WO2015131984A1

WO2015131984A1 - Bohrvorrichtung zum erstellen einer bohrung und system zum positionieren der bohrvorrichtung

Info

Publication number: WO2015131984A1
Application number: PCT/EP2015/000432
Authority: WO
Inventors: Dominik Robert FAIβT
Original assignee: Herrenknecht Ag
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2015-09-11
Also published as: DE102014002968A1; DK3114283T3; EP3114283B1; EP3620579A1; EP3114283A1

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer mit einem Bohrwerkzeug, das an einem bewegbaren Arm angeordnet ist, mit einer Verspannvorrichtung, die zum Verspannen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt Ist, die am oberen Ende angeordnet ist und die ein als Widerlager fungierendes Klemmelement aufweist, wobei die Verspannvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Klemmelement angeordnet ist, wobei der Arm der Verspannvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Klemmelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet, wobei eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die zum Führen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am unteren Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein Gieltelement aufweist, dass die Führungsvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Gleitelement angeordnet ist, wobei der Arm der Führungsvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Gleitelement mit der Wand der Gründungspfahls im Eingriff befindet.

Description

Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung und System zum Positionieren der Bohrvorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer mit einem wenigstens aus einem ersten und einem zweiten Körper bestehenden Grundkörper, die übereinander und bewegbar gegeneinander angeordnet sind, wobei die Bewegung über eine Vorschubeinrichtung bereitgestellt wird, mit einem Bohrwerkzeug, das an einem mit dem unteren Körper an dessen Unterseite bewegbar verbundenen Arm angeordnet ist, mit einer Verspannvorrichtung, die zum Verspannen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am oberen Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein als Widerlager fungierendes Klemmelement aufweist, wobei die Verspannvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Klemmelement angeordnet ist, wobei der Arm der Verspannvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Klemmelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zur Positionierung einer Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer in dem Gründungspfahl sowie eine Steuerung und eine Verfahren dazu. Bei der Errichtung von Bauwerken, die ihre Fundamente in bzw. auf Boden stützen, der sich unter Wasser befindet, werden diese Fundamente auf unterschiedliche Weise hergestellt, wobei sich bei einteiligen Fundamenten die Verwendung sogenannter Monopiles, also Einzelpfähle, durchgesetzt haben. Eine Alternative dazu ist das sogenannte Jacket, bei dem es sich um einen pyramidalen Baukörper handelt, oder Tripoden, die jeweils mehrere Gründungspunkte aufweist. Bei solchen Bauwerken handelt es sich beispielsweise um Windkraftanlagen oder um Brückenbauwerke.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Gemäß dem Stand der Technik wird bei Monopiles am Errichtungsort beispielsweise sogenannte Jackup Rig vorgesehen, deren Arbeitsebene mit einem Schwenkwerk versehen ist. In dieses Schwenkwerk wird der Pfahl eingespannt, aus der Horizontalen in die Vertikale umgelenkt und durch Öffnen der Klemmen auf den Meeresgrund abgelassen. Anschließend wird der Pfahl mittels Rammwerk in den Boden getrieben.

Aus der WO 2010/139380 A1 ist eine Bohrvorrichtung bekannt, die ausgehend von einer Arbeits plattform in einen vertikal aufgestellten Gründungspfahl abgesenkt wird. Die Bohrvorrichtung weist einen Arm auf, an dessen Ende eine Bohrwalze angeordnet ist, mit der der im beziehungsweise unterhalb des Bohrpfahls befindlichen Boden abgetragen wird und anschließend der Bohrpfahl dann in den Hohlraum abgesenkt wird. Aus der WO 2013/081455 A1 ist ebenfalls eine Bohrvorrichtung bekannt, wie sie eingangs beschrieben wurde. Die Bohrvorrichtung weist einen aus zwei Teilen bestehenden Grundkörper auf, die gegeneinander mittels eines Hydraulikzylinders verschiebbar sind. Am unteren Grundkörper ist ein Arm angeordnet, an dessen Ende sich ein Bohrkopf befindet. Mit diesem wird das/der im bzw. unterhalb des Pfahls befindliche Gestein/Boden gelöst und abgefördert. Das Gehäuse wird gegenüber dem Gründungspfahl verspannt. Hierfür sind verschwenkbare Arme vorgesehen, an deren Ende Klemmelemente vorgesehen sind. Zum Verspannen der Bohrvorrichtung im Pfahl werden die Arme über Hydraulikzylinder nach außen geschwenkt, bis die Klemmelemente mit dem Pfahl in Eingriff kommen. Die Verspanneinrichtungen sind jeweils am oberen und am unteren Ende des äußeren Gehäuseteils der Bohrvorrichtung angeordnet. Es hat sich herausgestellt, dass zum einen die Verspanneinrichtungen verbesserungswürdig sind. Weiterhin hat sich des Weiteren herausgestellt, dass die Bohrvorrichtung hinsichtlich der Richtungstreue beim Bohren und hinsichtlich der des Positionierens im Gründungspfahl verbesserungswürdig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es die Positionierung und das Verspannen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl zu verbessern. Hinsichtlich der Bohrvorrichtung wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die zum Führen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am unteren Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein Gleitelement aufweist, dass die Führungsvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Gleitelement angeordnet ist, wobei der Arm der Führungsvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Gleitelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet.

