WO2013026510A1 - Pfahl - Google Patents

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WO2013026510A1
WO2013026510A1 PCT/EP2012/002883 EP2012002883W WO2013026510A1 WO 2013026510 A1 WO2013026510 A1 WO 2013026510A1 EP 2012002883 W EP2012002883 W EP 2012002883W WO 2013026510 A1 WO2013026510 A1 WO 2013026510A1
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WO
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pile
sleeve
shank
region
insertion depth
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/002883
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang BRUGGER
Original Assignee
Duktus S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Duktus S.A. filed Critical Duktus S.A.
Publication of WO2013026510A1 publication Critical patent/WO2013026510A1/de

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D29/00—Independent underground or underwater structures; Retaining walls
    • E02D29/16—Arrangement or construction of joints in foundation structures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/24—Prefabricated piles
    • E02D5/28—Prefabricated piles made of steel or other metals
    • E02D5/285—Prefabricated piles made of steel or other metals tubular, e.g. prefabricated from sheet pile elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/48—Piles varying in construction along their length, i.e. along the body between head and shoe, e.g. made of different materials along their length

Definitions

  • the invention relates to a pile having a substantially cylindrical shank whose shank outer diameter tapers conically in the region of a first pile end, wherein the shank in the region of a second pile end merges into an internally cone-shaped sleeve, wherein in the sleeve another pile with its conical first pile end can be inserted up to a maximum insertion depth defined by a stop, wherein from the beginning of the transition from shank to sleeve to the second pile end of the pile outer diameter, starting from the shank outer diameter is always larger.
  • Such piles are usually made of ductile cast iron and are used in the construction industry as Rammpfähle.
  • the individual piles which are mostly predetermined lengths of e.g. Have five meters, are plugged through the design with a conically tapered first pile end and a socket formation in the region of the second pile end into one another.
  • pile by pile can be driven into the ground, which can be produced quickly and inexpensively pile foundations of any length.
  • Rammpfähle this type are usually produced in a centrifugal casting process with a shaping, rotating mold. This results in substantially tubular piles, which are hollow inside. Depending on the type of use, these hollow piles can be filled with concrete or encased in concrete to form a stable foundation after being driven into the ground.
  • the object of the invention is therefore to provide a comparison with the prior art improved pile.
  • the stake should be designed so that it is easier to drive into the ground.
  • This object is achieved in that the beginning of the transition from shank to sleeve starting from the second pile end at at least 1, 4 times the maximum insertion depth, preferably in the range between 1, 4 times the maximum insertion depth and 2.5 times maximum insertion depth, more preferably at twice the maximum insertion depth, is.
  • the angle which a tangent cutting the longitudinal axis of the pile to an outer contour of the pile with the longitudinal axis less than or equal to 17 °, preferably less than or equal to 10 °, more preferably less than or equal to 8 °.
  • the conicity of the shaft outer diameter in the region of the first pile end and / or the conicity of a sleeve inner diameter is in a range of 1: 8 to 1: 20, where conicity is understood as the ratio of diameter change to associated length ,
  • the conicity of the outer shaft diameter in the region of the first pile end and / or the conicity of the inner socket diameter of 1:15 to 1:18, preferably 1:16 or 1:17 is.
  • a change in diameter of the outer shaft diameter in the region of the first pile end and / or of the inner diameter of the sleeve by one unit of measure is thus particularly preferably carried out over a pile length of 16 or 17 units.
  • the proposed conicity makes it possible, in particular, to achieve a uniform voltage profile of the stresses occurring in the sleeve during a latching process. This leads to an improved distribution of forces in the material and a reduced risk of fractures during pile driving.
  • the taper of the socket internal diameter of one pile corresponds to the taper of the shank outer diameter of the succeeding pile which is inserted into the socket of the previous pile. This results in a substantially self-clamping and non-positive connection of the individual piles.
  • the inner contour of the sleeve may have a stop.
  • the maximum insertion depth is limited by a circumferential shoulder formed radially on an inner wall of the sleeve in the direction of a longitudinal axis of the pile, wherein the peripheral shoulder has a circumferential contact surface.
  • the circumferential contact surface is oriented substantially perpendicular to the longitudinal axis of the pile and the circumferential contact surface, starting from the inner wall of the sleeve radially in the direction of the longitudinal axis of the post has a width of 3 mm to 8 mm, preferably greater than or equal to 5 mm, having.
  • a defined footprint for the subsequent pile is formed, which may rest against the peripheral bearing surface with the end face of its first pile end.
  • Protection is also desired for a method of making a proposed pile, wherein a liquid molten metal is introduced into a mold rotating about its central axis, wherein an inner contour of the mold defines an outer contour of the pile from a first pile end to a second pile end, the mold having a having substantially cylindrical shaft portion corresponding to the shaft of the pile, in a transition portion in a sleeve portion passes according to the sleeve of the pile, wherein from the beginning of the transition from shaft section to sleeve section to the second pile end, a clear diameter of the inner contour is always larger, using a mold, the beginning of the transition from shaft section to socket section starting from the second pile end at least the 1, 4 times the maximum insertion depth of the pile, preferably in the range between 1, 4 times the maximum insertion depth of the pile and 2.5 times the maximum insertion depth of the pile, particularly preferably at twice the maximum insertion depth of the pile is.
  • the angle which a tangent to the central contour of the mold encloses the inner contour of the mold with the central axis is less than or equal to 17 °, preferably less than or equal to 10 °, particularly preferably less than or equal to 8 °.
