专利名称：用于产生钻孔的挖掘装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在地中开凿钻孔的挖掘装置。本发明还涉及一种用于在地中产生钻孔的方法。
背景技术：
这种类型的挖掘用夹具具有支架，其上安装有可在所有情况中均围绕一挖掘轮旋转轴线旋转的至少两个挖掘轮，以及用于旋转式驱动支架上的挖掘轮的至少一个挖掘轮驱动机构。在现有类型的一种方法中，以可旋转的方式安装于支架上的至少两个挖掘轮通过挖掘轮驱动机构而在所有情况中均围绕一挖掘轮旋转轴线旋转，具有挖掘轮的支架可在地中沿开凿方向送进。
对于产生具有矩形钻孔截面的钻孔而言，例如欧洲专利EP635199Bl公开了一种沟壁挖掘机。这种沟壁挖掘机具有可在平行的水平轴上沿相反方向旋转的两个偏置挖掘轮对。土壤在挖掘轮处被剥离，并且输送到两个轮之间的间隙内，再通过抽吸装置从此处向上运送。
从欧洲专利EP 819819B1中已知了用于在地中产生具有圆形钻孔截面的钻孔的挖掘头和方法。从欧洲专利EP 819819B1中已知的挖掘头具有设置成可围绕公用挖掘轮轴线旋转的四个挖掘轮，该挖掘轮轴线相对于挖掘头开凿方向径向地定向。对于圆形挖掘头的截面构造而言，从挖掘头的中间开始，挖掘轮的直径沿公用挖掘轮轴线的轴向变窄。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在地中产生钻孔的挖掘装置以及方法，借此能以特别通用和经济的方式在多样性的土壤地质中产生钻孔。
根据本发明，该目的可通过具有下述特征的挖掘装置和具有下述特征的用于在地中产生钻孔的方法来实现。在下面的描述中还给出了优选实施例。
根据本发明的挖掘装置的特征在于，设有用于围绕支架旋转轴线来旋转式驱动支架与挖掘轮的驱动机构，其中支架旋转轴线大致平行于开凿方向而定向。
本发明的第一个基本思想是驱动机构，其可使支架与至少两个挖掘轮一起旋转。通过该驱动机构就可以改变挖掘轮相对于地的相对位置。特别是，通过使支架与挖掘轮一起围绕支架旋转轴线旋转，就可以产生出具有圆形钻孔截面的钻孔，同时挖掘轮不必具有圆形的截面，即变窄的直径。因此，为了获得较好的挖掘送进，可以选择特别适合的挖掘轮形状，例如可提供大致矩形的挖掘轮截面。
该挖掘装置可特别设计成在通过驱动机构使支架旋转时，在所有情况中只有挖掘轮的大致四分之一的全部圆周与露头土壤物质相接合。因此，根据本发明的挖掘装置可以称为部分挖掘式的挖掘装置，其中挖掘轮的最大尺寸小于钻孔的截面。与其中挖掘轮圆周的大致一半或更多作用在露头土壤上的全挖掘式的挖掘装置形成对比的是，在根据本发明的挖掘轮的情况中，存在着与露头土壤的更小接触面，因此，对于要在钻孔底部获得相同的挖掘轮的接触压力而言，需要在开凿方向上有相应更低的接触力。这就使得可以相对更低的迭加荷载来产生钻孔，因此，可以特别容易且经济地操作本发明的挖掘装置。采用根据本发明的挖掘装置，接触压力可基本上保持恒定，尤其在改变钻孔直径和/或挖掘轮直径时。
根据本发明的挖掘装置特别适合于在地中产生地基件，尤其是桩，因此它也被称为打桩挖掘机。本发明的挖掘装置优选可将地基件结合到石质土壤中。