Parallel zum Arm der Verspannvorrichtung ist ein Lenker mit gleicher Länge wie der Arm angeordnet, der beidseitig jeweils über ein Verbindungselement parallelogrammartig mit dem Arm verbunden ist, dass das Klemmelement mit dem Verbindungselement verbunden ist, dass das Parallelogramm aus Arm, Lenker und Verbindungselementen so angeordnet ist, dass das Klemmelement zur Mittelachse der Bohrvorrichtung und damit parallel zur Wand des Gründungspfahl ausgerichtet ist, dass ein Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die zum Führen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am unteren Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein Gleitelement aufweist, dass die Führungsvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Gleitelement angeordnet ist, wobei der Arm der Führungsvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Gleitelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet.

Überraschender Weise hat es sich herausgestellt, dass durch das Vorsehen einer Führungsvorrichtung am unteren Körper der Bohrvorrichtung in Verbindung mit dem Abspannen am oberen Körper der Bohrvorrichtung die Richtungstreue beim Bohren verbessert wird, gleichzeitig aber auch, obwohl die Führungsvorrichtung im Pfahl gleitet, der dynamische Lastabtrag in den Gründungspfahl deutlich verbessert wird. Auch dadurch wird die Präzision beim Bohren verbessert.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Führungsvorrichtung so ausgeführt ist, dass das Gleitelement flächig an der Innenwand des Gründungspfahls im ausgefahrenen Zustand anliegt und/oder dass die Verspannvorrichtung so ausgeführt ist, dass das Klemmelement flächig an der Innenwand des Gründungspfahls im ausgefahrenen Zustand anliegt. Durch das flächige Anliegen der Elemente plan an der Innenwand des Gründungspfahls wird die Positionierung der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl verbessert. Weiterhin wird auf einfache Weise der dynamische Lastabtrag in den Gründungspfahl deutlich verbessert.

Eine weitere Lehre zum genaueren Positionieren und zum besseren Übertragen der beim Bohren entstehenden Lasten sieht vor, dass parallel zum Arm der Führungsvorrichtung und/oder der Verspannvorrichtung ein Lenker mit gleicher Länge wie der Arm angeordnet ist, der beidseitig jeweils über ein Verbindungselement parallelogrammartig mit dem Arm verbunden ist, dass das Gleitelement und/oder Klemmelement mit dem jeweiligen Verbindungselement verbunden ist, dass das Parallelogramm aus Arm, Lenker und Verbindungselementen so angeordnet ist, dass das Gleitelement oder das Klemmelement zur Mittelachse der Bohrvorrichtung und damit parallel zur Wand des Gründungspfahl ausgerichtet ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass zwischen Arm der Verspannvorrichtung und/oder Arm der Führungsvorrichtung und dem jeweiligen Körper ein Öffnungswinkel besteht, der sich in Richtung des Bohrkopfes öffnet. Hierdurch wird eine Selbstverklemmung der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl bewirkt, die sich auf einfache Weise im Fall des Ausfalls der jeweiligen Mittel zum Verschwenken sowohl der Verspannvorrichtung als auch der Führungsvorrichtung lösen lässt und gleichzeitig in diesem Fall auch einen sicheren Halt der Bohrvorrichtung im Gründungspfahlbewirkt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Antrieb zum Verschwenken des Arms der Verspannvorrichtung und/oder des Arms der Führungsvorrichtung wenigstens ein Hydraulikzylinder ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Gleitelement gegenüber dem Arm verschwenkbar angeordnet ist, und/oder dass das Antriebselement der Führungsvorrichtung am Gleitelement angreift. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Klemmelement mit einem Reibbelag versehen ist, und/oder dass das Gleitelement mit einem Gleitbelag versehen ist. Hierdurch werden ein einfaches Betätigen sowie ein einfaches Warten der Führungsvorrichtung und der Klemmvorrichtung bewirkt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei der Vorschubeinrichtung um wenigstens einen Hydraulikzylinder handelt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Arm des Bohrwerkzeugs über ein Drehelement und wenigstens einen Linearantrieb, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, verschwenkbar ist. Hierdurch ist auf einfache Weise gewährleistet, dass die gesamte abzubohrende Fläche mit der Bohrvorrichtung erreicht werden kann.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Bohrkopf um einen sich um die Längsachse des Arms drehenden Bohrkopf, bevorzugt einen Schneidkopf mit Bohrwerkzeugen wie Schneidelementen oder Meißeln, handelt. Hierdurch wird ein gutes Lösen des Bodens bewirkt.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Klemmelement an einer unteren im wesentlichen rechtwinklig zur Reibseite vorgesehenen Seite eine Auflagefläche aufweist, in der bevorzugt in Richtung des Bohrlochtiefsten ein Sensor, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, vorgesehen ist. Durch das Vorsehen des Sensors wird es auf besonders einfache weise möglich, die Positionierung der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl genauer vorzunehmen.

