打桩装置和用于打入打桩材料的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于将打桩材料打入地中的打桩装置，其具有运载工具、附接到运载工具的桅杆、可线性地移位并沿着桅杆的引导件被驱动的基座滑架、以及连接到基座滑架并沿着桅杆被引导的冲击单元，其中冲击单元被设计成用于产生用于打入打桩材料的冲击脉冲。

本发明还涉及一种根据权利要求11的前序部分的用于将打桩材料打入地中的方法，其中，提供了具有桅杆的运载工具，在所述桅杆上，具有冲击单元的基座滑架沿着桅杆的引导件移位，其中，借助于所述冲击单元产生冲击脉冲，利用所述冲击脉冲将打桩材料打入地中。

背景技术：

这种类型的打桩装置已经公知很长时间，并且被用于例如打入桩、钢梁或板。这些打桩装置具有冲击单元（也称为锤），其以“搭便车（free-riding）”的方式悬挂在绳索上被使用抑或在桅杆上被引导地使用。在后一种情况下，使用绳索绞盘的绳索沿着桅杆向上拉动冲击单元，其中打桩材料在冲击单元的下侧上的接收部分处被插入。通过致动所述锤，打桩材料通过冲击被打入或被压入土壤中。依据相关地层的阻力，打桩材料以特定量被引入到地中。由于不同的地强度，穿入深度会随着各次驱动击打而变化。

当借助于绳索跟踪冲击单元时，已知的是，保持冲击单元的绳索上被施加一定的残余拉力，以便避免绞盘上的绳索松弛。松弛的绳索导致绳索磨损增加，并且此外会具有绳索滑出引导滑轮的影响。然而，当施加残余拉力时，存在的基本问题是，过高或在时间方面不灵活的残余拉力具有冲击单元不能被最佳跟踪的影响。这会降低穿入速度和打桩装置的整体性能。此外，绳索会受到增大的力，并且因此受到更大的磨损。

当利用所谓的伸缩式导杆时，冲击单元不是借助于绳索绞盘而是通过所谓的导杆滑架以可移位的方式被引导。在这种情况下，已知在导杆滑架上为冲击单元提供了补偿在冲击脉冲期间发生的位移距离的引导件滑架。在该过程中，必须同时跟踪导杆滑架。从控制工程以及结构的观点来看，这种装置是复杂的。此外，在桅杆的上端处的复杂结构显著地影响了整个设备的结构稳定性以及可容许的载荷。

技术实现要素：

本发明基于提供一种用于将打桩材料打入地中的打桩装置和方法的目的，利用该打桩装置和方法，通过使用简单的结构可以实现高效的打桩过程。

该目的一方面通过具有权利要求1的特征的打桩装置来实现，并且另一方面通过具有权利要求11的特征的方法来实现。本发明的优选实施例在相应的从属权利要求中进行了陈述。

根据本发明的打桩装置的特征在于，冲击单元经由连接绳索以可变的距离连接到基座滑架，该连接绳索借助于张紧装置保持处于张紧状态。

本发明的基本思想在于如下事实：提供了一种具有桅杆的打桩装置，沿着该桅杆以线性的方式引导可移位的基座滑架。冲击单元不直接安装在基座滑架上，而是与其间隔开并经由连接绳索连接到基座滑架。连接绳索允许基座滑架和冲击单元之间的距离在打桩过程期间灵活变化。因此，该灵活的距离允许冲击单元随着打桩材料根据由击打引起的位移距离的有效且可靠的位移。此外，柔性绳索连接防止冲击脉冲在明显的程度上被传递到基座滑架并因此传递到桅杆和运载工具，从而维持整个结构完好。这增加了打桩装置的整体寿命。

