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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Spundbohle in Doppel-T-Form,
mit einem zentralen Steg und zwei Flanschen, sowie Anschlussmitteln
für ein
Verbindungsprofil entlang mindestens einer Längskante mindestens eines Flansches.
Sie betrifft ebenfalls eine solche Spundbohle mit mindestens einem
angeschlossenen Verbindungsprofil.
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Stand
der Technik
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Eine
solche Stahlspundbohle in Doppel-T-Form wird bereits 1936 in der
Patentschrift
DE 613 210 beschrieben.
Bei dieser Spundbohle werden die Anschlussmittel durch keilförmige Verdickungen an
der Außenseite
der Flanschenden ausgebildet. Das zugehörige Verbindungsprofil umfasst
ein klammerförmiges
Schlossteil, das über
ein Flanschende mit seiner keilförmigen
Verdickung geschoben wird, wobei eine formschlüssige Verbindung zwischen Flanschende
und Verbindungsprofil hergestellt wird.
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Spundbohlen
in Doppel-T-Form, bei denen die Anschlussmittel durch keilförmige Anschlusswülste ausgebildet
werden, welche sich an der Außenseite
der Flansche entlang ihrer Längskanten
erstrecken, werden heute von der Firma Peiner Träger GmbH unter dem Namen „Peiner
Stahlpfähle
PSt" und von der
Firma ARCELOR RPS unter der Bezeichnung „HZ-Tragbohlen" („HZ-King
Piles") hergestellt.
Die Anschlusswülste
weisen einen Keilwinkel von ungefähr 45° auf, und haben, je nach Größe der Spundbohle,
eine Höhe
zwischen 15 mm und 20 mm.
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Zugeordnete
Verbindungsprofile weisen, wie die Verbindungsprofile aus der Patentschrift
DE 613 210 , ein klammerförmiges erstes
Schlossteil auf, das über
ein Flanschende mit seinem keilförmigen
Anschlusswulst geschoben wird. Dieses erste Schlossteil umfasst
eine nach innen gekrümmte,
obere Leiste, die den keilförmigen
Anschlusswulst an der Flanschaußenseite
umgreift, und eine gerade, untere Leiste, die an der Flanschinnenseite
anliegt. Ein zweites Schlossteil des Verbindungsprofils ermöglicht es
dann, an das Verbindungsprofil ein Flanschende einer weiteren Spundbohle
in Doppel-T-Form, bzw. eine U- förmige oder
Z-förmige Spundbohle
anzuschließen,
um sogenannte gemischte Spundwände
auszubilden (siehe z.B. die
DE 28
19 737 ).
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Um
den Widerstandsmoment bekannter Spundbohlen in Doppel-T-Form zu erhöhen, wird
in der
DE 103 39 957 vorgeschlagen,
den Flansch zwischen den Anschlussendabschnitten, welche die keilförmige Anschlusswülste tragen,
konvexartig auszubauchen. Hierbei soll die außenseitige Verdickung des Flansches
sich in Richtung der Längskanten
der Flansche progressiv verjüngen.
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Ebenfalls
um den Widerstandsmoment von Spundbohlen in Doppel-T-Form zu erhöhen, schlägt die WO
2005/038148 vor, die Flansche, ab einer bestimmten Distanz zu ihren
Längskanten,
außenseitig zu
verdicken, so dass verjüngte
Flanschenden übrigbleiben,
welche die Anschlussmittel tragen.
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Bekannte
Stahlspundbohlen in Doppel-T-Form mit keilförmigen Anschlusswülsten werden
durch Warmwalzen hergestellt. Eine gleichförmige Ausbildung der keilförmigen Anschlusswülste beim
Warmwalzen zu erzielen, ist jedoch nicht unproblematisch. Um zu
gewährleisten,
dass die Anschlusswülste
alle die gleiche Höhe
aufweisen, ist es z.B. bekannt, sie mit einer gewissen Überhöhe zu walzen,
und sie dann anschließend
mit einem Schneidbrenner auf die Sollhöhe zurechtzustutzen. Diese
Nachbearbeitung der Stahlspundbohlen in Doppel-T-Form verursacht
jedoch wesentliche Kosten und kann zudem zu Beschädigungen
an der Flanschaußenseite
führen.
