Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Bodenfundament und ein Verfahren zur Ausbildung eines Bodenfundaments, bei dem ein Anker in den Boden eingedreht und zumindest über ein außen liegendes, einen Axialvorschub beim Eindrehen erzeugendes Element, insbesondere über eine Außenwendel, im Boden verankert wird, wobei eine Vibration parallel zur Axialvorschubrichtung des Ankers erzeugt wird.

Stand der Technik

Zur Ausbildung eines Bodenfundaments sind Hülsen mit zylindrischem Grundkörper bekannt, die in einen Boden, beispielsweise ins Erdreich oder ins Gestein, eingedreht werden. So zeigt DE102004059632 eine an der vorderen Stirnseite offene Hülse, an deren äußeren Hülsenseite eine Außenwendel angebracht ist, um beim Eindrehen einen Axialvorschub zu erzeugen und auch die Hülse im Boden zu verankern. Beim Eindrehen der Hülse wird auch durch die Hülse ein Bohrhammer geführt, der das Bodenmaterial vor der Hülse auflockern bzw. Gestein brechen soll. Nachteilig hat sich herausgestellt, dass durch diesen Bohrhammer das Bodenmaterial vor der Hülse im Zusammenhalt erheblich aufgelockert wird, was den Halt der Außenwendel im Bodenmaterial schwächt. Ein mechanisch belastbares Bodenfundament kann damit nicht geschaffen werden. Zudem ist aus der DE10200801 1869 und der GB1098555 bekannt, an der vorderen Stirnseite einer Hülse sägezahnartige Zacken bzw. eine Schneidkrone anzubringen, um das Hineindrehen der Hülse zu unterstützen. Trotz dieser Zacken ist ein Einbringen in harte, insbesondere steinige Böden, schwierig und meist mit einem erheblichen Verfahrensaufwand verbunden.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik, ein Verfahren zur Ausbildung eines Bodenfundaments dahin gehend zu verbessern, dass selbst in harte und/oder steinige Böden schnell und zuverlässig ein Bodenfundament mit höchster Standfestigkeit geschaffen werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch, dass der Anker mit einer aktiv erzeugten Vibration in Axialvorschubrichtung in den Boden eingedreht wird.

Wird der Anker mit einer aktiv erzeugten Vibration in Axialvorschubrichtung in den Boden eingedreht, kann dieser Anker selbst in einen harten und/oder steinigen Boden bzw. Fels sicher eingedreht werden und darin besonders fest verankert werden. So können durch die erfindungsgemäße Vibration einerseits harte Erdklumpen vor dem Anker zerschlagen werden und andererseits durch Kombination von Vibration und Drehbewegung Steine aus dem Axialweg gerüttelt bzw. weggeschoben werden. Zudem kann durch die aktiv erzeugte Vibration der Anker nicht nur in Axialvorschubrichtung in den Boden gedrückt, sondern auch wieder einen kurzen Weg herausgezogen werden. Gegenüber einer entsprechend dem Stand der Technik nur in Axialrichtung stetig drückenden Kraft oder auch einer intermittierenden Kraft, wie sie durch Schläge oder Hämmern auf den Anker verursacht wird, entlastet die Zurückbewegung der aktiven Vibration das außen liegende Element und kann so ein schnelleres und zuverlässigeres Eindrehen des Ankers gewährleisten. So kann die- se erfindungsgemäße aktive Vibration ein Festlaufen, Verklemmen des Ankers bzw. des außen liegenden Elements zur Erzeugung eines Axialvorschubs verhindern und eine eventuelle Verformung aufgrund der auftretenden Kräfte minimieren. Die Kombination von Vibration, Drehbewegung und dem damit verbundenen Axialvorschub mithilfe des außen liegenden Elements kann schnell und zuverlässig ein Bodenfundament mit höchster Standfestigkeit schaffen.