本发明意义上的开凿方向具体而言是在开凿钻孔时带有挖掘轮的支架的送进方向，即待产生的钻孔的纵向。根据本发明，支架旋转轴线沿所述开凿方向延伸，并形成了钻孔的纵向轴线。由于挖掘轮和/或挖掘轮旋转轴线相对于支架旋转轴线是对称的，因此可以获得尤其适合于吸收在挖掘操作期间所产生的力的挖掘装置。关于作用力的吸收，挖掘轮旋转轴线和支架旋转轴线之间的角度为约90度也是有利的。然而，也可设置其它的小至0度的角。挖掘轮旋转轴线可基本上与支架旋转轴线相交，尤其是径向地相交。然而，挖掘轮旋转轴线也可定位成相对于支架旋转轴线具有一定的偏移或位移，这样尤其可以获得较大的钻孔直径。
在根据本发明挖掘装置的一项优选的进一步改进中设有枢轴转动装置，至少一个挖掘轮可围绕其枢轴转动，尤其是在支架上向上枢轴转动。枢轴转动可具体地理解为该至少一个挖掘轮的挖掘轮旋转轴线与支架旋转轴线之间的角度变化。通过该至少一个挖掘轮的枢轴转动，可以改变相对于支架和/或支架旋转轴线而言的所述挖掘轮在露头土壤上的外作用点，因此瞬时挖掘半径也在变化。具体地说，该至少一个挖掘轮可以与深度有关的方式枢轴转动，结果就可获得直径随深度而变化的钻孔。例如，结果就可产生出在钻孔底部处加宽的钻孔，以便形成桩基。作为选择，通过有计划地加宽钻孔的底侧，就可以产生尤其是底部件(sole element)的密封件。作为至少一个挖掘轮的可枢轴转动设置的结果，在挖掘用夹具具有特别紧凑构造的情况中，可以覆盖特别大的工作区域。枢轴转动装置优选具有支承装置，至少一个挖掘轮可通过该支承装置而可枢轴转动地围绕水平轴线安装。枢轴转动装置可适当地额外具有枢轴转动驱动装置，其尤其带有至少一个液压枢轴转动缸，以用于驱动至少一个挖掘轮枢轴转动。为了在支架上获得作用力的对称分布，进而获得特别稳固的挖掘装置，优选在支架上设置两个可枢轴转动的挖掘轮，它们可适当地同步枢轴转动，并且优选围绕公共的水平枢轴转动轴线而枢轴转动。向上枢轴转动可具体地理解为该至少一个挖掘轮在枢轴转动期间相对于钻孔底部升起。
本发明挖掘装置的一项尤其合适的进一步改进的特征在于，支架定位于管状连杆的末端。可尤其延伸到位于钻孔之外的施工机械上的该管状连杆可用来传递迭加荷载力即压力到带有挖掘轮的支架上。然而，例如可以将挖掘用夹具悬吊于支承钢索上。由于支架通过枢轴转动驱动装置而相对于管状连杆枢轴转动，因此可以获得特别广泛可用的挖掘装置。
由于在支架上和/或在管状连杆上设有尤其是导向环的引导机构以用于将支架或管状连杆支撑在钻孔壁上，因此在挖掘装置的操作期间可创造性地有效降低它的任何偏斜。在支架和/或管状连杆上还可选择性地以迭加的方式设置若干引导结构，其可在若干平面内进行引导。该引导机构可适当地具有引鞋，它们提供用于与钻孔的壁相接触，并通过相对于支架旋转轴线径向延伸的支柱而连接到支架和/或管状连杆上。优选将引鞋构造成导向环的形式，其还可以中断的方式进行构造。如果通过引入支承管来产生钻孔，还可设置引导机构以用于在所述支承管上进行支撑的目的。
更具体地说，如果挖掘装置构造成用于产生具有可调钻孔直径的钻孔，那么优选以直径可调的方式来构造引导机构。为此，例如可提供调节装置，通过它便可改变引鞋所处的支柱的长度。如果设有导向环，那么它可具有分段的构造以用于直径调节目的。
由于设有用于将管状连杆固定到支承管内的夹紧装置，并且管状连杆可轴向伸出以驱动支架，因此就可以实现根据本发明的挖掘装置在开凿钻孔时的尤其精确的引导。这样就可将管状连杆保持为特别地短，进而有效地降低挖掘装置的偏斜。可适当地设置液压缸以用于使管状连杆轴向伸长。在该优选实施例中，压力至少部分地由压力缸来施加。然而，挖掘装置的重量本身可能就足以确保足够的接触压力。