Hinsichtlich des Systems wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bohrvorrichtung gegenüber einer Innenwand des Gründungspfahls radial bewegbare Klemmelemente aufweist, dass der Gründungspfahl wenigstens ein an der Innenwand des Pfahls vorgesehenes Positionierungselement aufweist, und dass das Klemmelement der Bohrvorrichtung wenigstens eine Auflagefläche mit wenigstens einem Kontaktsensor zur Ermittlung des Kontakts zwischen dem Positionierungselement und dem Klemmelement aufweist. Hierdurch wird es auf besonders einfache Weise möglich, ein genaues Positionieren im Gründungspfahl zu erreichen.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Positionierungselement eine Knagge ist oder eine Knagge aufweist. Hierdurch wird es des Weiteren möglich, die Last der Bohrvorrichtung in den Gründungspfahl abzuleiten.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Positionierungselement so ausgelegt ist, dass die statische Last der Bohrvorrichtung über die Auflagefläche des Klemmelements auf das Positionierungselement abtragbar ist.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass pro Klemmelement der Bohrvorrichtung ein Positionierungselement vorgesehen ist.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Sensor um einen Hydraulikzylinder handelt. Durch das Vorsehen des Sensors wird es auf besonders einfache weise möglich, die Positionierung der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl genauer vorzunehmen.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass eine nachfolgend beschriebene Steuerung vorgesehen ist.

Des weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zur Positionierung der Bohrvorrichtung, bevorzugt nach der zuvor beschriebenen Ausführung und/oder in Verbindung mit einem zuvor beschriebenen System, in einem Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer ein Positionierungselement an der Innenwand des Pfahls vorgesehen wird, dass die Bohrvorrichtung in den Gründungspfahl mit eingriffsfrei angeordneten Klemmelementen einsetzt und abgesenkt wird, dass die Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgerichtet wird, so dass die Klemmelemente mit den Positionierungselementen radial fluchten, dass die Bohrvorrichtung bis oberhalb der Positionierungselemente abgesenkt wird, die Klemmelement radial bewegt werden, bis ein Kontakt mit der Innenwand des Gründungspfahls hergestellt ist, wobei die Klemmelemente schleifend gegenüber der Bohrlochwand bewegbar angeordnet werden, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis über in den Klemmelementen angeordnete Sensoren einen Kontakt mit den Positionierungselementen festgestellt wird, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis die Positionierungselemente wenigstens teilweise die statische Last der Bohrvorrichtung tragen, und dass die Klemmelemente gegen die Innenwand des Gründungspfahls bewegt werden, so dass die auf die Bohrvorrichtung beim Bohren wirkende dynamische Belastung auf den Pfahl übertragbar ist.

Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Steuerung zur Positionierung einer Bohrvorrichtung, bevorzugt nach der zuvor beschriebenen Ausführung und/oder in Verbindung mit einem zuvor beschriebenen System, insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, die so ausgeführt ist, dass, nachdem die Bohrvorrichtung in den Pfahl eingesetzt und abgesenkt wurde, wobei Klemmelemente der Bohrvorrichtung so angeordnet sind, dass sie sich nicht im Eingriff mit der Innenwand des Pfahls befinden, die Bohrvorrichtung im Pfahl ausgerichtet wird, so dass die Klemmelemente gegenüber an der Innenwand der Bohrvorrichtung befindlichen Positionselementen radial fluchten, dass die Bohrvorrichtung bis oberhalb der Positionierungselemente abgesenkt wird, dass die Klemmelement in Richtung der Bohrlochwand bewegt werden, bis ein Kontakt mit der Bohrlochwand hergestellt ist, wobei die Klemmelemente gegenüber der Innenwand des Pfahls schleifend bewegbar sind, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis über in den Klemmelementen angeordneten Sensoren ein Kontakt mit den Positionierungselementen festgestellt wird, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis die Positionierungselementen wenigstens teilweise die statische Last der Bohrvorrichtung tragen, und dass die Klemmelemente gegenüber der Innenwand des Gründungspfahls so ausgefahren werden, dass die auf die Bohrvorrichtung beim Bohren wirkende dynamische Belastung auf den Pfahl übertragbar wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Seitenansicht einer erfindungsgemäßen

Bohrvorrichtung mit ausgefahrener Führungs- und Verspannvorrichtung,

Fig. 2 eine räumliche Seitenansicht einer erfindungsgemäßen

Bohrvorrichtung mit eingefahrener Führungs- und Verspannvorrichtung, Fig. 3 eine vergrößerte räumliche Ansicht des oberen Abschnitts zu Fig. 1 ,

Fig. 4 eine vergrößerte räumliche Ansicht des oberen Abschnitts zu Fig. 2,

Fig. 5 eine alternative Ansicht zu Fig. 4

Fig. 6 eine räumliche vergrößerte Ansicht des unteren Abschnitts zu Fig. 1 ,

Fig. 7 eine alternative räumliche vergrößerte Ansicht des unteren Abschnitts zu Fig. 1 ,

Fig. 8 eine räumliche vergrößerte Ansicht des unteren Abschnitts zu Fig. 2,

Fig. 9 eine alternative räumliche vergrößerte Ansicht des unteren Abschnitts zu Fig. 2,

Fig. 10 eine Draufsicht zu Fig. 1 , Fig. 11 eine Draufsicht zu Fig. 2, Fig. 12 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Systems, und Fig. 3 eine weitere Detailansicht des erfindungsgemäßen Systems.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Bohrvorrichtung 10 mit einem Grundkörper 11 , der einen oberen Körper 12 und einen unteren Körper 13 aufweist. Am unteren Körper 13 ist ein Arm 14 angeordnet, an dessen unteren Ende sich ein Bohrkopf 15 befindet. Der Arm 14 ist über ein Drehelement 16 mit dem unteren Körper 13 drehbar verbunden. Des Weiteren ist er schwenkbar über ein Gelenk 17 mit dem Drehelement 16 verbunden. Weiterhin ist ein Hydraulikzylinder 18 vorgesehen, der ebenfalls über ein Gelenk 19 auf der oberen Seite mit dem Drehelement 16 und seiner unteren Seite über ein Gelenk 20 mit dem Arm 14 verbunden ist. Durch das Drehelement 16 kann die Arm 14 - Bohrkopf 15 Kombination in Drehrichtung A gedreht werden. Durch den Hydraulikzylinder 18 kann der Bohrkopf 15 in Schwenkrichtung b verschwenkt werden. Der Bohrkopf 15 rotiert in Rotationsrichtung C um die Mittelachse des Arms 14.

Am oberen Körper 12 ist eine Verspannvorrichtung 21 vorgesehen (siehe auch Fig. 3 und Fig. 4), die vier Verspannelemente 21a mit einem Arm 22 aufweist, der sich aus zwei Armabschnitten 22a, 22b zusammen setzt, die jeweils mit einem Gelenk 23, 23a mit dem oberen Körper 12 verbunden sind. Die Gelenke 23, 23a sind auf einer Achse 24 angeordnet, an denen jeweils ein Verbindungselement 25, 25a angreift. An der Außenseite der Verbindungselemente 25, 25a ist ein Gelenk 26 vorgesehen, in dem ein parallel zum Arm 22 angeordneter Lenker 27 aus Lenkerabschnitten 27a, 27b zusammengesetzt vorgesehen ist. Die Lenkerabschnitte 27a, b verbinden sich zu einem dritten Lenkerabschnitt 27c. An der Außenseite des Arms 22 ist ein Verbindungselement 28 vorgesehen, dass über ein Gelenk 29 mit dem Arm 22 verbunden ist. Der Lenker 27 ist über ein Gelenk 32 mit dem Verbindungselement 28 verbunden. Lenker 27, Arm 22, Verbindungselement 28 und Verbindungselement 25 bilden ein Parallelogramm. Lenker 27 und Arm 22 weisen dabei die gleiche Länge auf. Gleiches gilt auch für die Verbindungselemente 25, 28. Am Verbindungselement 28 ist ein Klemmelement 30 angeordnet, auf dessen Außenseite ein Reibbelag 31 vorgesehen ist. In der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist das Verbindungselement 28 mit dem Klemmelement 30 einstückig ausgeführt. Dabei ist an der Oberseite des Verbindungselements 28 beziehungsweise des Klemmelements 30 das Gelenk 32 vorgesehen, dass den Lenker 27 mit dem Klemmelement 30 und damit mit dem Verbindungselement 28 verbindet.