冲击单元在桅杆上被直接引导，优选地沿着为基座滑架提供的同一线性引导件。冲击单元直接支撑在桅杆上还降低了打桩装置整体倾斜的风险。

根据本发明的另一方面，提供了一种张紧装置，借助于该张紧装置，连接绳索在打桩过程期间保持处于张紧状态。这防止了例如当基座滑架在打桩过程中的跟踪期间接近冲击单元时形成松弛绳索，该松弛绳索可能在基座滑架和冲击单元之间损坏。

基本地，张紧装置可以以任何选择的方式设计成具有对应的柔性或弹性元件，例如具有液压张紧活塞。根据本发明的进一步进展，特别优选的是，张紧装置具有至少一个张力弹簧。优选地，所述至少一个张力弹簧是拉簧。使用张力弹簧允许总体上成本有效和紧凑的结构。

根据依照本发明的打桩装置的一个实施例变型，有利的是，张紧装置具有至少一个摇杆，连接绳索附接到所述摇杆上，并且所述摇杆以可枢转且以弹簧张紧的方式连结到基座滑架。可旋转或可枢转的摇杆使得有可能在冲击单元和基座滑板接近时，连接绳索可以横向于轴向方向移动，并因此侧向向外移动。因此，连接绳索被保护以免损坏，并且使得在基座滑架和沿着桅杆被引导的冲击单元之间的特别良好的接近成为可能。

本发明的另一个有利的实施例在于如下事实：提供了控制单元，其在打入期间控制对基座滑架朝向冲击单元的跟踪。特别地，控制单元被设计成使得以这样的方式朝向冲击单元跟踪基座滑架，使得在整个打桩过程期间，基座滑架与冲击单元之间的最小距离始终保持不变，并且不存在直接接触。因此，避免了不期望的振动传递给基座滑架和整个结构。

此外，控制单元可以被设计成使得在冲击驱动过程中，基座滑架和冲击单元彼此之间没有分开成使连接绳索完全拉伸。这维持了连接绳索完好，并且还防止了不期望的振动传递给基座滑架。只有在打桩过程完成时，基座滑架再次沿着桅杆向上移位并且经由连接绳索悬挂的冲击单元被一起拉动，才存在拉伸的连接绳索。

为了高效的控制，在本发明的进一步进展中做出的设置是，在张紧装置上布置至少一个传感器，用于检测表示在基座滑架和冲击单元之间的距离的量度，并且控制单元依据所检测的所述至少一个测量值控制跟踪。如果超过或未能满足基座滑架和冲击单元之间的预定上距离值和下距离值，则控制单元可以执行安全跟踪。

所述至少一个传感器可以被设计成用于直接或间接测量距离值。根据本发明的进一步进展，有利的实施例在于如下事实：一个传感器被设计成用于检测摇杆的角度位置。可旋转机器部分上的角度位置可以以简单且可靠的方式实现。由于摇杆和与其附接的连接绳索的尺寸是已知的，所以可以在控制单元中基于角度位置确定关于基座滑架和冲击单元之间的轴向距离的可靠信息。

替代地或附加地，根据本发明的优选实施方式变型，可以做出的设置是，至少一个传感器被设计成用于检测距离和/或接近。这种距离或接近传感器例如可以光学地（特别是通过激光）、电感地、电容地或通过电阻测量来操作。这样，也可以相对容易地确定可靠的距离值。

根据本发明的一种实施例变型，有利的是，冲击单元被设计为液压锤单元或柴油锤单元。冲击单元具有布置在壳体中的至少一个可移位的冲击活塞。在液压锤单元中，冲击活塞的提升通过液压能来进行，而在柴油锤单元中，提升则通过燃烧或爆炸过程实现。利用两个锤单元，可以以特别稳健的方式实现期望的冲击脉冲。

基本地，打桩装置的桅杆可以是任何选择的设计。尤其优选的是，桅杆被设计为导杆，特别是设计为伸缩式导杆。在伸缩式导杆的情况下，导杆是两部分设计，其中布置在固定的桅杆部分上的是可在其上移位的桅杆部分。在可移位的桅杆部分上，基座滑架和冲击单元可以以可沿着引导件移位的方式被支撑。由于桅杆的可调节性，伸缩式导杆有利于引入特别长的打桩材料。

