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(11) | EP 0 377 042 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
| veröffentlicht nach Art. 158 Abs. 3 EPÜ |
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| (54) | EINRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON BOHRUNGEN IM BODEN |
| (57) Die Einrichtung enthält eine Exzenterwelle (1), auf welcher Walzen (2) angeordnet
sind, die mittels elastischen Elementen (3) in Form einer gefalteten Manschette (11)
zur stirnseitigen Abdichtung der Walzen (2) und mittels zusätzlichen Elementen (5)
zur radialen Abdichtung derselben untereinander verbunden sind. Die zusätzlichen Elemente
(5) sind in einem Radialspalt (7) untergebracht, der zwischen den benachbarten, hohl
ausgeführten Walzen (2) gebildet ist. |
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bautechnik, insbesondere auf Einrichtungen zur Herstellung von Bohrungen im Boden durch Aufweiten. Diese Einrichtungen können zur Tiefenverdichtung des Bodens sowie zur Bildung von Ortpfählen, zur grabenlosen Verlegung von Rohrleitungen, für Maste von Elektroenergie-tbertragungsleitungen usw. verwendet werden.
Zugrundeliegender Stand der Technik
[0002] Zur Zeit sind mehrere Typen von Einrichtungen zur Herstellung von Bohrungen im Boden bekannt. Es ist z.B. eine Einrichtung bekannt (SU, A, 825797), die eine Exzenterachse mit Walzen einschließt, von denen eine mit der Welle eines Motors kinematisch verbunden ist, dessen Gehäuse an die Exzenterachse angeschlossen ist, wobei die Walzen mittels elastischer Muffen miteinander verbunden sind.
[0003] Nachteilig bei dieser Einrichtung ist, daß sie nur unter der Bedingung der Gleichheit der Winkelgeschwindigkeiten aller Walzen funktionsfähig sein kann. Dies kann nur durch Einstellung von gleichen relativen Exzentrizitäten sämlicher Walzen zustandegebracht werden (die absoluten Exzentrizitäten der Walzen verändern sich direkt proportional den Änderungen ihrer Durchmesser), was die Vortriebsgeschwindigkeit der Einrichtung im ganzen wesentlich beeinflußt. Praktisch fällt die Vortriebsgeschwindigkeit um das Mehrfache, und bei ungünstigen Bedingungen (beispielsweise bei Änderung der Bodenstruktur oder -feuchigkeit) kommt die Einrichtung zum Stillstand.
[0004] Es ist auch eine Einrichtung bekannt (SU, A, 977613), die eine Exzenterwelle enthält, auf welcher Walzen drehbar angeordnet sind, die mittels eines elastischen Elementes zu ihrer stirnseitigen Abdichtung untereinander verbunden sind, sowie metallische Ringe angebracht sind, welche mit dem elastischen Element verbunden sind und mit den Stirnflächen der Walzen kontaktieren.
[0005] Eine derartige konstruktive Lösung der stirnseitigen Abdichtung der Walzen schließt es nicht aus, daß flüssiger Boden und Feuchtigkeit in die Hohlräume von Lagern gelangen, wodurch die Lebensdauer der Einrichtung herabgesetzt wird.
[0006] Bei der Arbeit der Einrichtung in feuchten Böden dringt das Wasser zusammen mit den Bodenteilchen über die Spalte zwischen den rotierenden Walzen und den metallischen Ringen in den Innenhohlraum der Einrichtung ein.
[0007] Die Konstruktion der stirnseitigen Dichtung zwischen den Walzen gewährleistet kein gleichmäßiges Andrücken der metallischen Ringe an die Stirnflächen der Walzen, wodurch es zum Öffnen eines der Ringe kommen kann und das Wasser mit den Bodenteilchen in den Innenhohlraum der Einrichtung gelangt.
[0008] Beim Gelangen der Bodenteilchen in die besagten Spalte kann es außerdem zur Verklemmung eines der metallischen.Ringe kommen. In diesem Fall kann infolge der Differenz der Winkelgeschwindigkeiten der benachbarten Walzen ein Bruch der Manschette (des elastischen Elementes) geschehen.
Offenbarung der Erfindung
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Einrichtung zur Herstellung von Bohrungen im Boden zu schaffen, bei welcher die konstruktive Ausführung ihrer Dichtungen es gestattet, ihre Lebensdauer durch Verhinderung des Gelangens von Feuchtigkeit und Bodenteilchen in ihre Hohlräume zu erhöhen.