Im Allgemeinen wird festgehalten, das die Vibration auf den Anker, durch eine kraft- oder formschlüssige Verbindung, wie zum Beispiel einen Presssitz übertragen werden kann. Allerdings ist auch vorstellbar, dass jeweils verschiedene Kraftübertragungspunkte bzw. -flächen für die Übertragung der für die Vibration benötigten Kraft in Axialvorschubrichtung und gegen Axialvorschubrichtung verwendet werden. Weiter wird im Allgemeinen erwähnt, dass als eine aktive Vibration eine Bewegung um eine Ruhelage (z.B.: Schwingung) oder eine Bewegung von einer Ruhelage in eine davon verschiedene Vibrationslage und wieder zurück in diese Ruhelage betrachtet werden kann. Hinzu kommt, dass im Allgemeinen jegliche einschraubbare Mittel als Anker verwendet werden kann. Dies können Hülsen, Bodennägel, Verpressanker oder dergleichen sein.

Wird der Anker mit einer stetigen Druckkraft in Axialvorschubrichtung beaufschlagt, kann ein gegenüber dem Stand der Technik wesentlich schnelleres Eindrehen des Ankers möglich werden. Die kontinuierliche, in Axialvorschubrichtung aufgebrachte Druckkraft, kann im Zusammenspiel mit der Drehbewegung und dem daraus resultierenden Axialvorschub durch das außen liegende Element ein schnelles und kontinuierliches Eindrehen des Ankers gewährleisten. Zudem kann dabei durch bodenabhängige Wahl von Druckkraft und Geschwindigkeit der Drehbewegung - abgestimmt auf die Steigung des außen liegenden Elements - ein Auflockern des anker- umfangseitigen Bodenmaterials und damit ein Freilaufen des außen liegenden Elements verhindert werden. Ein gegenüber dem Stand der Technik standfesteres Bodenfundament kann so geschaffen werden. Wird der als zumindest an der vorderen Stirnseite offene Hülse ausgebildete Anker unter Aufnahme von Bodenmaterial in den Boden eingedreht, kann dabei auch die Verdrängung von harten Materialbestandteilen mithilfe der erfindungsgemäßen Vibration gegen die Mitte der Hülse stattfinden, ohne dabei ein Verankern der Hülse zu gefährden. So kann ein Verankern der Hülse auch in Böden stattfinden, die das Eindrehen eines vorne geschlossenen Ankers nicht erlauben.

Nimmt die Hülse über ihren zur Hülsenlängsachse geneigten elliptischen Öffnungsmund an der vorderen Stirnseite Bodenmaterial beim Eindrehen der Hülse auf, muss das Bodenmaterial nicht nur nach außen verdrängt und dementsprechend verdichtet werden, sondern kann während des Axialvorschubs ins Innere der Hülse gedrängt werden. So können besonders tiefe Verankerungen der Hülse im Boden durchgeführt werden, da kaum Bodenmaterial verdichtet werden muss. Zudem ist aufgrund des geneigten Öffnungsmunds beim Eindrehen nur der vorderste Abschnitt der Stirnseite mit noch nicht aufgetrenntem Erdreich in Kontakt bzw. kann die Lastfläche der Hülse klein gehalten werden. Vibrationen können damit besonders effektiv auf den noch nicht aufgetrennten Teil des Bodenmaterials übertragen werden, was ein erfolgreiches Einbringen der Hülse bei harten und/oder steinigen Böden erst möglich machen kann.

Das Verfahren kann sich besonders auszeichnen, falls der in eine vordere Schneidkante übergehende elliptische Öffnungsmund Bodenmaterial beim Eindrehen der Hülse auftrennt. Diese Schneidkante, das unterste Ende der geneigt geschnittenen Hülse, ist während des Einbringens der Hülse der am weitesten in den Boden reichende, vorstehende stirnseitige Teil der Hülse und wird dementsprechend mit dem noch nicht aufgetrennten Erdreich in Kontakt stehen. Mithilfe von Drehbewegung und Vibration kann diese vordere Schneidkante besonders effektiv das Bodenmaterial auftrennen bzw. verdrängen. Ein zuverlässiges Verfahren zum Einbringen der Hülse in harte und / oder steinige Böden wird so geschaffen. Beträgt der Neigungswinkel des elliptischen Öffnungsmunds der Hülse zur Hülsenlängsachse der Hülse zwischen 45 und 85 Grad, insbesondere 80 Grad, kann die Auftrennung des Bodenmaterials besonders vorteilhaft erfolgen. Bei diesem Neigungswinkel kann die Schneidkante noch eine Länge aufweisen, die eine vorzeitige Abnutzung, wie sie bei besonders spitzen Neigungswinkeln auftritt, verhindern kann. Dennoch kann dieser Neigungswinkel einen ausreichenden Abstand zwischen vorderen und hinteren Bereich des elliptischen Öffnungsmunds gewährleisten, sodass Drehbewegung und Vibration im Bereich der Schneidkante effektiv das Bodenmaterial auftrennen können.

