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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Erdbohrgerät und ein Erdbohrverfahren,
die für
das verrohrte Verfahren geeignet sind.
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Konventionelle
Ortbetonpfahl-Technologie wurde umfassend genutzt, um Gründungspfähle an der
Baustelle eines Gebäudes
zu erstellen, wobei beispielsweise jeder Betonpfahl dadurch hergestellt wird,
dass ein Loch im Boden gebohrt wird, ein Korb aus stählernen
Verstärkungsbalken
in das Loch eingeführt
wird und Beton in das Loch gegossen wird. In der konventionellen
Ortbetonpfahl-Technologie sind verschiedene Verfahren bekannt, einschließlich dem "earth-drill" Verfahren und dem
verrohrten Verfahren.
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Das "earth-drill" Verfahren ist ein
Verfahren zum Erstellen eines Lochs im Boden, bei dem ein zylindrischer
Dreheimer verwendet wird oder bei dem ein Bodenstabilisator verwendet
wird, um die Lochwand zu schützen.
Dieses Verfahren ist geeignet, um relativ harten Boden zu bohren,
der beispielsweise hauptsächlich
Ton enthält.
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Andererseits
ist das verrohrte Verfahren ein Verfahren zum Erstellen eines Lochs
im Boden, bei dem ein Mantelrohr, das heißt eine Ummantelungsröhre, in
den Boden eingetrieben wird und im Inneren des Mantelrohres gegraben
wird. Dieses Verfahren erlaubt das Bohren sogar von weichem Boden,
wie zum Beispiel Neuland (reclaimed land). Da eine Vielzahl von
Ummante lungsröhren übereinander
eingetrieben werden kann, ist es möglich, einen langen Pfahl zu
erstellen, der eine tiefe tragende Schicht erreicht. Da dieses Verfahren
darüber
hinaus das Durchführen
des Bohrbetriebes selbst dann erlaubt, wenn ein unterirdisches Hindernis
vorliegt, wurde es in den vergangenen Jahren häufig eingesetzt.
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Die
US-A-4 202 416 offenbart ein Verfahren zum Niederbringen eines ummantelten
Bohrlochs zum Erstellen von ummantelten Pfahlgründungen. Das Verfahren verwendet
eine Vorrichtung, welche einen Kran, eine Bohreinrichtung, die in
das Bohrloch absenkbar ist, und eine Rohrherausziehungsmaschine
aufweist, die doppelt wirkende Hebezylinder aufweist, um den Bohrdruck
zu erhöhen
und um das Senkrohr herauszuziehen, nachdem der Pfahl betoniert
wurde. Die Bohreinrichtung ist in der Lage, ein Bohrloch zu erstellen,
welches verglichen mit dem Senkrohr einen größeren Durchmesser hat, und
sie kann am Senkrohr mittels einer Klemmeinrichtung befestigt werden,
um dem Drehmoment des Motors zu widerstehen, der zum Antreiben des
Bohrwerkzeugs verwendet wird. Bei dem Verfahren wird das Senkrohr
axial gesichert und daran gehindert, sich bezüglich des Bodens zu bewegen,
ein Bohrlochabschnitt mit größerem Durchmesser
als der Durchmesser des Senkrohres gebohrt und anschließend die
axiale Sicherung des Senkrohres freigegeben, so dass das Senkrohr
um eine Länge
nach unten gleitet, welche der Länge
des gebohrten Bohrlochabschnitts entspricht.
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Eine
häufig
verwendete Technik beim verrohrten Verfahren zum Einbringen einer
Ummantelungsröhre
in den Boden besteht darin, die Ummantelungsröhre mit Druck einzutreiben
und sie gleichzeitig unter Verwendung eines ganzherumdrehenden Bohrgerätes um ihre
vertikale Achse zu drehen. Beim verrohrten Bohrbetrieb ist es notwendig,
den Boden im Inneren der Ummantelungsröhre abzuarbeiten und Boden
aus dem Inneren der Ummantelungsröhre zu entfernen. Ein Hammergreifer
wurde konventionell als Werkzeug hierfür verwendet.
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Der
Hammergreifer hat jedoch einen Nachteil dahingehend, dass seine
Grabe- und Bodenaustragseffizienz vergleichsweise gering ist, da
er ein Paar Greiferelemente verwendet, welche in einem engen Raum
innerhalb der Ummantelungsröhre
betrieben werden, um Erdreich zu graben und aufzunehmen. Der Hammergreifer
hat auch ein Problem dahingehend, dass er einen hohen Geräuschpegel erzeugt,
wenn er während
des Bohrbetriebs wiederholt abgesenkt wird. Da darüber hinaus
der Hammergreifer den Grund des Lochs nicht einebnen kann, kann
ein Korb, der als Kern eines Pfahls dient, nicht in eine stabile
Position gebracht werden, was zur Folge haben kann, dass die Stärke der
fertigen Betonpfähle
variiert. Wenn sich darüber
hinaus Schlamm am Grund des Lochs absetzt, ist es erforderlich,
diesen mittels einer Pumpe zu entfernen, was zu einem Anstieg der
Zahl der Prozesse führt.
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Unter
diesen Umständen
wird heutzutage ein neues Bohrverfahren praktisch verwendet, bei dem
anstelle des Hammergreifers ein Bohrschneckenkopf in eine Ummantelungsröhre, das
heißt
ein Mantelrohr, eingeführt
wird, um Erdreich gleichzeitig zu graben und zu entfernen. Der Bohrschneckenkopf wird
entlang einem Mäkler
angehoben und abgesenkt, der als eine Führung dient, die in einer vertikalen
Position von der Basismaschine aufgehängt ist, so dass bei diesem
Bohrverfahren der Bohrbetrieb so durchgeführt wird, dass die Basismaschine
nahe an einer ganzherumdrehenden Bohrmaschine gehalten wird. Dieses
neue Bohrverfahren dient dazu, die Effizienz beim Graben und Entfernen
von Erdreich verglichen mit dem zuvor genannten Hammergreifer-Verfahren drastisch
zu verbessern.