[0010] Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur Herstellung von Bohrungen im Boden, die eine Exzenterwelle enthält, auf welcher Walzen drehbar .ngeordnet sind, die mittels elastischen Elementen zu ihrer stirnseitigen Abdichtung untereinander verbunden sind, sowie metallische Ringe angebracht sind, erfindungsgemäß zusätzliche Elemente zur radialen Abdichtung der Walzen montiert sind, von denen jede hohl ausgeführt ist, wobei diese zusätzlichen elastischen Elemente in einem zwischen den benachbarten Walzen gebildeten Radialspalt untergebracht sind, während die elastischen Elemente zur stirnseitigen Abdichtung als gefaltete Manschette ausgebildet sind.
[0011] Die metallischen Ringe umfassen die gefalteten Manschetten und kontaktieren mit den benachbarten Walzen über angespitzte Kanten.
[0012] Eine solche Konstruktion schließt ein Eindringen von Wasser und Bodenteilchen in den Innenhohlraum der Einrichtung und folglich in die Lager vollkommen aus. Die Konstruktion der stirnseitigen Dichtung zwischen den Walzen gewährleistet ein gleichmäßiges Andrücken der metallischen Ringe an die Stirnflächen der Walzen dadurch, daß die gefaltete Manschette längs der Achse des Arbeitsorgans mit Hilfe von an den Stirnflächen der Walzen angebrachten Bünden angeordnet ist, deren Innendurchmesser den Außendurchmesser der metallischen Ringe um die Größe der doppelten Exzentrizität "e" überschreitet. Die Innenfläche der Bünde ist kegelig gestaltet. Bei der radialen Verschiebung der Walzen relativ zur Manschette wird der Boden zwischen dem Bund der Walze urddem Ring der Manschette aus dem Spalt verdrängt, wodurch eine stabile Lage der Manschette entlang der Achse des Arbeitsorgans gewährleistet wird, was das Auftreten einer Schiefstellung und Verformung der Manschette verhindert, welche bei Ansammlung des Bodens entstehen.
[0013] Die Außenkante jedes metallischen Ringes, der mit der Walze kontaktiert, ist angespitzt ausgeführt, und hierdurch wird eine minimale Berührungszone der Ringe zur Erzeugung eines erforderlichen Drucks in der Berührungszone sichergestellt.
[0014] Die spitze Stirnseite des metallischen Ringes erzeugt nicht nur den geforderten Druck in der Reibpaarung, sondern gestattet es auch, die Kontaktoberfläche von Boden zu reinigen, indem der Boden durch die Außenfläche des Ringes zur Kegelfläche des Bundes infolge der radialen Bewegungen der Stirnflächen der Walzen verschoben wird.
[0015] Falls die Feuchtigkeit durch die Berührungszone der metallischen Ringe und der Stirnfläche der Walzen eindringt, so schliessen die zusätzlichen Elemente zur radialen Abdichtung der Wälzen das Gelangen der Feuchtigkeit in den Innenhohlraum der Einrichtung vollkommen aus.
[0016] Die Berührungsstellen des zusätzlichen Elementes mit den Oberflächen der Walzen sind mit einem Lagerwerkstoff bedeckt, der ein leichtes Durchdrehen der Walzen dank verminderten Reibungskräften zwischen dem zusätzlichen Element und den Walzen gewährleistet.
[0017] Das Eindringen der Feuchtigkeit in die Lager verhindert auch ein halbfestes Schmiermittel, das einen Gegendruck im Inneren der Einrichtung erzeugt.
[0018] Eine Erweiterung der technologischen Möglichkeiten der Einrichtung wird dadurch gewährleistet, daß mindestens einer von den Bereichen der Oberflächen der benachbarten Walzen in Form eines Abschnittes einer schraubenförmigen Bandwicklung ausgeführt ist. Diese konstruktive Lösung gewährleistet, daß in der Wand der Bohrung eine Vertiefung längs einer Schraubenlinie formiert wird, wodurch die Kontaktfläche der hergestellten Bohrung mit dem Material, mit welchem diese Bohrung ausgefüllt wird, größer wird. Bohrungen mit einem tiefen Gewinde in den Wänden für Ortpfähle und Anker erhöhen die Tragfähigkeit derselben um das Mehrfache. Besonders effektiv ist dies bei der Verstärkung der Fundamente von Produktions- und gesellschaftlichen Gebäuden und -bauwerken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0019] Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verständlich, die praktisch durchführbare Varianten der vorliegenden Erfindung zeigen; in den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 die Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herstellung von Bohrungen im Boden;
Fig. 2 die stirnseitige und radiale Dichtung zwischen den benachbarten Walzen;
Fig. 3 eine der Ausführungsformen der schraubenförv migen Bandwicklung auf der Oberfläche der Walzen.
Beste Ausführungsform der Erfindung
[0020] Die erfindungsgemäße Einrichtung (Fig. 1, 2) zur Herstellung von Bohrungen im Boden enthält eine Exzenterwelle 1, auf der Walzen 2 drehbar angeordnet sind, welche mittels elastischen Elementen 3 zur stirnseitigen Abdichtung derselben untereinander verbunden sind, und metallische Druckringe 4 angebracht sind. In der Einrichtung sind zusätzliche Elemente 5 zur radialen Abdichtung der Walzen 2 montiert, von denen jede hohl ausgeführt ist.
