the risk of buckling of the pipe is considerably greater, depending on the buckling strength of the pipe and the ground condition. Due to the largely uniform pressure applied to the inner tube, the tube is significantly protected against damage.
  • the radially movable portions can be realized by a radial extension of portions of the pipe collet.
  • the movable over spreading elements portions are clamped by frictional engagement with the inner wall of the pipe to be rammed or pulling. Due to the deep insertion of the collet, a sufficient clamping force without deformation of the tube can be achieved, in particular dere be achieved by structurally the largest possible frictional surface with the clamping pressure of the spreading is applied.
  • the pipe collet consists of a cylinder body, from which a plurality of hydraulic pistons extendable radially outward along its longitudinal axis and having cup-shaped end faces are provided.
  • the pipe collet can have two half-shells, which can be moved apart via a hydraulic device.
  • the half shells have an outer radius which is equal to the inner radius of the pipe to be clamped.
  • the spreading elements consist of a hydraulic piston-cylinder arrangement, which is arranged in particular transversely to the pipe collet longitudinal axis.
  • the vibrators mentioned above are mounted on a leader of a construction vehicle, which has corresponding hydraulic lines and connections, which are used to operate the pipe collet.
  • a separate hydraulic unit can be used.
  • a plurality of juxtaposed piston-cylinder assemblies are provided on the Rohrspannzangenlä ⁇ gsachse.
  • the preferably transversely arranged pistons are each radially extended after insertion of the pipe collet in the tube, which - depending on the design - as many piston-cylinder arrangements can be present that the inner jacket of the tube over its entire inner length can be tensioned.
  • the pipe collet according to the invention has two or more longitudinally divided pipe sections which are radially movable.
  • the pipe sections are designed as round partial cylindrical shells with an outer jacket radius which has an equal or slightly smaller dimension than the inner radius of the pipe to be rammed or pulled, an ideal full-surface contact of the radially movable pipe sections to the inner wall of the Härammenden or to be drawn pipe to be created.
  • the spreading device has a driven by a hydraulic cylinder coupling mechanism or an arrangement of successive sliding strips with successively arranged wedge surfaces.
  • Such designs allow precise guidance of the spreading device, which is robust and resistant to wear.
  • the free pipe collet end is provided with a wear-resistant conical tip according to a development of the invention.
  • This tip has the purpose in the application to protect the pipe collet in the clamped state.
  • the collet with tip is inserted into the tube so far that the tip protrudes beyond the tube end.
  • the remaining edge area between the largest diameter of the tip and the tube inner wall is still to be sealed with a flexible or elastic mass.
  • the tip is provided with a front wear protection, for example with an armor or hard metal pins.
  • the tip is formed in its geometry so that it has a cylindrical surface on which an elastic sealing ring can be pushed, z.
  • the tip When receiving the tube through the collet, the tip is pushed so far beyond the tube end, that the area of the cylindrical lateral surface is located axially at the height of the tube end. Then the O-ring is pushed from below onto the cylindrical surface of the tip.
  • the inner diameter of the O-ring or the elastic sealing ring is slightly smaller than the diameter of the lateral surface of the tip, so that when pushed the sealing ring remains clamped on the lateral surface and can not slide down.
  • the outer diameter of the O-ring or the elastic sealing ring is slightly larger than the inner diameter of the tube, taking into account the tolerances.
  • a further advantageous embodiment provides that the pipe collet in its lower region in front of the tip has a cylindrical portion whose diameter is slightly smaller than the inner diameter of the tube to be clamped.
  • a stretchable elastic material In an annular groove-like depression in this area is a stretchable elastic material. Via a feed line in the collet, radial pressure is applied to the elastic medium in the groove via a gaseous or liquid medium such that the elastic material stretches so far that it is pressed against the inside of the tube wall and thus penetrates the annular gap between the tube and the collet Soil seals.
  • the sealing can be done hydraulically, so that the clamping function and the sealing function occur simultaneously via a supply line.
  • the method is used according to claim 12, after which the pipe collet inserted into the pipe and then the spreading of the pipe collet for radial spreading of the sections of the pipe collet to frictional or positive engagement with the inner wall of the be operated to exciting tube, so that the tube is at least substantially applied over its entire length or on the ground to be sunk length with the pipe collet.
  • the tipped pipe collet may be inserted into the pipe down to the lowermost portion so that the wear-resistant tip extends beyond the pipe end before the expansion members are actuated. The tip then serves as protection for the pipe collet.
