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Dokumentenidentifikation EP1518999 05.07.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001518999
Titel Bohrgerät und Verfahren zum Einbringen eines Bohrelementes in den Boden
Anmelder Bauer Maschinen GmbH, 86529 Schrobenhausen, DE
Erfinder Harthauser, Werner Dipl.-Ing.(FH), 86637 Wertigen, DE
DE-Aktenzeichen 502004003865
Vertragsstaaten DE, IT
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 01.09.2004
EP-Aktenzeichen 040207888
EP-Offenlegungsdatum 30.03.2005
EP date of grant 23.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.07.2007
IPC-Hauptklasse E21B 3/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse E21B 3/03(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   E02D 7/22(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät zum Einbringen eines Bohrelementes in den Boden, mit einem Drehantrieb, welcher an einem Mast zum Einbringen des am Mast drehbar und verschiebbar angeordneten Bohrelementes gelagert ist, und mit einer Verdreheinrichtung, welche eine Spannzange aufweist, die mittels mindestens einem Stellzylinder verdrehbar ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Einbringen eines Bohrelementes in den Boden, wobei das Bohrelement mittels eines Drehantriebes in Drehung versetzt und entlang eines Mastes verschoben wird.

Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Erdbohrmaschinen bekannt, welche insbesondere im Spezialtiefbau zu Gründungsmaßnahmen eingesetzt werden. Hiermit kann entweder mittels eines Bohrwerkzeuges ein Bohrloch erstellt werden, welches dann beispielsweise mit Beton verfüllt wird, um einen Gründungspfahl zu erstellen. Weiterhin kann mit einem Bohrgerät auch ein Schraubanker oder Bohrpfahl mit Schraubspitze direkt in den Boden eingeschraubt werden. Insbesondere in letzterem Fall können bei großen Pfahllängen relativ hohe Bohrdrehmomente notwendig sein, um den Pfahl in den Boden einzuschrauben.

Entsprechend dem zu erwartenden maximalen Drehmoment ist der Bohrantrieb auszulegen, welcher einen maßgeblichen Kostenfaktor bei einem Bohrgerät darstellt.

Zum Herstellen verrohrter Bohrungen sind Bohrgeräte bekannt, welche zusätzlich mit einer Verrohrungsmaschine versehen sind, welche zum Eindrehen der Stützrohre dienen. Solche Verrohrungsmaschinen weisen eine Spannzange auf, welche über Stellzylinder verdreht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgerät anzugeben, mit welchem auch besonders kraftaufwendige Bohrmaßnahmen bei einem möglichst einfachen und kostengünstigen Aufbau durchführbar sind. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein effizientes Verfahren zum Einbringen eines Bohrelementes in den Boden anzugeben.

Der vorrichtungsbezogene Teil der Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Bohrgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der verfahrensbezogene Teil der Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verdreheinrichtung am Mast befestigt ist und zur Drehmomentunterstützung mit dem vom Drehantrieb angetriebenen Bohrelement in Eingriff bringbar ist.

Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, eine Verdreheinrichtung unmittelbar am Mast vorzusehen, wobei die Verdreheinrichtung unmittelbar mit dem Bohrelement in Eingriff bringbar ist und so zusätzlich zu dem normalen Drehantrieb zumindest zu bestimmten Zeitpunkten ein zusätzliches Drehmoment auf das Bohrelement ausüben kann. Das Bohrelement kann dabei sowohl ein Bohrwerkzeug, welches nach dem Einbringen wieder aus dem Bohrloch herausgezogen wird, oder ein Schraubpfahl- oder Ankerelement sein, welches unmittelbar als Gründungselement dient und im Boden verbleibt. Sollte das Drehmoment des Drehantriebes zum Einbringen des Bohrelementes nicht mehr ausreichend sein, so kann mittels der Verdreheinrichtung eine Drehmomentunterstützung erfolgen. Die Verwendung einer Spannzange mit einem Stellzylinder zum Verdrehen der Spannzange erlaubt die Erzeugung eines sehr hohen Drehmomentes für einen begrenzten Verdrehwinkel. Da beim Bohren erfahrungsgemäß das maximale Bohrdrehmoment nicht während der gesamten Bohrzeit, sondern nur zu sehr begrenzten Zeitpunkten als eine Spitzenlast ansteht, kann der Bohrantrieb kostengünstig auf das normale Bohrdrehmoment ausgelegt werden. Zur Überbrückung der Drehmomentspitze kann die Drehmomentunterstützung eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Verdreheinrichtung am unteren Endbereich des Mastes befestigt ist. Dies erlaubt auch dann noch eine Drehmomeritunterstützung, wenn das Bohrelement fast vollständig in den Boden eingebracht ist.

Ein effizienter Bohrbetrieb wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Verdreheinrichtung am Mast über ein Haltelager gelagert ist, durch welches die Spannzange in Bohrrichtung verschwenkbar und/oder verdrehbar ist. Hierdurch kann die Drehmomentunterstützung auch bei einer Vorschubbewegung des Bohrelementes auf dieses einwirken.

Eine besonders spannungsfreie Anordnung wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass der mindestens eine Stellzylinder und/oder ein Haltearm der Spannzange durch das Haltelager kardanisch gelagert ist. Dabei können auch gewisse Abweichungen des Bohrelementes flexibel durch das Haltelager ausgeglichen werden, so dass stets eine sehr gute Drehmomentübertragung durch die Verdreheinrichtung erreicht wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange zwei Spannklauen aufweist, welche mittels eines Spannzylinders zwischen einer Spannposition und einer Freilaufposition verstellbar sind. Eine verstellbare Spannzange erlaubt ein Festklemmen des Bohrelementes entlang der gesamten Länge und kann auch Durchmesserunterschiede des Bohrelementes ausgleichen. Die Spannklauen sind an das jeweilige Bohrelement anpassbar, so dass eine gute Kraftübertragung in der Spannposition und ein Abstand zum Bohrelement in der Freilaufposition sichergestellt wird. Der Spannzylinder sowie die Stellzylinder der Verdreheinrichtung sind vorzugsweise als Hydraulikzylinder ausgelegt, welche besonders hohe Kräfte erzeugen können.

Grundsätzlich kann der Vorschub des Bohrelementes durch entsprechende Schraubwindungen am Bohrelement allein durch den Drehantrieb aufgebracht werden. Der Vorschub kann beispielsweise über eine Seilwinde oder eine Zahnstange erfolgen. Weiterhin kann der Mast als ein Mäkler ausgebildet sein, wobei ein oberer Teil des Mastes gegenüber einem Grundmast verfahrbar ist.

Schließlich ist es erfindungsgemäß, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, durch welche der Drehantrieb, der Vorschubantrieb und die Verdreheinrichtung aufeinander abgestimmt betreibbar sind. Die Steuereinrichtung kann dabei den kontinuierlichen Drehantrieb mit der diskontinuierlichen Verdreheinrichtung koordinieren. So kann zu den Zeitspannen der Drehmomentunterstützung durch die Verdreheinrichtung der Drehantrieb ebenfalls diskontinuierlich betrieben werden.

Für eine hohe Flexibilität des Bohrgerätes ist es erfindungsgemäß, dass der Mast schwenkbar an einem Fahrgestell gelagert ist. Der Mast kann so zusammen mit der Verdreheinrichtung zwischen einer etwa vertikalen Arbeitsposition und einer etwa horizontalen Transportposition verschwenkt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdreheinrichtung mit einer Spannzange mit dem Bohrelement in Eingriff gebracht wird und dass mittels mindestens eines Stellzylinders über die Verdreheinrichtung ein unterstützendes Drehmoment auf das Bohrelement ausgeübt wird. Die Verdreheinrichtung kann so die Drehmomentspitzen auffangen, so dass der kontinuierliche Drehantrieb für die normale Drehmomentlast kostengünstig ausgelegt werden kann.

Für einen effizienten Bohrfortschritt ist es erfindungsgemäß, dass die Verdreheinrichtung zumindest schrittweise mit dem Bohrelement in Bohrrichtung verschwenkt und/oder verfahren wird. Die Verdreheinrichtung ist hierdurch über ein entsprechendes Verschwenk- oder Gleitlager am Mast zwischen einer oberen und unteren Position beweglich angeordnet. Vorzugsweise ist eine Rückstelleinrichtung vorgesehen, mit welcher die Verdreheinrichtung von der unteren Position wieder zur oberen Position rückgestellt wird. In der oberen Position kann dann durch entsprechende Klemmung mit dem Bohrelement die Verdreheinrichtung entsprechend dem Vorschub wieder zur unteren Position bewegt werden.

Zur Koordination oder Synchronisierung der diskontinuierlichen und kontinuierlichen Antriebe ist es erfindungsgemäß, dass die Drehung des Drehantriebes, die Vorschubbewegung des Bohrelementes und die Betätigung der Verdreheinrichtung aufeinander abgestimmt gesteuert werden.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß, dass die Drehmomentunterstützung nur zu bestimmten Zeitspannen, insbesondere in einer Schlussphase des Bohrens, durchgeführt wird. Beim Einschrauben eines Bohrelementes in den Boden nimmt die Drehmomentlast mit zunehmender Bohrtiefe aufgrund der erhöhten Reibungsflächen zu. Die Drehmomentunterstützung erfolgt somit vorzugsweise in der Schlussphase, so dass auch zu diesem Zeitpunkt eine zuverlässige Verdrehbewegung gewährleistet ist.

Das Bohrelement kann grundsätzlich ein wieder aus dem Bohrloch entfernbares Bohrwerkzeug, beispielsweise eine Bohrschnecke, ein Bohreimer oder ein anderes beliebiges kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitendes Bohrwerkzeug sein. Nach der Erfindung ist es jedoch bevorzugt, dass als Bohrelement ein Schraubpfahl, insbesondere mit konischer Schraubspitze verwendet wird. Gerade beim Einschrauben derartiger Gründungspfähle mit Schraubwendeln sind üblicherweise hohe Drehmomente aufzubringen, da ein erheblicher Teil des Bodens verdrängt wird, so dass eine hohe Flächenreibung entsteht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass zu Gründungsmaßnahmen der Schraubpfahl durch lockere Bodenschichten bis zu einer festen Bodenschicht getrieben wird, wobei zum Einbringen in die feste Bodenschicht die Drehmomentunterstützung erfolgt. Schraubpfähle können somit mittels des Drehantriebs durch den lockeren Boden geschraubt und mit Unterstützung der Verrohreinrichtung effizient in festen Bodenschichten verankert werden.

Die Erfindung wir weiter anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert, welches schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1
eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes;
Fig. 2
eine schematische Seitenansicht der Verdreheinrichtung;
Fig. 3
eine Draufsicht auf die Verdreheinrichtung von Fig. 2 und
Fig. 4
Draufsichten auf die Verdreheinrichtung in verschiedenen Verdrehpositionen.

Das in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Bohrgerät 10 weist ein als Raupe ausgebildetes Fahrgestell 20 auf, an welchem ein Mast 14 zwischen einer horizontalen Transportposition und einer dargestellten vertikalen Arbeitsposition verschwenkbar angelenkt ist. Der Mast 14, welcher in bekannter Weise über Hydraulikzylinder verschwenkbar ist, ist als ein sogenannter Mäkler mit einem feststehenden Grundmast 16 ausgebildet, an welchem ein Verfahrmast 15 über eine Verfahreinrichtung verschiebbar gelagert ist.

Am Verfahrmast 15 ist über einen Vorschubantrieb 26 ein Drehantrieb 12 verschiebbar gelagert, welcher zum Antrieb eines nicht dargestellten Bohrelementes dient. Am unteren Ende des Mastes 14 ist eine Verdreheinrichtung 30 zur Drehmomentunterstützung befestigt, welche nachfolgend näher erläutert wird.

In Fig. 3 ist die Verdreheinrichtung 30 mit einer Spannzange 32 dargestellt, welche ein Bohrelement 50 umschließt. Die in Fig. 3 dargestellte Spannzange 32 befindet sich in der Freilaufposition, in welcher die Spannzange allseitig von dem umschlossenen Bohrelement 50 beabstandet ist, so dass das Bohrelement 50 frei durch die Spannzange 32 in Bohrrichtung bewegt werden kann, welche senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft.

Die Spannzange 32 umfasst einen bogenförmigen Zangengrundkörper 31, an dessen beiden Enden jeweils eine Spannklaue 33, 34 schwenkbar angelenkt ist. Die freien Enden der beiden Spannklauen 33, 34 liegen sich gegenüber und stehen mittels eines Spannzylinders 46 in Verbindung. Durch Zusammenfahren des Spannzylinders 46 können die Spannklauen 33, 34 aufeinander zu bewegt werden, wobei ein Kraftschluss mit dem Bohrelement 50 hergestellt werden kann.

Der Zangengrundkörper 31 ist über einen längenveränderlichen Haltearm 38 mittels eines Haltelagers 40 am Mast 14 befestigt. Für eine kardanische Aufhängung weist das Haltelager 40 einen Horizontalschwenkbolzen 42 auf, welcher drehbar in einem Lagerbock 45 gehalten ist. Am Horizontalschwenkbolzen 42 ist ein vertikal gerichteter Vertikalschwenkbolzen 44 vorgesehen, an welchem das mastseitige Ende des Haltearmes 38 sowie die mastseitigen Enden von zwei Stellzylindern 35, 36 verschwenkbar gelagert sind. Die Stellzylinder 35, 36 dienen zum Verdrehen der Spannzange 32 gegenüber dem Haltelager 40, wobei die spannzangenseitigen Enden der Stellzylinder 35, 36 jeweils am Zangengrundkörper 31 in den Punkten gehalten und schwenkbar gelagert sind, in welchen auch die Spannklauen 33, 34 am Zangengrundkörper 31 gelagert sind.

Das Haltelager 40 erlaubt, dass die Spannzange 32 dem eingespannten Bohrelement 50 folgen kann, wenn dieses in Bohrrichtung bewegt wird, wie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Bei einem Vorschub des Bohrelementes 50 im Bohrbetrieb folgt die Spannzange 32 in der Spannposition mit ihren Stellzylindern 35, 36 der Bewegung des Bohrelementes 50 zum Boden hin. Nach einem Öffnen des Spannzylinders 46 muss für einen erneuten Verdrehvorgang die Spannzange 32 nach oben rückgestellt werden, was mittels einer Rückstelleinrichtung 60 möglich ist.

Die dargestellte Rückstelleinrichtung 60 weist eine am Horizontalschwenkbolzen 42 gelagerte Druckplatte 62 auf, welche mittels einer Druckfeder 66 rückgestellt werden kann, welche sich auf einem Widerlager 64 abstützt.

Die Wirkungsweise der Drehmomentunterstützung der Verdreheinrichtung 30 ist schematisch in den Fig. 4a bis 4c dargestellt. Fig. 4b zeigt dabei die Freilaufposition, welche bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben worden ist.

Gemäß Fig. 4a ist der Spannzylinder 46 zusammengefahren, wobei die Spannklauen 33, 34 das Bohrelement 50 kraftschlüssig umschließen. Durch Einfahren des ersten Stellzylinders 35 und Ausfahren des zweiten Stellzylinders 36 kann eine Verdrehung der Spannzange 32 und damit des eingespannten Bohrelementes 50 entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt werden. Diese Verdrehung kann zur Drehmomentunterstützung eingesetzt werden.

Gemäß Fig. 4c kann durch Ausfahren des ersten Stellzylinders 35 und Einfahren des zweiten Stellzylinders 36 in umgekehrter Weise eine Verdrehung der Spannzange im Uhrzeigersinn erreicht werden.


Anspruch[de]
  1. Bohrgerät zum Einbringen eines Bohrelements (50) in den Boden mit einem Drehantrieb (12), welcher an einem Mast (14) zum Einbringen des am Mast (14) drehbar und verschiebbar angeordneten Bohrelementes (50) gelagert ist, und mit einer Verdreheinrichtung (30), welche eine Spannzange (32) aufweist, die mittels mindestens einem Stellzylinder (35, 36) verdrehbar ist,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Verdreheinrichtung (30) am Mast (14) befestigt ist und zur Drehmomentunterstützung mit dem vom Drehantrieb (12) angetriebenen Bohrelement (50) in Eingriff bringbar ist.
  2. Bohrgerät nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Verdreheinrichtung (30) am unteren Endbereich des Mastes (14) befestigt ist.
  3. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Verdreheinrichtung (30) am Mast (14) über ein Haltelager (40) gelagert ist, durch welches die Spannzange (32) in Bohrrichtung verschwenkbar und/oder verfahrbar ist.
  4. Bohrgerät nach Anspruch 3,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass der mindestens eine Stellzylinder (35, 36) und/oder ein Haltearm (38) der Spannzange (32) durch das Haltelager (40) kardanisch gelagert ist.
  5. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Spannzange (32) zwei Spannklauen (33, 34) aufweist, welche mittels eines Spannzylinders (46) zwischen einer Spannposition und einer Freilaufposition verstellbar sind.
  6. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass ein Vorschubantrieb (26) zum Verfahren des Bohrelementes (50) entlang des Mastes (14) vorgesehen ist.
  7. Bohrgerät nach Anspruch 6,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, durch welche der Drehantrieb (12), der Vorschubantrieb (26) und die Verdreheinrichtung (30) aufeinander abgestimmt betreibbar sind.
  8. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass der Mast (14) schwenkbar an einem Fahrgestell (20) gelagert ist.
  9. Verfahren zum Einbringen eines Bohrelementes (50) in den Boden, insbesondere mit einem Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

    wobei das Bohrelement (50) mittels eines Drehantriebes (12) in Drehung versetzt und entlang eines Mastes (14) verschoben wird,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass eine Verdreheinrichtung (30) mit einer Spannzange (32) mit einem Bohrelement (50) in Eingriff gebracht wird und

    dass mittels mindestens eines Stellzylinders (35, 36) über die Verdreheinrichtung (30) ein unterstützendes Drehmoment auf das Bohrelement (50) ausgeübt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Verdreheinrichtung (30) zumindest schrittweise mit dem Bohrelement (50) in Bohrrichtung verschwenkt und/oder verfahren wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Drehung des Drehantriebs (12), die Vorschubbewegung des Bohrelementes (50) und die Betätigung der Verdreheinrichtung (30) aufeinander abgestimmt gesteuert werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Drehmomentunterstützung nur zu bestimmten Zeitspannen, insbesondere in einer Schlussphase des Bohrens, durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass als Bohrelement (50) ein Schraubpfahl, insbesondere mit konischer Schraubspitze, verwendet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass zu Gründungsmaßnahmen der Schraubpfahl durch lockere Bodenschichten bis zu einer festen Bodenschicht getrieben wird, wobei zum Einbringen in die feste Bodenschicht die Drehmomentunterstützung erfolgt.






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