根据本发明的打桩装置的另一有利实施例可以从以下事实看出，运载工具具有底架，带有桅杆的上托架以可旋转的方式支撑在底架上。特别地，底架可以具有履带式行走装置。在上托架上，优选地提供驱动装置和操作平台。

关于根据本发明的方法，其特征在于，经由连接绳索将冲击单元以在打桩过程期间变化的距离连接到基座滑架，其中，在打桩过程中，连接绳索借助于张紧装置保持处于张紧状态。

该方法可以特别地使用前述打桩装置来执行。通过该方法，可以获得前面阐述的优点。

根据本发明的方法的优选实施例变型在于如下事实：依据打桩过程控制基座滑架的位移。因此，可以实现将打桩材料尤其高效地打入地中。

在这方面，特别有利的是，检测基座滑架和冲击单元之间的距离，并且当超过上限值时，跟踪基座滑架并且从而将距离减小到目标值。因此，如果达到特定距离值，则通过基座滑架的对应位移将基座滑架减小到较小的目标距离值。这防止了在连接绳索被完全拉伸时由拉力引起的连接绳索的过度应变。此外，在不中断打桩过程的情况下进行对基座滑架的自动跟踪。在打桩材料发生所谓的滑过的情况下，例如在进入地中的较大的空腔中时，由于连接绳索的突然拉伸，控制单元会中断打桩过程或发出警告信号。

因此，当未能满足下限值时，可以将基座滑架和冲击单元之间的距离增加到预定的较大目标距离，以便避免基座滑架和冲击单元之间的不期望的直接接触。

附图说明

下面，通过在附图中示意性地图示的优选实施例进一步解释本发明，其中示出：

图1是根据本发明的打桩装置的透视图；

图2是在向上运动期间的基座滑架和冲击单元的放大侧视图；

图3是图2的装置在打桩过程开始时的侧视图；

图4是图2和图3的装置在打桩期间的第一阶段中的侧视图；

图5是图4的装置在打桩期间的第二阶段中的侧视图；以及

图6是根据图3的装置的正视图。

具体实施方式

通过图1中的示例示出了根据本发明的打桩装置10，打桩装置10具有运载工具12以及利用操作平台18可旋转地支撑在其上的上托架16，运载工具12具有被设计为履带式行走装置的底架14。经由通常已知的调节机构19，呈伸缩式导杆形式的桅杆23通过固定的导杆元件20以基本上竖直的方式附接到上托架16。调节机构19允许桅杆23起始于竖直方向的枢转运动和桅杆23沿上托架的纵向方向以及沿竖直方向的位移运动。在固定的导杆元件20上，设置了可移动的导杆元件21作为另外的部件，其以可移位且可调节的方式沿着固定的导杆元件20被引导。

在可移位的导杆元件21的前侧上，设计了线性引导件22，沿着该线性引导件以可移位的方式支撑基座滑架30（也称为导杆滑架）。基座滑架30经由未描绘的绳索连接到固定的导杆元件20，该绳索在滑轮上被引导，滑轮也未描绘并且安装在可移动的导杆元件21上。当可移动的导杆元件21借助于未描绘的伸缩式缸升高时，基座滑架30也向上移动。

此外，块状冲击单元40沿着导杆元件21的引导件22以可移动的方式被引导。通过冲击单元40的上部区域中的框架状适配器装置42，其可以经由连接绳索36连接到基座滑架30。在冲击单元40和基座滑架30之间，连接绳索36仅被提供作为用于竖直力的传递元件，这证明有利于借助于冲击单元40打入打桩材料5。在图1中，具有矩形横截面的桩形元件被提供作为打桩材料5，其被接收和保持在冲击单元40的下端处的接收部分中（未更详细地描绘该接收部分）。