Es kommt weiterhin des öfteren
vor, dass ein Anschlusswulst unvollständig ausgebildet ist, und dann
anschließend
manuell durch Auftragsschweißen
nachgebessert werden muss.
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Es
ist ebenfalls bekannt, ein vorbeschriebenes Verbindungsprofil, das
bereits formschlüssig
mit dem Flanschende verbunden ist, zusätzlich an die Flanschenden
anzuschweißen.
Hierzu wird eine Schweißnaht
zwischen die Endkante der oberen, bzw. unteren, Leiste des Verbindungsprofils
und die Außenseite,
bzw. Innenseite, des Flansches gelegt. Das Herstellen dieser Schweißnaht ist
jedoch problematisch, falls zwischen den Endkanten der Leisten und
der Flanschoberfläche
ein größerer Spalt
ausgebildet ist. Bedingt durch die relativ groben Fertigungstoleranzen
der Verbindungsprofile und der Spundbohlen, kommt dies jedoch relativ
häufig
vor.
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Aufgabe
der Erfindung
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Eine
erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spundbohle
in Doppel-T-Form mit Anschlussmitteln für ein Verbindungsprofil entlang mindestens
einer Längskante
mindestens einer ihrer Flansche zu schaffen, wobei diese Anschlussmittel sich
unkomplizierter herstellen lassen sollen, als die bisher bekannten
keilförmigen
Anschlusswülste.
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Allgemeine
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft folglich eine Stahlspundbohle in
Doppel-T-Form, umfassend einen
zentralen Steg und zwei Flansche, wobei jeder Flansch eine dem Steg
zugekehrte Innenseite, eine dem Steg abgekehrte Außenseite,
und zwei Längskanten
aufweist, sowie Anschlussmittel für ein Verbindungsprofil entlang
mindestens einer Längskante von
mindestens einem Flansch.
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Entsprechend
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, werden die Anschlussmittel durch
eine Nut ausgebildet, welche sich in der Außenseite mindestens eines Flansches
entlang mindestens einer Längskante
erstreckt. In anderen Worten, die Anschlussmittel werden nicht mehr
durch eine Verdickung des Flanschendes, bzw. durch einen keilförmigen Anschlusswulst
ausgebildet, sondern durch eine Nut, die entlang der Längskante
in das Flanschende eingebracht wird. Das zugehörige Verbindungsprofil kann
hierbei vorteilhaft ein klammerförmiges
Schlossteil mit einer nach innen gekrümmten Leiste aufweisen, die
an der Flanschaußenseite in
die Nut des Flansches eingreift. Eine solche Nut lässt sich
z.B. beim Warmwalzen der Doppel-T-Spundbohle weitaus unproblematischer,
d.h. zuverlässiger,
ausbilden, als dies der Fall bei einem keilförmigen Anschlusswulst auf der
Flanschaußenseite
ist. Die Nut kann zudem auch noch nachträglich in den Flansch eines
fertigen Doppel-T-Profils eingebracht werden. Dies kann z.B. spanabhebend,
durch Fräsen
oder Hobeln erfolgen. Es ist ebenfalls relativ einfach möglich, eine
bereits eingewalzte Nut mechanisch, z.B. durch Fräsen, Hobeln
oder Schleifen, nachzubearbeiten.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Nut einen im wesentlichen
V-förmigen
Querschnitt mit einem, vorzugsweise, abgerundeten Nutengrund auf.
Der Nutengrund kann jedoch auch abgeflacht sein.
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Die
Abmessungen der Nut sind vorteilhaft wie folgt festzulegen. Falls
der Flansch in direkter Nachbarschaft der Nut eine Dicke e aufweist,
und b die Öffnungsbreite
der Nut ist, so soll: (0,5·e) ≤ b ≤ (1,5·e), bevorzugt
(0,9·e) ≤ b ≤ (1,1·e). Falls
t die Tiefe der Nut ist, so soll: 10 mm ≤ t ≤ (0,5·e). Falls s der Abstand zur
Längskante
des Flansches ist, so soll: 4 mm ≤ s ≤ 12 mm. Falls α der Winkel
ist, den eine erste, der Längskante
des Flansches am nächsten
liegende, erste Nutflanke mit der Flanschaußenseite definiert, so soll:
40° ≤ α ≤ 50°. Falls β der Winkel
ist, den eine gegenüberliegende,
zweite Nutflanke mit der Flanschaußenseite definiert, so soll:
40° ≤ β ≤ 90°, vorzugsweise
jedoch 40° ≤ β ≤ 50°.
