EINES IM WESENTLICHEN VERTIKALEN LOCHS IM BODEN

Die Erfindung betrifft eine Bodenbearbeitungsvorrichtung zum Erstellen eines im We sentlichen vertikal verlaufenden Lochs im Boden, welches mit einer Stützflüssigkeit versehen ist, mit einem Grundkörper, einer Verbindungseinrichtung, welche an einem oberen Endbereich des Grundkörpers angeordnet ist, und einer Bodenabtragseinrich tung und/oder einer Bodenverdrängungseinrichtung, welche an einem unteren Endbe reich des Grundkörpers angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erstellen eines im Wesentlichen ver tikalen Lochs im Boden mit einer solchen Bodenbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Anspruch 13.

Beispielsweise zur Erstellung von Gründungspfählen im Boden ist es bekannt, mit ei nem Bodenbearbeitungswerkzeug, etwa einem Bohreimer, ein Loch im Boden zu er stellen. Abhängig von der Art des umgebenden Bodens kann die Bohrung als eine verrohrte oder unverrohrte Bohrung hergestellt werden. Insbesondere im Falle einer unverrohrten Bohrung ist eine Stützflüssigkeit vorzusehen, welche das Bohrloch ge gen ein Kollabieren abstützt.

Beim Einsatz eines Bohreimers ist ein diskontinuierliches Bohren durchzuführen. Beim Abbohren füllt sich der Bohreimer mit abgetragenem Bodenmaterial, bis er vollständig oder zumindest weitgehend gefüllt ist. Sodann ist der Bohreimer aus dem mit Flüssig keit gefüllten Loch herauszuziehen, wobei über der Oberfläche ein Bohrgerät zu einer Entleerposition schwenkt, an welcher der Bohreimer entleert werden kann. Anschlie ßend wird der Bohreimer zurückgeschwenkt und wieder in das Bohrloch eingefahren, um einen weiteren Bohrschritt durchzuführen.

Bei der Erstellung eines Lochs im Boden, welches mit einer Stützflüssigkeit befüllt ist, besteht das Problem, dass beim Rückziehen der Bodenbearbeitungsvorrichtung un terhalb der Bodenbearbeitungsvorrichtung im Loch ein Unterdrück entstehen kann. Wird dieser Unterdrück zu groß, kann Bodenmaterial von den Seitenwänden in das Loch stürzen. Dieses eingestürzte Bodenmaterial bedeutet nicht allein eine zusätzliche Arbeit, um dieses aus dem Loch zurückzuholen. Vielmehr besteht bei einem derartigen Einstürzen die Gefahr eines sogenannten Grundbruches, wobei durch das in das Loch eingestürzte Material der umgebende Boden derart geschwächt und destabilisiert wird, dass es zu größeren Setzungsbewegungen im Umgebungsbereich des Lochs kommt. Hierdurch können bestehende Baukörper beschädigt oder auch Baumaschinen zum Umsturz gebracht werden. Ein Grundbruch stellt eine erhebliche Gefahr für Menschen und Gegenstände dar, so dass umfassende Vorkehrungen gegen einen solchen Grundbruch zu treffen sind.

Zur Vermeidung einer solchen Gefahr durch Entstehung eines Unterdrucks unter eine Bodenbearbeitungsvorrichtung bei einem Ziehen nach oben ist es bekannt, die Rück zugsgeschwindigkeit des Bodenbearbeitungswerkzeuges gering zu halten, so dass ein ausreichender Druckausgleich zwischen der Oberseite und der Unterseite der Bo denbearbeitungsvorrichtung im Loch erfolgen kann.

Darüber hinaus besteht bei einem diskontinuierlichen Verfahren zur Erstellung eines Lochs etwa mit einem Bohreimer das Problem, dass eine korrekte Füllung des Bohrei mers nur schwer zu kontrollieren ist. Denn beim Abbohren in den Boden weist das abgetragene Bodenmaterial häufig ein anderes Volumen auf, als der anstehende feste Boden.