  • the pipe collet thus serves as a kind of expanding mandrel, via which the vibrations of the vibrator are transmitted to the pipe to be introduced.
  • FIG. 1a is a side view of a clamping device according to the invention
  • 1c is a side view of a collet
  • Fig. 1d, e is a partially sectioned side view and a transverse view of the collet of Fig. 1c
  • FIG. 1f an alternative embodiment of a collet
  • Fig. 2 shows a variant of the clamping device according to FIG. 1 with a
  • Fig. 2a is a partial cross-sectional view of the clamping device with a tip which is inserted without sealing the annular space in the tube and
  • Fig. 2b shows the same partial cross-sectional view as in Fig. 2a with sealed annulus between clamping device and tube, and
  • Fig. 3 is a partial cross-sectional view of the clamping device with a tip on which an O-ring is pushed.
  • the pipe collet shown in the figures consists of a cylindrical base body 10, whose diameter is slightly smaller than the inner diameter of the introduced long pipe 11 or shorter pipe 12.
  • Perpendicular to the cylinder axis 13 is at least one cylinder, preferably, as also shown, are a plurality of cylinders 14 mounted in a plane above each other.
  • this cylinder stuck piston which are hydraulically actuated and extendable transversely to the axial direction over the diameter of the cylinder, so that they move a movably arranged portion 15 or more portions radially outward.
  • the portion 15 is formed by a shell-shaped curved jacket of the piston end face.
  • two longitudinally split tubes of the tensioning device are radially pressed apart inside the pipe 11, 12 to be tensioned, in particular via a coupling gear driven by a hydraulic linear cylinder or an arrangement (see Fig. 1e) of successive strips 111, 111 'arranged one behind the other Wedge surfaces 112, 112 '.
  • the strip 111 'in Pfeilrich- tion 113 so that the wedge surfaces 112, 112 'slide against each other. Due to the wedge shape of the portion 114 is pressed radially outward.
  • two half shells of several integrated hydraulic piston can be pushed apart.
  • a major advantage of the collet described is that with the aid of an extension 16, as shown in the drawings, pipes of greater length 11 than the cylinder length of the collet 10 makes it so can be clamped that the clamping in the lower part of the tube he follows. This ensures that the lower portion of the tube is stiffened and the upper portion of the tube is thereby protected against kinking, that it is introduced by pulling.
  • a tip 17 is additionally shown at the lower end of the clamping device, with a deformation of the pipe wall is avoided by sharp resistors and obstacles.
  • the tensioning device 11 For tensioning the tensioning device on the pipe, first the tensioning device 11, if necessary with the extension 16, is inserted into the pipe and then the piston-cylinder arrangement is actuated.
  • the tip 17 may preferably be fitted with cemented carbide pins, which reduces wear and helps to more easily overcome disturbances in inherently vibratable soil, such as may occur through stone or more solid layers.
  • the tensioning device or extension 16 is connected via a connection plate 19 to a vibrator which can generate vertical vibrations which are transmitted via the tensioning device to the pipe to be driven or pulled out.
  • the tip 17 has a cylindrical transition region with an annular groove 23 in which a U-shaped seal in cross-section, which can be acted upon by pressure from the inside of the tip, as shown in Figs. 2a and 2b indicated by arrows 21. If such a seal is applied, it moves from the retracted position according to FIG. 2 a, in which it is substantially flush with the outer jacket of the cylinder, into a position in which it bears sealingly against the inner tube jacket 121 of the tube 12.
  • Such seals are made as an elastomer and return to the initial state indicated in Fig. 2a, as soon as the pressurization is released.
  • FIG. 3 A technically alternative embodiment of a seal by means of an O-ring 22 is shown in FIG. 3.
  • an O-ring is pushed onto the tip 17 along the cone 171, whereby the O-ring is widened until it reaches the position shown in FIG 3 frictionally abuts, wherein it seals the annular gap between the tube 11 and the cylinder portion 172 of the tip.
  • the sliding of this ring is preferably carried out after the tensioning device has been completely inserted into the tube 11.