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Die
Stahlspundbohle in Doppel-T-Form kann über ihre gesamte Breite eine
konstante Dicke aufweisen. Sie kann jedoch auch ein oder mehrere
verdickte Flanschenden aufweisen, wobei die Nut in einem der verdickten
Flanschenden angeordnet sein kann; bzw. ein oder mehrere verjüngte Flanschenden aufweisen,
wobei die Nut in einem der verjüngten Flanschenden
angeordnet sein kann. Im Prinzip wird die Dicke des Flanschendes
durch die Innenweite „w" des anzuschließenden,
klammerförmigen
Schlossteils festgelegt.
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Mindestens
ein Flansch kann weiterhin in seiner Innenseite, entlang mindestens
einer Längskante,
eine Nut aufweisen. Falls ein Flanschende sowohl in seiner Außen- als
auch Innenseite eine Nute aufweist, können diese Nuten eine geringere
Tiefe aufweisen. Zudem kann das klammerförmige Schlossteil symmetrisch
ausgebildet werden, was es z.B. ermöglicht, den Anschluss von Z-förmigen Spundbohlen mit Larssen-Schloss
mit einem einzigen Verbindungsprofil herzustellen. Weiterhin erlaubt die
doppelte Nut auch ein gewisses Verdrehen des Verbindungsprofils
relativ zum Flanschende, so dass sich kleinere Abwinkelungen in
der Spundwand erzielen lassen.
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Die
Spundbohle kann ein warmgewalztes Profil oder ein zusammengeschweißtes Profil
sein, bei welchem die Flansche durch warmgewalzte Breitflachstähle und
der Steg durch ein Stahlblech ausgebildet werden.
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Ein
bevorzugtes Verbindungsprofil weist ein klammerförmiges Schlossteil auf, welches über die Längskante
mit der benachbarten Nut geschoben ist, wobei die Nut eine, der
Längskante
des Flansches am nächsten
liegende, erste Nutflanke und eine gegenüberliegende, zweite Nutflanke
aufweist, und das klammerförmige
Schlossteil eine nach innen gekrümmte
Leiste aufweist, die an der Flanschaußenseite in die Nut des Flansches
eingreift und eine Endkante aufweist, die der zweiten Nutflanke
unmittelbar gegenüberliegt.
In den keilförmigen
Spalt, welcher zwischen der zweiten Nutflanke und einer Außenseite
der Endkante ausgebildet ist, kann dann auf einfache und sichere
Art und Weise eine Schweißnaht
gelegt werden. Die Endkante der nach innen gekrümmten Leiste weist eine Mittelebene
auf, welche vorzugsweise ungefähr
senkrecht zur zweiten Nutflanke steht und die zweite Nutflanke ungefähr in deren
Mitte schneidet.
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Das
klammerförmige
Schlossteil bildet vorzugsweise eine Schlosskammer aus, die nach
hinten durch eine Schlossrückwand
begrenzt wird, welche der Längskante
des Flansches gegenüberliegt.
Die Größe dieser
Schlosskammer bestimmt die Größe und Lage
der Nut im Flansch. Hierbei soll vorzugsweise sichergestellt sein,
dass die Schlossrückwand zur
Längskante
des Flansches einen Abstand von 1 mm bis 5 mm aufweist, falls die
Endkante an der zweiten Nutflanke anliegt. Es soll ebenfalls sichergestellt
sein, dass die Endkante zur zweiten Nutflanke einen Abstand von
weniger als 5 mm aufweist, falls die Schlossrückwand an der Längskante
des Flansches anliegt.