Wird ein Bohreimer bei einem Bohrschritt nicht hinreichend befüllt, sind zusätzliche Bohrschritte notwendig. Dies bedeutet einen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand. Wird hingegen der Bohreimer überfüllt, kann das Bodenmaterial im Bohreimer so stark verdichtet werden, dass es beim Entleeren durch Aufklappen des Bodens nicht selb ständig aus dem Bohreimer fällt. Es sind dann zusätzliche manuelle Vorgänge zum Entleeren und Reinigen des Bohreimers notwendig. Auch dies bedeutet einen zusätz lichen Zeit- und Kostenaufwand.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Bodenbearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit welchen in besonders effizienter Weise ein Loch im Boden erstellt werden kann.

Die Aufgabe wird zum einen durch eine Bodenbearbeitungsvorrichtung mit den Merk malen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den ab hängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Bodenbearbeitungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an einem unteren Bereich des Grundkörpers eine erste Druckmesseinrichtung zum Messen eines ersten Umgebungsdrucks angeordnet ist und dass an einem obe ren Bereich des Grundkörpers, welcher von dem unteren Bereich vertikal beabstandet ist, eine zweite Druckmesseinrichtung zum Messen eines zweiten Umgebungsdrucks angeordnet ist.

Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, an einem Grundkörper ei ner Bodenbearbeitungsvorrichtung mindestens zwei Druckmesseinrichtungen vorzu sehen. Die Druckmesseinrichtungen sind dabei so angeordnet, dass sich diese im Bohrloch an einem unteren Bereich des Grundkörpers sowie an einem oberen Bereich des Grundkörpers befinden. Auf diese Weise kann ein erster Umgebungsdruck in ei nem unteren Bereich des Grundkörpers und beabstandet dazu ein zweiter Umge bungsdruck an einem oberen Bereich des Grundkörpers im Bohrloch gemessen wer den. Aufgrund der festen Beabstandung der beiden Druckmesseinrichtungen muss sich bei einem Vergleich der beiden gemessenen Umgebungsdrücke eine im Wesent lichen konstante Druckdifferenz ergeben, welche von der Konsistenz der Stützflüssig keit abhängt. Abweichungen zu dieser Druckdifferenz oder zwischen den Messungen der beiden Druckmesseinrichtungen ermöglichen Aussagen etwa darüber, dass sich ein Unterdrück unter der Bodenbearbeitungsvorrichtung ausbildet oder eine Befüllung des Grundkörpers zunimmt oder abnimmt. Die Werte oder Daten der Druckmessein richtungen können daher für einen sicheren und effizienten Betrieb der Bodenbearbei tungsvorrichtung eingesetzt werden.

Grundsätzlich können die Druckmesseinrichtungen beliebig ausgebildet sein, etwa als elektronische Drucksensoren. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung be steht darin, dass die erste Druckmesseinrichtung und/oder die zweite Druckmessein richtung mindestens einen hohlen Messkörper aufweisen, welcher mit einem Messfluid befüllt ist. Der Messkörper kann dabei ein Rohrköper oder ein aus Rohrkörpern zu sammengesetzter Messkörper sein. Als Messfluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas vorgesehen sein. Bevorzugt wird Wasser oder ein Öl als Messfluid verwendet. Mit dem Messfluid können so eine oder mehrere Sensoreinrichtungen geschützt in Verbindung stehen.

Eine besonders gute Druckmessung kann nach einer Weiterentwicklung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass der Messkörper mindestens eine flexibel Messfläche auf weist, welche mit der Umgebung in Kontakt steht. Die Messfläche kann eine Folie, eine Membran oder ein fluiddichtes Gewebe sein, durch welches ein äußerer Umgebungs druck durch die Stützflüssigkeit oder das Bodenmaterial auf das Messfluid übertragen werden kann. Die Messfläche kann gegebenenfalls durch eine Schutzeinrichtung, ge gebenenfalls eine Schutzhülle mit einer Perforation, etwa durch ein Gitter, geschützt sein.