  • the O-ring is to be adapted to the respective maximum diameter of the tip in terms of its elasticity and its hardness and dimensioning.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung an einem Vibrator, mit dem ein Rohr (11, 12) ins Erdreich eingerammt wird. Erfindungsgemäß ist die Spannvorrichtung als Rohrspannzange mit mindestens zwei radial nach außen über ein oder mehrere Spreizelemente (14, 15) bewegbaren Teilbereichen ausgebildet, wobei die Rohrspannzange an Länge im Wesentlichen der Länge des einzurammenden Rohres oder Rohrteils entspricht. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Spannen des Rohres mit der genannten Spannvorrichtung, die über die gesamte Länge des Rohres in das Rohr eingefügt wird, bevor die Spreizelemente der Rohrspannzange zur radialen Aufspreizung zur reib- oder formschlüssigen Anlage an der Innenwand des zu spannenden Rohres betätigt werden.

Description

Spannvorrichtunq an einem Vibrator und Verfahren zum Spannen eines Rohres auf dieser Spannvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung an einem Vibrator, mit dem ein Rohr, insbesondere ein dünnwandiges Rohr mit einem kleinen Durchmesser-/Längen- verhältnis ins Erdreich eingerammt wird sowie ein Verfahren zum Spannen eines Rohres auf dieser Spannvorrichtung, ohne dass es zu Deformationen oder Einknickungen des Rohres kommt.
Zum Einbringen von Stahlträgern, Spundbohlen oder auch Stahlrohren wird vorzugsweise ein Vibrationsverfahren verwendet, bei dem von einem Vibrator vertikale Schwingungen erzeugt und über eine Spannvorrichtung auf das einzubringende Rammgut, das beispielsweise eine Bohle sein kann, übertragen wird. Die erzeugten Schwingungen regen den Boden an, einen quasi flüssigen Zustand einzunehmen, wodurch die Mantelreibung und der Spitzenwiderstand des einzubringenden Gutes drastisch reduziert werden. Durch das Eigengewicht der gesamten Einheit, bestehend aus der Spundbohle, der Spannzange und dem Vibrator, wird das Rammgut schnell und effizient in den Boden eingebracht.
Die nach dem Stand der Technik bekannten Spannelemente zur Verbindung des Vibrators mit dem Rammgut sind zangenförmig ausgebildet, wobei die sog. Beißbacken der Zangen der Kontur des einzubringenden Rammgutes angepasst sind. Die Beißbacken können somit für das Einbringen von Spundbohlen mit einer zumindest teilweise geraden Stirnseite eben oder zur Einbringung von Rohren teilzylinderförmig ausgebildet sein.
Zum Einbringen von Rohren werden im Regelfall mindestens zwei Zangen unter dem Vibrator möglichst achsensymmetrisch montiert. Die Beißbacken der Zangen weisen eine radiusförmige Kontur auf, die gleichgroß dem Radius des einzubringenden Rohres ist. Bei Rohren mit kleinerem Durchmesser tritt das Problem auf, dass die Zangenkörper von ihren Abmessungen zu groß sind, um gemeinsam ein Rohr klemmen zu können. Bei Rohren mit kleinem Durchmesser werden solche Rohrspannzangen eingesetzt, die ähnlich einer Rohrschelle um das einzubringende Rohr gelegt und über einen Spannzylinder auf dem Rohraußenmantel fixiert werden. Die rohrschellenartigen Spannvorrichtungen besitzen einen Innenmantel, dessen Radius gleichgroß dem Radius des Außenmantels des einzuspannenden Rohres ist.
Bei dickwandigen Rohren sowie bei Beton- oder Holzpfählen können Zangen verwendet werden, deren Spannbacken jeweils an diametral gegenüberliegenden Seiten des Rohres oder Pfahles am Außenmantel die erforderliche Spannkraft aufbringen. Der Nachteil solcher Spannzangen besteht darin, dass bei dünnwandigen Rohren die aufzuwendenden Spannkräfte relativ groß sind, so dass beim Spannen eine plastische Verformung des Rohres droht.
In der EP 0940506 A1 wird eine Spannzange vorgestellt, die in ein Rohr eingeführt wird und über Spreizelemente, die gegen die Rohrinnenwand gedrückt werden, das Rohr mit der Spannvorrichtung verspannt. Auch hier ist der Nachteil gegeben, dass die Spannkräfte, die im oberen Bereich des Rohres angreifen, dieses in diesem Bereich deformieren.