  • a substantially cylindrical sleeve core whose outer contour in the region of an end face End of the sleeve core has a circumferential recess in the form of a shoulder. It is advantageous if the depth of the circumferential recess has a width of 3 mm to 8 mm, preferably greater than or equal to 5 mm, radially in the direction of a longitudinal axis of the sleeve core.
  • an outer contour of the sleeve core in the region of an end face of the sleeve core has a circumferential recess in the form of a shoulder. It is particularly advantageous if the depth of the circumferential recess radially in the direction of a longitudinal axis of the sleeve core has a width of 3 mm to 8 mm, preferably greater than or equal to 5 mm, and the circumferential recess forms a circumferential shoulder surface, wherein the circumferential shoulder surface substantially is aligned perpendicular to a longitudinal axis of the sleeve core.
  • a sleeve core may at least partially, preferably completely, consist of sand and may have a substantially frusto-conical lateral surface, their taper in a range of 1: 8 to 1 20, preferably from
  • the conicity of the lateral surface of the sleeve core defines the conicity of the inner wall of a sleeve of a pile produced with the aid of the sleeve core.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal section through an embodiment of a proposed pile
  • Fig. 2 is a schematic longitudinal section through a post according to
  • Fig. 3 is a schematic longitudinal section through a proposed
  • a pile 1 shows a schematic longitudinal section through a proposed pile 1.
  • a pile 1 is usually used as a pile pile for pile foundations and consists at least partially, preferably completely, of ductile cast iron.
  • the pile 1 is substantially tubular, wherein the shaft 2 of the pile 1 at least partially has a substantially constant outer shaft diameter D Sa and / or a substantially constant shaft inner diameter D S i.
  • the piles 1 are usually prefabricated as precast elements and have defined lengths of, for example, five or six meters. To improve clarity, a portion of the shaft 2 was removed in this illustration (indicated by the dash-dotted lines of weakness).
  • the shank 2 tapers conically up to the first end face 7a of the pile 1.
  • the shank 2 in the region of the conical taper of the shank outer diameter D Sa in the area of the first pile end 1a is substantially constant shaft inner diameter D S i has.
  • This decreasing wall thickness W s leads to a reduced bending stiffness in this area of the pile 1, whereby the Plugging or ramming the pile 1 in the sleeve 3 of another pile 1 easier.
  • the shank 2 of the pile 1 merges into a sleeve 3, which has an inner wall 6 with a sleeve inner diameter D M i whose conicity K M corresponds to the conicity K s of the shank 2 in the region of the first pile end 1a ,
  • the inner wall 6 of the sleeve 3 also has, at a distance from the maximum insertion depth T, starting from the second end face 7b of the pile 1, a circumferential shoulder 8 formed essentially radially in the direction of a longitudinal axis L of the pile 1.
  • This circumferential shoulder 8 has a circumferential contact surface 8a, which is aligned substantially perpendicular to the longitudinal axis L of the pile 1. If another pile 1 with its first pile end 1a is inserted or driven into the socket 3 of this pile 1, then this circumferential bearing surface 8a forms a defined contact surface for the driven pile 1, which can abut with its first end face 7a against the peripheral bearing surface 8a , This results in the one hand, a defined limited insertion depth T and on the other hand by the formation of the circumferential bearing surface 8a optimal power transmission of the pile joints in an existing pile 1 pile foundation.
  • the circumferential contact surface 8a starting from the inner wall 6 of the sleeve 3 radially in the direction of the longitudinal axis L of the pile 1 has a width of 3 mm to 8 mm, preferably greater than or equal to 5 mm.
  • a further wall reinforcement of the pile 1 is additionally provided, which is formed by the fact that the shank internal diameter D Si is slightly reduced in this area. This results exactly in the stress-critical area of the contact surface 8a, which absorbs Einrammst Schemee, an additional wall reinforcement, through which this voltage critical area is more stable overall and has a greater error tolerance with respect to, for example, obliquely set ram joints.
  • the wall thickness W M of the sleeve 3 is greater
  • the sleeve 3, starting from the second pile end 1b to the maximum insertion depth T has a substantially constant wall thickness W M.
  • the wall thickness W s of the shaft 2 of a pile 1 This results in an increased flexural rigidity in the connection region of two piles 1, whereby the stability of a pile foundation consisting of piles 1 increases overall.
  • the total outer pile diameter D Pa increases .
  • the beginning of the transition 4 4 from shank 2 to sleeve 3 of a pile 1 starting from second pile end 1b at at least four times the maximum insertion depth T, preferably in the range between 1.4 times the maximum insertion depth T and 2.5 times the maximum insertion depth T, particularly preferably at twice the maximum insertion depth T.
  • that angle a which includes a tangent A intersecting the longitudinal axis L of the pile 1 to an outer contour of the pile 1 with the longitudinal axis L, is less than or equal to 17 °, preferably less than or equal to 10 °, particularly preferably less than or equal to 8 °.
  • a transition 5 of an inner wall 6 of the sleeve 3 in a second end face 7b of the pile 1 in the region of the second pile end 1b rounded. It is advantageous if the rounding of the transition 5 of the inner wall 6 of the sleeve 3 in the second end face 7b of the pile 1 in the region of the second pile end 1b has a radius R of at least 5 mm, preferably from 6 mm to 10 mm, particularly preferably 8 mm , having.
  • Fig. 2 shows a schematic longitudinal section through a driven pile according to the prior art.
  • the transition 4 from the shaft 2 to the sleeve 3 takes place along a relatively short pile length, resulting in a substantially S-shaped profile of the outer contour in this transition region.