Grundsätzlich kann der Messkörper als ein beliebiger hohler Körper gestaltet sein. Be sonders effizient ist es, dass der Messkörper röhrenförmig ausgebildet ist. Der Mess körper kann dabei aus röhrenförmigen Standardmaterialien hergestellt werden. Der röhrenförmige Messkörper kann einen kreisringförmigen Querschnitt oder einen Vier kant- oder sonstigen polygonalen Querschnitt aufweisen.

Für eine besonders aussagekräftige Druckmessung an einem Flöhenbereich des Bo denbearbeitungswerkzeuges ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, dass der Messkörper im Wesentlichen horizontal angeordnet ist. Vorzugsweise kann sich der Messkörper horizontal teilweise oder insgesamt um den Umfang der Boden bearbeitungsvorrichtung strecken, so dass eine zuverlässige Druckmessung erfolgen kann. Horizontal im Sinne der Erfindung bedeutet eine Ausrichtung etwa senkrecht zur Längsachse des Bodenbearbeitungswerkzeuges und zur Bohrrichtung.

Grundsätzlich kann die Erfindung durch zwei oder mehr separate Druckmesseinrichtn- gen verwirklicht werden, welche auch elektronische Sensoren aufweisen können. Eine besonders effiziente Messanordnung besteht nach einer Ausführungsvariante der Er findung darin, dass die erste Druckmesseinrichtung und die zweite Druckmesseinrich tung über eine Verbindungsleitung in fluidischer Verbindung stehen und dass an der Verbindungsleitung eine Sensoreinrichtung angeordnet ist, mit welcher ein Druckun terschied zwischen einem ersten Druck an der ersten Druckmesseinrichtung und ei nem zweiten Druck an der zweiten Druckmesseinrichtung erfassbar ist. Der Druckun terschied kann dabei alternativ oder vorzugsweise ergänzend zu den zwei Einzel druckmessungen erfasst werden. Ein unmittelbares Messen eines Druckunterschie des lässt eine besonders zuverlässige Aussage darüber zu, ob sich beispielsweise ein Unterdrück am unteren Ende der Bodenbearbeitungsvorrichtung aufbaut, wie er bei spielsweise bei einem zu schnellen Ziehen der Bodenbearbeitungsvorrichtung aus dem Loch entstehen kann.

Grundsätzlich kann die Bodenbearbeitungsvorrichtung in einer beliebigen Weise aus gebildet sein. Bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass die Bo denbearbeitungsvorrichtung als ein Abtragsbohrwerkzeug, ein Verdrängerbohrwerk zeug oder eine Schlitzwandfräse ausgebildet ist. Ein Abtragsbohrwerkzeug weist an seiner Unterseite materialabtragende Abtragselemente auf, etwa Schneidzähne, Mei ßel oder Rollenmeißel. Das Bohrwerkzeug kann ein Bohreimer, eine Bohrschnecke oder insbesondere ein anderes diskontinuierlich arbeitendes Bohrwerkzeug sein. Wei ter kann die Bodenbearbeitungsvorrichtung als ein Verdrängerbohrwerkzeug ausge bildet sein. Ein Verdrängerbohrwerkzeug weist dabei mindestens eine Verdrängerflä che auf, welche bei einem drehenden Antrieb anstehendes oder abgetragenes Boden material im Wesentlichen radial in die Bohrlochwandung verdrängt. Es kann auch eine Kombination zwischen Abtragsbohrwerkzeug und Verdrängerbohrwerkzeug vorgese hen sein. Darüber hinaus kann die Bodenbearbeitungsvorrichtung auch eine Schlitz wandfräse sein, die mindestens ein oder vorzugsweise mehrere Fräsräder am unteren Ende aufweist, welche drehend um quer zur Vortriebsrichtung gerichtete Drehachsen angetrieben werden. Mittels einer Schlitzwandfräse kann ein Loch oder Frässchlitz auch mit einem eckigen Querschnitt erstellt werden. Beim Ziehen einer Schlitzwandfräse besteht grundsätzlich ebenfalls die Gefahr eines Grundbruchs bei einem zu schnellen Ziehen ohne ausrei chenden Druckausgleich zwischen der Oberseite und der Unterseite der Schlitzwand fräse.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Bodenbearbeitungsgerät, welches zum Erstellen eines Lochs im Boden mit der zuvor beschriebenen Bodenbearbeitungsvorrichtung versehen ist, welche vertikal verstellbar und antreibbar angeordnet ist.

