Pfahlgründungsbohrgerät

Die Erfindung betrifft ein Pfahlgründungsbohrgerät mit einem an einem Mäkler in Bohrrichtung höhenverschiebbar angeordneten Ausleger mit Drehantrieb, einem Bohrrohranschluss unterhalb des Drehantriebs und einem Vorratstrichter oberhalb des Drehantriebs für eine einzubringende Betonsuspension.

Für das Setzen von Gründungspfählen ist der sogenannte Vollverdrängerpfahl bekannt, bei dem von einem Bohrgerät ein Bohrrohr mit einer Bohr- und

Verdrängerspitze unter Bodenverdrängung und -Verdichtung in den Baugrund eingetrieben wird, anschließend ein Bewehrungskorb in den entstandenen Hohlraum eingeführt und dieser Hohlraum mit fließfähigem Beton aufgefüllt wird. Dabei wird durch Ziehen und Drehen das Bohrrohr gezogen und somit der Pfahlschaft betoniert. Die Verdrängungsspitze bleibt dabei unterhalb des betonierten Pfahls als verlorene Fußspitze im Baugrund. Eine derartige

Vorrichtung zur Herstellung eines Ortbeton-Vollverdrängerpfahles bzw. dessen Herstellungsverfahren sind in der EP 1 726 719 A1 beschrieben. Ebenso ist in der EP 1 134 319 B1 ein derartiges Ortbetonpfahlherstellungsverfahren beschrieben.

Ferner ist in der US 9,611 ,611 B2 eine Zufuhranordnung für

Bohrlochhinterfüllungsmaterial (Vergussmaterial, wie beispielsweise

Betonsuspension) bekannt, bei der das Bohrrohr abdichtend an ein Zuführrohr anschließbar ist, so dass eine Beaufschlagung des Bohrrohrinnenraumes mit dem Hinterfüllungsmaterial (Betonsuspension) auch unter Überdruck möglich ist.

Dieses Pfahlgründungsverfahren hat sich über viele Jahre bewährt. Allerdings treten am Bohrgerät am Übergang von Drehantrieb auf das in den Boden einzubringende Bohrrohr erhebliche Drehmomente auf, aus denen bei einer nicht exakten Ausrichtung des Bohrgeräts zur Bohrlochorientierung und insbesondere beim Auswandern des Bohrohres aufgrund von Hindernissen oder lateralen Anomalien im Baugrund Biegemomente resultieren, die zu einem Versagen der Verbindung vom Drehantrieb am Mäkler (Bohrmast) zum Bohrrohr führen.

Zur Vermeidung dieser Material zerstörenden Biegemomente sind Bohrgeräte mit einem Hydraulikdrehantrieb mit integriertem Kardangelenk bekannt.

Beispielsweise ist aus der DE 10 2008 022 478 B3 ein Bohrgerät zum

Einschrauben von Fundamenteinrichtungen als Anbaugerät an den Auslegerarm eines Baufahrzeuges bekannt, bei dem das Bohrgerät unterhalb eines

Kardangelenkes angeordnet ist. Eine ähnliche Vorrichtung ist an einem

Bohrgerät zum Einbringen von Rohrpfählen in den Untergrund, wiederum als Anbaugerät für eine Baumaschine, mit einem oberhalb des am Ausleger angesetzten Bohrgerätes vorgesehenen Kardangelenk aus der

US 2005/0201836 A1 bekannt.

Ferner ist in der DE 39 13 313 A1 eine Baumaschine mit einer Bohreinrichtung und einem höhenverstellbar an einem Mäkler angeordneten Vibrationsbär beschrieben, bei der ein Kardangelenk unterhalb des Bohrantriebs und unterhalb des Kardangelenks ein mit einer Drehdurchführung ausgestatteter Einfüllstutzen für eine Betonsuspension vorgesehen sind.

Ferner ist es aus der DE 10 2012 112 411 B3 bekannt, ein aktiv angesteuertes Kreuzgelenk als Pressbohrlenkvorrichtung zu verwenden.

Die DE 10 2017 115 848 A1 beschreibt eine Anordnung von zwei Kreuzgelenken an einer Bohreinrichtung, bei denen der Vortrieb entlang eines Bohrturmes erfolgt, der sich gegenüber dem Untergrund, in dem die Bohrung vorangetrieben werden soll, verlagern kann, was insbesondere für einen Bohrturm auf schwimmenden Plattformen, wie Bohrschiffen, anzuwenden ist. Dabei wird eine Stabilisierungs- oder Arretierungseinrichtung zum bedarfsweisen Dämpfen oder Blockieren der Verschwenkbarkeit der Kreuzgelenke durch entsprechende Hydraulikzylinder beschrieben.