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Dieses
Bohrverfahren hat jedoch ein Problem dahingehend, dass es nicht
für die
Erstellung eines Loches verwendet werden kann, wenn ein unebener
Bereich oder ein Hindernis zwischen der Basismaschine und einem
Bohrpunkt besteht, da die Basismaschine nahe am Bohrpunkt positioniert
werden muss, wo die ganzherumdrehende oder "allround" Drehbohrmaschine angeordnet ist. Da
darüber
hinaus der Abstand zwischen der Basismaschine und dem Bohrpunkt
nicht zu groß gemacht
werden kann, ist der Durchmesser der ganzherumdrehenden Drehbohrmaschine
begrenzt, was es folglich unmöglich
macht, ein Loch mit einem großen
Durchmesser zu bohren.
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Da
die vertikale Positionierungsgenauigkeit des Bohrschneckenkopfs
von der horizontalen Positionierungsgenauigkeit der Basismaschine
abhängt, ist
es notwendig, einen Bereich des Bodens, in dem die Basismaschine
angeordnet ist, zu planieren, um deren horizontale Position hochgenau
zu erreichen. Da darüber
hinaus die Basismaschine ausschließlich dem Bohrbetrieb dient,
ist es notwendig, sie hinwegzubewegen und einen Hilfskran heranzuziehen, wenn
sich die Notwendigkeit ergibt, Hebeoperationen durchzuführen, beispielsweise
wenn ein Korb gehandhabt wird oder wenn ein zusätzliches Mantelrohr eingesetzt
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die zuvor genannten
Probleme bei der konventionellen Ortbetonpfahl-Technologie getätigt. Demgemäß ist es
eine Aufgabe der Erfindung, ein Erdbohrgerät und ein Erdbohrverfahren
zur Verfügung
zu stellen, die es ermöglichen,
effizient ein Loch mit einem gewünschten
Durchmesser zu bohren, und zwar ungeachtet der Bodenbedingungen
eines Bohrplatzes und ohne dem Erfordernis einer speziell vorgesehenen
Bohrvorrichtung, und dabei die Zahl der Prozesse zu verringern,
die für
den Bohrbetrieb benötigt
werden.
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Nach
einem Aspekt der Erfindung ist ein Erdbohrgerät zum Erdbohren innerhalb einer
Ummantelungsröhre,
das heißt
einem Mantelrohr, und zum Entfernen von Erdmaterial aus dem Bohrloch
ausgebildet. Die Ummantelungsröhre
wird von einem Ummantelungsröhrendrücker in
den Boden eingetrieben, um zu verhindern, dass Boden in das Bohrloch einstürzt. Das
Gerät weist
einen ausfahrbaren Teleskopzylinder auf, der an einem bewegbaren
Kran aufhängbar
ist, sowie ein Bohrwerkzeug, das am unteren Ende des Teleskopzylinders
befestigt ist, eine Tragrahmen einheit, die an der Ummantelungsröhre anzuordnen
ist, um den Teleskopzylinder drehbar um seine Vertikalachse zu halten,
einen Antrieb, der an der Tragrahmeneinheit angeordnet ist, um den
Teleskopzylinder um seine Vertikalachse zu drehen, und eine Verriegelungsvorrichtung
zum Verbinden der Tragrahmeneinheit und der Ummantelungsröhre, um dabei
die Drehung des Teleskopzylinders sicherzustellen und einer Reaktionskraft
entgegenzuwirken, die durch den drehenden Teleskopzylinder ausgeübt wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Erdbohren die
Schritte auf: Eintreiben einer Ummantelungsröhre in den Erdboden durch einen
Ummantelungsröhrendrücker, um ein
Einstürzen
des Erdbodens in das Bohrloch zu verhindern, Anordnen des zuvor
genannten Erdbohrgerätes,
das an einem bewegbaren Kran angehängt ist, an der Ummantelungsröhre, Befestigen
der Ummantelungsröhre
an der Tragrahmeneinheit und Ausgraben des Erdbodens in der Ummantelungsröhre während der
Teleskopzylinder um seine Vertikalachse gedreht wird, und Ausfahren
des Teleskopzylinders gemäß der Tiefe
des Bohrloches.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung zeigen sich noch deutlicher in der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen/Beispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
eine perspektivische Gesamtansicht eines Erdbohrsystems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte, teilweise
geschnittene Ansicht einer in 1 gezeigten
Erdbohrmaschine;
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3 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linien A-A der 2;
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4 ist
eine linksseitige Ansicht der in 2 gezeigten
Erdbohrmaschine;
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5 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linien C-C der 4;
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6A–6B sind
Schaubilder, welche die vorbereitenden Schritte eines Erdbohrbetriebes gemäß der Ausführungsform
zeigen, wobei 6A zeigt, wie eine Mantelrohrdrückermaschine
angeordnet wird und 6B zeigt, wie eine Ummantelungsröhre in den
Boden gepresst wird,
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7A–7B sind
Schaubilder, die aufeinander folgende Schritte des Erdbohrbetriebs
zeigen, wobei 7A darstellt, wie die Erdbohrmaschine
angeordnet wird und 7B darstellt, wie ein Eimer
den Erdboden innerhalb der Ummantelungsröhre gräbt;
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8A–8B sind
Schaubilder, die aufeinander folgende Schritte des Erdbohrbetriebs
zeigen, wobei 8A darstellt, wie ausgehobenes
Material entladen wird und 8B darstellt,
wie die Ummantelungsröhre
tiefer in den Boden gepresst wird;
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9 ist
ein Schaubild, das zeigt, wie der Erdboden innerhalb der Ummantelungsröhre abgetragen
wird;
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10 ist
ein Schaubild, das ein Beispiel zeigt, bei dem ein Hammergreifer
mit dem Erdbohrsystem der Ausführungsform
verwendet wird;
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11 ist
ein Schaubild, das zeigt, wie ein Korb in ein Bohrloch abgesenkt
wird;
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12 ist
ein Schaubild, das zeigt, wie Beton in das Bohrloch gegossen wird;
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13 ist
ein Schaubild, das zeigt, wie die Ummantelungsröhre und eine Betonierungsleitung entfernt
werden; und
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14 ist
ein perspektivisches Schaubild, das Mittel zum Entgegenwirken einer
Reaktionskraft gemäß einer
Modifikation der Ausführungsform
zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben, die in den beigefügten
Zeichnungen erläutert sind. 1 zeigt
eine perspektivische Gesamtansicht eines Erdbohrsystems 1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Das Erdbohrsystem 1 ist im Wesentlichen
aus einer Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 des
Standes der Technik zum Eintreiben einer Ummantelungsröhre 2 in
den Erdboden und einer Erdbohrmaschine 4 aufgebaut, die
oben an der Ummantelungsröhre 2 angeordnet
ist, die in der Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 angeordnet
ist.
