[0001] Die Erfindung betrifft ein Pfahlbohrwerkzeug zum Erstellen einer Pfahlbohrung gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einem zur Bohrachse koaxialen Mittenrohr, mindestens
einer quer zur Bohrachse gerichteten Kante, auf der eine Vielzahl von Schneidzähnen
angeordnet ist, und eine Fördereinrichtung zum Aufnehmen und/oder Abfördern des von
den Schneidzähnen abgetragenen Bohrmaterials.
[0002] Pfahlbohrungen dienen beispielsweise dazu, um Pfahlfundamente, so genannte Gründungspfähle,
für Gebäude zu erstellen. Diese Art von Fundament ist etwa notwendig, wenn der Untergrund
auf dem das Gebäude errichtet werden soll, keine ausreichende Tragfähigkeit aufweist.
So werden mittels Pfahlbohrungen große säulenartige Hohlräume so weit in den Boden
getrieben, bis eine ausreichende Tragfähigkeit gewährleistet ist. Anschließend werden
diese Hohlräume mit Zement oder einem ähnlichen Material verfüllt. Um eine möglichst
hohe Stabilität des Fundamentes gewährleisten zu können, ist es von besonderer Bedeutung,
dass die Pfähle genau an der berechneten Stelle im Boden angefertigt werden können.
Insbesondere sind Abweichungen in der Bohrrichtung zu vermeiden.
[0003] Als Pfahlwerkzeuge sind beispielsweise so genannte Bohreimer bekannt. Solche Pfahlbohrwerkzeuge
werden in einem diskontinuierlichen Bohrverfahren betrieben, d.h. das Pfahlbohrwerkzeug
wird zunächst in den Boden gebohrt. Wenn genug Bodenmaterial gelöst und der Bohreimer
gefüllt ist, wird das Werkzeug mit dem Bodenmaterial aus dem Pfahlbohrloch gezogen.
Der Bohreimer wird entleert, und dann kann das Bohren fortgesetzt werden.
[0004] Aus der DE 42 09 854 ist ein Pfahlwerkzeug mit Bohrschnecke bekannt, die bei der
Bohrung in den Boden eingedreht wird. Beim Schneckenbohren wird durch Schneidzähne
Bodenmaterial gelöst, welches durch eine Förderschnecke nach oben gefördert wird.
Derartige Pfahlbohrwerkzeuge können zum kontinuierlichen und diskontinuierlichen Bohren
eingesetzt werden.
Zur exakten Ausrichtung und Führung des Pfahlbohrwerkzeuges während der Bohrung dient
hierbei eine aufgesetzte, nach unten weisende Zentrierspitze.
[0005] Da solche Pfahlbohrungen als Fundamente dienen, müssen sie dementsprechend groß ausgelegt
sein. Ein Pfahlbohrer muss deshalb in der Regel, wie in DE 41 32 314 C1 offenbart,
von einem beispielsweise raupenartigen Kettenfahrzeug zur Bohrung positioniert werden.
Während der Bohrung kann durch dieses Trägergerät der obere Bereich des Bohrwerkzeuges
geführt werden. Beim Erstellen insbesondere tieferer Pfahlbohrungen ist diese obere
Führung allein für ein richtungsgenaues Bohren kaum ausreichend.
[0006] Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, ein Pfahlbohrwerkzeug anzugeben, welches eine besonders genaue Pfahlherstellung
ermöglicht.
[0007] Die Aufgabe wird durch ein Pfahlbohrwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0008] Das erfindungsgemäße Pfahlbohrwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass in Bohrrichtung
vorauseilend zu den Schneidzähnen mindestens zwei Schneidkanten angeordnet sind, welche
zueinander versetzt und unter Bilden eines Mittenfreiraumes voneinander beabstandet
sind.