Es wird angemerkt, dass bereits vorhandene ältere Bohrgeräte nicht oder nur mit sehr großem Aufwand mit einem Kardangelenk an der Antriebstechnik nachgerüstet werden können und darüber hinaus der Bohrantrieb mit

integriertem Gelenk sehr großvolumig und teuer ist. Ferner wird das Befüllen des Bohrrohres mit dem fließfähigen Beton erschwert, da konstruktionsbedingt kein größerer Betonvorrat bereitgestellt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, an einem Pfahlgründungsbohrgerät eine relativ klein bauende gelenkige Verbindung zwischen einem herkömmlichen Bohrgerätdrehantrieb am Mäkler und dem Pfahlgründungsrohr anzugeben, wobei eine Zufuhr von Betonsuspension durch diese gelenkige Verbindung möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Pfahlgründungsbohrgerät gemäß

Anspruch 1. Dadurch, dass zwischen dem Drehantrieb und dem

Bohrrohranschluss ein Kardangelenk angeordnet ist, das mit einem oberen Anschlussstutzen am Drehantrieb befestigt ist und mit einem unteren

Anschlussstutzen den Bohrrohranschluss bildet, wobei im Kardangelenk eine elastische Manschette vorgesehen ist, die den oberen mit dem unteren

Anschlussstutzen dichtend verbindet, wird eine gelenkige Verbindung zwischen Bohrantrieb und Bohrrohr erreicht, womit ein Winkelversatz zur vom Mäkler vorgegebenen Bohrrichtung um wenige Grad möglich ist, falls beispielsweise das Bohrrohr beim Einbringen in den Boden aufgrund von Hindernissen,

Bodenanomalien etc. versetzt wird. Durch die gelenkige Verbindung zwischen Bohrrohr und Bohrantrieb werden die dort erforderlichen Kupplungen weniger belastet und weisen eine weitaus höhere Standzeit auf.

Hierdurch werden Baustellenreparaturen der Kupplungen und das Herunterfallen der Verschraubungen (Bruch durch große Biegemomente) vermieden. Des Weiteren erhöht sich die Lebensdauer des Mäklers, sowie die des Bohrmotors bzw. Bohrantriebs aufgrund der nicht mehr auftretenden Biegemomente. Wird nun beim Einbohren des Bohrrohres mit der am Fuß angesetzten

Verdrängungs- und Bohrspitze ein Hindernis, beispielsweise ein Findling tangiert, kann das Bohrrohr um einige wenige Grad ausweichen, ohne dass der Mäkler des Bohrgerätes neu auf die nun geringfügig veränderte Bohrrichtung

ausgerichtet werden muss. Diese Eigenschaft erlaubt einen kontinuierlichen Bohrfortschritt, auch bei einer geringfügigen Abweichung der Sollorientierung der Bohrung von beispielsweise bis zu 5°. Dabei kann gleichwohl nach Einsetzen des Bewehrungskorbes in den durch die Vollverdrängung mittels Bohrspitze und Bohrrohr erzeugten Hohlraum von oben durch den Bohrdrehantrieb anschließend die für die Betonierung erforderliche Menge des fließfähigen Betons in den verbleibenden Hohlraum eingefüllt und im oberhalb des Bohrdrehantriebs angeordneten Trichter bevorratet werden. Beim anschließenden Ziehen des Bohrrohres und Nachsacken des fließfähigen Betons in das nun frei werdende, ergänzende Ringvolumen ist ein umständliches Nachfüllen von Beton oder ein kontinuierliches Nachpumpen von Beton nicht erforderlich.

Um den fließfähigen Beton in der üblichen Weise über den oberhalb des

Bohrdrehantriebs angeordneten Trichter Vorhalten und beim Ziehen des

Bohrrohres nachrutschen zu lassen, ist die elastische Manschette innerhalb des Gelenkes vorgesehen, die eine abgedichtete Fluidverbindung zwischen dem Durchlass des hydraulischen Bohrdrehantriebes und dem unterhalb am

Kardangelenk angesetzten Bohrrohr sicherstellt.