Vorzugsweise weist ein derartiges Bodenbearbeitungsgerät eine Trägereinheit mit ei nem Oberwagen auf, welcher auf einem verfahrbaren Unterwagen drehbar gelagert ist. Der Unterwagen kann insbesondere ein Raupenfahrwerk aufweisen. Das Boden bearbeitungsgerät kann insbesondere ein Bohrgerät oder eine Schlitzwandfräsvorrich tung mit Trägereinheit sein. An dem Oberwagen ist vorzugsweise ein im Wesentlichen vertikal gerichteter Mast angeordnet, entlang welchem die Bodenbearbeitungsvorrich tung vertikal verstellbar gelagert ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Steuereinheit vor gesehen ist, welche mit der ersten Druckmesseinrichtung, der zweiten Druckmessein richtung und/oder der Sensoreinrichtung in Datenverbindung steht. Die Steuereinheit kann dabei Druckverläufe dokumentieren und/oder abhängig von den ermittelten Wer ten und Daten eine Steuerung des Bearbeitungsgerätes vornehmen.

Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, eine Verti kalbewegung und/oder einen Drehantrieb der Bodenbearbeitungsvorrichtung abhän gig von Daten zu steuern, welche von der ersten Druckmesseinrichtung, der zweiten Druckmesseinrichtung und/oder der Sensoreinrichtung übertragen werden. Wird bei spielsweise ein Anstieg der Druckdifferenz zwischen den zwei Druckmesseinrichtun gen festgestellt, kann dies ein Hinweis auf den Aufbau eines Unterdrucks an der Bo denbearbeitungsvorrichtung sein. In diesem Fall kann eine Vertikalbewegung, etwa beim Ziehen der Vorrichtung aus dem Loch gestoppt oder soweit reduziert werden, bis sich wieder eine Druckdifferenz unter einem vorgegebenen Grenzwert einstellt. In glei cher Weise kann ein Drehantrieb etwa bei einem Bohrgerät oder ein Drehantrieb an Fräsrädern abhängig von den Druckwerten verändert werden, wobei beispielsweise Druckwerte ein Maß dafür sein können, wie viel und insbesondere ob zu viel oder zu wenig Bodenmaterial abgetragen wird.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bodenbearbei tungsgerätes kann darin bestehen, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, basierend auf den Daten zum Druck an der Bodenbearbeitungsvorrichtung einen Füllgrad zu be stimmen. Steigt beispielsweise bei einem Bohreimer die Befüllung des Bohreimers mit Füllmaterial, kann dies an den ermittelten Druckwerten, insbesondere an der unteren ersten Druckmesseinrichtung, festgestellt werden. Grundsätzlich steigt der Druck an der unteren Druckmesseinrichtung mit zunehmendem Füllgrad und damit mit einer zu nehmenden Auflast an abgetragenem Bodenmaterial.