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Die
Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 zwingt
die Ummantelungsröhre 2 in
einer vertikalen Position in den Boden, wobei sie diese mit einem
hohen Drehmoment ganz herumdreht, wodurch verhindert wird, dass
Erdreich in das Bohrloch einstürzt.
Die Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 weist
einen Basisrahmen 5 zur Anordnung in einer horizontalen Position
auf, an dem eine Vielzahl von Auf-/Abzylindern 7 zum Anheben
und Absenken eines Auf-/Abrahmens 6 vertikal angeordnet
ist.
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Eine
Vielzahl von Hydraulikmotoren 8 ist am Auf-/Abrahmen 6 angeordnet,
um die Ummantelungsröhre 2 über ein
Planetenuntersetzungsgetriebe 9 um ihre vertikale Achse
zu drehen. An dem Basisrahmen 5 ist ein nicht gezeigtes
Gewicht vorgesehen, um einer Reaktionskraft, die von der rotierenden Ummantelungsröhre 2 ausgeübt wird,
während
des Bohrbetriebes entgegenzuwirken.
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Die
Erdbohrmaschine 4 muss nicht notwendigerweise vom ganzherumdrehenden
Typ sein sondern kann auch vom Schwingungsbewegungstyp sein.
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Die
Erdbohrmaschine 4 weist eine ausziehbare Kellystange 10 mit
einer teleskopierbaren Struktur mit einer Vielzahl von überlappenden
Zylindergliedern und eine Tragrahmeneinheit 11 auf, die
unmittelbar oben an der Ummantelungsröhre 2 angeordnet ist
und einen unteren Teil der ausziehbaren Kellystange 10 aufnimmt.
Die verlängerbare
Kellystange 10 ist an ihrem oberen Ende mittels eines Drahtseils 13 aufgehängt, das
von einem beweglichen Kran 12 (nachfolgend der Einfachheit
halber als Kran 12 bezeichnet) abläuft.
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Ein
zylindrischer Bohreimer (Bohrwerkzeug) 14 ist mit dem unteren
Ende des innersten Zylindergliedes 10c der verlängerbaren
Kellystange 10 verbunden. Der Bohreimer 14 bohrt
darunterliegende Grundgesteinsschichten beispielsweise mittels einer Vielzahl
von Bohrspitzen oder -schneiden, die am unteren Ende des Bohreimers 14 angeordnet
sind, und nimmt in seinem Innenraum abgetragenes Material auf. Die
Konstruktion dieses Bohreimers ist konventionell.
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Wie
in 2 gezeigt ist eine schwenkbare Bodenplatte 14a am
Boden des Bohreimers 14 angeordnet und eine Betätigungsstange 14b zum Öffnen der
Bodenplatte 14a erstreckt sich nach unten auf seine obere
Oberfläche
zu. Am oberen Ende der Betätigungsstange 14b ist,
wie gezeigt, eine Kontaktplatte 14c vorgesehen. Wenn ein
unteres Ende 111e eines später beschriebenen äußeren zylindrischen Teils 111a mit
der Kontaktplatte 14c in Kontakt kommt und sie nach unten
drückt,
senkt sich die Betätigungsstange 14b und
löst einen
nicht gezeigten Riegelmechanismus, der normalerweise die Betätigungsstange 14b in
einer geschlossenen Position hält.
Wenn der Riegelmechanismus auf diese Art gelöst wird, öffnet sich die schwenkbare
Bodenplatte 14a aufgrund des Gewichtes des ausgehobenen
Materials innerhalb des Bohreimers 14 und entlädt das ausgehobene
Material.
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2 ist
eine vergrößerte, teilweise
geschnittene Ansicht, welche den Aufbau der Erdbohrmaschine 4 zeigt.
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Wie
in 2 gezeigt, weist die Tragrahmeneinheit 11,
welche den unteren Teil der ausziehbaren Kellystange 10 hält, einen
stationären
Rahmen 111 auf, der an einem oberen Ende 2a der
Ummantelungsröhre 12 platziert
ist, sowie einen bewegbaren Rahmen 113, welcher das äußerste zylindrische
Element 10a der ausziehbaren Kellystange 10 hält, wobei
der bewegbare Rahmen 113 mit dem stationären Rahmen 111 über ein
Paar Hydraulikzylinder 112 verbunden ist, die vertikal
an dem stationären
Rahmen 111 montiert sind. Ein weiter unten beschriebenes
inneres zylindrisches Teil 120, das integral am bewegbaren
Rahmen 113 angeordnet ist, erstreckt sich wie dargestellt
hiervon nach unten.
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Der
stationäre
Rahmen 111 weist das zuvor genannte äußere zylindrische Teil 111a auf,
in welches das innere zylindrische Teil 120 eingeführt ist, wobei
das äußere zylindrische
Teil 111a einen oberen Flanschabschnitt 111b und
einen unteren Flanschabschnitt 111c aufweist, die radial
von dem oberen beziehungsweise mittleren Teil des äußeren zylindrischen
Teils 111a hervorstehen. Vier Fußvorsprünge 111d erstrecken
sich von dem unteren Flanschabschnitt 111c in Draufsicht
in einem Kreuzmuster. Von diesen Fußvorsprüngen 111d sind zwei
gegenüberliegende
Fußvorsprünge 111d jeweils
mit Klemmeinrichtungen 114 versehen, die als Mittel dafür dienen, um
gegen die Reaktionskraft zu wirken, die von der rotierenden Ummantelungsröhre 2 ausgeübt wird.