  • a tangent B through the inflection point of the S-shaped outer contour of the pile 1, which intersects the longitudinal axis L of this pile 1, encloses an angle ⁇ with the longitudinal axis L of the pile 1, which is approximately 20 °.
  • This steeper outer contour sets the pile driving a significantly increased resistance.
  • Fig. 3 shows a schematic longitudinal section through a proposed sleeve core 9.
  • a sleeve core 9 can be used for the production of a proposed pile 1 in a forming mold.
  • the conicity K K of the lateral surface 12 of the sleeve core 9 forms during the production of a pile 1, the conicity K M of the inner wall 6 of the sleeve 3 of the pile 1.
  • the circumferential recess 10 has a circumferential shoulder surface 11, which is substantially perpendicular to a longitudinal axis L K of the sleeve core 9.
  • the width B K of the circumferential shoulder surface 11 is preferably in a range of 3 mm to 8 mm, particularly preferably greater than or equal to 5 mm.
  • the circumferential recess 10 with its peripheral shoulder surface 1 1 forms during the production of a pile 1 whose circumferential shoulder 8 or circumferential bearing surface 8a.
  • the lateral surface 12 is in a substantially perpendicular to a longitudinal axis L K of the sleeve core 9 extending annular surface 13, wherein the transition 14 is formed from lateral surface 12 to annular surface 13 rounded.
  • the rounding of the transition 14 of the lateral surface 12 in the annular surface 13 has a radius R K of at least 5 mm, preferably from 6 mm to 10 mm, particularly preferably 8 mm. This results in a finished pile 1 a correspondingly rounded transition 5 of the inner wall 6 of a sleeve 3 to the second end face 7b of a pile 1 (see Fig. 1). This rounding facilitates the insertion of a pile 1 in the sleeve 3 of a previous pile. 1

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Abstract

Pfahl (1) mit einem im Wesentlichen zylindrischen Schaft (2), dessen Schaftaußendurchmesser (DSa) sich im Bereich eines ersten Pfahlendes (1a) konisch verjüngt, wobei der Schaft (2) im Bereich eines zweiten Pfahlendes (1b) in eine innen konusförmigen Muffe (3) übergeht, wobei in die Muffe (3) ein weiterer Pfahl (1) mit seinem konusförmigen ersten Pfahlende (1a) bis zu einer durch einen Anschlag definierten maximalen Einstecktiefe (T) einsteckbar ist, wobei ab Beginn (4a) des Übergangs (4) von Schaft (2) zu Muffe (3) bis zum zweiten Pfahlende (1b) der Pfahlaußendurchmesser (DPa) ausgehend vom Schaftaußendurchmesser (DSa) immer größer wird, wobei der Beginn (4a) des Übergangs (4) von Schaft (2) zu Muffe (3) ausgehend vom zweiten Pfahlende (1b) bei mindestens der 1,4-fachen maximalen Einstecktiefe (T), vorzugsweise im Bereich zwischen der 1,4-fachen maximalen Einstecktiefe (T) und der 2,5-fachen maximalen Einstecktiefe (T), besonders bevorzugt bei der zweifachen maximalen Einstecktiefe (T), liegt.

Description

Pfahl mit einem im Wesentlichen zylindrischen Schaft
Die Erfindung betrifft einen Pfahl mit einem im Wesentlichen zylindrischen Schaft, dessen Schaftaußendurchmesser sich im Bereich eines ersten Pfahlendes konisch verjüngt, wobei der Schaft im Bereich eines zweiten Pfahlendes in eine innen konusförmigen Muffe übergeht, wobei in die Muffe ein weiterer Pfahl mit seinem konusförmigen ersten Pfahlende bis zu einer durch einen Anschlag definierten maximalen Einstecktiefe einsteckbar ist, wobei ab Beginn des Übergangs von Schaft zu Muffe bis zum zweiten Pfahlende der Pfahlaußendurchmesser ausgehend vom Schaftaußendurchmesser immer größer wird.
Derartige Pfähle bestehen zumeist aus duktilem Gusseisen und werden in der Bauwirtschaft als Rammpfähle eingesetzt. Beim Herstellen von Pfahlgründungen können die einzelnen Pfähle, die zumeist vorbestimmte Längen von z.B. fünf Metern aufweisen, durch deren Ausgestaltung mit einem sich konisch verjüngenden ersten Pfahlende und einer Muffenausbildung im Bereich des zweiten Pfahlendes ineinander gesteckt werden. Dadurch kann Pfahl für Pfahl in den Boden eingerammt werden, wodurch sich rasch und kostengünstig Pfahlgründungen in beliebiger Länge herstellen lassen. Rammpfähle dieser Art werden üblicherweise in einem Schleudergussverfahren mit einer formgebenden, rotierenden Kokille hergestellt. Dabei entstehen im Wesentlichen rohrförmige Pfähle, die innen hohl sind. Je nach Verwendungsart können diese hohlen Rammpfähle für die Herstellung einer stabilen Gründung nach dem Einrammen in den Boden mit Beton ausgefüllt oder von Beton ummantelt werden.