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Entsprechend
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, werden die Anschlussmittel durch
einen durch Auftragsschweißen
hergestellten Anschlusswulst ausgebildet. Dieses Auftragsschweißen kann
vollautomatisiert erfolgen und ist deshalb relativ wenig aufwendig.
Es können
folglich warmgewalzte Doppel-T-Profile, welche ohne Anschlussmittel
an den Flanschenden gewalzt wurden, nachträglich durch Auftragsschweißen eines
Anschlusswulstes entlang mindestens einer Längskante mindestens eines Flansches,
zu Doppel-T-Spundbohlen umfunktioniert werden. Es ist ebenfalls
möglich,
die Anschlusswülste
durch Auftragsschweißen
auf Breitflachstähle
aufzubringen, und Letztere dann mit einem Stegblech zu einer Doppel-T-Spundbohle zusammenzuschweißen.
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Kurze
Beschreibung der Figuren
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung
möglicher
Ausführungsformen
der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren entnommen werden.
Letztere zeigen:
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1:
einen Querschnitt einer Spundbohle in Doppel-T-Form;
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2:
einen vergrößerten Ausschnitt
aus der 1;
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3:
einen Querschnitt durch eine erste Ausgestaltung eines Flanschendes,
mit einem daran befestigten Verbindungsprofil;
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4:
einen Querschnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines Flanschendes,
mit einem daran befestigten Verbindungsprofil;
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5:
einen Querschnitt durch eine dritte Ausgestaltung eines Flanschendes,
mit einem daran befestigten Verbindungsprofil; und
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6:
einen Querschnitt durch eine Variante eines Flanschendes, die eine
erste, alternative Lösung
darstellt.
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Beschreibung
mehrerer Ausgestaltungen der Erfindung
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Die
in 1 gezeigte Spundbohle 10 in Doppel-T-Form
aus Stahl umfasst einen Steg 12 und zwei Flansche 14, 14'. Eine erste
Symmetrieebene 16 der Spundbohle 10 wird durch
die Mittelebene des Stegs 12 ausgebildet. Eine zweite Symmetrieebene 18 verläuft zwischen
den beiden Flanschen 14, 14' senkrecht zur ersten Symmetrieebene 16.
Die Seiten der Flansche 14, 14' die dem Steg 12 zugekehrt
sind, werden Flanschinnenseiten 18, 18' genannt. Die
Seiten der Flansche 14, 14' die dem Steg 12 abgekehrt sind,
werden Flanschaußenseiten 20, 20' genannt. Die
Flanschaußenseiten 20, 20' sind im wesentlichen eben
und senkrecht zur ersten Symmetrieebene 16. In der gezeigten
Ausführung
sind die Flanschinnenseiten 18, 18' parallel zu den Flanschaußenseiten 20, 20'. Ähnlich wie
bei „Peiner
Stahlpfählen", könnten die
Flanschinnenseiten 18, 18' jedoch auch mit der Symmetrieebene 16 einen
Winkel größer als
90° ausbilden.
Mit den Bezugszeichen 22, 22' sind die Längskanten der Flansche 14, 14' bezeichnet.
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Ein
solches Profil in Doppel-T-Form kann als warmgewalztes Profil hergestellt
werden, wobei Steg 12 und Flansche 14, 14' in einem Universalwalzgerüst auf bekannte
Art und Weise erzeugt werden. Der Steg 12 und die beiden
Flansche 14, 14' können jedoch
auch als Flacheisen gewalzt und anschließend zusammengeschweißt werden.
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In 1 erkennt
man, dass jeder Flansch 14, 14' in seiner Flanschaußenseite 20, 20', jeweils eine
Nut 24, 24' entlang
jeder Längskante 22, 22' aufweist.
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Wie
aus 3 ersichtlich, sind diese Nuten 24, 24' zum Befestigen
eines Verbindungsprofils 30 an den Längskanten 22, 22' der Flansche 14, 14' vorgesehen.