Nochmals verbessert kann das Verfahren werden, falls die Frequenz der Vibration in Axialvorschubrichtung größer gleich 100 Hz ist. Ab dieser Frequenz kann Gestein unterschiedlicher Größe besonders effektiv durch die erfindungsgemäße aktive erzeugte Vibration verdrängt werden. Dabei erlauben höhere Frequenzen ein schnelleres Eindrehen des Ankers, allerdings kann dabei auch eine dementsprechend hohe Beanspruchung des Ankers sowie des Werkzeugs zum Eindrehen verursacht werden. So können Frequenzen zwischen 100 und 200 Hz einen guten Kompromiss darstellen, die schnelles Eindrehen ohne zu exzessive Beanspruchung des Materials erlauben.

Liegt die Schwingungsamplitude der Vibration zwischen 2,5 und 10 mm, können einerseits harte Bodenbestandteile aufgelockert bzw. zerschlagen oder verdrängt werden. Andererseits können die durch diese Vibration verursachten Auslenkungen noch klein genug sein, sodass die Verankerung des außen liegenden Elements im Boden nicht nennenswert gelockert wird. Besonders auszeichnen kann sich das Verfahren, wenn die Schwingungsamplitude vorzugsweise 4 mm beträgt.

Beträgt die Wendeltiefe zwischen 8 mm und 15 mm, vorzugsweise 10 mm, kann sowohl eine stabile Verankerung über die Außenwendel im Boden erfolgen als auch ein Eindrehen in harte Böden gewährleistet werden. Weiter auszeichnen kann sich das Verfahren, falls die Steigung der Außenwendel zwischen 30 mm und 60 mm, vorzugsweise 40 mm beträgt. Diese Steigungen sind entsprechend steil, um einen großen Axialvorschub für ein schnelles Eindrehen des Ankers gewährleisten zu können. Dennoch sind sie flach genug, um ein stabiles Verankern im Boden ermöglichen zu können.

Ist die Schwingungsamplitude der Vibration kleiner der Tiefe des den Axialvorschub beim Eindrehen erzeugenden Elements, insbesondere der Wendeltiefe, so kann durch die Vibration nicht die Gefahr bestehen, dass das den Axialvorschub beim Eindrehen erzeugende Element durch die Axialbewegung der Vibration umgeknickt wird. Vielmehr kann das besagte Element während der durch die Vibration verursachten kurzfristigen Rückwärtsbewegungen des Ankers wieder ausgebogen werden, falls es zuvor durch eine Druckkraft in Axialrichtung verbogen wurde.

Außerdem hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik, eine Hülse als Anker für ein Bodenfundament dahin gehend zu verbessern, dass diese selbst in harte und/oder steinige bzw. felsige Böden schnell und zuverlässig eingedreht werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich der Hülse dadurch, dass der Grundkörper an seinem kreiszylindrischen Abschnitt die vordere Schneidkante ausbildet, wobei hierfür der zur Längsachse der Hülse geneigte elliptische Öffnungsmund in die Schneidkante übergeht.