Durch die Ausbildung einer Muffe am zweiten Pfahlende, um einen Pfahl mit einem weiteren Pfahl zusammenstecken zu können, ergibt sich ein größerer Pfahlaußendurchmesser im Bereich der Muffe des Pfahls. Da der Rest des Pfahls einen im Wesentlichen zylinderförmigen Schaft aufweist, kommt es also im Bereich der Muffe zu einer Durchmessererweiterung des Pfahls, wodurch sich insgesamt ein erhöhter Widerstand gegen das Einrammen des Pfahls in den Boden einstellt.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Pfahl anzugeben. Insbesondere soll der Pfahl so ausgebildet sein, dass er sich leichter in den Boden einrammen lässt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Beginn des Übergangs von Schaft zu Muffe ausgehend vom zweiten Pfahlende bei mindestens der 1 ,4-fachen maximalen Einstecktiefe, vorzugsweise im Bereich zwischen der 1 ,4-fachen maximalen Einstecktiefe und der 2,5-fachen maximalen Einstecktiefe, besonders bevorzugt bei der zweifachen maximalen Einstecktiefe, liegt.
Dadurch erfolgt die Vergrößerung des Pfahlaußendurchmessers im Bereich der Muffe des Pfahls über eine längere Pfahlstrecke als bei herkömmlichen Rammpfählen. Insbesondere ergibt sich keine stufenartige Vergrößerung des Pfahlaußendurchmessers. Die Vergrößerung des Pfahlaußendurchmessers beginnt damit entlang der Rammrichtung des Pfahls von seinem ersten zu seinem zweiten Pfahlende bereits wesentlich früher als bei bekannten Pfählen. Dadurch ergibt sich auch eine wesentlich flachere Aufweitung des Pfahlaußendurchmessers, wodurch sich ein verminderter Widerstand des Pfahls beim Einrammen einstellt. Die Pfähle können dadurch auch schneller verarbeitet werden, sodass sich Pfahlgründungen insgesamt schneller errichten lassen.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass jener Winkel, den eine die Längsachse des Pfahls schneidende Tangente an eine Außenkontur des Pfahls mit der Längsachse einschließt, kleiner gleich 17°, vorzugsweise kleiner gleich 10°, besonders bevorzugt kleiner gleich 8°, beträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Konizität des Schaftaußendurchmessers im Bereich des ersten Pfahlendes und/oder die Konizität eines Muffeninnendurchmessers in einem Bereich von 1 : 8 bis 1 : 20 liegt, wobei unter Konizität das Verhältnis von Durchmesseränderung zu zugeordneter Länge verstanden wird.
Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei herausgestellt, wenn die Konizität des Schaftaußendurchmessers im Bereich des ersten Pfahlendes und/oder die Konizität des Muffeninnendurchmessers von 1 : 15 bis 1 : 18, vorzugsweise 1 : 16 oder 1 : 17, beträgt. Eine Durchmesseränderung des Schaftaußendurchmessers im Bereich des ersten Pfahlendes und/oder des Muffeninnendurchmessers um eine Maßeinheit erfolgt dabei also besonders bevorzugt über eine Pfahllänge von 16 oder 17 Maßeinheiten. Durch die vorgeschlagene Konizität lässt sich insbesondere ein gleichmäßiger Spannungsverlauf der bei einem Einrammvorgang auftretenden Spannungen in der Muffe erzielen. Dies führt zu einer verbesserten Kräfteverteilung im Material und zu einer verminderten Gefahr von Brüchen während des Einrammens von Pfählen.
Idealerweise korrespondiert bei einer Pfahlgründung die Konizität des Muffeninnendurchmessers eines Pfahls mit der Konizität des Schaftaußendurchmessers des nachfolgenden Pfahls, der in die Muffe des vorhergehenden Pfahls eingesteckt bzw. eingerammt wird. Dadurch ergibt sich eine im Wesentlichen selbstklemmende und kraftschlüssige Verbindung der einzelnen Pfähle. Um die maximale Einstecktiefe eines Pfahls in die Muffe eines vorhergehenden Pfahles zu begrenzen, kann die Innenkontur der Muffe einen Anschlag aufweisen. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die maximale Einstecktiefe durch eine an einer Innenwandung der Muffe radial in Richtung einer Längsachse des Pfahls ausgebildete umlaufende Schulter begrenzt ist, wobei die umlaufende Schulter eine umlaufende Anlagefläche aufweist. Besonders günstig ist dabei, wenn die umlaufende Anlagefläche im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Pfahls ausgerichtet ist und die umlaufende Anlagefläche ausgehend von der Innenwandung der Muffe radial in Richtung der Längsachse des Pfahls eine Breite von 3 mm bis 8 mm, vorzugsweise größer gleich 5 mm, aufweist. Dadurch wird eine definierte Aufstandsfläche für den nachfolgenden Pfahl gebildet, der an der umlaufenden Anlagefläche mit der Stirnfläche seines ersten Pfahlendes anliegen kann. Insgesamt lässt sich dadurch eine optimale Kraftübertragung der Einrammstöße während des Einrammens einer Pfahlgründung erzielen. Schutz wird auch begehrt für ein Verfahren zur Herstellung eines vorgeschlagenen Pfahls, wobei eine flüssige Metallschmelze in eine um ihre Mittelachse rotierende Kokille eingebracht wird, wobei eine Innenkontur der Kokille eine Außenkontur des Pfahls von einem ersten Pfahlende zu einem zweiten Pfahlende definiert, wobei die Kokille einen im Wesentlichen zylindrischen Schaftabschnitt entsprechend dem Schaft des Pfahls aufweist, der in einem Übergangsabschnitt in einen Muffenabschnitt entsprechend der Muffe des Pfahls übergeht, wobei ab Beginn des Übergangs von Schaftabschnitt zu Muffenabschnitt bis zum zweiten Pfahlende ein lichter Durchmesser der Innenkontur immer größer wird, wobei eine Kokille verwendet wird, deren Beginn des Übergangs von Schaftabschnitt zu Muffenabschnitt ausgehend vom zweiten Pfahlende bei mindestens der 1 ,4-fachen maximalen Einstecktiefe des Pfahls, vorzugsweise im Bereich zwischen der 1 ,4-fachen maximalen Einstecktiefe des Pfahls und der 2,5-fachen maximalen Einstecktiefe des Pfahls, besonders bevorzugt bei der zweifachen maximalen Einstecktiefe des Pfahls, liegt. Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass jener Winkel, den eine die Mittelachse der Kokille schneidende Tangente an die Innenkontur der Kokille mit der Mittelachse einschließt, kleiner gleich 17°, vorzugsweise kleiner gleich 10°, besonders bevorzugt kleiner gleich 8°, beträgt. Um eine definierte umlaufende Anlagefläche in Form einer umlaufenden Schulter an einer Innenwandung der Muffe eines Pfahls ausbilden zu können, kann in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass zur Ausbildung der Muffe des Pfahls ein im Wesentlichen zylindrischer Muffenkern verwendet wird, dessen Außenkontur im Bereich eines stirnseitigen Endes des Muffenkerns eine umlaufende Ausnehmung in Form einer Schulter aufweist. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Tiefe der umlaufenden Ausnehmung radial in Richtung einer Längsachse des Muffenkerns eine Breite von 3 mm bis 8 mm, vorzugsweise größer gleich 5 mm, aufweist.