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Jede
der Klemmeinrichtungen 114 weist einen Klemmblock 114a auf,
der an der Unterseite des zugehörigen
Fußvorsprungs 111d angeordnet
ist. Das obere Ende 2a der Ummantelungsröhre 2 ist
in einen U-förmigen
Zwischenraum eingepasst, der in jedem Klemmblock 114a ausgebildet
ist.
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Jede
der Klemmeinrichtungen 114 weist ferner eine Schubvorrichtung 114b auf,
die sich entweder rückwärts oder
vorwärts
im zuvor genannten U-förmigen
Zwischenraum im Klemmblock 114a in den Richtungen des in 2 gezeigten
Doppelpfeils B bewegen kann. Die Schubvorrichtung 114b wird vorwärts und
rückwärts bewegt,
indem eine Stange 114d eines Hydraulikzylinders 114c,
der an jedem Klemmblock 114 befestigt ist, ausgefahren
und zurückgezogen
wird.
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Wenn
die Schubvorrichtungen 114b der Klemmeinrichtungen 114 nach
vorne bewegt werden, greifen die Klemmeinrichtungen 114 das
obere Ende 2a der Ummantelungsröhre 2 fest, wodurch
der stationäre
Rahmen 111 die Ummantelungsröhre 2 sichert. Wenn
hingegen die Schubvorrichtungen 114b nach hinten bewegt
werden, geben die Klemmeinrichtungen 114 das obere Ende 2a der Ummantelungsröhre 2 frei
und das Mantelrohr 2 wird vom stationären Rahmen 111 entkoppelt.
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Die
Klemmeinrichtungen 114 sind in den Richtungen des Doppelpfeils
B entlang entsprechender Führungsschienen 111c' vorwärts und
rückwärts verschiebbar
ausgebildet, die an der Unterseite der Fußvorsprünge 111d ausgebildet
sind, die sich radial vom unteren Flanschabschnitt 111c des
stationären Rahmens 111 erstrecken.
Hierdurch können
die Klemmeinrichtungen 114 entsprechend dem Durchmesser
der Ummantelungsröhre 2 richtig
positioniert werden.
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3 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linien A-A der 2.
Bezugnehmend auf 3 ist ein Paar Kellystangenführungen 115 vorgesehen, die
sich in entgegengesetzten Richtungen von dem unteren Flanschabschnitt 111c des äußeren zylindrischen
Teils 111a rechtwinklig zu einer Linie erstrecken, welche
die beiden Klemmeinrichtungen 114 verbindet.
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Ähnliche
Kellystangenführungen 115 sind, wie
in 1 gezeigt, am oberen Flanschabschnitt 111b des äußeren zylindrischen
Teils 111a angeordnet. Die Kellystangenführungen 115 an
dem oberen Flanschabschnitt 111b und dem unteren Flanschabschnitt 111c stehen
mit Leistenvorsprüngen 120a in Eingriff,
die am inneren zylindrischen Teil 120 parallel zu dessen
Axialrichtung ausgebildet sind, um das innere zylindrische Teil 120 zu
führen,
wenn es sich nach oben und unten bewegt.
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Insbesondere
weist jede der Kellystangenführungen 115 ein
Paar Rollen 115a auf, um den jeweiligen Leistenvorsprung 120a von
beiden Seiten zu halten, sowie eine metallische Halterung 115b, welche
die Rollen 115a drehbar hält.
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Ein
Paar metallischer Befestigungseinrichtungen 111f, die jeweils
einen V-förmigen
Einschnitt aufweisen, der auf das obere Ende 2a der Ummantelungsröhre 2 passen
kann, ist an der Unterseite zweier Fußvorsprünge 111d, wie in 4 gezeigt,
vorgesehen. Bezugnehmend nochmals auf 2 ist ein Paar
Träger 111b', die sich wie
dargestellt nach links und nach rechts erstrecken, am oberen Flanschabschnitt 111b ausgebildet,
und Stangen 112a, die sich von den zuvor beschriebenen
Hydraulikzylindern 112 nach unten erstrecken, sind mit
den Trägern 111b' verbunden.
Rohre 112b der Hydraulikzylinder 112 sind individuell
am bewegbaren Rahmen 113 befestigt.
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Ein
Paar Hydraulikmotoren 116 ist am bewegbaren Rahmen 113 wie
in 4 dargestellt angeordnet. Bezugnehmend auf 5,
welche eine Querschnittsansicht entlang den Linien C-C der 4 zeigt,
kämmen
Antriebszahnräder 116b,
die an Ausgangswellen 116a der jeweiligen Hydraulikmotoren 116 befestigt
sind, mit einem ringartigen Zahnrad 10d, das am äußersten
Zylinderglied 10a der ausziehbaren Kellystange 10 so
befestigt ist, dass die Kellystange 10 um ihre vertikale
Achse gedreht werden kann. In 5 bezeichnet
das Bezugszeichen 117 Bolzen, an denen beim Transport des
Erdbohrsystems 1 Haken befestigt werden.
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Bezugnehmend
nochmals auf 2 weist die ausziehbare Kellystange 10 eine
dreifache Teleskopstruktur auf, bei der ein nicht dargestelltes
Zwischenzylinderglied und das zuvor genannte innerste Zylinderglied 10c nacheinander
aus dem Inneren des äußersten
Zylinderglieds 10a herausgefahren werden, wenn das Drahtseil 13 aus
dem Kran 12 abläuft. Der
Bohreimer 14 ist wie zuvor erwähnt mit dem unteren Ende des
innersten Zylindergliedes 10c verbunden.
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Eine
Schraubenfeder 121, eine Universalverbindung 122 und
ein Dämpfungsmechanismus 123 sind
zwischen dem unteren Ende des innersten Zylinderglieds 10c und
dem Bohreimer 14 angeordnet, wobei die Anordnung der Schraubenfeder 121 konventionell
ist.