[0021] Die Walzen haben eine konische Form mit allmählicher Vergrößerung ihres Durchmessers, wobei jede der Walzen mit einem Endstück 6 versehen ist, das in den Innenhohlraum der benachbarten Walze hineinragt und einen Radialspalt 7 zwischen den Walzen bildet, in welchem das zusätzliche Element 5 montiert ist. Die Stellen der Berührung des zusätzlichen Elementes mit den Oberflächen der Walzen sind mit einem Lagerwerkstoff 8 bedeckt, der eine Verminderung der Haftreibungskräfte zwischen dem zusätzlichen Element 5 und den Walzen 2 bei deren Drehung gewährleistet. Als Lagerwerkstoff kann Bronze, Messing u.dgl. verwendet werden. Die Walzen sind auf der Exzenterwelle 1 mittels Wälzlagern 9 oder mittels Gleitlagern 10 montiert.
[0022] Die elastischen Elemente 3 zur stirnseitigen Abdichtung sind als gefaltete Manschette 11 ausgebildet, die elastische Eigenschaften aufweist und vorzugsweise aus Gummi in Pressformen hergestellt ist.
[0023] Die metallischen Druckringe 4, die die gefalteten Manschetten 11 umfassen, sind mit angespitzten Kanten versehen, welche mit den benachbarten Walzen 2 mittels in den Walzen frei rotierenden Ringen 12 kontaktieren. Die Stirnflächen der Walzen 2 sind mit einem Bund 13 ausgeführt, dessen Innendurchmesser den Außendurchmesser des metallischen Ringes 4 um die Größe der doppelten Exzentrizität "e" überschreitet.
[0024] Einer der Bereiche der Oberfläche der benachbarten Walzen ist in Form eines Abschnittes 14 einer schraubenförmigen Bandwicklung (Fig. 3) ausgebildet. Die Stirnseiten der zugeordneten Abschnitte sind als Vielnutverbindung ausgeführt, die eine freie Verschiebung derselben in radialer Richtung gestattet.
[0025] Die Innenhohlräume der Walzen 2 sind mit einem halbfesten Schmiermittel A ausgefüllt, das die Schmierung der Lager 9, 10 und eine Gegenwirkung gegen das Eindringen von Wasser und Boden teilchen ins Innere der Einrichtung gewährleistet.
[0028] Die Einrichtung wird in eine im voraus vorbereitete kegelförmige Vertiefung im Boden eingeführt, die von einer Schnecke gebildet ist. Die Länge der Vertiefung soll so bemessen sein, daß in sie drei bis vier vordere Walzen hineingehen. Hiernach schaltet man den Antrieb der Einrichtung ein. Mit der Drehung der Welle 1 des Arbeitsorgans bewerkstelligen die Walzen 2, indem sie sich an den Wänden der kegelförmigen Vertiefung im Boden abwälzen, den axialen Vorschub des Arbeitsorgans, wobei sie in den Boden hineinschrauben und auf diese Weise eine Bohrung mit verdichteten Wänden bilden.
[0029] Bei der Formierung der Bohrung fällt der Boden herab und gelangt in die stirnseitigen Spalte zwischen den benachbarten Walzen, wobei aber der Boden in den Innenhohlraum der Einrichtung nicht eindringt. Die vorhandenen Elastizitätskräfte in der gefalteten Manschette 11 halten sie in der Achse des Arbeitsorgans fest, ohne sie in der radialen Richtung zu verformen.
[0030] Dabei wird die Stirnfläche der Walzen durch die spitzen Kanten der Ringe 4 von Boden gereinigt, und der Boden wird aus den stirnseitigen Spalten zwischen den Kanten nach außen ausgestoßen, wo er von den benachbarten Walzen in die Wände der Bohrung eingewalzt wird.
[0031] Die Verwendung der stirnseitigen und radialen Dichtungen und die Ausfüllung der Hohlräume der Walzen mit dem halbfesten Schmiermittel erhöht die Betriebszu7jer- lässigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung.
[0032] Der an der Walze 2 starr befestigte Abschnitt der schraubenförmigen Bandwicklung rollt mit jeder Umdrehung der Walze um die Achse der Bohrung periodisch mit seiner Vorderkante eine Vertiefung in der Bohrungswand ein und bildet eine kontinuierliche Schraubenvertiefung, deren Tiefe durch die Höhe "h" des Abschnittes 14 der schraubenförmigen Bandwicklung bestimmt wird.