Darüber hinaus wird auch Schutz für einen Muffenkern zur Verwendung in einem vorgeschlagenen Verfahren begehrt, wobei eine Außenkontur des Muffenkerns im Bereich eines stirnseitigen Endes des Muffenkerns eine umlaufende Ausnehmung in Form einer Schulter aufweist. Besonders günstig ist es dabei, wenn die Tiefe der umlaufenden Ausnehmung radial in Richtung einer Längsachse des Muffenkerns eine Breite von 3 mm bis 8 mm, vorzugsweise größer gleich 5 mm, aufweist und die umlaufende Ausnehmung eine umlaufende Schulterfläche bildet, wobei die umlaufende Schulterfläche im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Muffenkerns ausgerichtet ist.
Ein Muffenkern kann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus Sand bestehen und kann eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Mantelfläche aufweisen, deren Konizität in einem Bereich von 1 : 8 bis 1 20, vorzugsweise von
1 : 15 bis 1 : 18, besonders bevorzugt bei 1 : 16 oder 1 : 17, liegt. Die Konizität der Mantelfläche des Muffenkerns definiert die Konizität der Innenwandung einer Muffe eines mit Hilfe des Muffenkerns hergestellten Pfahls.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Pfahls,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Pfahl gemäß
Stand der Technik überlagert von einem Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Pfahls und
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen vorgeschlagenen
Muffenkern.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen vorgeschlagenen Pfahl 1. Ein solcher Pfahl 1 wird üblicherweise als Rammpfahl für Pfahlgründungen eingesetzt und besteht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus duktilem Gusseisen. Üblicherweise ist der Pfahl 1 im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet, wobei der Schaft 2 des Pfahls 1 zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen konstanten Schaftaußendurchmesser DSa und/oder einen im Wesentlichen konstanten Schaftinnendurchmesser DSi aufweist. Die Pfähle 1 werden meistens als Fertigteile vorgefertigt und weisen definierte Längen von bspw. fünf oder sechs Metern auf. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit wurde in dieser Darstellung ein Teil des Schaftes 2 entfernt (angedeutet durch die strichpunktierten Bruchlinien).
Im Bereich des ersten Pfahlendes 1a verjüngt sich der Schaft 2 konisch bis zur ersten Stirnfläche 7a des Pfahls 1. Dabei ist in diesem Beispiel vorgesehen, dass der Schaft 2 im Bereich der konischen Verjüngung des Schaftaußendurchmessers DSa im Bereich des ersten Pfahlendes 1a einen im Wesentlichen konstanten Schaftinnendurchmesser DSi aufweist. Dadurch ergibt sich insgesamt im Bereich der konischen Verjüngung des ersten Pfahlendes 1a eine in Richtung der ersten Stirnfläche 7a abnehmende Wandstärke Ws des Schaftes 2. Diese sich verringernde Wandstärke Ws führt zu einer verringerten Biegesteifigkeit in diesem Bereich des Pfahls 1 , wodurch sich das Einstecken bzw. Einrammen des Pfahls 1 in die Muffe 3 eines weiteren Pfahls 1 erleichtert.
Im Bereich des zweiten Pfahlendes 1 b geht der Schaft 2 des Pfahls 1 in eine Muffe 3 über, die eine Innenwandung 6 mit einem Muffeninnendurchmesser DMi aufweist, deren Konizität KM der Konizität Ks des Schaftes 2 im Bereich des ersten Pfahlendes 1a entspricht. Dadurch ergibt sich für ineinander gesteckte Pfähle 1 jeweils eine im Wesentlichen selbstklemmende, kraftschlüssige Verbindung. Die Innenwandung 6 der Muffe 3 weist darüber hinaus in einer Entfernung der maximalen Einstecktiefe T ausgehend von der zweiten Stirnfläche 7b des Pfahls 1 eine umlaufende, im Wesentlichen radial in Richtung einer Längsachse L des Pfahls 1 ausgebildete Schulter 8 auf. Diese umlaufende Schulter 8 weist eine umlaufende Anlagefläche 8a auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse L des Pfahls 1 ausgerichtet ist. Wird ein weiterer Pfahl 1 mit seinem ersten Pfahlende 1a in die Muffe 3 dieses Pfahles 1 eingesetzt bzw. eingerammt, so bildet diese umlaufende Anlagefläche 8a eine definierte Aufstandsfläche für den eingerammten Pfahl 1 , der mit seiner ersten Stirnfläche 7a an der umlaufenden Anlagefläche 8a anliegen kann. Dadurch ergibt sich einerseits eine definierte begrenzte Einstecktiefe T und andererseits durch die Ausbildung der umlaufenden Anlagefläche 8a eine optimale Kraftübertragung der Rammstöße in eine aus Pfählen 1 bestehende Pfahlgründung. Die umlaufende Anlagefläche 8a weist ausgehend von der Innenwandung 6 der Muffe 3 radial in Richtung der Längsachse L des Pfahls 1 eine Breite von 3 mm bis 8 mm, vorzugsweise größer gleich 5 mm, auf.