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Die
Schraubenfeder 121 absorbiert Stöße, die während des Bohrbetriebes auf
den Bohreimer 14 im Inneren der Ummantelungsröhre 2 ausgeübt werden,
so dass übermäßige Schlagbelastungen
nicht an die antreibenden Leistungsquellen, beispielsweise die Hydraulikmotoren 116,
weitergegeben werden. Die Universalverbindung 122 ist vorgesehen, um
ein Schwingen des Bohreimers 14 zu erlauben und somit einen
ruhigen Bohrbetrieb zu ermöglichen.
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Die
Anordnung des Dämpfungsmechanismus 123 ist
ein eigenes Merkmal der vorliegenden Ausführungsform. Er absorbiert Stöße, die
sich ereignen können,
wenn die ausziehbare Kellystange 10 voll eingezogen wird,
wenn das innerste Zylinderglied 10c in das Zwischenzylinderglied
und das äußerste Zylinderglied 10a zurückgezogen
wird, um Schaden am System 1 zu verhindern.
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Da
sich das innerste Zylinderglied 10c der ausziehbaren Kellystange 10 im
Inneren der Ummantelungsröhre 2 nach
oben und unten bewegt, ist es unmöglich, den exakten Zeitpunkt
des Einzugs des innersten Zylinderglieds 10c visuell zu
beobachten. Beim Abschluss des Einziehens der Kellystange 10 treten
Stöße auf,
wenn das innerste Zylinderglied 10c vollständig im
mittleren Zylinderglied und äußersten
Zylinderglied 10a aufgenommen wird.
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Was
charakteristisch bei der vorliegenden Ausführungsform ist, ist dass der
Dämpfungsmechanismus 123 eine
Druckschraubenfeder 123a aufweist, die an einer Stopperplatte 124 angeordnet
ist, die mit dem stationären
Rahmen 111 zusammenstößt, wenn
das innerste Zylinderglied 10c vollständig im Zwischenzylinderglied
und dem äußersten
Zylinderglied 10a aufgenommen ist, so dass die Druckschraubenfeder 123a Stöße absorbiert,
die am Ende des Einzugs des innersten Zylindergliedes 10c auftreten.
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Nun
werden unter Bezugnahme auf die 6 bis 13 aufeinander
folgende Schritte des Bohrbetriebs, der mit dem Erdbohrsystem 1 mit
dem zuvor genannten Aufbau durchgeführt wird, beschrieben.
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Bezugnehmend
zunächst
auf 6A, wird die Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 an
einem Bohrpunkt angeordnet und das Drahtseil 13 wird aus
dem Kran 12 auslaufen gelassen, um die Ummantelungsröhre 2 in
die Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 abzusenken.
An diesem Punkt wird die Erdbohrmaschine 4, die an einem
Hilfsdrahtseil 13a aufgehängt ist, nahe und entlang einem
Ausleger 12a des Krans 12 gehalten, indem ein
Zugdrahtseil 13b mit einer Winde aufgespult wird, so dass
der Kran 12 für
gewöhnliche
Hebevorgänge
verwendet werden kann.
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Wenn
die vorbereitenden Schritte abgeschlossen sind und die Ummantelungsröhre 2 in
die Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 eingepasst ist,
wird die Ummantelungsröhre 2,
wie in 6B gezeigt, in den Erdboden
gedrückt.
Nachdem die Ummantelungsröhre 2 bis
auf eine bestimmte Tiefe, die durch die Bodenbedingungen bestimmt
ist, in den Boden eingedrückt
ist, wird das Zugdrahtseil 13b gelöst und das Hilfsdrahtseil 13a hochgezogen,
so dass die Erdbohrmaschine 4, wie dargestellt, oberhalb
einer oberen Öffnung
D der Ummantelungsröhre 2 angeordnet
ist.
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Als
nächstes
wird die Erdbohrmaschine 4 am oberen Ende der Ummantelungsröhre 2 positioniert und,
wie in 7A gezeigt, mittels der Klemmeinrichtungen 114 an
der Ummantelungsröhre 2 fixiert.
Der Bohreimer 14 wird durch Aktivierung der Hydraulikmotoren 116 der
Erdbohrmaschine 4 in Bewegung versetzt. Das Drahtseil 13 wird
gelockert, um den Bohreimer 14, wie in 7B gezeigt,
zu senken, und die Hydraulikmotoren 116 treiben den Bohreimer 14 an,
um den Erdboden innerhalb der Ummantelungsröhre 2 abzuarbeiten.
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Als
nächstes
wird die Erdbohrmaschine 4, wie 8A gezeigt,
hochgezogen und ihre schwenkbare Bodenplatte 14a wird geöffnet, um
abgearbeitetes Material aus dem Inneren des Bohreimers 14 zu entladen.
Das Zugdrahtseil 13b dient dazu, zu verhindert, dass die
Erdbohrmaschine 4 aufgrund von Zentrifugalkräften schwingt,
wenn der Bohreimer 14 zum Entladen des abgearbeiteten Materials
gedreht wird.
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Das
Ummantelungsrohr 2 wird sukzessive tiefer in den Erdboden
gezwungen, indem die Grabe- und Erdmaterialentladevorgänge, wie
in den 8B und 9 gezeigt,
wiederholt werden. Das Erdbohrsystem 1 bohrt den Boden,
indem abwechselnd die Ummantelungsröhre 2 in den Boden
getrieben wird und der Boden innerhalb der Ummantelungsröhre 2 wie
oben beschrieben abgearbeitet wird. Da, wie in der vorausgegangenen
Diskussion gezeigt, unterschiedliche antreibende Leistungsquellen
verwendet werden, um die zuvor genannten Schritte des Eintreibens
der Ummantelungsröhre
und des Abtragens durchzuführen,
ist die Arbeitsbelastung nicht auf der Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 oder
der Erdbohrmaschine 4 konzentriert.