Zwischen oberem Körper 12 und Arm 22 ist gelenkig ein Hydraulikzylinder 33 vorgesehen, über den die Verspannvorrichtung 21 bzw. das einzelne Verspannelement 21a in Schwenkrichtung D bewegt wird. Dadurch, dass Arm 22, Verbindungselement 25, Lenker 27 und Verbindungselement 28 bzw. Klemmelement 30 ein Parallelogramm bilden, verbleibt der auf der äußeren Fläche des Klemmelements 30 angeordnete Reibbelag 31 beim Verschwenken in Richtung D parallel zur Innenwand des Gründungspfahls, so dass dieser beim Schwenken vom Körper 12 weg flächig gegen die Innenwand des Gründungspfahls bewegt wird.

Am unteren Körper 13 ist eine Führungsvorrichtung 34 angeordnet (siehe Fig. 6 bis Fig. 9). Diese weist vier Führungselemente 34a auf. Das Führungselement 34a weißt dabei einen Arm 35 auf, der über ein Gelenk 36 am unteren Körper 13 verschwenkbar angeordnet ist. Über ein Gelenk 37 ist am äußeren Ende des Arms 35 ein Gleitelement 38 vorgesehen, auf dessen nach außen weisender Fläche ein Gleitbelag 39 angeordnet ist. Parallel zum Arm 35 ist ein Lenker 40 vorgesehen, der über ein Gelenk 41 mit dem unteren Körper 13 und ein Gelenk 42 mit dem Gleitelement 38 verbunden ist. Der Abstand zwischen Gelenk 41 und Gelenk 36 sowie der Abstand zwischen Gelenk 42 und Gelenk 37 ist gleich groß und die Abstandsstrecken selber sind parallel zueinander, so dass auch hier eine Parallelogrammkonstruktion vorliegt, so dass der Gleitbelag 39, der parallel zur Innenwand des Gründungspfahls angeordnet ist, beim Verschwenken der Führungsvorrichtung 34 in Richtung E beziehungsweise dessen Arm 35 parallel verbleibt. Am Gleitelement 38 sind zwei Hydraulikzylinder 43, 44 gelenkig angeordnet, die das Gleitelement 38 in Schwenkrichtung E nach außen zur Innenwand des Gründungspfahl hin verschwenkt.

Zwischen oberem Körper 12 und unterem Körper 13 ist ein Vorschubelement 45 (siehe Fig. 5) in Form eines Hydraulikzylinders angeordnet. Durch dieses Vorschubelement 45 lässt sich der untere Körper 13 gegenüber dem oberen Körper 12 in Vorschubrichtung F bewegen.

Die Bohrvorrichtung 10 wird über eine Hubvorrichtung (nicht dargestellt) in den Gründungspahl eingesetzt und in diesem abgesenkt. Dabei sind die Verspannvorrichtung 21 und die Führungsvorrichtung 34 eingeklappt (siehe Fig. 2, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 8, Fig. 9 und Fig. 1 1 ). Ist die Bohrvorrichtung 10 an der vorgesehenen Bohrposition im Gründungspfahl angeordnet, wird die Verspannvorrichtung 21 ausgefahren (siehe Fig. 1 , Fig. 3 und Fig. 10) über das Betätigen der Hydraulikzylinder 33, so dass die Klemmelemente 30 mit den Reibbelägen 31 gegen die Innenwand des Gründungspfahls gedrückt werden, bis eine hinreichende Kraft auf die Innenwand des Gründungspfahls aufgebracht wird, so dass die durch das Bohren entstehenden dynamischen Lasten und ggf. auch die statische Last der Bohrvorrichtung 1 1 h über die Verspannvorrichtung 21 auf den Gründungspfahl abgetragen werden.