Bildet der Grundkörper an seinem kreiszylindrischen Abschnitt die vordere Schneidkante aus, wobei hierfür der zur Längsachse der Hülse geneigte elliptische Öffnungsmund in die Schneidkante übergeht, kann beim Eindrehen der Hülse Bodenmaterial zuverlässig aufgetrennt und in den Hohlraum der Hülse verdrängt werden. Diese Schneidkante ist nämlich während des Eindrehens der Hülse der am weitesten in den Boden reichende, vorstehende Anteil der Hülse und kann das aufgelockerte bzw. aufgetrennte Bodenmaterial in der Art einer Schaufel in den daran an- schließenden Öffnungsmund der Hülse eintragen. Damit kann die Hülse selbst in harte und/oder steinige sowie felsige Böden schnell und zuverlässig eingedreht werden. Im Allgemeinen wird festgehalten, dass es sich bei der Hülse um den Anker nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 handeln kann.

Das Eindrehen der Hülse kann weiter erleichtert werden, wenn das Hülsenelement am die vordere Schneidkante ausbildenden, kreiszylindrischen Abschnitt wenigstens abschnittsweise vorgesehen ist.

Die Hülse kann weiter in der Handhabung verbessert werden, falls der Neigungswinkel des elliptischen Öffnungsmunds zur Hülsenlängsachse zwischen 45 und 85 Grad liegt, insbesondere 80 Grad ist. Bei diesem Neigungswinkel kann die Auftrennung des Bodenmaterials besonders vorteilhaft erfolgen, da hier die Schneidkante nicht dermaßen in der Schneidfläche gering ausgebildet ist, dass eine vorzeitige Abnutzung, wie sie bei besonders spitzen Neigungswinkeln auftritt, zu befürchten wäre. Dennoch kann dieser Neigungswinkel einen ausreichenden Abstand zwischen vorderen und hinteren Bereich des elliptischen Öffnungsmunds gewährleisten, sodass Drehbewegung und Vibration im Bereich der Schneidkante effektiv an der Schneidkante das Bodenmaterial auftrennen und in die Hülse einschaufeln können.

Erweitert sich der Grundkörper endseitig gegenüber seinem kreiszylindrischen vorderen Abschnitt im Durchmesser, kann dies bei oberflächlich weichen Böden mit einem harten, steinigen oder felsigen tiefer liegenden Bodenabschnitt von Vorteil sein. Der endseitig erweiterte Abschnitt im oberen, weichen Bodenbereich kann aufgrund des vergrößerten Durchmessers auch in weichen Böden für eine stabile Verankerung sorgen, während der schmälere kreiszylindrische vordere Abschnitt auch in harte, steinige oder felsige Böden eingebracht werden kann. Zwischen dem vorderen Abschnitt und dem seinem hinteren Abschnitt kann beispielsweise ein konischer Abschnitt vorgesehen sein, um das Eindrehen der Hülse zu erleichtern. Besonders auszeichnen kann sich ein Bodenfundament mit einer Hülse als Anker der vorgestellten Art.

Im Allgemeinen wird festgehalten, dass der Begriff Boden im Rahmen dieser Anmeldung jegliches lockere oder harte Erdreich mit oder ohne Gestein sowie felsige Böden umfasst. Selbst die Nutzung dieser Erfindung für wasserbedeckte Böden, auch Sedimente genannt, ist denkbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand zweier Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise aufgerissene Vorderansicht einer in den Boden eingebrachten Hülse nach einem ersten Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 eine Vorderansicht einer alternativen Hülse nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Gemäß der Figur 1 wird eine teilweise aufgerissene Vorderansicht ein als Hülse 1 ausgeführter Anker 100 beim Eintreiben in den Boden 2 nach einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Anker 100 wird zur Ausbildung eines nicht näher dargestellten Bodenfundaments verwendet, beispielsweise in dem an den Anker 100 nicht näher dargestellte Stützen, Träger etc. befestigt werden. Die Hülse 1 weist einen kreiszylindrischen Grundkörper 15 auf, um ein geradliniges Eintreiben der Hülse 1 in den Boden 2 sicherzustellen und damit Verdichtungsprobleme zu vermeiden. Letzterer Vorteil wird dadurch ergänzt, dass beim Eindrehen die an der vorderen Stirnseite 3 offene Hülse 1 Bodenmaterial 4 aufnimmt. Verankert wird die Hülse 1 mit einem hülsenseitig außen liegenden Hülsenelement 5, nämlich einer Außenwendel 6, die zudem die Drehbewegung 7 der Hülse 1 in einen Axialvorschub 8 der Hülse 1 übersetzt. Um auch ein Einbringen in harten oder steinigen Böden 2 zu ermögli- chen, wird die Hülse 1 während des Eindrehens mit einer Vibration 9 in Axialvorschubrichtung 8 beaufschlagt. Diese Vibration 9 zerteilt einerseits harte Erdklumpen und andererseits werden Steine 10, die unter der Stirnseite 3 der Hülse 1 liegen, aufgrund des aufgelockerten inneren Materials der Hülse 1 bevorzugt nach innen verschoben. So wird die Hülse 1 durch Kombination von Vibration 9, Drehbewegung 7 und dem damit verbundenen Axialvorschub 8 über die Außenwendel 6 auch bei harten und steinigen Böden 2 zuverlässig in den Boden 2 eingebracht.