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Somit
ist weder die Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 noch
die Erdbohrmaschine 4 Überlastungsbetriebsbedingungen
ausgesetzt und ein Rutschen der Klemmteile der Klemmeinrichtungen 114 wird
vermieden. Darüber
hinaus werden die Ummantelungsröh rendrückermaschine 3 und
die Erdbohrmaschine 4 keinen Bauteilbruch oder andere Probleme
verursachen, die beim Bohrbetrieb auftreten könnten. Es ist daher möglich, den
Bohrbetrieb kontinuierlich in einer viel stabileren Arbeitsweise verglichen
mit der konventionellen verrohrten Methode durchzuführen. Darüber hinaus
ist es nicht erforderlich, die physikalische Größe der Erdbohrmaschine 4 zu
vergrößern, um
ihr Eimer drehendes Drehmoment zu vergrößern, so dass die Erfindung
auch bei konventionellen Allround-Erdbohrmaschinen des Rotationstyps
anwendbar ist.
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10 ist
ein Schaubild, das ein Beispiel zeigt, bei dem aufgrund der Bodeneigenschaften
am Bohrpunkt ein Hammergreifer 20 mit dem Erdbohrsystem 1 des
Ausführungsbeispiels
verwendet wird. Da die vorliegende Erfindung den gewöhnlichen
Kran 12 anstelle einer speziell vorgesehenen Erdbohrmaschine
verwendet, kann, nachdem die Erdbohrmaschine 4 von dem
Bohrpunkt entfernt wurde, der Hammergreifer 20 verwendet
werden, um ein Loch auszuheben und ausgehobenes Material zu entfernen,
wenn eine lehmige Schicht abzutragen ist. Somit erlaubt das Erdbohrsystem 1 die
Verwendung eines Hammergreifers 20 oder eines Grundgestein brechenden
Meißels.
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Wenn
das Loch, das mit den zuvor genannten Schritten hergestellt wurde,
eine spezifische Tiefe erreicht, wird ein Korb 21 aus verstärkenden
Stahlstreben wie in 11 gezeigt in das Loch eingeführt.
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Als
Nächstes
wird eine Betonierungsleitung 22 und/oder eine Betonrutsche
wie in 12 dargestellt angeordnet und
Beton wird in das Bohrloch aus einem Betonmischerlastwagen 23 geschüttet. In 12 bezeichnet
das Bezugszeichen 24 eine tragende Untergrundschicht.
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Abschließend werden
die Ummantelungsröhre 2 und
die Betonierungsleitung 22 wie in 13 gezeigt
entfernt, wodurch ein Betonpfahl fertiggestellt wird.
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Obwohl
der Bohreimer 14 in der oben stehenden Ausführungsform
der Erfindung als Bohrwerkzeug verwendet wird, ist es möglich, auch
andere Arten von Bohrwerkzeugen zu verwenden, die zur Verfügung stehen,
um ein Loch im Boden herzustellen oder um in Untergrundstrukturen
einzudringen. Insbesondere ist es möglich, Bohrwerkzeuge wie beispielsweise
ein Kernrohr oder einen Bohrkübel
zu verwenden, mit Bohrspitzen und/oder Bohrschneiden in einem peripheren
Endabschnitt eines zylindrischen Körpers. Daneben können beispielsweise
eine Schneidspitze und/oder Schneidklinge oder eine runde Schneidspitze
mit Schneidelementen, die in einem abschließenden Ende eines Bohrers angeordnet
sind, oder beispielsweise ein Bohrwerkzeug mit einer sich aufweitenden
Bohrspitze, um den Durchmesser des Bodenbereichs eines gebohrten
Loches in einer glockenförmigen
Form zu erweitern, verwendet werden.
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Bei
der Erdbohrmaschine 4, die mit diesen Arten von Bohrwerkzeugen
ausgestattet ist, kann das Bohrwerkzeug bewegt werden, indem das
Drahtseil 13 des Krans 12 aufgespult und abgespult
wird, wobei die Erdbohrmaschine 4 am oberen Ende 2a der
Ummantelungsröhre 2 so
angeordnet ist, dass das Bohrwerkzeug in einer vertikalen Position
gehalten wird. Es ist somit möglich,
das Bohrwerkzeug im Inneren der Ummantelungsröhre 2 mit höheren Geschwindigkeiten
anzuheben und zu senken. Dieses Merkmal hilft dabei, die Effizienz
des Bohrbetriebs verglichen zu Erdbohrmaschinen des Mäklertyps
zu erhöhen.
Ein anderes vorteilhaftes Merkmal der Erdbohrmaschine 4 der
Ausführungsform
ist die Einfachheit der Installation. Wird die Erdbohrmaschine 4 zusammen
mit den zuvor genannten Bohrwerkzeugen betrieben und mit dem verrohrten
Verfahren kombiniert, ist es möglich,
beim Ausführen
des Bohrbetriebs eine hohe Effizienz zu erreichen.
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Nach
dem oben stehenden Ausführungsbeispiel
wird die hydraulische Leistung zum Betrieb der Hydraulikmotoren
(Antrieb) von einem oberen drehenden Teil des Krans 12 zugeführt. Sie
kann nach der Erfindung auch von der Ummantelungsröhrendrückermaschine 3 entnommen
werden. Alternativ können
separate Hydraulikleistungsquellen zum Antreiben der Hydraulikmotoren
verwendet werden.
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Obwohl
die Mittel zum Entgegenwirken der Reaktionskraft, die von der rotierenden
Ummantelungsröhre 2 ausgeübt wird,
in der oben stehenden Ausführungsform
als Klemmeinrichtungen 114 ausgeführt sind, ist die Erfindung
nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Beispielsweise kann der
in 14 beschriebene Verriegelungsmechanismus als Mittel
zum Entgegenwirken verwendet werden. Der Mechanismus zum Entgegenwirken
der Reaktionskraft aus 14 weist eine Vielzahl von Armen 30 auf,
die sich radial von dem äußeren zylindrischen Teil 111a des
stationären
Rahmens 111, in dem die Kellystange 10 eingeführt ist,
erstrecken, sowie eine Vielzahl von Armverschlussteilen 31,
die am oberen Ende der Ummantelungsröhre 2 an Positionen
angeordnet sind, welche den Armen 30 entsprechen, so dass
die Arme 30, die mit den Armverschlussteilen 31 in
Eingriff stehen, einer Reaktionskraft, die vom Bohreimer 14 ausgeübt wird,
entgegenwirken.