Gleichzeitig werden auch die Führungsvorrichtungen 34 über das Betätigen der Hydraulikzylinder 43, 44 ausgefahren (siehe Fig. 1 , Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 10), so dass die Gleitelemente 38 mit den Gleitbelägen 39 an der Innenwand des Gründungspfahls anliegen, wie dieses in Fig. 10 gezeigt ist. Der gestichelte Kreis 53 gibt dabei die Innenwand des Gründungspfahls wieder. Die dabei aufgebrachte Kraft ist so, dass der untere Körper 13 gegenüber dem Gründungspfahl beweglich und dabei gleichzeitig geführt ist. Anschließend wird der Bohrkopf 15 in Rotation versetzt und der Arm 14 wird über das Drehelement 16 und die Hydraulikzylinder 18 gedreht und verschwenkt. Parallel dazu wird über die Vorschubelemente 45 der untere Körper 13 gegenüber dem oberen Körper abgesenkt. Über die Führungsvorrichtung 34 wird ein stabiler Bohrvorschub und damit eine korrekte Bohrrichtung gewährleistet.

Sind die Vorschubelemente 45 vollständig ausgefahren, werden sie wieder in Richtung des oberen Körpers 12 eingefahren, so dass sich der untere Körper 13 und damit einhergehend der Bohrkopf 15 wieder in den Gründungspfahl hinein bewegen. Sind die Vorschubelemente 45 wieder vollständig eingefahren, befindet sich der Bohrkopf an einer sicheren Position innerhalb des Gründungspfahls. Anschließend wird der Gründungspfahl in den durch die Bohrvorrichtung 10 hergestellten Hohlraum abgesenkt und der Bohrvorgang wird erneut durchgeführt, bis die Bohrung die vorgesehene Tiefe erreicht hat, auf der der Gründungspfahl angeordnet werden soll.

Um zu gewährleisten, dass die Bohrvorrichtung 10 an der korrekten Position innerhalb des Gründungspfahls angeordnet wird, sind an der entsprechenden Position an der Innenwand des Gründungspfahls Positionierungselemente 46 angeordnet (siehe Fig. 12 und Fig. 13). Diese weisen eine Grundfläche 47 auf, die an der Wand vorgesehen ist. Desweiteren ist rechtwinklig dazu eine Auflagefläche 48 vorgesehen. Zur Stabilisierung der Auflagefläche 48 gegenüber der Grundfläche 47 ist eine Knagge 49 vorgesehen. Die Grundfläche 47 kann auch weggelassen werden, so dass die Auflagefläche 48 und die Knagge 49 direkt an der Innenwand des Gründungspfahls angebracht werden. Am Verbindungselement 28 beziehungsweise dem Klemmelement 30 ist ein Sensor 50 vorgesehen, bei dem es sich wie in Fig. 12 und 13 bevorzugt dargestellt, um ein Hydraulikzylinder handelt. Ist die Bohrvorrichtung 10 in der Bohrposition innerhalb des Gründungspfahls angekommen, wird dass Klemmelement 30 gegen die Grundfläche 47 durch Ausfahren des Zylinders 33 und Verschwenken in Richtung D angelegt und der Hydraulikzylinder 50 über die äußere Erstreckung des Klemmelements 30 ausgefahren. Anschließend wird die Bohrvorrichtung 10 weiter abgesenkt, bis der Hydraulikzylinder 50 mit der Auflagefläche 48 des Positionierungselements 46 in Verbindung kommt. Das Absenken der Bohrvorrichtung 10 wird so lange fortgesetzt, bis der Kolben 51 des Zylinders 50 eingefahren ist und eine Kontaktfläche 52 auf der Auflagefläche 48 des Positionierungselements aufliegt. Alternativ werden der beim Einfahren der Zylinder 50 entstehende Druck und die Position der Kolben 51 überwacht. Wird ein Solldruck der Zylinder 50 erreicht, und befinden sich die Kolben 51 dann in einer vorgegebenen Position, dann befindet sich die Bohrvorrichtung 10 in der gewünschten Position im Gründungspfahl. Der Abtrag der statischen Last der Bohrvorrichtung 10 erfolgt dabei dann über Kontaktflächen 55 des hydraulikzylinders 50 am Kolben 51. Anschließend wird der Hydraulikzylinder 33 weiter betätigt und das Klemmelement 30 gegenüber der Grundfläche 47 verspannt. Die Auflagefläche 48 und die Knagge 49 sind dabei so ausgelegt, dass sie die statische Last der Bohrvorrichtung 10 tragen können. Diese Last wird über die Kontaktfläche 52 in das Positionierungselement 46 eingeleitet.