在图2的详细视图中，更详细地示出了图1的打桩装置10的基座滑架30和冲击单元40之间的连接，其处于这样的状态下：其中，冲击单元40随着基座滑架30通过可调节导杆元件21的位移经由未描绘的提升绳索沿着导杆元件21的引导件22沿向上方向移位。

在根据图2的这种状态下，基座滑架30和冲击单元40以最大距离彼此间隔开，其中以铰接方式附接到冲击单元40的框架状适配器装置42的连接绳索36被张紧和完全拉伸。连接绳索36的上端以铰接方式附接到杆形摇杆52，该杆形摇杆也以铰接方式支撑在基座滑架30的联接装置32上。摇杆52是具有张力弹簧54的张紧装置50的一部分，在所示实施例中，该张力弹簧被设计为拉簧。

当基座滑架30与冲击单元40一起已经到达引导件22的上端区域时，桩形打桩材料5的上端可以被接收并保持在冲击单元40的接收部分44中。为此目的，冲击单元40可以通过降低可调节的导杆元件21而随着基座滑架30沿向下方向移动。在这种状态下，在基座滑架30和冲击单元40之间仍然保持距离a。该距离a小于连接绳索36和摇杆52的长度。为了避免在冲击单元40和基座滑架30之间出现可能被损坏的松弛绳索，连接绳索36通过张紧装置50保持处于张紧状态。为此，张力弹簧54侧向向上拉动被可枢转地支撑的摇杆52，使得连接绳索36被张紧，如从图3可以看出的那样。

在图4所示的基座滑架30的第一停止位置中，冲击脉冲现在可以通过冲击单元40内的冲击活塞施加到打桩材料5上。就此而言，重要的是，当所述打桩材料5穿入到地中时，冲击单元40可以跟随打桩材料5，同时冲击单元40仍然可靠地连接到基座滑架30而不传递振动。

如从图4和5的图示中可以看出，基座滑架30和冲击单元40之间连接的这种必要灵活性由连接绳索36结合张紧装置50实现。图4和5示出了在打桩过程期间，冲击单元40根据打桩材料5穿入到地中而随打桩材料5的移动。特别地，可以看出，在实际打桩过程期间，基座滑架30和冲击单元40之间的距离增加，在这种情况下，通过张紧装置50的摇杆52的角度位置变化来补偿增加的距离。在摇杆52的所有角度位置中，布置在摇杆52的上端和基座滑架30之间的张力弹簧54确保连接绳索36的足够张力，从而防止绳索松弛。

为了避免摇杆52和连接绳索36的过度拉伸，其中在打桩期间由于在基座滑架30和冲击单元40之间的过大距离摇杆52和连接绳索36沿桅杆20纵向方向的相同方向布置，并且在基座滑架30上布置了用于检测摇杆52的角度位置的传感器60、接近传感器62a和距离传感器62b，它们被设计成用于确定基座滑架30和冲击单元40之间的距离。在每种情况下检测到的测量值被传递给控制单元，该控制单元控制对基座滑架30朝向冲击单元40的跟踪。这可以通过适当的控制脉冲以控制使可调节导杆元件移动的伸缩式缸来实现。控制单元整体还被设计成基于对摇杆52的角度测量并考虑几何关系来间接确定在基座滑架30和冲击单元40之间的距离。这样，可以避免连接绳索36的过度拉伸。这维持连接绳索36完好并防止过多的振动传递给基座滑架30。

在根据图6的描绘中图示了这种对基座滑架30朝向冲击单元40的跟踪。通过跟踪基座滑架30，可以将到冲击单元40的距离减小到目标距离a1。在该目标距离a1处，可以由冲击单元40执行另外的冲击脉冲。在打桩材料5已经达到地中的期望最终深度之后，可以根据图2的状态再次向上拉动具有悬挂的冲击单元40的基座滑架30，以便接收新的打桩材料5。