Das Verfahren wird verbessert bzw. wird damit das Eindrehen der Hülse 1 beschleunigt, in dem zusätzlich zur Vibration 9 eine Kraft in Axialvorschubrichtung 8 der Hülse 1 aufgebracht wird. Ein Verfahren für ein gegenüber dem Stand der Technik schnelleres Eindrehen der Hülse 1 zur Ausbildung eines standfesten Bodenfundaments kann so durchgeführt werden.

Über den zur Längsachse 1 1 der Hülse 1 geneigten elliptischen Öffnungsmund 12 an der vorderen Stirnseite 3 nimmt die Hülse 1 Bodenmaterial 4 beim Eindrehen in der Art einer sich drehenden Schaufel auf. Das Bodenmaterial 4 vor der Hülse 1 braucht daher beim Eindrehen nicht nach außen verdrängt und dementsprechend verdichtet werden, sondern wird während des Axialvorschubs 8 im Inneren der Hülse 1 aufgenommen. Dies ermöglicht tiefe Verankerungen der Hülse 1 im Boden 2, da die Aufnahme des Bodenmaterials 4 den Gegendruck des Bodens 2 reduziert. Zudem ist aufgrund des geneigten Öffnungsmunds 12 beim Eindrehen nur der vorderste Abschnitt der Stirnseite 3 mit noch nicht aufgetrenntem Erdreich in Kontakt. Somit überträgt sich die Vibration 9 besonders effektiv auf den noch nicht aufgetrennten Teil des Bodens 2.

Wie in der Figur 1 dargestellt, geht der elliptische Öffnungsmund 12 in eine vordere Schneidkante 13 über. Diese bildet sich aus dem untersten Ende des stirnseitigen Teils der geneigt geschnittenen Hülse 1 . Die Schneidkante 13 trennt beim Eindrehen der Hülse 1 das Bodenmaterial 4 effektiv in einen inneren und äußeren Bodenbereich auf, wodurch die Hülse 1 vorteilhaft in den Boden 2 eingebracht werden kann. Zudem ist auch am kreiszylindrischen Abschnitt 15 mit der Schneidkante 13 abschnittsweise das Hülsenelement 5 vorgesehen, was das Eindrehen der Hülse 1 weiter erleichtert. Das Zusammenspiel von Vibration 9, Drehbewegung 7, Axialvorschub 8 und Schneidkante 13 erlaubt, diese Hülse 1 auch erfolgreich in harte und steinige Böden 2 einzubringen.

Zwischen geneigtem Öffnungsmund 12 der Hülse 1 und deren Längsachse 1 1 liegt der Neigungswinkel 14 des elliptischen Öffnungsmundes 12. Ist dieser zwischen 45 und 85 Grad, insbesondere 80 Grad, erfolgt die Auftrennung des Bodenmaterials 4 besonders zuverlässig. Bei diesem Neigungswinkel 14 steht die Schneidkante 13 nicht so weit vor, dass eine vorzeitige Abnutzung zu befürchten ist. Dennoch herrscht ein ausreichender Abstand zwischen vorderen und hinteren Bereich des elliptischen Öffnungsmunds 12, sodass während der Drehbewegung 7 der Schneidkante 13 das Bodenmaterial 4 vorteilhaft aufgetrennt wird.