Für alle diese Spannvorrichtungen gilt, da sie im oberen Bereich des Rohres angreifen, dass bei dünnwandigen Rohren mit einem kleinen Durchmesser- /Längenverhältnis beim Vorgang des Einvibrierens aufgrund der statischen Auflastkraft oder einer evtl. über einen Mäkler zusätzlich aufgebrachten Vorschubkraft, die Gefahr des Ausknickens des Rohres droht. Diese Gefahr steigt, je dünnwandiger die Rohre sind. Unter dünnwandigen Rohren werden im Allgemeinen solche Rohre verstanden, die eine Wanddicke von 1 mm bis 3 mm haben. Die Länge handelsüblicher Rohre liegt z. B. bei 4 m und deren Durchmesser bei 160 mm, so dass sich für diesen Rohrtyp ein Durchmesser-/Längenverhältnis von 0,04 ergibt. Unter einem kleinen Durchmesser-/Längenverhältnis im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden im Regelfall Werte zwischen 0,02 und 0,06 verstanden. Allerdings ist die Knickfestigkeit eines Rohres beim Einrammen auch von der Bodenbeschaffenheit abhängig, wobei bei festeren oder mit kleinem Gestein durchsetzten Böden eine größere Gefahr einer Ausknickung besteht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, die ein sicheres, knickfreies Einbringen eines Rohres in das Erdreich ermöglicht. Diese Spannvorrichtung soll insbesondere für Rohre mit geringem Durchmesser, kleinem Durchmesser-/Längenverhältnis sowie für dünnwandige Rohre geeignet sein. Das einzubringende Rohr soll an der Spannzange sicher fixiert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Spannvorrichtung nach Anspruch 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spannvorrichtung als Rohrspannzange mit mindestens zwei radial nach außen über ein Spreizelement oder mehrere Spreizelemente bewegbaren Teilbereichen ausgebildet ist, wobei die Rohrspannzangenlänge im wesentlichen der Länge des einzurammenden Rohres oder des Rohrteils, das in den Boden eingerammt werden soll, entspricht. Anders als nach dem Stand der Technik üblich, wird die Spannzange tief in das an der Spannzange und damit an dem Vibrator zu fixierende Rohr eingeführt, wonach durch die radiale Auswärtsbewegung der Spreizelemente ein Reib- oder Formschluss mit der Rohrinnenwand erzeugt wird. Prinzipiell ist die Spannvorrichtung auch für das Herausziehen von Rohren aus dem Erdreich geeignet, was jedoch im Regelfall geringere Probleme bereitet als das Einrammen, bei dem in Abhängigkeit von der Knickfestigkeit des Rohres und der Bodenbeschaffenheit die Gefahr eines Aus- knickens des Rohres erheblich größer ist. Durch die weitgehend gleichmäßige Druckaufbringung auf den Rohrinnenmantel wird das Rohr signifikant vor einer Beschädigung geschützt.
Die radial bewegbaren Teilbereiche können durch ein radiales Ausfahren von Teilbereichen der Rohrspannzange realisiert werden. Vorzugsweise sind die über Spreizelemente bewegbaren Teilbereiche mittels Reibschluss mit der Innenwand des zu rammenden oder ziehenden Rohres spannbar. Durch das tiefe Einführen der Spannzange kann eine ausreichende Spannkraft ohne Deformation des Rohres insbeson- dere dadurch erreicht werden, dass konstruktiv eine möglichst große Reibschlussfläche mit dem Spanndruck der Spreizelemente beaufschlagt wird. In einer Ausführungsvariante der Erfindung besteht die Rohrspannzange aus einem Zylinderkörper, aus dem radial nach außen mehrere entlang seiner Längsachse ausfahrbare Hydraulikkolben mit schalenförmig ausgebildeten Stirnflächen vorgesehen sind. Alternativ hierzu ist es auch möglich, eine Hydraulikzylinder-Kolbenanordnung in längsaxialer Richtung der Rohrspannzange anzuordnen, die auf Keile einer Keilflächenpaarung einwirkt, welche eine radial nach außen gerichtete Verschiebung von Wandteilen der Rohrzange erlauben. In einem konkreten Ausführungsbeispiel kann die Rohrspannzange zwei Halbschalen besitzen, die über eine hydraulische Vorrichtung auseinanderbewegbar sind. Vorzugsweise haben die Halbschalen einen Außenradius, der gleich groß wie der Innenradius des zu spannenden Rohres ist.