Dadurch, dass das Kardangelenk ein Anbauteil ist, das zwischen Drehantrieb und Bohrrohranschluss eingefügt werden kann, können auch bedarfsweise herkömmliche hydraulische Bohrdrehantriebe bei Bedarf mit diesem Gelenk nachgerüstet werden, ohne dass dafür der gesamte Bohrkopf auszutauschen wäre und ggf. der Mäkler umgebaut werden müsste. Eine Umrüstung ist aufgrund der Montage des Kardangelenks direkt unterhalb des Bohrantriebs jederzeit, nötigenfalls auch auf der Bohrstelle am Bauplatz möglich. Der Ausleger mit dem Drehantrieb wird dafür am Mäkler ohne angesetztes Bohrrohr abgesenkt und das zu montierende Kardangelenk am Boden unterhalb des Auslegers bereitgestellt. Die Kopplung des Kardangelenks am Drehantrieb erfolgt dann mittels dafür vorgesehener Bolzen, so dass danach ein Pfahlgründungsbohrgerät mit

Kardangelenk ausgestattet ist. Unterhalb des Kardangelenks kann dann am unteren Anschlussstutzen in der üblichen Weise das Bohrrohr angesetzt werden, wie es sonst direkt am Drehantrieb erfolgt. Aufgrund einer kompakten Ausbildung des Kardangelenks werden lediglich 30 bis 40 cm Bohrhub am Mäkler durch das Anbauteil verbraucht. Für die meisten Anwendungen ist dies unkritisch.

In weiterer Ausgestaltung weist die elastische Manschette einen

Innendurchmesser auf, der größer oder gleich dem freien Innendurchmesser der Anschlussstutzen ist. Damit kann die von oben über den Trichter zugeführte Betonsuspension leicht durch die Manschette des angesetzten Kardangelenks hindurchrutschen, wie ebenfalls anderes einzusetzendes Material, wie

Eisenverstrebungen etc.

Bevorzugt ist der Innendurchmesser der Anschlussstutzen so groß, dass ein Pfahlbewehrungskorb hindurchschiebbar ist. Somit kann der für die Ausbildung des belastbaren Ortbetonpfahls erforderliche Bewehrungskorb direkt nach dem Einbohren des mit einer Verdrändungs- und Bohrspitze versehenen Bohrrohres durch den noch nicht befüllten Trichter, den Drehantrieb und das Kardangelenk in den leeren Hohlraum des Bohrrohres eingesetzt werden, ohne dass der

Bohrantrieb vom Bohrrohr abgenommen werden muss. Gleich im Anschluss kann dann die vorbereitete Betonsuspension über den Trichter in das Bohrrohr mit dem darin befindlichen Pfahlbewehrungskorb eingefüllt werden. Dabei wird der Trichter so groß ausgebildet, dass beim anschließenden Ziehen des

Bohrrohres und Nachsacken des fließfähigen Betons in das nun frei werdende, ergänzende Ringvolumen ein Nachfüllen von Beton oder ein kontinuierliches Nachpumpen von Beton nicht erforderlich ist. Dies verringert den Geräte- und Arbeitsaufwand auf der Baustelle erheblich. Wenn die elastische Manschette aus Gummi besteht, ist die Manschette ausreichend elastisch und gleichwohl für den rauhen Baustelleneinsatz ausreichend durabel, um den mechanischen (geringfügige Winkelverstellungen, Einführen des Bewehrungskorbes etc.) und chemischen (Benetzung mit Betonsuspension) Belastungen zu widerstehen.

Bevorzugt erlaubt die elastische Manschette eine Verstellung des

Kardangelenkes um einen Auslenkungswinkel mit a < 5° in alle Richtungen zur vom Mäkler vorgegebenen Bohrrichtung. Eine solche Auslenkung des

Bohrrohres ist noch ohne Beeinträchtigung des Bohrfortschritts und auch ohne die Gefahr von Berührungen mit dem Mäkler oder anderen Teilen des

Bohrgerätes möglich.

Dadurch, dass das Kardangelenk einen in Radialebene zur Bohrrichtung im Wesentlichen ringförmigen Mittelteil aufweist, der am oberen Anschlussstutzen über eine erste Radialachse und am unteren Anschlussstutzen über eine zweite Radialachse, die in 90° zur ersten Radialachse orientiert ist, jeweils

verschwenkbar angelenkt ist, kann das Kardangelenk in seiner

Höhenerstreckung kleinbauend gestaltet werden, um möglichst wenig vom möglichen Bohrhub des Pfahlgründungsbohrgerätes am Mäkler durch das am Bohrantrieb untergebaute Kardangelenk zu verlieren. Die Aufbauhöhe kann beispielsweise auf unter 30 cm Zentimeter reduziert werden.