Vibrationen 9 in Axialvorschubrichtung 8 größer gleich 100 Hz haben sich bei der Hülse 1 nach Figur 1 , zum Auflockern des Bodens 2 und zum Verdrängen von Gestein 10 unterschiedlicher Größe bewährt.

Beträgt die Schwingungsamplitude der Vibration 9 zwischen 2,5 und 10 mm, vorzugsweise 4 mm, wird der Boden 2 unter der Stirnseite 3 der Hülse 1 effektiv aufgetrennt, jedoch ohne dass das hülsenseitig außen liegende Hülsenelement 5 im Boden 2 gelockert wird. Das Hülsenelement 5, nämlich die Außenwendel 6, bewirkt nämlich auch die Verankerung der Hülse 1 im Boden 2, und ein fester Sitz ist somit maßgeblich für die Ausbildung eines standfesten Bodenfundaments verantwortlich. Dies kann mit Vibrationen 9 mit einer Schwingungsamplitude zwischen 2,5 und 10 mm gewährleistet werden.

Wendeltiefen 16 zwischen 8 mm und 15 mm, vorzugsweise 10 mm bewirken eine stabile Verankerung über die Außenwendel 6 im Boden 2. Zudem kann dabei zu- gleich auch noch ein erfolgreiches Eindrehen in harte Böden 2 sichergestellt werden.

Steigungen 17 der Außenwendel 6 zwischen 30 mm und 60 mm, vorzugsweise 40 mm, garantieren einen ausreichenden Axialvorschub 8 für ein schnelles Eindrehen des Ankers 100. Zudem ist bei diesen Steigungen auch noch eine stabile Verankerung im Boden 2 gegeben.

Vorteilhafterweise wird die Schwingungsamplitude der Vibration 9 auf die Tiefe 16 des den Axialvorschub 8 beim Eindrehen erzeugenden Elements 5, insbesondere der Wendeltiefe 16, angepasst. Ist die Schwingungsamplitude nämlich kleiner als die Wendeltiefe 16, kann die Außenwendel 6 bei der durch die Vibration 9 verursachten Axialbewegung in Vorschubrichtung nicht vollständig umgeknickt werden. Bei der darauffolgenden Rückwärtsbewegung wird dann die Außenwendel 6 wieder großteils zurückgebogen. So bleibt die Außenwendel 6 selbst bei harten, steinigen und oder felsigen Böden 2 weitgehend unbeschädigt und bewirkt eine zuverlässige Verankerung der Hülse 1 im Boden 2.

In Figur 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Ankers 101 dargestellt. Dieser ebenso als offene Hülse 21 ausgebildeter Anker 101 weist zum Unterschied zum Anker 100 nach Fig. 1 einen sich endseitig erweiternden Grundkörper 22 auf. Der im Durchmesser schmälere, kreiszylindrische vordere Abschnitt 23 des Grundkörpers 22 bildet die Schneidkante 13 mit seinem ovalen Öffnungsmund 12 aus. Aufgrund des dort geringeren Durchmessers ist dieser vordere Abschnitt 23 auch für das Einbringen in harte, steinige oder felsige Böden 2 geeignet. Der endseitig in seinem Durchmesser erweiterte Grundkörper 22 sorgt mit seinem hinteren kreiszylindrischen Abschnitt 24 hingegen für eine stabile Verankerung in einer weichen, bzw. oberflächennahen Bodenschicht. Zwischen dem vorderen Abschnitt 23 und dem seinem hinteren Abschnitt 24 des als Hülse 21 ausgebildeten Grundkörpers 22 ist ein konischer Abschnitt 25 vorgesehen, wobei beide Abschnitte 23, 25 Hülsenelement 5 aufweisen, wie diese auch in Fig. 1 dargestellt sind.