Beim gezeigten Verbindungsprofils 30 der 3 handelt
es sich z.B. um ein Verbindungsprofil des Typs RZD der Firma ARCELOR
RPS. Es umfasst auf der einen Seite ein klammerförmiges Schlossteil 32,
das über
eine der Längskanten 22, 22' eines der Flansche 14, 14' geschoben wird,
und auf der anderen Seite ein Schlossteil 34, an das ein
weitere Spundbohle, hier z.B. eine Spundbohle mit einem Larssen-Schloss,
anschließbar
ist. Das klammerförmige
Schlossteil 32, umfasst eine nach innen gekrümmte Leiste 36,
die an der Flanschaußenseite 20 in
die Nut 24 des Flansches 14 eingreift, und eine gerade
Leiste 38, die flach an der Flanschinnenseite 18 des
Flansches 14 anliegt. Beide Leisten 36 und 38 definieren
eine Schlosskammer, die nach hinten durch eine Schlossrückwand 39 begrenzt
wird.
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Bevor
die 3 weiter beschrieben wird, wird nun zuerst die
Geometrie einer der Nuten 24, 24' anhand der 2 näher beschrieben.
Die Nut 24, die in einem Flanschende mit einer Dicke „e" angeordnet ist,
hat einen im wesentlichen V-förmigen
Querschnitt, wobei der Nutengrund jedoch vorteilhaft abgerundet
ist. Sie weist im Normalfall eine Öffnungsbreite „b", die derart bemessen
ist, dass (0,5·e) ≤ b ≤ (1,5·e), vorzugsweise
(0,8·e) ≤ b ≤ (1,1·e), wobei
im Normalfall: 20 mm ≤ b ≤ 45 mm. Der
Abstand „s" zwischen der Nut 24 und
der Flanschkante 22 misst im Normalfall zwischen 4 mm und
10 mm. Die Tiefe „t" der Nut ist im Normalfall
derart bemessen, dass 10 mm ≤ t ≤ (0,5·e). Die
der Flanschkante 22 am nächsten liegende, erste Nutflanke 40 weist
zur Flanschaußenseite 20 einen
Winkel α auf,
der zwischen 40° und 50° misst und
vorzugsweise 45° beträgt. Die
gegenüberliegende,
zweite Nutflanke 42 weist zur Flanschaußenseite 20 einen
Winkel β auf,
der zwischen 40° und
90°, vorzugsweise
zwischen 40° und
50° misst.
Der Abrundungsradius „r" des Nutengrunds misst
im Normalfall zwischen 6 mm und 12 mm.
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Wie
in 3 ersichtlich, weist die nach innengekrümmten Leiste 36 des
klammerförmigen Schlossteils 32 eine
Endkante 50 auf, die der zweiten Nutflanke 42 unmittelbar
gegenüberliegt.
Hierdurch lässt
sich auf einfache und zuverlässige
Art und Weise eine Schweißverbindung
zwischen der nach innen gekrümmten
Leiste 36 der Verbindungsprofils 30 und dem Flansch 14 herstellen.
Diese Schweißverbindung
wird durch eine Schweißnaht 52 hergestellt,
die in einen keilförmigen
Spalt gelegt wird, welcher zwischen der zweiten Nutflanke 42 und
einer, vorteilhaft abgerundeten, Außenseite 54 der Endkante 50 ausgebildet
ist.
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Wie
weiterhin aus 3 ersichtlich, weist die Endkante 50 der
nach innen gekrümmten
Leiste 36 eine Mittelebene 56 auf, welche ungefähr senkrecht zur
zweiten Nutflanke 42 steht und Letztere ungefähr in deren
Mitte schneidet. 3 zeigt hierbei den Idealfall,
in dem die abgerundete Endkante 50 an der zweiten Nutflanke 42 anliegt,
und das Spiel zwischen der Längskante 22 des
Flansches 14 und der Schlossrückwand 39 lediglich
1-2 mm beträgt
(und nicht größer als
5 mm sein soll). Die abgerundete Endkante 50 kann jedoch
zur zweiten Nutflanke einen Abstand von bis zu 5 mm aufweisen, ohne
dass es zu schwerwiegenden Problemen beim Erstellen der Schweißnaht 52 kommt.