[0009] Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Pfahlbohrwerkzeug durch eine doppelte
Zentrierfunktion besser in der gewünschten Richtung während des Bohrens führen zu
können. Eine erste Zentrierfunktion wird durch die beiden Schneidkanten erreicht,
die sich im Zentrum der Unterseite des Pfahlbohrwerkzeuges befinden. Diese beiden
an dem Pfahlbohrwerkzeug voneinander beabstandet angebrachten Schneidkanten, bilden
einen Freiraum in der Mitte. In diesem mittleren Freiraum bleibt ein Teil des Bodens
stehen. Es bildet sich also im Zentrum der Pfahlbohrung ein führender Kegel, der eine
zweite Zentrierfunktion bewirkt. Diese zueinander versetzten drei, vier oder mehr
Schneidkanten gewähren somit innere und äußere Führungsflächen. Durch diese doppelte
Zentrierfunktion kann insbesondere bei tieferen Pfahlbohrungen, die Tiefen von etwa
20 m bis 100 m erreichen können, die Gefahr von Abweichungen an der Bohrspitze erheblich
vermindert werden.
[0010] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Fördereinrichtung als Bohreimer
ausgebildet. Die erfindungsgemäße doppelte Zentrierung ist bei einem Bohreimer besonders
nutzbringend, da dieser nur über seine relativ geringe Länge von 1 m bis 3 m an der
Bohrlochwandung geführt ist. Ansonsten erfolgt die Führung über das von der Bohrlochwandung
beabstandete Bohrgestänge.
[0011] Besonders einfach ist das Benutzen eines Bohreimers, wenn an seiner Unterseite mindestens
eine Öffnung mit einem verschließbaren Deckel vorhanden ist und an der Öffnung die
Kante mit den Schneidzähnen angeordnet ist. Somit wird während des Bohrens das durch
die Schneidzähne gelöste Bodenmaterial direkt in den Innenraum des Bohreimers befördert.
Durch die Möglichkeit des Verschließens dieser Öffnung kann der Bohreimer verschlossen
werden, wenn dieser mit Bodenmaterial ausgefüllt ist und aus dem Bohrloch zur Entleerung
entfernt wird. Somit kann kein Bodenmaterial wieder zurück in das Bohrloch fallen.
[0012] Bei einem besonders bevorzugten Pfahlbohrwerkzeug sind die mindestens zwei zueinander
beabstandeten Schneidkanten einstückig als Bohrspitze ausgebildet. Da die Bohrspitze
zum richtungsmäßigen Führen des Pfahlbohrwerkzeuges gedacht ist, wirken auf diese
sehr große Kräfte. So ist es von Vorteil, diese Schneidkanten einstückig auszubilden,
um die auftretenden Kräfte besser verarbeiten zu können. In Böden, in denen diese
Kräfte nicht besonders hoch sind, können aber auch drei oder vier Schneidkanten verwendet
werden.
[0013] Ein besonders einfaches Verschließen der Öffnung des Bohreimers kann dadurch erreicht
werden, dass die Bohrspitze fest mit dem Deckel verbunden ist und dass der Deckel
drehbar gegenüber dem Bohreimer gelagert ist. Die drehbare Verbindung des Deckels
gegenüber dem Bohreimer ist so ausgeführt, dass, wenn das Pfahlbohrwerkzeug aktiv
in den Boden gedreht wird, also in einer bestimmten Drehrichtung, der Deckel durch
die Drehbewegung die Öffnung des Bohreimers öffnet. Wenn der Bohreimer aus dem Pfahlbohrloch
entfernt wird, wird das Pfahlbohrwerkzeug in die entgegengesetzte Richtung gedreht,
so schiebt sich der Deckel über das Loch in dem Bohreimer und verschließt es. Somit
ist eine einfache Konstruktion zum Verschließen der Öffnung des Bohreimers gegeben,
die ohne zusätzlichen Aufwand an einem Bohreimer angebracht werden kann.