Wenn die elastische Manschette innerhalb des ringförmigen Mittelteils zwischen dem oberen Anschlussstutzen und dem unteren Anschlussstutzen durchgeführt ist, ist eine möglichst den Querschnitt nicht einschränkende Gestaltung der elastischen Manschette innerhalb des Kardangelenks möglich. Dabei kann der ringförmige Mittelteil innen eine quadratische Querschnittsöffnung und außenseitig beispielsweise achteckig ausgebildet sein.

Dadurch, dass das Kardangelenk zwischen dem oberen Anschlussstutzen und dem Mittelteil einerseits und zwischen dem Mittelteil und dem unteren Anschlussstutzen andererseits Gegenkraftelemente aufweist, die bei Auslenkung eine mit dem Auslenkungsbetrag stark zunehmende Rückstellkraft erzeugen, kann durch die ansteigende Rückstellkraft ein plötzliches Erreichen der maximalen Auslenkung des Kardangelenkes und eine dabei auftretende schlagartige Überlastung vermieden werden. Die Rückstellkraft wird dabei beispielsweise von Federn oder Hydraulikzylindern erzeugt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der

beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.

Darin zeigt: Fig. 1 ein Pfahlgründungsbohrgerät mit Kardangelenk in einer

Seitenansicht,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Kardangelenks und

Fig. 3 einen Schnitt durch das in Figur 2 dargestellte Kardangelenk.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Pfahlgründungsbohrgerätes in einer Seitenansicht dargestellt. Das

Pfahlgründungsbohrgerät 1 weist einen mit einem Kettenlaufwerk auf dem Baugrund G verfahrbaren Maschinenwagen 10 auf, an dem ein Mäkler 11 oder Bohrmast angebracht ist. Am Mäkler 11 ist ein Ausleger 12 höhenverschiebbar angeordnet. Der Ausleger 12 trägt einen hydraulisch angetriebenen

Drehantrieb 13. Oberhalb des Drehantriebs 13 ist ein Vorratstrichter 15 zum

Einfüllen einer Betonsuspension angeordnet. Unterhalb des Drehantriebs 13 ist ein Kardangelenk 2 abnehmbar befestigt. Unterhalb des Kardangelenks 2 ist ein Bohrrohr 16 angeordnet, dessen unteres Ende mit einer Verdrängungs- und Bohrspitze 17 wasserdicht verschlossen ist. In Figur 2 ist das Kardangelenk 2 in einer Seitenansicht im Detail wiedergegeben. Ferner ist in Figur 3 ein Schnitt entlang der in Figur 2 dargestellten Linie A-A wiedergegeben.

Das Kardangelenk 2 weist einen oberen Anschlussstutzen 21 auf, der an den Drehantrieb 13 des Auslegers 12 anschließbar ist. Ferner ist ein Mittelteil 22 vorgesehen, das um eine erste Radialachse 25 verschwenkbar mit dem oberen Anschlussstutzen 21 über am oberen Anschlussstutzen 21 angefügten

Halterungen verbunden ist. Unterhalb des Mittelteiles 22 ist ein unterer

Anschlussstutzen 23 angeordnet, der den Bohrrohranschluss 14 zum Anschluss des Bohrrohres 16 bildet. Der untere Anschlussstutzen 23 ist wiederum um eine zweite Radialachse 26, die zur ersten Radialachse 25 um 90° verdreht ist, schwenkbar verbunden. Dabei reichen Halterungen von dem unteren

Anschlussstutzen 23 um die aus Bolzen gebildete zweite Radialachse 26 herum.

Vom oberen Anschlussstutzen 21 ragt ein oberer Manschettenstutzen 27 in Richtung des Mittelteils 22 hervor, ebenso ragt vom unteren Anschlussstutzen 23 ein unterer Manschettenstutzen 28 in Richtung des Mittelteils 22 hervor. Auf diesen beiden Manschettenstutzen 27, 28 ist eine elastische Manschette 24 dichtend aufgezogen, so dass der Freiraum des oberen Anschlussstutzens 21 mit dem Freiraum des unteren Anschlussstutzens 23 mit im wesentlichen gleichen Innendurchmesser dichtend verbunden ist. Die elastische

Manschette 24 besteht aus Gummi und kann somit Bewegungen zwischen dem oberen Anschlussstutzen 21 und dem unteren Anschlussstutzen 23 aufgrund der kardanischen Aufhängung in einem Verstellbereich bis mindestens 5° aus der vom Mäkler 11 vorgegebenen Bohrrichtung Z erlauben.