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Die
Nut 24 der 3 lässt sich sehr einfach beim
Warmwalzen des Doppel-T-Profils herstellen. Die Walzen, welche die
Flansche walzen, müssen hierzu
lediglich entsprechende Wülste
aufweisen. Die Nut 24 kann jedoch auch nachträglich in
den Flansch 14 eingebracht werden. Dies kann z.B. spanabhebend,
durch Fräsen
oder Hobeln erfolgen. Es ist selbstverständlich ebenfalls möglich eine
bereits eingewalzte Nut mechanisch, z.B. durch Fräsen, Hobeln oder
Schleifen, nachzubearbeiten. Bei einem zusammengeschweißten Doppel-T-Profil,
können
die Nuten 24, 24' in
das Flachprofil, das die Flansche 14, 14' ausbilden soll,
eingewalzt werden.
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In 4 ist
eine Ausführung
gezeigt, bei der die Nut 24 in ein verstärktes Ende 60 eines
Flansches eingebracht ist. Die Dicke „e" des verstärkten Endes 60 ist
hierbei auf die Innenweite „w" des klammerförmigen Schlossteils 32 abgestimmt,
d.h. e = w – a,
wobei im Normalfall 2 mm ≤ a ≤ 8 mm. Die
Dicke „e*" des restlichen Flansches
kann dann kleiner gewählt
werden, falls die Dicke „e" zu einem nicht benötigten Materialüberschuss
im restlichen Flansch 14 führen würde. Selbstverständlich wäre es ebenfalls möglich, dass „e" kleiner als „e*" ist, d.h. dass ein
dicker Flansch hergestellt wird, an dessen verjüngtes Ende ein klammerförmiges Schlossteil 32 mit
einer kleineren Innenweite „w" der Schlosskammer
anzuschließen
ist.
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Es
ist anzumerken, dass in den 3, 4 und 6,
als Ausführungsbeispiel
ein Verbindungsprofil 30 des Typs RZD der Firma ARCELOR
RPS gezeigt ist. Dies Verbindungsprofil ist ohne weiteres austauschbar
gegen ein Verbindungsprofil des Typs RZU oder des Typs RH aus dem
Lieferprogramm der Firma ARCELOR RPS, welche sich vom dem Verbindungsprofil
des Typs RZD nur durch die Ausgestaltung des zweiten Schlossteils 34 unterscheiden. Selbstverständlich können auch
andere Verbindungsprofile eingesetzt werden, insoweit sie ein klammerförmiges Schlossteil
aufweisen, das über eine
Längskante
mit benachbarter Nut geschoben wird, wobei ein Element des klammerförmigen Schlossteils
in diese Nut eingreift.
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In 5 ist
eine Ausführung
gezeigt, bei der das klammerförmige
Schlossteil 132 des Verbindungsprofils 130 zwei
nach innen gekrümmte
Leisten 136, 138 aufweist, wobei die erste Leiste 136 an
der Flanschaußenseite 120 in
die Nut 124 des Flansches 114 eingreift, und die
zweite Leiste 138 an der Flanschinnenseite 118 in
die Nut 124' des
Flansches 114 eingreift. Solche Flansche 114 werden
vorzugsweise als Flachprofile gewalzt und anschließend mit
einem Steg zu einem Doppel-T-Profil zusammengeschweißt.
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6 zeigt
eine zusätzliche
Lösung,
um ausgehend von einem normalen Doppel-T-Profil, auf einfache Art
und Weise eine Spundbohle mit Anschlussmitteln der Längskanten
der Flansche zu schaffen. Entsprechend dieser Lösung ist auf die Flanschaußenseite 220 entlang
der Längskante 222 ein
Wulst 214 durch Auftragsschweißen aufgebracht. Auch dieses
Profil kann als Doppel-T-Profil
warmgewalzt werden oder aus Breitflachstählen und/oder Stahlblechen
zusammengeschweißt
werden.
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Es
ist anzumerken, dass selbstverständlich nur
ein, zwei, drei oder oder alle vier Flanschenden wie vorbeschrieben
ausgebildet sein können und/oder
ein entsprechendes Verbindungsteil aufweisen können. Im Normalfall sind jedoch
alle vier Flanschenden wie vorbeschrieben ausgebildet, wobei jedoch
meistens nur einer der beiden Flansche 14, 14' zwei angeschweißte Verbindungsprofile 30 aufweist.