[0014] Ein weiteres Pfahlbohrwerkzeug nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Fördereinrichtung mindestens eine Wendel aufweist, welche an dem Mittenrohr angebracht
ist. Das Benutzen einer solchen Förderwendel als Fördereinrichtung bietet den Vorteil,
dass hiermit auch kontinuierlich gebohrt werden kann. Das abgetragene Bodenmaterial
wird über die eine oder mehrere Wendeln nach oben gefördert.
[0015] Um das gebohrte Bohrloch gegenüber dem angrenzenden Boden abzustützen, ist es besonders
bevorzugt, das Mittenrohr zur Einleitung von Suspension auszubilden. So kann während
des Rückziehens des Bohrers eine Stützsuspension in das Bohrloch eingebracht werden.
Auch ist es möglich, durch dieses Mittenrohr eine abbindbare Suspension in das Bohrloch
einzubringen, um mit Hilfe dieser Suspension das Bohrloch auszufüllen und dann mit
weiteren Mitteln die Suspension abzubinden, um so einen festen Körper in dem Pfahlbohrloch
zu erstellen.
[0016] Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Bohrspitze in einer Aufnahme am unteren Ende
des Mittenrohres lösbar befestigt ist. Somit kann die Bohrspitze bei Beschädigungen
einzeln ausgetauscht werden. Auch besteht durch die lösbare Anbringung die Möglichkeit,
die Bohrspitze entsprechend des zu bohrenden Untergrundes auszuwählen und so einen
besseren Vortrieb und eine bessere Führung des Pfahlbohrwerkzeuges zu erreichen.
[0017] Grundsätzlich kann die Aufnahme der Bohrspitze beliebig ausgebildet sein. Es ist
aber besonders vorteilhaft, wenn die Aufnahme polygon, insbesondere viereckig, ausgebildet
ist. Hiermit wird das Drehmoment der Drehbewegung des Pfahlbohrwerkzeuges besonders
gut auf die Bohrspitze übertragen.
[0018] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pfahlbohrwerkzeuges
besitzt an der Oberseite eine Verbindungseinrichtung zum lösbaren Verbinden mit einem
Bohrgestänge. Durch dieses Bohrgestänge, welches weitere Schneckenelemente aufweisen
kann, wird das Drehmoment zu dem Pfahlbohrwerkzeug übertragen. Der Vorteil einer lösbaren
Verbindung ist darin zu sehen, dass sowohl das Bohrgestänge wie auch das Pfahlbohrwerkzeug
separat bzw. mit anderen Einrichtungen zusammen genutzt werden kann.
[0019] Um eine Pfahlbohrung mit dem erfindungsgemäßen Pfahlbohrwerkzeug zu erstellen, wird
ferner ein Bohrgerät mit einem Mast, einem daran angeordneten Drehantrieb und einem
Bohrgestänge, welches mittels des Drehantriebs rotierend angetrieben ist, vorgesehen.
Diese Einrichtungen sind deshalb zweckmäßig, damit bei der Erstellung einer Pfahlbohrung
große Tiefen erreicht werden können und auch der Durchmesser dieser Pfahlbohrungen
relativ groß gewählt werden kann. Auch dient das Bohrgerät mit dem Mast zur weiteren
Stabilisierung der Richtung des Pfahlbohrwerkzeugs.
[0020] Die Erfindung wird weiter anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert,
welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Pfahlbohrwerkzeuges mit
Bohreimer;
- Fig. 2
- eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Pfahlbohrwerkzeuges mit
einer Wendel;
- Fig. 3 und 4
- Seitenansichten der Bohrspitze eines erfindungsgemäßen Pfahlwerkzeuges; und
- Fig. 5
- eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Pfahlbohrwerkzeuges mit
teilweise zwei Wendeln.