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Spreizelemente aus einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung, die insbesondere quer zur Rohrspannzangenlängsachse angeordnet ist. Häufig werden die eingangs genannten Vibratoren auf einem Mäkler eines Baufahrzeugs befestigt, das über entsprechende Hydraulikleitungen und -anschlüsse verfügt, die zum Betrieb der Rohrspannzange verwendbar sind. Zur Bestätigung kann jedoch auch ein separates Hydraulikaggregat verwendet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind über die Rohrspannzangenläήgsachse mehrere nebeneinander angeordnete Kolben-Zylinderanordnungen vorgesehen. Die vorzugsweise quer angeordneten Kolben werden nach Einführen der Rohrspannzange in das Rohr jeweils radial ausgefahren, wobei -je nach Konstruktion - so viele Kolben-Zylinderanordnungen vorhanden sein können, dass der Innenmantel des Rohres über seine gesamte Innenlänge spannbar ist. Durch eine solche Ausbildung werden insbesondere dünnwandige Rohre über ihre gesamte Höhe gleichmäßig mit einem Spanndruck beaufschlagt, was eine Formstabilisierung des einzubringenden Rohres begünstigt bzw. unerwünschten Deformationen entgegenwirkt. Weiterhin vorzugsweise besitzt die erfindungsgemäße Rohrspannzange zwei oder mehr in Längsrichtung geteilte Rohrabschnitte, die radial bewegbar sind. Sind nach einer weiteren Ausgestaltung die Rohrabschnitte als runde Teilzylinderschalen mit einem Außenmantelradius ausgebildet, der ein gleichgroßes bzw. ein geringfügiges kleineres Maß als der Innenradius des zu rammenden oder zu ziehenden Rohres aufweist, kann eine ideale vollflächige Anlage der radial bewegbaren Rohrabschnitte an die Innenwand des einzurammenden oder zu ziehenden Rohres geschaffen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung besitzt die Spreizvorrichtung ein von einem hydraulischen Zylinder angetriebenes Koppelgetriebe oder eine Anordnung aufeinander gleitender Leisten mit hintereinander angeordneten Keilflächen. Solche Ausbildungen ermöglichen eine exakte Führung der Spreizvorrichtung, die robust und verschleißunanfällig ist.
Bei dünnen Rohren, die ins Erdreich eingerammt werden sollen, besteht die Gefahr, dass aufgrund des geringen Widerstandsmomentes des Rohres aufgrund des beim Einrammen auftretenden Spitzendruckes und bei Hindernissen wie Steinen eine Verformung der Rohrstirnseite auftreten kann, unter Umständen ist dann aufgrund dieser Verformung die Solltiefe, bis zu der das Rohr eingerammt werden soll, nicht erreichbar. Auch kann die Deformation des Rohres bewirken, dass keine hinreichende statische Tragfunktion mehr gegeben ist. Um diesen Nachteilen abzuhelfen, wird nach einer Weiterbildung der Erfindung das freie Rohrspannzangenende mit einer verschleißgeschützten konischen Spitze versehen.
Diese Spitze hat im Anwendungsfall den Zweck, die Rohrspannzange im eingespannten Zustand zu schützen. Hierzu wird die Spannzange mit Spitze soweit in das Rohr eingeführt, dass die Spitze über das Rohrende hinausragt. Vorsorglich ist der verbleibende Randbereich zwischen dem größten Durchmesser der Spitze und der Rohrinnenwand noch mit einer flexiblen oder elastischen Masse abzudichten. Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass beim Rohrvortrieb Erdreich in den Rohrinnenraum gelangt und dort möglicherweise die Rohrspannzange beschädigt oder übermäßigen Verschleiß verursacht. Zweckmäßigerweise ist die Spitze mit einem vorderen Verschleißschutz versehen, beispielsweise mit einer Panzerung oder Hartmetallstiften.