Im Bereich der umlaufenden Schulter 8 ist zusätzlich eine weitere Wandverstärkung des Pfahls 1 vorgesehen, die dadurch gebildet ist, dass sich der Schaftinnendurchmesser DSi in diesem Bereich etwas verringert. Dadurch ergibt sich genau im spannungskritischen Bereich der Anlagefläche 8a, die Einrammstöße aufnimmt, eine zusätzliche Wandverstärkung, durch die dieser spannungskritische Bereich insgesamt stabiler wird und eine größere Fehlertoleranz in Bezug auf beispielsweise schräg angesetzte Rammstöße aufweist.
Da es im Bereich der Muffe 3 eines Pfahls 1 zu erhöhten Materialbeanspruchungen kommt, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Wandstärke WM der Muffe 3 größer ist als die Wandstärke Ws des Schaftes 2 eines Pfahls 1. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Muffe 3 ausgehend vom zweiten Pfahlende 1b bis zur maximalen Einstecktiefe T eine im Wesentlichen konstante Wandstärke WM aufweist. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Biegesteifigkeit im Verbindungsbereich von zwei Pfählen 1 , wodurch sich die Stabilität einer aus Pfählen 1 bestehenden Pfahlgründung insgesamt erhöht.
Durch das Ineinanderstecken von Pfählen 1 und die Erhöhung der Wandstärke W der Muffe 3 eines Pfahls 1 erhöht sich allerdings im Bereich einer Muffe 3 eines Pfahls 1 der gesamte Pfahlaußendurchmesser DPa. Um die Zunahme des Pfahlaußendurchmessers DPa in Einrammrichtung eines Pfahls 1 ausgehend von seinem ersten Pfahlende 1 a bis zum zweiten Pfahlende 1 b so langsam wie möglich zu gestalten, liegt der Beginn 4a des Übergangs 4 von Schaft 2 zu Muffe 3 eines Pfahls 1 ausgehend vom zweiten Pfahlende 1b bei mindestens der ,4-fachen maximalen Einstecktiefe T, vorzugsweise im Bereich zwischen der 1 ,4-fachen maximalen Einstecktiefe T und der 2,5-fachen maximalen Einstecktiefe T, besonders bevorzugt bei der zweifachen maximalen Einstecktiefe T. Dadurch ergibt sich im Übergangsbereich 4 vom Schaft 2 zur Muffe 3 eines Pfahls 1 ein in Bezug zur Längsachse L des Pfahls 1 relativ flacher Anstieg des Pfahlaußendurchmessers DPa. Insbesondere beträgt jener Winkel a, den eine die Längsachse L des Pfahls 1 schneidende Tangente A an eine Außenkontur des Pfahls 1 mit der Längsachse L einschließt, kleiner gleich 17°, vorzugsweise kleiner gleich 10°, besonders bevorzugt kleiner gleich 8°. Dieser relativ flache Anstieg des Pfahlaußendurchmessers DPa in Verbindung mit der Wandverstärkung im spannungskritischen Bereich der umlaufenden Schulter 8 führt insgesamt zu einem wesentlich stabileren Pfahl 1 , der auch fehlertoleranter gegenüber schräg zur Längsachse L einwirkenden Rammstößen ist. Insbesondere ergibt sich beim Einrammen eines Pfahls 1 auch kein Einschnüreffekt, da ausgehend von der umlaufenden Schulter 8 die Abnahme der Wandstärke bis zur Wandstärke Ws des Schaftes 2 über eine verhältnismäßig große Pfahllänge erfolgt.
Um das Einstecken eines nachfolgenden Pfahls 1 in die Muffe 3 eines Pfahls 1 zu erleichtern, ist im gezeigten Beispiel ein Übergang 5 einer Innenwandung 6 der Muffe 3 in eine zweite Stirnfläche 7b des Pfahls 1 im Bereich des zweiten Pfahlendes 1b abgerundet ausgebildet. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Abrundung des Übergangs 5 der Innenwandung 6 der Muffe 3 in die zweite Stirnfläche 7b des Pfahls 1 im Bereich des zweiten Pfahlendes 1b einen Radius R von mindestens 5 mm, vorzugsweise von 6 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 8 mm, aufweist.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Rammpfahl gemäß Stand der Technik. Der Übergang 4 vom Schaft 2 zur Muffe 3 findet dabei entlang einer verhältnismäßig kurzen Pfahllänge statt, wodurch sich ein im Wesentlichen S-förmiger Verlauf der Außenkontur in diesem Übergangsbereich ergibt. Eine die Längsachse L dieses Pfahls 1 schneidende Tangente B durch den Wendepunkt der S-förmigen Außenkontur des Pfahls 1 schließt mit der Längsachse L des Pfahls 1 einen Winkel ß ein, der ca. 20° beträgt. Dadurch ergibt sich in Bezug auf die Längsachse L eine in Rammrichtung vom ersten Pfahlende 1a zum zweiten Pfahlende 1b deutlich steilere Außenkontur als bei einem vorgeschlagenen Pfahl 1. Diese steilere Außenkontur setzt dem Rammvorgang einen deutlich erhöhten Widerstand entgegen.