In Fig. 11 ist des Weiteren durch einen gestrichelten Kreis 54 der kleinste Umfang der Bohrvorrichtung 10 dargestellt. Dieser stellt den geringsten Querschnitt dar, durch den die Bohrvorrichtung 10 hindurchgeführt werden kann, wenn Gründungspfähle mit unterschiedlichen Durchmessern zur Gründung eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

10 Bohrvorrichtung 34a Führungselement

11 Grundkörper 35 Arm

12 oberer Körper 36 Gelenk

13 unterer Körper 37 Gelenk

14 Arm 38 Gleitelement

15 Bohrkopf 39 Gleitbelag

16 Drehelement 40 Lenker

17 Gelenk 41 Gelenk

18 Hydraulikzylinder 42 Gelenk

19 Gelenk 43 Hydraulikzylinder

20 Gelenk 44 Hydraulikzylinder

21 Verspannvorrichtung 45 Vorschubelement/Hydraulikz

21a Verspannelement ylinder

22 Arm 46 Positionierungselement

22a Armabschnitt 47 Grundfläche

22b Armabschnitt 48 Auflagefläche

23 Gelenk 49 Knagge

23a Gelenk 50 Sensor/Hydraulikzylinder

24 Achse 51 Kolben

25 Verbindungselement 52 Kontaktfläche

25a Verbindungselement 53 gestrichelter Kreis/Innenwand

26 Gelenk Gründungspfahl

27 Lenker 54 gestrichelter Kreis/kleinster

27a Lenkerabschnitt Umfangskreis der

27b Lenkerabschnitt Bohrvorrichtung

28 Verbindungselement 55 Kontaktfläche

29 Gelenk

30 Klemmelement

31 Reibbelag

32 Gelenk

33 Hydraulikzylinder

34 Führungsvorrichtung Drehrichtung

Schwenkrichtung

Rotationsrichtung

Schwenkrichtung

Vorschubrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer mit einem wenigstens aus einem ersten und einem zweiten Körper bestehenden Grundkörper, die übereinander und bewegbar gegeneinander angeordnet sind, wobei die Bewegung über eine Vorschubeinrichtung bereitgestellt wird, mit einem Bohrwerkzeug, das an einem mit dem unteren Körper an dessen Unterseite bewegbar verbundenen Arm angeordnet ist, mit einer Verspannvorrichtung, die zum Verspannen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am oberen Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein als Widerlager fungierendes Klemmelement aufweist, wobei die Verspannvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Klemmelement angeordnet ist, wobei der Arm der Verspannvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Klemmelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die zum Führen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am unteren Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein Gleitelement aufweist, dass die Führungsvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Gleitelement angeordnet ist, wobei der Arm der Führungsvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Gleitelement mit der Wand der Gründungspfahls im Eingriff befindet.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Führüngsvorrichtung so ausgeführt ist, dass das Gleitelement flächig an der Innenwand des Gründungspfahls im ausgefahrenen Zustand anliegt und/oder dass die Verspannvorrichtung so ausgeführt ist, dass das Klemmelement flächig an der Innenwand des Gründungspfahls im ausgefahrenen Zustand anliegt.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Arm der Führungsvorrichtung und/oder der Verspannvorrichtung ein Lenker mit gleicher Länge wie der Arm angeordnet ist, der beidseitig jeweils über ein Verbindungselement parallelogrammartig mit dem Arm verbunden ist, dass das Gleitelement und/oder Klemmelement mit dem jeweiligen Verbindungselement verbunden ist, dass das Parallelogramm aus Arm, Lenker und Verbindungselementen so angeordnet ist, dass das Gleitelement oder das Klemmelement zur Mittelachse der Bohrvorrichtung und damit parallel zur Wand des Gründungspfahl ausgerichtet ist.

4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Arm der Verspannvorrichtung und/oder Arm der Führungsvorrichtung und dem jeweiligen Körper ein Öffnungswinkel besteht, der sich in Richtung des Bohrkopfes öffnet.

5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Verschwenken des Arms der Verspannvorrichtung und/oder des Arms der Führungsvorrichtung wenigstens ein Hydraulikzylinder ist, und/oder es sich bei der Vorschubeinrichtung um wenigstens einen Hydraulikzylinder handelt.

6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement gegenüber dem Arm verschwenkbar angeordnet ist, und/oder dass das Antriebselement der Führungsvorrichtung am Gleitelement angreift.