Eine Möglichkeit den Ringspalt zwischen einzubringendem Rohr und Pfahlspannzange abzudichten besteht darin, dass die Spitze in ihrer Geometrie so ausgebildet ist, dass sie eine zylindrische Mantelfläche aufweist, auf die ein elastischer Dichtring aufgeschoben werden kann, z. B. ein O-Ring. Bei der Aufnahme des Rohres durch die Spannzange wird die Spitze so weit über das Rohrende hinausgeschoben, dass der Bereich der zylindrischen Mantelfläche axial auf der Höhe des Rohrendes liegt. Anschließend wird der O-Ring von unten auf die zylindrische Mantelfläche der Spitze geschoben. Der Innendurchmesser des O-Ringes oder des elastischen Dichtringes ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Mantelfläche der Spitze, so dass beim Aufschieben der Dichtring auf der Mantelfläche geklemmt bleibt und nicht herunter rutschen kann. Der Außendurchmesser des O-Ringes oder des elastischen Dichtringes ist leicht größer als der Innendurchmesser des Rohres unter Beachtung der Toleranzen. Durch diese Anordnung wird beim Einfahren des Rohres in das Erdreich der Dichtring in den Ringspalt zwischen Spannzange und Rohr eingepresst, so dass kein Erdreich eindringen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Rohrspannzange in ihrem unteren Bereich vor der Spitze einen zylindrischen Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des zu spannenden Rohres. In einer ringförmigen nutartigen Vertiefung in diesem Bereich befindet sich ein dehnbares elastisches Material. Über eine Zuleitung in der Spannzange wird über ein gasförmiges oder flüssiges Medium radialer Druck auf das elastische Medium in der Nut aufgebracht, dass das elastische Material soweit dehnt, dass es gegen die Innenseite der Rohrwandung gepresst wird und so den Ringspalt zwischen Rohr und Spannzange gegen eindringendes Erdreich abdichtet.
Bevorzugt kann die Abdichtung hydraulisch erfolgen, so dass die Spannfunktion und die Abdichtfunktion gleichzeitig über eine Zuleitung erfolgen. Zum Spannen eines Rohres auf einer Spannvorrichtung wird nach einer weiteren Ausgestaltung das Verfahren nach Anspruch 12 verwendet, wonach die Rohrspannzange in das Rohr eingeführt und anschließend die Spreizelemente der Rohrspannzange zur radialen Aufspreizung der Teilbereiche der Rohrspannzange bis zur reib- oder formschlüssigen Anlage an der Innenwand des zu spannenden Rohres betätigt werden, so dass das Rohr zumindest im Wesentlichen über seine gesamte Länge oder über die im Erdreich zu versenkende Länge mit der Rohrspannzange beaufschlagt wird.
Wie bereits vorstehend angesprochen, kann die mit einer Spitze versehene Rohrspannzange bis zum untersten Abschnitt in das Rohr eingeführt werden, so dass die verschleißgeschützte Spitze über das Rohrende hinausragt, bevor die Spreizelemente betätigt werden. Die Spitze dient dann als Schutz für die Rohrspannzange.
Die Rohrspannzange dient somit als eine Art Spreizdorn, über den die Vibrationen des Vibrators auf das einzubringende Rohr übertragen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt
Fig. 1a eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
Fig. 1b eine Querschnittsansicht derselben Spannvorrichtung,
Fig. 1c eine Seitenansicht einer Spannzange,
Fig. 1d,e eine teilgeschnittene Seitenansicht und eine Queransicht der Spannzange nach Fig. 1c
Fig. 1f eine alternative Ausführungsform einer Spannzange und Fig. 2 eine Ausführungsvariante der Spannvorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer
Spitze,
Fig. 2a eine Teilquerschnittsansicht der Spannvorrichtung mit einer Spitze, die ohne Abdichtung des Ringraums in das Rohr eingefügt ist und
Fig. 2b dieselbe Teilquerschnittsansicht wie in Fig. 2a mit abgedichtetem Ringraum zwischen Spannvorrichtung und Rohr, sowie
Fig. 3 eine Teilquerschnittsansicht der Spannvorrichtung mit einer Spitze, auf die ein O-Ring aufgeschoben ist.
Die in den Figuren dargestellte Rohrspannzange besteht aus einem zylindrischen Grundkörper 10, dessen Durchmesser geringfügig kleiner ausgebildet ist als der Innendurchmesser des einzubringenden langen Rohres 11 oder kürzeren Rohres 12. Senkrecht zur Zylinderachse 13 ist mindestens ein Zylinder, vorzugsweise, wie auch dargestellt, sind mehrere Zylinder 14 in einer Ebene übereinander angebracht. In diesen Zylinder stecken Kolben, die hydraulisch betätigbar und quer zur Achsrichtung über den Durchmesser des Zylinders ausfahrbar sind, so dass sie einen beweglich angeordneten Teilbereich 15 bzw. mehrere Teilbereiche radial nach außen bewegen. Der Teilbereich 15 wird durch einen schalenförmig gekrümmten Mantel der Kolbenstirnfläche gebildet. Durch eine radial geführte Bewegung der Kolben kommt es zur Anlage der Teilbereiche 15 am Innenmantel des Rohres 11 oder 12, das hierdurch mit der Spannvorrichtung verspannt wird, wobei der Zylindermantelteil, der der Kolbenseite abgewandt ist, an der gegenüberliegenden Rohrinnenseite zur Anlage kommt.