Das Kardangelenk 2 erlaubt somit die Drehmomentübertragung vom am

Ausleger 12 angeordneten Drehantrieb 13 auf das Bohrrohr 16, wobei beim Niederbringen des Bohrrohrs 16 mit der an der unteren Öffnung des

Bohrrohres 16 angeordneter Verdrändungs- und Bohrspitze 17 ein etwaiges Ausweichen aufgrund von Bohrhindernissen (Feldsteine) oder Bodenanomalien durch das Kardangelenk 2 aufgenommen werden kann, ohne dass eine

Neuausrichtung des Pfahlgründungsbohrgerätes 1 durch Verfahren des

Maschinenwagens 10 erforderlich ist. Dabei können Verstellbeträge bis zu einem Auslenkungswinkel a < 5° problemlos zugelassen werden.

Durch den relativ großen freien Innendurchmesser vom auf dem Ausleger 12 angeordneten Vorratstrichter 15 durch den Drehantrieb 13 und über das

Kardangelenk 2 in das Bohrrohr 16, kann ein zur Erstellung des Ortbetonpfahls erforderlicher Pfahlbewehrungskorb nach dem Einbringen des Bohrrohres 16 mit der aufgesetzten Verdrängungs- und Bohrspitze 17 problemlos von oben durch den Vorratstrichter 15, den Drehantrieb 13, das Kardangelenk 2 in das

Bohrrohr 16 eingelassen werden. Dafür ist an der Spitze des Bohrmastes (Mäkler) 11 eine entsprechende Seilwinde vorgesehen (in Figur 1 nicht dargestellt). Anschließend wird der durch die Dichtung zwischen Bohrrohr 16 und Verdrängungs- und Bohrspitze 17 noch trockene Innenraum mit einer geeigneten Betonsuspension über den Trichter 15 befüllt. Wenn das gesamte Bohrrohr 16 einschließlich des Vorratstrichters 15 mit Beton befüllt ist, wird durch Rückdrehen des Bohrrohres 16 mittels umgesteuerten Drehantrieb 13 die Verdrängungs- und Bohrspitze 17 am unteren Ende im Baugrund G entriegelt und als sogenannte „verlorene Spitze“ beim Herausziehen des Bohrrohres 16 im Baugrund G belassen.

Beim Anheben des Bohrrohres 16 durch Hochfahren des Auslegers 12 am Mäkler 11 wird der Ringraum des Bohrrohres 16 im Untergrund freigegeben, so dass die eingefüllte Betonsuspension aus dem Vorratstrichter 15 in das Bohrloch nachrutscht. Etwaige Hohlräume im Baugrund G hinter dem Bohrrohr 16 werden ebenfalls durch die von oben nachdrückende Betonsuspension ausgefüllt. Bei entsprechender Dimensionierung des Vorratstrichters 15 ist ein nachträgliches Nachfüllen von Beton nicht erforderlich. Der Ortbetongründungspfahl ist somit in einem Arbeitsgang erstellbar. Durch das Einfügen des Kardangelenkes 2 zwischen Drehantrieb 13 und Bohrrohr 16 können beim Auswandern des Bohrrohres 16 beim Bohrfortschritt keine Biegemomente mehr auf die Bohrrohrbefestigung am

Bohrrohranschluss 14 auftreten, die zu hohem Verschleiß und schlimmstenfalls zum Versagen der Kopplung führen können. Wird bei einer Gründungsbohrung ein Auswandern des Bohrrohres 16 nicht befürchtet und soll die volle Hubhöhe des Mäklers 11 des Pfahlgründungsbohrgerätes 1 ausgenutzt werden, kann das Kardangelenk 2, das unterhalb des Drehantriebs 13 am Ausleger 12 befestigt ist, ohne großen Aufwand entfernt werden und später wieder am Drehantrieb 13 angefügt werden.

Bezugszeichenliste

1 Pfahlgründungsbohrgerät

10 Maschinenwagen

11 Mäkler, Bohrmast

12 Ausleger

13 Drehantrieb

14 Bohrrohranschluss

15 (Vorrats-)T ri chter

16 Bohrrohr

17 Verdrängungs- und Bohrspitze

2 Kardangelenk

21 oberer Anschlussstutzen

22 Mittelteil

23 unterer Anschlussstutzen

24 elastische Manschette

25 erste Radialachse

26 zweite Radialachse

27 oberer Manschettenstutzen

28 unterer Manschettenstutzen a Auslenkungswinkel

G Baugrund

Z Bohrrichtung