Strichpunktiert ist die Außenkontur des Übergangs 4 eines vorgeschlagenen Pfahls 1 angedeutet. Hierbei ist deutlich die flachere Außenkontur mit einem geringeren Winkel α zwischen einer Tangente A an die Außenkontur und die Längsachse L eines Pfahls 1 ersichtlich.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen vorgeschlagenen Muffenkern 9. Ein solcher Muffenkern 9 kann für die Herstellung eines vorgeschlagenen Pfahls 1 in eine formgebende Kokille eingesetzt werden. Die Konizität KK der Mantelfläche 12 des Muffenkerns 9 bildet während der Herstellung eines Pfahls 1 die Konizität KM der Innenwandung 6 der Muffe 3 des Pfahls 1. Im Bereich eines stirnseitigen Endes 9a weist der Muffenkern 9 eine umlaufende Ausnehmung 10 in Form einer Schulter auf. Die umlaufende Ausnehmung 10 weist eine umlaufende Schulterfläche 11 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse LK des Muffenkerns 9 steht. Die Breite BK der umlaufenden Schulterfläche 11 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 3 mm bis 8 mm, besonders bevorzugt ist sie größer gleich 5 mm. Die umlaufende Ausnehmung 10 mit ihrer umlaufenden Schulterfläche 1 1 bildet während der Herstellung eines Pfahls 1 dessen umlaufende Schulter 8 bzw. umlaufende Anlagefläche 8a. Beim uffenkern 9 dieses Beispiels geht die Mantelfläche 12 in eine im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse LK des Muffenkerns 9 verlaufende Ringfläche 13 über, wobei der Übergang 14 von Mantelfläche 12 zu Ringfläche 13 abgerundet ausgebildet ist. Besonders günstig ist dabei, wenn die Abrundung des Übergangs 14 der Mantelfläche 12 in die Ringfläche 13 einen Radius RK von mindestens 5 mm, vorzugsweise von 6 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 8 mm, aufweist. Dadurch ergibt sich in einem fertigen Pfahl 1 ein dementsprechend abgerundeter Übergang 5 von Innenwandung 6 einer Muffe 3 zur zweiten Stirnfläche 7b eines Pfahls 1 (siehe Fig. 1). Diese Abrundung erleichtert das Einstecken eines Pfahls 1 in die Muffe 3 eines vorhergehenden Pfahls 1.

Claims

Patentansprüche:
Pfahl (1 ) mit einem im Wesentlichen zylindrischen Schaft (2), dessen Schaftaußendurchmesser (DSa) sich im Bereich eines ersten Pfahlendes (1a) konisch verjüngt, wobei der Schaft (2) im Bereich eines zweiten Pfahlendes (1b) in eine innen konusförmigen Muffe (3) übergeht, wobei in die Muffe (3) ein weiterer Pfahl (1 ) mit seinem konusförmigen ersten Pfahlende (1a) bis zu einer durch einen Anschlag definierten maximalen Einstecktiefe (T) einsteckbar ist, wobei ab Beginn (4a) des Übergangs (4) von Schaft (2) zu Muffe (3) bis zum zweiten Pfahlende (1b) der Pfahlaußendurchmesser (DPa) ausgehend vom Schaftaußendurchmesser (DSa) immer größer wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn (4a) des Übergangs (4) von Schaft (2) zu Muffe (3) ausgehend vom zweiten Pfahlende (1b) bei mindestens der 1 ,4-fachen maximalen Einstecktiefe (T), vorzugsweise im Bereich zwischen der 1 ,4-fachen maximalen Einstecktiefe (T) und der 2,5-fachen maximalen Einstecktiefe (T), besonders bevorzugt bei der zweifachen maximalen Einstecktiefe (T), liegt.
Pfahl nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jener Winkel (a), den eine die Längsachse (L) des Pfahls (1) schneidende Tangente (A) an eine Außenkontur des Pfahls (1) mit der Längsachse (L) einschließt, kleiner gleich 17°, vorzugsweise kleiner gleich 10°, besonders bevorzugt kleiner gleich 8°, beträgt.
Pfahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität (Ks) des Schaftaußendurchmessers (DSa) im Bereich des ersten Pfahlendes (1a) und/oder die Konizität (KM) eines Muffeninnendurchmessers (DMi) in einem Bereich von 1 : 8 bis 1 : 20 liegt, wobei unter Konizität das Verhältnis von Durchmesseränderung zu zugeordneter Länge verstanden wird.
Pfahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität (Ks) des Schaftaußendurchmessers (DSa) im Bereich des ersten Pfahlendes (1a) und/oder die Konizität (KM) des Muffeninnendurchmessers (D i) von 1 : 15 bis 1 : 18, vorzugsweise 1 : 16 oder 1 : 17, beträgt.
5. Pfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl (1 ) im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist, wobei der Schaft (2) des Pfahls (1) zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen konstanten Schaftaußendurchmesser (DSa) und/oder einen im Wesentlichen konstanten
Schaftinnendurchmesser (DSi) aufweist.
6. Pfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (2) im Bereich der konischen Verjüngung des Schaftaußendurchmessers (DSa) im Bereich des ersten Pfahlendes (1 a) einen im Wesentlichen konstanten
Schaftinnendurchmesser (DSj) aufweist.
7. Pfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Muffe (3) ausgehend vom zweiten Pfahlende (1 b) bis zur maximalen Einstecktiefe (T) eine im Wesentlichen konstante Wandstärke (WM) aufweist.
8. Pfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang (5) einer Innenwandung (6) der Muffe (3) in eine zweite Stirnfläche (7b) des Pfahls (1) im Bereich des zweiten Pfahlendes (1 b) abgerundet ausgebildet ist.
9. Pfahl nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrundung des Übergangs (5) der Innenwandung (6) der Muffe (3) in die zweite Stirnfläche (7b) des Pfahls (1 ) im Bereich des zweiten Pfahlendes (1 b) einen Radius (RM) von mindestens 5 mm, vorzugsweise von 6 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 8 mm, aufweist.
10. Pfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfahl (1 ) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus duktilem Gusseisen besteht.
11. Pfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Einstecktiefe (T) durch eine an einer Innenwandung (6) der Muffe (3) radial in Richtung einer Längsachse (L) des Pfahls ausgebildete umlaufende Schulter (8) begrenzt ist, wobei die umlaufende Schulter (8) eine umlaufende Anlagefläche (8a) aufweist.
12. Pfahl nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Anlagefläche (8a) im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (L) des Pfahls (1) ausgerichtet ist.
13. Pfahl nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Anlagefläche (8a) ausgehend von der Innenwandung (6) der Muffe (3) radial in Richtung der Längsachse (L) des Pfahls (1) eine Breite von 3 mm bis 8 mm, vorzugsweise größer gleich 5 mm, aufweist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Pfahls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine flüssige Metallschmelze in eine um ihre Mittelachse rotierende Kokille eingebracht wird, wobei eine Innenkontur der Kokille eine Außenkontur des Pfahls (1) von einem ersten Pfahlende (1a) zu einem zweiten Pfahlende (1 b) definiert, wobei die Kokille einen im Wesentlichen zylindrischen Schaftabschnitt entsprechend dem Schaft (2) des Pfahls (1) aufweist, der in einem Übergangsabschnitt in einen Muffenabschnitt entsprechend der Muffe (3) des Pfahls (1) übergeht, wobei ab Beginn des Übergangs von Schaftabschnitt zu Muffenabschnitt bis zum zweiten Pfahlende (1 b) ein lichter Durchmesser der Innenkontur immer größer wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kokille verwendet wird, deren Beginn des Übergangs von Schaftabschnitt zu Muffenabschnitt ausgehend vom zweiten Pfahlende (1b) bei mindestens der 1 ,4- fachen maximalen Einstecktiefe (T) des Pfahls (1), vorzugsweise im Bereich zwischen der 1 ,4-fachen maximalen Einstecktiefe (T) des Pfahls (1) und der 2,5- fachen maximalen Einstecktiefe (T) des Pfahls (1), besonders bevorzugt bei der zweifachen maximalen Einstecktiefe (T) des Pfahls (1), liegt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jener Winkel (a), den eine die Mittelachse der Kokille schneidende Tangente an die Innenkontur der Kokille mit der Mittelachse einschließt, kleiner gleich 17°, vorzugsweise kleiner gleich 10°, besonders bevorzugt kleiner gleich 8°, beträgt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15 zur Herstellung eines Pfahls (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Muffe (3) des Pfahls (1) ein im Wesentlichen zylindrischer Muffenkern (9) verwendet wird, dessen Außenkontur im Bereich eines stirnseitigen Endes (9a) des Muffenkerns (9) eine umlaufende Ausnehmung (10) in Form einer Schulter aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (BK) der Ausnehmung (10) radial in Richtung einer Längsachse (LK) des Muffenkerns (9) eine Breite von 3 mm bis 8 mm, vorzugsweise größer gleich 5 mm, aufweist. 8. Muffenkern (9) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur des Muffenkerns (9) im Bereich eines stirnseitigen Endes (9a) des Muffenkerns (9) eine umlaufende Ausnehmung (10) in Form einer Schulter aufweist.
19. Muffenkern nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (BK) der umlaufenden Ausnehmung (10) radial in Richtung einer Längsachse (LK) des Muffenkerns (9) eine Breite von 3 mm bis 8 mm, vorzugsweise größer gleich 5 mm, aufweist.
20. Muffenkern nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Ausnehmung (10) eine umlaufende Schulterfläche (11) bildet, wobei die umlaufende Schulterfläche (11) im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (LK) des Muffenkerns (9) ausgerichtet ist.
21. Muffenkern nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Muffenkern (9) eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Mantelfläche (12) aufweist, deren Konizität (KK) in einem Bereich von 1 : 8 bis 1 : 20, vorzugsweise von 1 : 15 bis 1 : 18, besonders bevorzugt bei 1 : 16 oder 1 : 17, liegt.
22. Muffenkern nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (12) in eine im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (LK) des Muffenkerns (9) verlaufende Ringfläche (13) übergeht, wobei der Übergang (14) von Mantelfläche (12) zu Ringfläche (13) abgerundet ausgebildet ist.
23. Muffenkern nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrundung des Übergangs (14) der Mantelfläche (12) in die Ringfläche (13) einen Radius (RK) von mindestens 5 mm, vorzugsweise von 6 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 8 mm, aufweist.
24. Muffenkern nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Muffenkern (9) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus Sand besteht.
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