[0033] Bei der Anbringung des schraubenförmigen Abschnittes 14 an allen Walzen der Einrichtung geht der Prozeß der Formierung der Schraubenausnehmung im Boden gleichzeitig mit der Gestaltung der Bohrung selber vonstatten. Die bewegliche Verbindung der schraubenförmigen Abschnitte behält die Kontinuität der Wicklung bei und begrenzt zugleich nicht die Bewegung der Walzen längs einer Spiralbahn. Die hergestellte schraubenförmige Bohrung vergrößert die Stirnfläche eines in ihr gebauten Ortpfahls oder eines Ankers um das 2- bis 3-fache und erhöht als Folge davon dessen Tragfähigkeit gegenüber einem Pfahl, der in einer Bohrung mit glatten Wänden eingesetzt ist. Beim Niederbringen einer Bohrung stützt sich die erfindungsgemäße Einrichtung bei fortschreitender Bewegung mit ihrer Wicklung an.den gebildeten Wänden der Ausnehmung ab, was in feuchten tonhaltigen Böden eine ausreichende Haftung gewährleistet.
[0034] Die Steigung t der schraubenförmigen Wicklung an der Wand der Bohrung hängt von der Vorschubgröße des Arbeitsorgans je Wellenumdrehung, von dem Durchmesser der Bohrung und der Differenz zwischen dem Durchmesser der Bohrung und dem Durchmesser der Walze ab, an welcher die schraubenförmige Wicklung angebracht ist.
[0035] Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung kann man auch das Einrollen in Bohrungen durchführen, die vorher nach einem beliebigen anderen Verfahren wie Bohren, Durchstechen, Durchdrücken oder Durchschlagen hergestellt wurden. Die Tragfähigkeit von Pfählen oder Ankern, gebaut in einer profilierten Bohrung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung, wird gegenüber den in einer glattwandigen Bohrung gebauten Pfählen oder Ankern erhöht. Die Pfähle und Anker weisen die erforderliche Tragfähigkeit bei beträchtlicher Reduzierung ihrer Länge auf.
[0036] Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einrichtung kann das Niederbringen von Bohrungen in feuchten plastischen Böden zustandegebracht werden, in denen es nicht gelingt, eine Bohrung mittels einer Einrichtung mit glatten Walzen durch Aufweiten herzustellen oder in denen das Niederbringen mit einer kleineren Geschwindigkeit erfolgt.
Gewerbliche Verwertbarkeit
[0037] Die vorliegende Erfindung kann am effektivsten angewandt werden auf dem Gebiet des Bauwesens, genauer bei Erdarbeiten zur Herstellung von vertikalen, schrägen und horizontalen Bohrungen nach der Methode des Aufweitens des Bodens bei der Errichtung von Ortpfählen, bei der Tiefenverdichtung des Bodens, beim Aufstellen einer Wand im Boden, beim Bau von Ankern, Elektroenergie-Übertragungsleitungen, beim grabenlosen Verlegen von Rohrleitungen, Herstellen von Tunneln, Brunnen, bei der Verstärkung der Fundamente von funktionierenden Gebäuden und Bauwerken u.a.m.
[0038] Das Vorhandensein neuer konstruktiver Elemente in der Einrichtung in Form von radialen Dichtungen und einer schraubenförmigen Bandwicklung an der Oberfläche der Walzen übt einen positiven Einfluß auf die Betriebszuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung aus und erweitert insgesamt ihre technologischen Möglichkeiten.
1. Einrichtung zur Herstellung von Bohrungen im Boden, die eine Exzenterwelle (1)
enthält, auf welcher Walzen (2) drehbar angeordnet sind, die mittels elastischen Elementen
(3) zu ihrer stirnseitigen Abdichtung untereinander verbunden sind, sowie metallische
Druckringe (4) angebracht sind, dadurch gekennzeich-n e t, daß in ihr zusätzliche
Elemente (5) zur radialen Abdichtung der Walzen (2) montiert sind, von denen jede
hohl ausgeführt ist, wobei diese zusätzlichen elastischen Elemente (5) in einem Radialspalt
(7) untergebracht sind, der zwischen den benachbarten Walzen (2) gebildet ist, während
die elastischen Elemente (3) zur stirnseitigen Abdichtung als gefaltete Manschette
(11) ausgebildet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurchgeken n-zeichnet, daß die metallischen Druckringe
(4) die gefalteten Manschetten (11) umfassen und mit den benachbarten Walzen (2) über
angespitzte Kanten kontaktieren.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-zeichnet, daß die Oberfläche der Walzen
(2) im Radialspalt (7) mit einem Lagerwerkstöff (8) bedeckt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer von den
Bereichen der Oberflächen der benachbarten Walzen (2) in Form eines Abschnittes (14)
einer schraubenförmigen Bandwicklung ausgeführt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der Walzen
(2) mit einem halbfesten Schmiermittel (A) ausgefüllt sind.