Wird dabei ein bestimmter Grenzwert erreicht, kann dies als ein Anzeichen dafür an gesehen werden, dass ein ausreichender Füllgrad für einen Bohreimer erreicht ist. Al ternativ oder ergänzend kann bei einer vollständigen Füllung eines Bohreimers bei einem weiterlaufenden Bohrantrieb festgestellt werden, dass sich keine oder eine an dere Veränderung des Druckunterschiedes zwischen den beiden Druckmesseinrich tungen ergibt. Dies kann als ein Anzeichen dafür gesehen werden, dass ein bestimm ter vollständiger Füllgrad bei einer Bodenbearbeitungsvorrichtung mit einem Aufnah meraum gegeben ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass das Loch beim Erstellen mit einer Stützflüssigkeit befüllt wird und mittels der ersten Druckmesseinrichtung ein erster Umgebungsdruck in einem unteren Bereich der Bodenbearbeitungsvorrichtung und mittels der zweiten Druckmesseinrichtung ein zweiter Umgebungsdruck in einem oberen Bereich der Bodenbearbeitungsvorrichtung gemessen werden. Das erfin dungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit der zuvor beschriebenen Bodenbe arbeitungsvorrichtung beziehungsweise mit dem zuvor beschriebenen Bodenbearbei tungsgerät ausgeführt werden. Es können dabei die zuvor beschriebenen Vorteile er zielt werden.

Eine vorteilhafte Verfahrensvariante besteht darin, dass die erste Druckmesseinrich tung mit der zweiten Druckmesseinrichtung über eine Verbindungsleitung fluidisch ver bunden wird und dass an der Verbindungsleitung eine Sensoreinrichtung angeordnet ist, mit welcher ein Druckunterschied zwischen einem ersten Druck an der ersten Druckmesseinrichtung und ein zweiter Druck an der zweiten Druckmesseinrichtung erfasst wird. Mit der Sensoreinrichtung kann dabei in effizienter Weise unmittelbar ein Druckunterschied zwischen den beiden Druckmesseinrichtungen erfasst werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wei ter beschrieben, welches schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Bo denbearbeitungsvorrichtung; und

Fig. 2 ein Detail der Bodenbearbeitungsvorrichtung von Fig. 1 betreffend eine

Druckmessanordnung.

Eine erfindungsgemäße Bodenbearbeitungsvorrichtung 10, welche als ein Bohreimer ausgebildet ist, wird im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erläutert. Bei der Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit ein rohrförmi ges Gehäuse weggelassen, welches einen Grundkörper 12 umgibt. An der Unterseite des Grundkörpers 12 ist ein Boden 14 angeordnet, welcher an seiner Unterseite eine Bodenabtragseinrichtung 30 aufweist. Über eine nicht dargestellte Öffnung im Boden kann abgetragenes Bodenmaterial in einen inneren Aufnahmeraum am Grundkörper 12 aufgenommen werden. Der Boden 14 ist um eine horizontal gerichtete Schwenk achse 15 schwenkbar gelagert. So kann der Boden 14 zum Entleeren des Bohreimers nach unten aufgeschwenkt werden.

Das Gehäuse um den Grundkörper 12 wird nach oben durch eine Deckplatte 18 ab geschlossen, auf welcher eine Verbindungseinrichtung 20 zum Verbinden mit einem Bohrgestänge angebracht ist. Die Verbindungseinrichtung 20 ist im dargestellten Aus führungsbeispiel als eine sogenannte Kellybox ausgebildet, welche ein vierkantförmi ges Ende eines Bohrgestänges aufnehmen kann. Durch quer gerichtete Riegelbolzen kann so ein Bohrgestänge drehfest in der hülsenförmigen Verbindungseinrichtung 20 aufgenommen und befestigt werden.