Alternativ werden zwei in Längsrichtung geteilte Rohre der Spannvorrichtung im Inneren des zu spannenden Rohres 11 , 12 radial auseinandergedrückt, insbesondere über ein von einem hydraulischen Linearzylinder angetriebenen Koppelgetriebe oder einer Anordnung (s. Fig. 1e) aufeinander gleitender Leisten 111 , 111' mit hintereinander angeordneten Keilflächen 112, 112'. Hierbei wird die Leiste 111 ' in Pfeilrich- tung 113 geführt, so dass die Keilflächen 112, 112' aneinander gleiten. Bedingt durch die Keilform wird der Teilbereich 114 radial nach außen gedrückt. Alternativ können auch zwei Halbschalen von mehreren integrierten Hydraulikkolben auseinandergedrückt werden.
Durch die Radialbewegung der Teilbereiche entsteht eine relativ große Klemmfläche, so dass die Klemmkraft eine geringe Flächenpressung am Rohrinnenmantel hervorruft. Durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spannzangenzylinders mit einem geringfügig geringeren Außendurchmesser als dem Innendurchmesser des Rohres wird zudem eine plastische Deformation des Rohres 11 , 12 verhindert.
Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Spannzange liegt darin, dass mit Hilfe einer Verlängerung 16, wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist, Rohre von größerer Länge 11 als die Zylinderlänge der Spannzange 10 ausmacht, so geklemmt werden können, dass die Klemmung im unteren Bereich des Rohres erfolgt. Hierdurch wird erreicht, dass der untere Bereich des Rohres ausgesteift ist und der obere Bereich des Rohres dadurch gegen Knicken geschützt ist, dass er ziehend eingebracht wird.
In Fig. 2 ist zusätzlich eine Spitze 17 am unteren Ende der Spannvorrichtung dargestellt, mit der eine Deformation der Rohrwand durch spitze Widerstände und Hindernisse vermieden wird.
Zum Spannen der Spannvorrichtung an dem Rohr wird zunächst die Spannvorrichtung 11 , ggf. mit der Verlängerung 16 in das Rohr eingeführt und anschließend die Kolben-Zylinder-Anordnung betätigt.
Die Spitze 17 kann vorzugsweise mit Hartmetallstiften bestückt sein, was den Verschleiß verringert und Störungen in an sich vibrierfähigem Boden, wie sie durch Stein oder festere Schichten auftreten können, leichter überwinden hilft. Die Spannvorrichtung oder die Verlängerung 16 ist über eine Anschlussplatte 19 mit einem Vibrator verbunden, der senkrechte Schwingungen erzeugen kann, die über die Spannvorrichtung auf das einzutreibende oder herauszuziehende Rohr übertragen werden.
Wie in Fig. 2a und 2b oder Fig. 3 jeweils schematisch dargestellt ist, kann ein Eindringen von Erdreich in den Ringspalt zwischen der Spannvorrichtung und dem Rohrinnenmantel 11 bzw. 12 durch eine Dichtung 20 oder 22 vermieden werden. Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2a und 2b besitzt die Spitze 17 einen zylinderförmigen Übergangsbereich mit einer Ringnut 23, in der eine im Querschnitt U-förmige Dichtung, die von der Spitzeninnenseite her mit Druck beaufschlagbar ist, wie dies in den Fig. 2a und 2b durch Pfeile 21 angedeutet ist. Wird eine solche Dichtung beaufschlagt, bewegt sie sich von der eingefahrenen Position gemäß Fig. 2a, bei der sie im Wesentlichen bündig mit dem Außenmantel des Zylinders abschließt, in eine Lage, bei der sie sich dichtend an den Rohrinnenmantel 121 des Rohres 12 anlegt. Solche Dichtungen sind als Elastomer ausgefertigt und kehren in den in Fig. 2a angedeuteten Ausgangszustand zurück, sobald die Druckbeaufschlagung aufgehoben wird.