[0021] In Fig. 1 ist eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Pfahlbohrwerkzeuges
1 in einer Ausführungsform mit Bohreimer 2 gezeigt. Durch ein Mittenrohr 20, welches
koaxial zur Bohrachse angeordnet ist, wird ein radiales Drehmoment auf das Pfahlbohrwerkzeug
1 übertragen. An einer Kante 8 sind in Reihe vier Schneidzähne 3 zum Lösen des Bodens
angeordnet. Durch eine vor der Kante 8 angeordnete Öffnung 11 des Bohreimers 2 kann
das gelöste Material in den Bohreimer 2 eintreten. Ist der Bohreimer 2 mit ausreichend
Material gefüllt, so wird er mit Hilfe eines drehbaren Deckels 4 verschlossen. Durch
die verdrehbare Lagerung des Deckels 4, der fest mit einer Bohrspitze 5 verbunden
ist, kann dies besonders einfach geschehen. Durch eine Rotation entgegen der beim
normalen Bohren genutzten Richtung wird der Deckel 4 vor die Öffnung 11 des Bohreimers
2 gedreht. So ist sichergestellt, dass das ausgeräumte Material nicht mehr aus dem
Bohreimer 2 in das Bohrloch zurückfallen kann.
[0022] Nachdem das Pfahlbohrwerkzeug 1 wieder an die Oberfläche befördert wurde, wird mit
Hilfe eines Auslösemechanismus 6 ein Deckelverschluss 7 gelöst. So kann der seitlich
angelenkte Deckel 4 des Bohreimers 2 abklappen und das in dem Bohreimer 2 befindliche
Bodenmaterial problemlos austreten. Nachdem der Deckel 4 des Bohreimers 2 wieder geschlossen
ist, kann das Pfahlbohrwerkzeug 1 wieder zum Bohren in das Bohrloch befördert werden.
[0023] Der zylindrische Bohreimer 2 weist an seiner Oberseite ein kantiges Mittenrohr 20
auf, welches zur Verbindung mit einem Bohrgestänge dient. Bei bestimmten Ausführungen
kann sich das Mittenrohr 20 durch den Bohreimer 2 hindurch erstrecken, um etwa eine
Suspension in das Bohrloch einzuleiten. In vorliegender Ausführung ist es als ein
kurzer Rohransatz ausgebildet.
[0024] Die Bohrspitze 5 ist lösbar am unteren Ende des Pfahlbohrwerkzeuges befestigt. Sie
sitzt in einer rohrförmigen Aufnahme 10, welche Teil des Mittenrohres 20 sein kann.
Diese Aufnahme 10 und die darin befindliche Bohrspitze 5 werden durch einen quergerichteten
Riegelbolzen 9 lösbar verbunden.
[0025] Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pfahlbohrwerkzeuges ist in Fig.
2 dargestellt. Hier ist das Pfahlbohrwerkzeug 1 mit einer Wendel 21 versehen. Diese
Wendel 21 ist am Mittenrohr 20 angeschweißt. Sie bilden zusammen eine so genannte
Förderschnecke. Das durch die Schneidzähne 3 ausgebrochene Material wird in der Förderschnecke
weiter in Richtung Oberfläche befördert.
[0026] Weiter ist aus dieser Abbildung auch die an dem Mittenrohr 20 ausgebildete Verbindungseinrichtung
22 ersichtlich, welche zum Verbinden des Pfahlbohrwerkzeuges 1 mit dem nicht dargestellten
Bohrgestänge dient. Über dieses Bohrgestänge wird ein Drehmoment auf das Pfahlbohrwerkzeug
1 übertragen. Soll durch das Mittenrohr 20 eine Suspension in das Bohrloch austreten,
so ist das Bohrgestänge mit einer Zuleitung für die Suspension versehen. Die Befestigung
der Bohrspitze 5 ist in gleicher Art und Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel
ausgeführt. Durch einen Bolzen 9 wird die Bohrspitze 5 in der Aufnahme 10 befestigt.
Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pfahlbohrwerkzeuges 1 eignet sich besonders
für nicht Wasser führende Böden.