Gemäß der Erfindung ist die Bodenbearbeitungsvorrichtung 10 mit einer Druck messanordnung 40 versehen, welche eine erste Druckmesseinrichtung 41 an einem unteren Bereich des Grundkörpers 12 und eine zweite Druckmesseinrichtung 42 an einem oberen Bereich des Grundkörpers 12 aufweist. Die untere erste Druckmessein richtung 41 weist einen ersten hohlen Messkörper 45a auf, welcher ringförmig aus drei röhrenförmigen Elementen aufgebaut ist. Das nach außen weisende äußere Messele ment ist bogenförmig entsprechend einem Außenumfangsradius des Grundkörpers 12 ausgebildet. Insbesondere an einer Innenseite des ersten hohlen Messkörpers 45a kann eine flexible Messfläche 48 angeordnet sein, welche sich entsprechend einem Außendruck durch anstehende Stützflüssigkeit eventuell mit abgetragenem Bodenma terial verformt und so einen Außendruck auf ein inneres Messfluid überträgt.

Der erste hohle Messkörper 45a ist dabei parallel zum horizontalen Boden 14 ausge bildet und kann über eine Aussparung im Boden 14 mit einer Außenseite oder einer Außenumgebung in Kontakt stehen. Eine entsprechende Aussparung ist auch in der Deckplatte 18 ausgebildet, wobei durch eine Innenwand 16 entlang des Grundkör pers 12 ein Kanal 17 gebildet ist, durch welchen Stützsuspension entlang des Grund körpers 12 strömen kann.

Die obere zweite Druckmesseinrichtung 42 weist einen zweiten ringförmigen hohlen Messkörper 45b auf, welcher aus vier röhrenförmigen Elementen gebildet ist. Dabei erstreckt sich der zweite hohle Messkörper 45b ringartig um die Verbindungseinrich tung 20 an der Oberseite der Deckplatte 18. Der zweite hohle Messkörper 45b ist ebenfalls mit einer flexiblen Messfläche zum Erfassen eines äußeren Umgebungs drucks ausgebildet, wobei der Umgebungsdruck auf ein inneres Messfluid übertragen werden kann.

Die erste Druckmesseinrichtung 41 und die zweite Druckmesseinrichtung 42 sind über eine Verbindungsleitung 44 fluidisch verbunden, welche sich axial entlang des Grund körpers 12 erstreckt. Zum Schutz der Verbindungsleitung 44 ist die Innenwand 16 vor gesehen, welche die Verbindungsleitung 44 und auch die erste Druckmesseinrichtung

41 am Boden 14 von abgetragenem Bodenmaterial im Innenraum des Grundkörpers 12 weitgehend abgrenzt und schützt. An der Deckplatte 18 ist an der Verbindungslei tung 44 eine Sensoreinrichtung 50 angeschlossen, mit welcher ein Druckunterschied zwischen der ersten Druckmesseinrichtung 41 und der zweiten Druckmesseinrichtung

42 feststellbar ist. Die Sensoreinrichtung 50 kann einen herkömmlichen Drucksensor oder auch einen Strömungsmesser aufweisen, welcher eine Bewegung des Messfluides in der Druck messanordnung 40 aufgrund unterschiedlicher Drücke an der ersten Druckmessein richtung 41 und der zweiten Druckmesseinrichtung 42 feststellt. Darüber hinaus kön nen an den beiden Druckmesseinrichtungen 41 , 42 auch jeweils Drucksensoren an geordnet sein, mit welchen jeweils ein Absolutdruck ermittelt werden kann. Die Sen soreinrichtung 50 und die weiteren Sensoren sind mit einer Steuereinheit eines nicht dargestellten Bodenbearbeitungsgerätes verbunden, wobei die Steuereinheit entspre chend den ermittelten Druckwerten eine Vertikalbewegung der Bodenbearbeitungs vorrichtung 10 und/oder einen Drehantrieb zum Drehen der Bodenbearbeitungsvor richtung 10 steuert.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Druckmesseinrichtungen 41 , 42 an einer Außenseite angeordnet. Wenn eine Erfassung des Füllgrades gewünscht ist, kann die erste Druckmesseinrichtung 41 im inneren Aufnahmeraum des Grundkör pers 12 angeordnet sein.