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Die
Armverschlussteile 31 sind gewöhnlich metallische Hakenteile
mit der Form eines umgekehrten L, die an der Außenober fläche eines Ringes angeordnet
sind, der am oberen Ende der Ummantelungsröhre 2 durch Bolzen 32 gesichert
ist.
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Die
Ummantelungsröhre 2 kann
an der Erdbohrmaschine 4 befestigt werden, indem das äußere zylindrische
Teil 111a abgesenkt wird und es geringfügig in Richtung des Pfeils
D gedreht wird, der in 14 gezeigt ist. Vom oben stehenden
ist verständlich,
dass der Reaktionskraft-Entgegenwirkungsmechanismus zum Wirken gegen
die Reaktionskraft, die vom Bohreimer 14 ausgeübt wird,
mit einer extrem einfachen Konstruktion realisiert werden kann.
Darüber
hinaus bedarf eine solche Konstruktion, abweichend von den Klemmeinrichtungen 114,
keiner Antriebsleistungsquelle und keines hydraulischen Zylinders,
was eine Kostenreduktion erlaubt.
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Zwar
wird die Erdbohrmaschine 4 der Ausführungsform vorzugsweise für das oben
beschriebene verrohrte Verfahren verwendet, jedoch ist die Erfindung
nicht hierauf beschränkt.
Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar für das "earth-drill" Verfahren oder das Bohrverfahren mit
umgekehrter Zirkulation.
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Das
Bohrverfahren mit umgekehrter Zirkulation ist ein Verfahren zum
Herstellen von Ortbetonpfählen,
bei dem eine drehbare Bohrspitze verwendet wird, um den Erdboden
zu bohren, wobei die Wand des gebohrten Loches durch den statischen Druck
von Wasser geschützt
wird, welches in das gebohrte Loch eingeführt wird, und abgearbeitetes
Material wird zusammen mit dem Rückfluss
des zirkulierenden Wassers abgeführt.
Bei diesem Verfahren ist es möglich,
ein Loch mit der Erdbohrmaschine 4 zu bohren, die am oberen
Ende eines Steigrohres angeordnet ist, welches in den Boden getrieben
wird.
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Wenn
die Erfindung andererseits im "earth-drill" Verfahren angewandt
wird, ist es möglich, den
Boden zu bohren, wobei die Erdbohrmaschine 4 am oberen
Ende einer Oberflächenverschalung
angeordnet ist, die Untertage errichtet ist.
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Vorzugsweise
ist ein Abdeckelement am oberen Ende der Ummantelungsröhre 2 angeordnet, um
deren Deformation zu verhindern, die potentiell verursacht wird,
wenn die Klemmeinrichtungen 114 befestigt werden. Obwohl
es erforderlich ist, das Abdeckelement zu entfernen, wenn mehrere
Ummantelungsröhren
verbunden werden, kann es in einfacher Weise entfernt werden, ohne
dass die Notwendigkeit besteht, in der Höhe zu arbeiten.
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Wie
oben beschrieben weist ein erfindungsgemäßes Erdbohrgerät zum Erdbohren
innerhalb einer Ummantelungsröhre,
die von einem Ummantelungsröhrendrücker in
den Erdboden eingetrieben wird, um ein Einfallen des Erdbodens in
ein Bohrloch zu verhindern, und zum Entfernen von Erdmaterial aus
dem Inneren des Bohrloches einen ausziehbaren Teleskopzylinder zum
Aufhängen
an einem bewegbaren Kran auf, sowie ein Bohrwerkzeug, das am unteren
Ende des Teleskopzylinders befestigt ist, eine an der Ummantelungsröhre anzuordnende
Tragrahmeneinheit zum Halten des Teleskopzylinders, drehbar um seine
Vertikalachse, einen Antrieb, der an der Tragrahmeneinheit vorgesehen
ist, um den Teleskopzylinder um seine Vertikalachse zu drehen, und
eine Verriegelungsvorrichtung zum Verbinden der Tragrahmeneinheit
und der Ummantelungsröhre, um
damit die Drehung des Teleskopzylinders zu gewährleisten, wobei einer durch
den drehenden Teleskopzylinder verursachten Reaktionskraft entgegengewirkt
wird.
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Das
oben genannte Erdbohrgerät
kann auf der Ummantelungsröhre
dadurch angeordnet werden, dass das Erdbohrgerät mittels eines bewegbaren
Kranes aufgehängt
wird. Das Bohrwerkzeug, das am unteren Ende des Teleskopzylinders
angeordnet ist, wird um seine vertikale Achse mittels des Antriebs gedreht,
der an der Tragrahmeneinheit vorgesehen ist, und die Ummantelungsröhre wird
dafür verwendet,
um gegen die Reaktionskraft zu wirken, die vom rotierenden Teleskopzylinder über die
Verriegelungsvorrichtung während
des Bohrbetriebs ausgeübt wird.
Diese Konstruktion ermöglicht
es, den Bohrbetrieb durchzuführen,
ohne dass eine dafür
bestimmte Erdbohrmaschine notwendig wäre. Darüber hinaus macht es das erfindungsgemäße Bohrgerät möglich, effizient
ein Loch mit einem gewünschten
Durchmesser ungeachtet der Bodenbedingungen des Bohrplatzes zu bohren.
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Darüber hinaus
kann das Erdbohrgerät,
das am bewegbaren Kran aufgehängt
ist, auf den Fuß eines
Auslegers zu gezogen werden, indem beispielsweise ein Zugdrahtseil
eingezogen wird, und in diesem Zustand kann der bewegliche Kran
verwendet werden, um Hebevorgänge
durchzuführen,
wie beispielsweise das Anordnen der Ummantelungsröhre in einer
Ummantelungsröhrendrückermaschine
oder das Einsetzen eines Stahlkorbes in das gebohrte Loch. Dies
dient dazu, die Betriebsrate des Krans zu erhöhen.
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Das
Bohrwerkzeug des Erdbohrgerätes kann
einen Bohreimer aufweisen. Diese Konstruktion ermöglicht es,
Bodenmaterial effizient aus dem Inneren des Mantelrohres zu entfernen.