7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement mit einem Reibbelag versehen ist, und/oder dass das Gleitelement mit einem Gleitbelag versehen ist.

8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm des Bohrwerkzeug über ein Drehelement und wenigstens einen Linearantrieb, bevorzugt einen Hydraulikzylinder, verschwenkbar ist, und/oder dass es sich bei dem Bohrkopf um einen sich um die Längsachse des Arms drehenden Bohrkopf, bevorzugt einen Schneidkopf mit Bohrwerkzeugen, handelt..

9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement an einer unteren im wesentlichen rechtwinklig zur Reibseite vorgesehenen Seite eine Auflagefläche aufweist, in der bevorzugt in Richtung des Bohrlochtiefsten ein Sensor, besonders bevorzugt ein Hydraulikzylinder, vorgesehen ist.

10. System zur Positionierung einer Bohrvorrichtung, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer in dem Gründungspfahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrvorrichtung gegenüber einer Innenwand des Gründungspfahls radial bewegbare Klemmelemente aufweist, dass der Gründungspfahl wenigstens ein an der Innenwand des Pfahls vorgesehenes Positionierungselement aufweist, und dass das Klemmelement der Bohrvorrichtung wenigstens eine Auflagefläche mit wenigstens einem Kontaktsensor zur Ermittlung des Kontakts zwischen dem Positionierungselement und dem Klemmelement aufweist.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das

Positionierungselement eine Knagge ist oder eine Knagge aufweist, und/oder dass pro Klemmelement der Bohrvorrichtung ein Positionierungselement vorgesehen ist.

12. System nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das

Positionierungselement so ausgelegt ist, dass die statische Last der Bohrvorrichtung über die Auflagefläche des Klemmelements auf das Positionierungselement abtragbar ist, und/oder dass es sich bei dem Sensor um einen Hydraulikzylinder handelt.

13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung nach Anspruch 15 vorgesehen ist.

14. Verfahren zur Positionierung der Bohrvorrichtung, bevorzugt mit einem System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, in einem Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer ein Positionierungselement an der Innenwand des Pfahls vorgesehen wird, dass die Bohrvorrichtung in den Gründungspfahl mit eingriffsfrei angeordneten Klemmelementen einsetzt und abgesenkt wird, dass die Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgerichtet wird, so dass die Klemmelemente mit den Positionierungselementen radial fluchten, dass die Bohrvorrichtung bis oberhalb der Positionierungselemente abgesenkt wird, die Klemmelement radial bewegt werden, bis ein Kontakt mit der Bohrlochwand hergestellt ist, wobei die Klemmelemente schleifend gegenüber der Bohrlochwand bewegbar angeordnet werden, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis über in den Klemmelementen angeordnete Sensoren einen Kontakt mit den Positionierungselementen feststellen, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis die Positionierungselemente wenigstens teilweise die statische Last der Bohrvorrichtung tragen, und dass die der Klemmelemente gegen die Innenwand des Gründungspfahls bewegt werden, so dass die auf die Bohrvorrichtung beim Bohren wirkende dynamische Belastung auf den Pfahl übertragbar ist.

15. Steuerung zur Positionierung einer Bohrvorrichtung, bevorzugt mit einem System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, die so ausgeführt ist, dass, nachdem die Bohrvorrichtung in den Pfahl eingesetzt und abgesenkt wurde, wobei Klemmelemente der Bohrvorrichtung so angeordnet sind, dass sie sich nicht im Eingriff mit der Innenwand des Pfahls befinden, die Bohrvorrichtung im Pfahl ausgerichtet wird, so dass die Klemmelemente gegenüber an der Innenwand der Bohrvorrichtung befindlichen Positionselementen radial fluchten, dass die Bohrvorrichtung bis oberhalb der Positionierungselemente abgesenkt wird, dass die Klemmelement in Richtung der Bohrlochwand bewegt werden, bis ein Kontakt mit der Bohrlochwand hergestellt ist, wobei die Klemmelemente gegenüber der Innenwand des Pfahls schleifend bewegbar sind, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis über in den Klemmelementen angeordneten Sensoren ein Kontakt mit den Positionierungselementen festgestellt wird, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis die Positionierungselementen wenigstens teilweise die statische Last der Bohrvorrichtung tragen, und dass die Klemmelemente gegenüber der Innenwand des Gründungspfahls so ausgefahren werden, dass die auf die Bohrvorrichtung beim Bohren wirkende dynamische Belastung auf den Pfahl übertragbar wird.