[0027] Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Seitenansichten der Bohrspitze 5 des erfindungsgemäßen Pfahlbohrwerkzeuges
1. Hierbei ist die einteilige Ausführung der Schneidkanten 31 ersichtlich. Auch ist
in diesen Figuren die viereckige Form des Bohrkopfes 5 im Bereich der in die Aufnahme
10 eingeführt wird, gezeigt. Durch die lösbare Befestigung des Bohrkopfes 5 am Pfahlbohrwerkzeug
1 ist es besonders einfach, diesen Bohrkopf 5 auszutauschen. So kann das Pfahlbohrwerkzeug
1 auf die Bodeneigenschaften mit verschiedenen Ausführungen von Bohrköpfen 5 besonders
gut angepasst werden.
[0028] Die Bohrspitze 5 weist im Bereich, der zum Einbringen in die Aufnahme 10 vorgesehen
ist, eine durchgängige Bohrung 32 auf. Zur Befestigung der Bohrspitze 5 an der Aufnahme
10 weist die Aufnahme ebenso eine Bohrung auf. Diese beiden Bohrungen sind so angeordnet,
dass ein Riegelbolzen 9 zum Befestigen der Bohrspitze 5 durch beide Bohrungen hindurch
geschoben werden kann. Ein Absatz 34 zwischen den Schneidkanten 31 und dem zum Einbringen
in die Aufnahme 10 vorgesehenen viereckigen Körper mit abgerundeten Ecken dient einer
besonders guten Positionierung der Bohrspitze 5 in der Aufnahme 10. Durch diesen Absatz
34 wird unterstützt, dass die durchgängige Bohrung 32 mit der Bohrung in der Aufnahme
10 so übereinstimmen, dass der Riegelbolzen 9 ohne Probleme eingeführt werden kann.
[0029] Die Bohrspitze 5 weist an den Schneidzähnen 31 am unteren Ende jeweils eine lange
Außenkante 35 und eine kurze Innenkante 36 auf. Die lange Außenkante 35 ist von der
Rotationsachse der Bohrspitze 5 aus gesehen nach außen geneigt. Dies fördert eine
besonders gute Führung der Bohrspitze 5 und somit auch des gesamten Pfahlbohrwerkzeuges
1. Die kurzen Innenkanten 36, die zur Rotationsachse nach innen geneigt sind, schneiden
einen Bodendorn aus, der die zweite Zentrierfunktion bewirkt. Während des Bohrens
erstreckt sich der Bodendorn bis zur Kante 33. Der Bodendorn wird durch diese Kante
33 bei einer zum Bohren erforderlichen Rotation des Pfahlbohrwerkzeuges abgearbeitet,
um eine weiteres Eindringens des Pfahlbohrwerkzeuges 1 in den Boden zu ermöglichen.
[0030] Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Pfahlbohrwerkzeuges 1 besitzt
eine zweite Wendel 41. Diese zweite Wendel 41 ist ebenfalls wie die erste Wendel 21
an dem Mittenrohr 20 angeschweißt. Das Pfahlbohrwerkzeug 1 weist nun zwei Kanten 8,
44 auf, an denen Schneidzähne 3 zum Abtragen des Bodenmaterials befestigt sind. In
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Schneidzähne in einer gebogenen
Linie an der Kante angebracht. Die Nutzung von zwei Kanten 8, 44 mit dort angebrachten
Schneidzähnen bietet den Vorteil, dass das Pfahlbohrwerkzeug 1 einer symmetrischeren
Belastung beim Bohren unterliegt. Diese symmetrische Belastung des Pfahlbohrwerkzeuges
1 vermindert ebenso wie die Bohrspitze 5 das Abweichen des Pfahlbohrwerkzeuges 1 von
der gewünschten Bohrrichtung. Um eine besonders gute Einhaltung der gewünschten Bohrrichtung
zu erreichen, ist am Ende der Spindel eine zusätzliche Führungskante 45 angebracht.