Eine technisch alternative Ausführungsform einer Dichtung mittels eines O-Ringes 22 zeigt Fig. 3. In diesem Fall wird auf die Spitze 17 ein O-Ring entlang des Kegels 171 aufgeschoben, wobei der O-Ring soweit aufgeweitet wird, bis er in der in Fig. 3 dargestellten Lage reibschlüssig anliegt, wobei er den Ringspalt zwischen dem Rohr 11 und dem Zylinderteil 172 der Spitze abdichtet. Das Aufschieben dieses Ringes erfolgt vorzugsweise, nachdem die Spannvorrichtung komplett in das Rohr 11 eingeführt worden ist. Der O-Ring ist hinsichtlich seiner Elastizität sowie seiner Härte und Dimensionierung den jeweiligen maximalen Durchmesser der Spitze anzupassen.

Claims

Ansprüche
1. Spannvorrichtung an einem Vibrator, mit dem ein Rohr (11 , 12), insbesondere ein dünnwandiges Rohr mit einem kleinen Durchmesser- /Längenverhältnis, ins Erdreich eingerammt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Spannvorrichtung als Rohrspannzange mit mindestens zwei radial nach außen über ein oder mehrere Spreizelemente (14, 15) bewegbaren Teilbereichen ausgebildet ist, wobei die Rohrspannzangenlänge im Wesentlichen der Länge des einzurammenden Rohres oder Rohrteiles entspricht.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die über Spreizelemente bewegbaren Teilbereiche mittels Reibschluss mit der Innenwand des zu rammenden oder zu ziehenden Rohres (11 , 12) spannbar sind.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizelemente aus einer hydraulischen Kolbenzylinderanordnung (14, 15) besteht, die vorzugsweise quer zur Rohrspannzangenlängsachse (13) angeordnet ist.
4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass über die Rohrspannzangenlängsachse (13) mehrere nebeneinander angeordnete Kolbenzylinderanordnungen vorgesehen sind.
5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrspannzange zwei oder mehr in Längsrichtung geteilte Rohrabschnitte aufweist, die radial bewegbar sind.
6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabschnitte einen runden teilzylinderschalenförmigen Außenmantel aufweisen, dessen Radius vorzugsweise ein gleich großes oder ein geringfügig kleineres Maß als der Innenradius des zu rammenden oder zu ziehenden Rohres aufweist.
7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizvorrichtung ein von einem hydraulischen Zylinder angetriebenes Koppelgetriebe oder eine Anordnung aufeinander gleitender Leisten (111 , 111') mit hintereinander angeordneten Keilflächen (112, 112') besitzt.
8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Rohrspannzangenende eine verschleißgeschützte konische Spitze (17) aufweist, die vorzugsweise gepanzert oder mit Hartmetallstiften bewehrt ist.
9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung des Ringspaltes zwischen dem einzubringenden Rohr und der Spann Vorrichtung an dem vorderen Ende eine elastische aufweitbare Dichtung angeordnet oder eine ringförmige Dichtung aufgeschoben ist, deren Innendurchmesser vorzugsweise geringfügig kleiner als der Durchmesser des vorderen Mantels der Spannvorrichtung, insbesondere der Spitze (17) ist und deren Außendurchmesser geringfügig größer als der Innendurchmesser des einzubringenden Rohres ist.
10. Spannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Dichtung auf einer zylindrischen Mantelfläche oder teilweise mit ihrem Querschnitt in einer Nut des Außenmantels der Spannvorrichtung liegt.
11. Spannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung der elastischen Dichtung hydraulisch erfolgt, vorzugsweise mit derselben Hydraulikeinrichtung, mit der auch die Spannvorrichtung betätigbar ist.
12. Verfahren zum Spannen eines Rohres auf einer Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , bei dem die Rohrspannzange über die gesamte Länge des Rohres in das Rohr eingeführt und anschließend die Spreizelemente der Rohrspannzange zur radialen Aufspreizung der Teilbereiche der Rohrspannzange bis zur reib- oder formschlüssigen Anlage an der Innenwand des zu spannenden Rohres betätigt werden, so dass das Rohr zumindest im Wesentlichen über seine gesamte Länge oder über die im Erdreich zu versenkende Länge mit der Rohrspannzange beaufschlagt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrspannzange bis zum untersten Abschnitt in das Rohr eingeführt wird, so dass die Spitze (17) über das Rohrende hinausragt, bevor die Spreizelemente betätigt werden.
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