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Die
Tragrahmeneinheit kann einen stationären Rahmen aufweisen, der an
dem oberen Ende der Ummantelungsröhre anzuordnen ist, sowie einen
bewegbaren Rahmen zum Halten eines äußeren Zylindergliedes des Teleskopzylinders
und einen Hydraulikzylinder, der sich vertikal vom stationären Rahmen erstreckt,
um den bewegbaren Rahmen mit dem stationären Rahmen zu verbinden.
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Bei
dieser Konstruktion kann der Teleskopzylinder, der von dem bewegbaren
Rahmen gehalten wird, durch Ausfahren und Einziehen einer Stange des
Hydraulikzylinders angehoben und abgesenkt werden. Somit kann, wenn
das Erdbohrgerät
durch Anheben und/oder Versetzen des Teleskopzylinders an einem
Punkt oberhalb der Ummantelungsröhre, beispielsweise
unter Verwendung eines Kranes, angeordnet wird, das Erdbohrgerät, das bereits
oberhalb der Ummantelungsröhre
gehalten wird, nach unten auf die Ummantelungsröhre gesetzt werden, indem einfach
die Stange des Hydraulikzylinders ausgefahren wird, ohne dass es
notwendig ist, Stahlseil abzuspulen. Darüber hinaus kann, wenn einmal
das Bohrgerät
auf der Ummantelungsröhre
angeordnet und in seiner Position fixiert ist, das Bohrwerkzeug vom
Boden in einer zuverlässigeren
und sichereren Art und Weise getrennt werden, indem die Stange des
Hydraulikzylinders eingezogen wird, als wenn das Bohrwerkzeug dadurch
angehoben wird, dass das Drahtseil aufgespult wird.
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Die
Verriegelungsvorrichtung kann eine Hydraulikklemme aufweisen zum
Verriegeln der Ummantelungsröhre
durch Klemmen an ihr oberes Ende, wobei die Hydraulikklemme in radialer
Richtung zur Ummantelungsröhre
bewegbar sein kann.
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Da
die Hydraulikklemme der Verriegelungsvorrichtung das obere Ende
der Ummantelungsröhre sicher
hält und
da die Ummantelungsröhre
verwendet wird, um gegen eine Reaktionskraft zu wirken, die von
dem rotierenden Bohrwerkzeug in dieser Konstruktion ausgeübt wird,
ist es möglich,
das Drehmoment oder die Drehkraft des Bohrwerkzeugs zu erhöhen und
die Ummantelungsröhre
kann einfach am Erdbohrgerät
befestigt werden und von diesem gelöst werden. Da darüber hinaus
die Hydraulikklemme in Radialrichtung zur Ummantelungsröhre bewegbar ist,
kann das Erdbohrgerät
der vorliegenden Erfindung für
Ummantelungs röhren
verwendet werden, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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Der
Teleskopzylinder kann mit einem Stoßdämpfer zum Dämpfen von Stößen, die
auftreten, wenn der Teleskopzylinder vollständig eingefahren wird, ausgestattet
sein.
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Da
das innerste Zylinderglied des Teleskopzylinders im Inneren der
Ummantelungsröhre
aufgenommen wird, wenn der Teleskopzylinder eingezogen wird, ist
es unmöglich,
den exakten Zeitpunkt des Einfahrens des innersten Zylindergliedes
visuell zu beobachten. Somit ereignen sich Stöße bei der Komplettierung des
Einzuges des teleskopischen Zylinders, wenn das innerste Zylinderglied
vollständig
im äußersten
Zylinderglied aufgenommen ist. Durch die Anordnung des Stoßdämpfers zum
Abschwächen der
Stöße, die
entstehen, wenn der Teleskopzylinder vollständig zusammengezogen wird,
kann der Teleskopzylinder schadlos zusammengezogen werden.
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Das
erfindungsgemäße Erdbohrverfahren weist
die Schritte auf: Eintreiben einer Ummantelungsröhre in den Erdboden durch einen
Ummantelungsröhrendrücker, um
ein Einfallen des Erdbodens in das Bohrloch zu verhindern, Anordnen
des zuvor beschriebenen Erdbohrgerätes, das an einem bewegbaren
Kran aufgehängt
ist, an der Ummantelungsröhre,
Befestigen der Ummantelungsröhre
an der Tragrahmeneinheit und Ausgraben des Erdbodens innerhalb der
Ummantelungsröhre
unter Drehung des Teleskopzylinders um seine Vertikalachse und Ausfahren
des Teleskopzylinders gemäß der Tiefe
des Bohrlochs.
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Mit
diesem Verfahren ist es möglich,
die Ummantelungsröhre
zu verwenden, um der Reaktionskraft entgegenzuwirken, die durch
das rotierende Bohrwerkzeug ausgeübt wird, wenn die Tragrah meneinheit
des Erdbohrgerätes
am oberen Ende der Ummantelungsröhre
angeordnet ist, nachdem die Ummantelungsröhre mittels des Ummantelungsröhrendrückers in
den Erdboden eingetrieben wurde, um ein Einstürzen des Erdbodens in das Bohrloch
zu verhindern, und das Erdbohrgerät an der Ummantelungsröhre angeordnet
wurde. Wenn somit der Teleskopzylinder ausgefahren wird und er gleichzeitig von
dem Antrieb um seine Vertikalachse gedreht wird, ist es möglich, den
Erdboden innerhalb der Ummantelungsröhre abzuarbeiten.
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Bevorzugt
ist der bewegbare Kran und/oder Rahmen, der nach der Erfindung verwendet
wird, ein Raupenkettenkran mit einem selbst angetriebenen Chassis
und einem drehbaren oberen Körper,
an dem ein schwenkbarer Ausleger montiert ist, oder ein Radkran
oder Turmkran mit einem ausfahrbaren Ausleger. Die Erfindung ist
jedoch nicht hierauf beschränkt.
Beispielsweise kann der bewegbare Kran und/oder Rahmen ein Lokomotivenkran
sein, der auf einer Schiene läuft.
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Die
Erfindung kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden, ohne den Bereich
der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
Die vorliegende Ausführungsform dient
somit der Illustration und ist nicht beschränkend.