[0031] Bei der an diesem Pfahlbohrwerkzeug 1 angeschweißten zweiten Wendel 42 handelt es
sich um eine Dreiviertelwendel. Dies reicht aber zur Erzeugung einer symmetrischen
Belastung des Pfahlbohrwerkzeuges 1 aus. An der Verbindungseinrichtung 22 des Pfahlbohrwerkzeuges
1 ist eine Halteöse 42 angebracht. Diese Halteöse 42 dient zum Transport des Pfahlbohrwerkzeuges
1, wenn dieses nicht am Bohrgestänge befestigt ist. An der Verbindungseinrichtung
22 sind außerdem Verbindungslöcher 43 ersichtlich. Diese Verbindungslöcher 43 dienen
zum einen dazu, die Verbindungseinrichtung 22 mit dem Bohrgestänge kraftschlüssig
zu verbinden. Dies kann beispielsweise durch weitere Riegelbolzen erfolgen. Die Verbindungslöcher
43 an der eckigen Verbindungseinrichtung 22 können aber auch die Aufgabe haben, einen
Anschluss für eine Zuleitung von Suspension in das Mittenrohr 20 zu ermöglichen. Diese
Suspension kann dann beispielsweise im Bereich der Bohrspitze 5 durch Austrittsöffnungen
aus dem Mittenrohr 20 austreten.
[0032] Durch das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug wird eine besonders genaue Pfahlherstellung
ermöglicht.
1. Pfahlbohrwerkzeug (1) zum Erstellen einer Pfahlbohrung im Boden, mit einem zur Bohrachse
koaxialen Mittenrohr (20), mindestens einer quer zur Bohrachse gerichteten Kante (8),
an der eine Vielzahl von Schneidzähnen (3) angeordnet ist, und einer Fördereinrichtung
zum Aufnehmen und/oder Abfördern des von den Schneidzähnen (3) abgetragenen Bodenmaterials,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Bohrrichtung vorauseilend zu den Schneidzähnen (3) mindestens zwei Schneidkanten
(31) angeordnet sind, welche zueinander versetzt und unter Bilden eines Mittenfreiraumes
voneinander beabstandet sind.
2. Pfahlbohrwerkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fördereinrichtung als ein Bohreimer (2) ausgebildet ist.
3. Pfahlbohrwerkzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bohreimer (2) an seiner Unterseite mindestens eine Öffnung (11) mit einem verschließbaren
Deckel (4) aufweist und dass an der Öffnung (11) die Kante (8) mit den Schneidzähnen
(3) angeordnet ist.
4. Pfahlbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens zwei zueinander beabstandeten Schneidkanten (31) einstückig als Bohrspitze
(5) ausgebildet sind.
5. Pfahlbohrwerkzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bohrspitze (5) fest mit dem Deckel (4) verbunden ist und dass der Deckel (4)
verdrehbar gegenüber dem Bohreimer (2) gelagert ist.
6. Pfahlbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fördereinrichtung mindestens eine Wendel (21) aufweist, welche an dem Mittenrohr
(20) angebracht ist.
7. Pfahlbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Mittenrohr (20) zur Einleitung von Suspension ausgebildet ist.
8. Pfahlbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bohrspitze (5) in einer Aufnahme (10) am unteren Ende des Mittenrohres (20) lösbar
befestigt ist.
9. Pfahlbohrwerkzeug nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aufnahme (10) polygon, insbesondere viereckig ausgebildet ist.
10. Pfahlbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Oberseite eine Verbindungseinrichtung (22) zum lösbaren Verbinden mit einem
Bohrgestänge ausgebildet ist.
11. Bohrgerät mit einem Mast, einem daran angeordneten Drehantrieb und einem Bohrgestänge,
welches mittels dem Drehantrieb rotierend angetrieben ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Pfahlbohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist.