Vorrichtung zum Fräsen und Mischen von Böden

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fräsen und Mischen von Böden, die an serienmäßig ausgestattete Hydraulikbagger adaptierbar ist und die das kontinuierliche Fräsen von Dicht- und Stabilisierungsschlitzen mit dem Einmischen von stabilisierenden Zuschlägen in einer maschinentechnischen Einheit verbindet.

Zum Herstellen von Abdichtungen gegen stauendes oder fließendes Wasser an Erdbauwerken, wie Böschungen, Dämmen, Gründungen oder Flussufern werden grabenförmige Schlitze eingebracht. Diese Schlitze werden nachfolgend mit fließ-fähig eingestellten Suspensionen aus Bodenaushub, Wasser, Tonmineralien, Zement oder Kalk verfüllt. Nach dem Abbinden der Suspension, der Verfestigung bzw. der physikalischen Abscheidung des Wassers entsteht eine wasser-undurchlässige Schicht.

Eine ähnliche Verfahrensweise findet bei der Stabilisierung von setzungs- oder rutsch gefährdeten Abschnitten im Bereich von Straßen und Gleiskörpern Verwendung.

Das Einbringen der Schlitze in den Baugrund erfolgt durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Verfahren.

Bei kontinuierlichen Verfahren werden Kettenfräsen eingesetzt, wobei die Bestand-teile der Suspension in den Schlitz zugeführt und beim Fräsen eingemischt werden. Das Hauptproblem bei diesem Verfahren ist, dass die Fräskette die doppelte Länge des Fräsbaumes besitzt und damit sehr schwer ist. Zudem ist bei dem ketten- förmigen Fräswerkzeug ständig etwa die Hälfte der einzelnen Fräswerkzeuge im Eingriff, was eine Leistungsauslegung nach der maximalen Frästiefe erfordert. Die Gesamtmasse einer Trägermaschine mit einer derartigen kettenförmigen Fräs-einrichtung beträgt bei 3 m Schlitztiefe nahezu 80 t und ist daher für weiche Böden, Baustellen mit geringer Bodentragfähigkeit oder schmale Standstreifen nicht mehr geeignet. Zudem ist das Gerät teuer und der An- und Abtransport zur Baustelle aus logistischen Gründen sehr aufwendig. Diese Technik ist daher nur für große Baulose bei entsprechender Bodenbeschaffenheit geeignet. Eine derartige Bagger-Grabenfräse mit den genannten Nachteilen wird in der Druckschrift DE 198 58 151 Al vorgestellt.

Daneben bietet die Firma ALLU Finnland Ltd. ein Boden- Bearbeitungssystem zur Stabilisierung von weichen Böden, insbesondere Lehm, Torfund Schlammböden, an.

Dabei wird eine hydraulische Mischeinrichtung als Baggeranbaugerät eingesetzt, die mit Hilfe zweier horizontal angeordneter Trommeln den weichen Boden mit einer zugeführten Suspension bzw. einem Bindemittel durchmischt. Die in drei Ebenen rotierenden Trommeln sorgen dabei für eine kontrollierte Durchmischung des zu stabilisierenden Bodens.

Der Bagger als Geräteträger bewegt sich dabei horizontal in rechtem Winkel zur Drehrichtung der Mischtrommeln. Mit dieser Einrichtung können Arbeitstiefen von bis zu fünf Metern realisiert werden. Die Vorrichtung eignet sich jedoch ausschließlich zur Stabilisierung weicher Böden.

Bei diskontinuierlichen Verfahren zum Einbringen von Schlitzen werden zunächst mehrere, aneinander gesetzte Bohrungen mit vertikal arbeitenden, mastgeführten Fräsköpfen eingebracht. Dabei wird der gelöste Boden in der Regel aus dem Grabenbereich gefördert, mit einer Suspension versetzt und vermischt und als plastische oder fließfähig eingestellte Masse in den entstandenen Schlitz gefüllt.

Dazu werden spezielle, als Bohrgerät umgebaute Baggerfahrgestelle mit Masten eingesetzt. Der Vortrieb erfordert dabei ein ständiges Umsetzen des Baggers. Nachteilig ist, dass die Herstellung der Schlitze durch das Einbringen einer Anzahl aneinandergrenzender Bohrlöcher und das Einbringen des fließ fähig eingestellten Gemisches aus Bodenaushub und Suspension zeitlich getrennt und mit unterschiedlichen Ausrüstungen erfolgen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die so hergestellten Schlitzwände geometrisch aus einer Anzahl sich überlappender oder tangierender Bohrlöcher bestehen, so dass bei deren Verfüllung keine gleichmäßige und somit langzeitstabile, wasserresistente Abdichtung garantiert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu eliminieren und eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zum Fräsen und Mischen von Böden vorzuschlagen, die an serienmäßig ausgestattete Hydraulikbagger adaptierbar ist und die das kontinuierliche Fräsen von Dicht- und Stabilisierungsschlitzen sowie das gleichzeitige Einmischen von stabilisierenden Zuschlägen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorzugsweise Weiterbildungen sind in rückbezogenen Unteransprüchen dargelegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Fräsen und Mischen von Böden für die Stabilisierung von Erdstoffen in schlitzförmig ausgebildeten Erdkörpern ist als rotierendes und verfahrbares

Kombinationswerkzeug ausgebildet. Die Fräs- Mischeinheit besteht aus einer Frästrommel und einer Mischtrommel, die auf einer gemeinsamen Welle in einem Stielgehäuse gelagert sind.

Die stirn- und umfangsverzahnte Frästrommel löst den zu bearbeitenden Boden. Durch die Anordnung der Fräs- und Brecherwerkzeuge auf der Stirnseite und dem Umfang der Frästrommel wird der gelöste Boden in Richtung auf die nachfolgende Mischtrommel bewegt. Die Mischtrommel weist auf der Umfangsfläche eine Anzahl beabstandeter Schaufeln auf, die so angeordnet sind, dass ein axial entgegen der Vortriebsrichtung gerichteter Strom entsteht, der den gelösten Boden mit den zugeführten Zuschlägen und dem Anmachwasser zu einem fließfähig eingestellten Gemisch verarbeitet, das den entstandenen Schlitz ausfüllt.

Der Einsatz auswechselbarer, hartmetallbestückter Fräs- oder Brecherwerkzeuge ermöglicht höhere Vorschubgeschwindigkeiten und die quasi kontinuierliche Arbeitsweise auch bei begrenzt vorhandenen Schutteinlagerungen oder verwittertem Gestein.

Vorteilhaft sind die Fräs- oder Brecherwerkzeuge auf der Stirnfläche der Frästrommel umfangsnah angeordnet. Vorteilhaft bilden die auf dem Umfang angeordneten Fräswerkzeuge eine zum Stielgehäuse fördernde Spirallinie. Weiterhin vorteilhaft sind die gemeinsam angetrieben Fräs- und die Mischtrommel auf einer gemeinsamen Welle im Stielgehäuse gelagert.

In einer alternativen, gleichfalls bevorzugten Anordnung sind die Fräs- und Mischtrommel separat angetrieben, so dass in Abhängigkeit von den Bodenverhältnissen die Drehzahl oder die Umfangsgeschwindigkeit und/oder das Drehmoment beider Trommeln unabhängig gesteuert oder geregelt werden kann.

In einer alternativen, gleichfalls bevorzugten Anordnung wird die gemeinsame Antriebswelle für die Fräs- und Mischtrommel durch einen Kegelradsatz und eine Vertikalwelle angetrieben.

Weiterhin bevorzugt wird das Stielgehäuse durch ein oberes Anschlussgehäuse abgeschlossen, das den Antriebsmotor für die Vertikalwelle und die Anschlussfläche für den Aufnahme des Hubmastes aufnimmt oder bei geringeren Arbeitstiefen direkt mittels einer Anschlussplatte am Baggerausleger montiert ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind am Stielgehäuse die Zuführleitungen für Wasser und Zuschlagstoff montiert und münden in der Mittelachse der Fräs- und Mischwelle derart, dass die Zuschläge direkt am Mischort zugeführt werden.

Weiterhin vorteilhaft ist der Hubmast, an dessen unterem Ende die Vorrichtung zum Fräsen und Mischen durch Seile angeordnet ist, verschiebbar in einer Führungseinheit gelagert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Führungseinheit in einer in Richtung der Grabenachse liegenden vertikalen Ebene schwenkbar am Ausleger eines Baggers oder an einem Trägergestell frontseitig angeordnet.

In einer gleichfalls bevorzugten Ausführungsform ist die Position der auswechselbaren Fräsoder Brecherwerkzeuge auf der Stirnfläche und/oder der Umfangsfläche der Frästrommel einstellbar. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist die Position der Schaufeln und/oder deren Anstellwinkel gegenüber der Längsachse der Mischtrommel einstellbar. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Vorrichtung individuell an die jeweilige Bodenbeschaffenheit anzupassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Figuren näher erläutert:

Dabei zeigen:

Figur 1 einen Bagger mit Vorrichtung zum Fräsen und Mischen, und

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung der Fräs- und Mischtrommel.

Figur 1 zeigt einen Hydraulikbagger mit einer Vorrichtung zum Fräsen und Mischen von Böden, die im wesentlichen aus einer Frästrommel 1 mit Fräs- oder Brecherwerkzeugen 2, einer Mischtrommel 4 mit Mischschaufeln 5, einem dazwischen angeordneten Stielgehäuse 3 und einem, sich an das Stielgehäuse 3 anschließenden Anschlussgehäuse 3 a besteht, das obenseitig mit einem Hubmast 6 verbunden ist. Der Hubmast 6 weist obenseitig eine Hubwinde 9 auf und ist über eine Führungseinheit 8 mit dem Bagger 11 verbunden.

Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Frästrommel 1, der Mischtrommel 4 und des Stielgehäuses 3, das obenseitig mit dem Hubmast 6 verbunden ist.

Die in- in Vorschubrichtung betrachtet - vordere Frästrommel 1 ist stirnseitig mit mehreren, leicht auswechselbaren Fräswerkzeugen 2 zum Stirnschnitt besetzt und weist auf dem Umfang eine Anzahl spiralförmig versetzt angeordneter Fräswerkzeuge 2 auf. Die gemeinsame Antriebswelle ist im Stielgehäuse 3 gelagert und wird über eine, nicht näher dargestellte Kegelradeinheit angetrieben.

Auf dem anderen Ende der Antriebswelle befindet sich die Mischtrommel 4, auf deren Umfang eine Anzahl auswechselbarer Mischschaufeln 5 schraubenförmig so angeordnet sind, dass der abgefräste Erdstoff in Richtung des bereits entstandenen Schlitzes befördert wird und gleichzeitig eine innige Durchmischung mit Wasser und dem Stabilisierungsmittel erfolgt, das über die am Stielgehäuse 3 angeordneten Medienleitungen 7 zugeführt wird. Die Vorrichtung ist an einem Bagger 11 montiert.

Aufgrund der wirkenden Scherkräfte im Mischstrom wird die Herstellung fließfähig eingestellter Tonsuspensionen unterstützt. Durch die vorteilhafte überlagerung der Schnittbewegung, der Vorschubbewegung und der im gleichen Medium rotierenden Mischtrommel 4 entsteht eine kontinuierliche und homogene Schlitzfüllung, deren Verlauf und Maßhaltigkeit zwangsläufig gewährleistet ist.

Das Stielgehäuse 3 nimmt sowohl den im oberen Ende gelagerten hydraulischen Antriebsmotor, die Antriebswellen und deren Lagerungen als auch die Dichtelemente für die Fräs- und Mischtrommeln 1 und 4 auf und überträgt zugleich über die Gehäusewandung die auftretenden Kräfte und Momente in den vertikal verfahrbaren Hubmast 6. Am Hubmast 6 und am Stielgehäuse 3 sind die Zuführleitungen 7 für Suspension, Wasser und/oder Kalkzementpulver angeordnet.

Der kastenförmige Hubmast ist in einer Führungseinheit 8 gelagert. Die vertikale Zustellbewegung der Fräs- und Mischeinrichtung erfolgt durch am Hubmast 6 montierte hydraulische Hub winden 9.

Die Führungseinheit 8 ist am Grundausleger oder an einem speziellen seitlichen Tragwerk eines Baggers 11 montiert und wird durch den einen Kippzylinder bewegt. Die Auswahl des Baggers richtet sich leistungsseitig nach der Bodenart und hinsichtlich der Eigenmasse nach der Hubmastlänge und -masse.

Für den Einsatz auf der Baustelle wird der Bagger mit der montierten Fräs-Misch- Vorrichtung in Schlitzrichtung ausgerichtet.

Für den Arbeitsbeginn ist eine Startgrube in der beabsichtigten Tiefe erforderlich, die das Absenken des Hubmastes 6 unter einem Winkel von ca. 60°- 85° ermöglicht. Die Startgrube wird mit Wasser und Zuschlagmaterial gefüllt und durch Bewegen des Hubmastes 6 mit der Fräs-Mischeinheit zu einer liquiden Masse 12 verarbeitet. Der Arbeitsvorschub der Vorrichtung

erfolgt durch Auslegerverstellung und Verfahren des Baggers.

Mit dem Seil 10 und dem Ausleger wird der Hubmast 6 zum Anschnitt in die Startgrube gesetzt.

Durch die überlagerung der Rotationsbewegung der stirn- und umfangsseitig schneidenden Frästrommel 1 mit der vertikalen Zustellbewegung des Hubmastes 6 wird über die Arbeitstiefe ein Bodenstreifen in einer Breite, die dem Durchmesser der Frästrommel 1 entspricht, bearbeitet. Der horizontale Vorschub der Vorrichtung erfolgt durch kontinuierliches oder schrittweises Verfahren des Baggers.

Während des Fräsens werden durch die am Hubmast 6 und im Stielgehäuse 3 verlaufenden Medienleitungen 7 Wasser und Stabilisierungsmittel (Kalk, Zement, Ton) unmittelbar dem Arbeitsbereich zugeführt.

Bezugszeichenliste

1 Frästrommel

2 Fräs- oder Brecherwerkzeug

3 Stielgehäuse

4 Mischtrommel

5 Schaufel

6 Hubmast

7 Medienleitung

8 Führungseinheit

9 Hubwinde

10 Seil

11 Bagger