根据本发明，特别优选的是，驱动机构位于管状连杆和支架之间，和/或处于管状连杆的上部区域中。如果驱动机构位于上部区域中，其可优选位于钻孔之外，尤其是位于施工机械上。该驱动机构和/或挖掘轮驱动机构优选具有液压马达。该驱动机构和挖掘轮机构还可构造成具有公用马达。挖掘轮驱动机构例如可设于支架上，但还可设于管状连杆的上部区域。
本发明挖掘装置的一项尤其优选的改进的特征在于，至少一个挖掘轮的挖掘轮旋转轴线具有相对于支架旋转轴线的一定偏移，尤其是设有用于调节该偏移的挖掘轮偏移驱动装置。作为至少一个挖掘轮存在偏移的结果，它对露头土壤物质的作用点相对于支架旋转轴线径向向外移，因此，对于相同的挖掘轮直径而言挖掘截面增大。从作用力对称的观点来看尤其优选的是，两个挖掘轮定位成相对于支架旋转轴线具有相同的偏移或位移。挖掘轮旋转轴线优选相对于支架旋转轴线在支架旋转方向上定位于前方。挖掘轮偏移驱动装置使得可以调节该偏移，尤其是在挖掘装置的开凿期间，以便允许产生具有可变直径的钻孔。挖掘轮偏移驱动装置优选构造成可用于所有挖掘轮旋转轴线的偏移的同步且均匀的调节。
由于挖掘轮构造成在所有情况中均为具有两个单独挖掘轮的挖掘轮对，并且挖掘轮对的单独挖掘轮在所有情况中均安装到可枢轴转动地安装于支架上的支承托架上，因此就可以创造性地获得具有特别好的挖掘送进的挖掘装置。由于各挖掘轮对的两个单独挖掘轮在所有情况中均具有相同的旋转轴线，因此可以获得结构特别简单的挖掘装置。各挖掘轮对优选具有它自己的挖掘轮驱动马达，其尤其可设于公用的支承托架上。对于所有支承托架而言，尤其优选将它们可枢轴转动地围绕公用水平枢轴转动轴线来安装。
由于在挖掘轮的圆周上和/或前端处设有挖掘工具，因此也可以创造性地获得特别好的挖掘送进。挖掘工具例如可构造成挖掘齿或挖掘辊。如果挖掘轮可枢轴转动地定位在支架上，那么挖掘工具的前端设置是尤其优选的，这是因为在枢轴转动期间以及在挖掘装置的开凿期间，挖掘轮可与露头土壤物质进行前端式接合。挖掘轮优选至少接近圆柱形，在也被称作缸套的圆周表面和前表面之间优选具有圆锥形的过渡区域。挖掘轮沿相同或相反的方向适当地旋转，以便将已挖下的土壤物质供应到位于支架上的泵的抽吸口处。挖掘轮尤其是单独挖掘轮优选可换式地设在支架上。因此，例如可通过具有不同直径的挖掘轮来替换这些挖掘轮，进而改变钻孔直径。如果在挖掘期间遇到不同的土壤地质或地表地质，还可用具有不同挖掘工具的挖掘轮来替换这些挖掘轮。因此，通过替换挖掘轮就可以产生具有尤其较大的直径且结合到岩石中的钻孔。
根据本发明的方法的特征在于，可通过驱动机构使支架与挖掘轮一起围绕支架旋转轴线同步地旋转，该支架旋转轴线大致平行于开凿方向而定向。在实施根据本发明的方法时，可尤其使用根据本发明的挖掘装置，这样就可获得针对挖掘装置所介绍的优点。
基本上来说，可以创造性地使支架旋转而同时恒定地保持围绕支架旋转轴线的旋转方向。然而，优选可以交替的方式来改变支架围绕支架旋转轴线的旋转方向。对于是钻孔的尤其快速的生产而言，在所有情况中，在覆盖了大约180度的旋转角之后，改变旋转轴线是有利的。
本发明方法的一项特别优选的改进的特征在于，至少一个挖掘轮可在支架上作为支架围绕支架旋转轴线的旋转角的函数而枢轴转动，尤其是向上枢轴转动。通过至少一个挖掘轮的枢轴转动，可以瞬时地改变挖掘轮的挖掘半径，因而可以与钻孔深度相关的方式来改变钻孔直径。这就例如可能产生在底部区域处尤其被加宽的带底切的桩孔。挖掘轮的与旋转角相关的枢轴转动还使得其可产生具有与标准圆形不同的圆形钻孔截面的钻孔。尤其可以产生具有椭圆形截面的钻孔和地基桩，在具有较大的桩直径和相应的底面图形状的情况中，它们可以带来材料的节省。如果两个挖掘轮可同步且对称地枢轴转动，这将是尤其有利的。两个挖掘轮的同步枢轴转动还可称作扩展(spreading)。驱动机构可提供挖掘轮围绕垂直轴线的可调节性，而枢轴转动装置可提供围绕水平轴线的调节可能性。通过迭加这两种调节可能性，就可以特别广泛的方式来改变钻孔截面。
下面将参考优选实施例和示意性附图来更具体地介绍本发明，在图中图1是根据本发明的挖掘装置的局部截面侧视图。
图2是图1所示挖掘装置的正视图，其中以实线显示了处于未枢轴转动状态中的挖掘轮，以虚线显示了处于已向上枢轴转动状态中的挖掘轮。
图3是带有未枢轴转动的挖掘轮的图1所示挖掘装置的透视图。
图4是带有已向上枢轴转动的挖掘轮的图1所示挖掘装置的透视图。
图5是图1所示挖掘装置的平面图，其中以实线显示了处于未枢轴转动状态中的挖掘轮，以虚线显示了处于已向上枢轴转动状态中的挖掘轮。
图6是本发明挖掘装置的第二实施例中的水平枢轴转动的挖掘轮的平面图。
图7是图6所示挖掘轮的A-A截面图。
图8是图6所示挖掘轮的透视图。
具体实施例方式
图1到5显示了根据本发明的挖掘装置。挖掘装置具有构造为框架的支架20，在其底部安装有两个挖掘轮1，2，以便可围绕挖掘轮旋转轴线51，52旋转。挖掘轮1，2构造为挖掘轮对，挖掘轮1具有两个单独的挖掘轮11，11’，挖掘轮2具有两个单独的挖掘轮12，12’。单独的挖掘轮11，11’安装在支承托架21的两侧，单独的挖掘轮12，12’安装在另一支承托架22的两侧。为了旋转式驱动挖掘装置1，2，提供了挖掘轮驱动机构，其具有分别定位于支承托架21，22的顶侧上的两个液压旋转马达71，72。另外，在支架20上设置了构造成作为泵机构75的驱动单元。
支架20以不可旋转的方式固定在管状连杆8的下端。通过图中未示出的驱动机构，可以使管状连杆8、进而使支架20围绕支架旋转轴线56沿旋转方向D旋转。被驱动而围绕挖掘轮轴线51，52旋转的挖掘轮1，2形成了一个环状路径，它们在该路径上将土壤物质挖开。同时，随着围绕支架旋转轴线56的旋转运动，支架20沿开凿方向T送进。这种送进可仅因挖掘装置的重量而引起，或者由会向管状连杆8施加迭加荷载的送进驱动装置而引起。在挖掘工艺期间，可通过设于框架20上并处于挖掘轮1，2之间的供给口25来将支架和/或挖掘液引入和/或引出钻孔。
支架旋转轴线56在管状连杆8中沿开凿方向T居中地延伸。其形成了具有在支架20的旋转期间产生的圆形截面的钻孔的纵向轴线。挖掘轮1，2相对于支架旋转轴线56对称地定位。在挖掘轮1，2的未枢轴转动的状态中，它们的挖掘轮旋转轴线51和52相互平行，并且与支架旋转轴线56形成约90度的角。带有其挖掘轮旋转轴线51，52的挖掘轮1，2在旋转方向D上位于支架旋转轴线56之前，使得挖掘轮旋转轴线51具有相对于支架旋转轴线56的偏移X1，而挖掘轮旋转轴线52与支架旋转轴线56间隔开偏移X2，其中偏移X1与偏移X2相等。这尤其在图1和5中可以看出。
为了增大挖掘截面，支架20上的挖掘轮1，2可枢轴转动地围绕公共水平枢轴线60来安装。为此，支承托架21，22通过横向的L形杠杆臂65铰接到支架20上。为了驱动挖掘轮1，2枢轴转动，提供了具有两个液压缸61，62的枢轴转动装置，这两个液压缸61，62在一端铰接到支架20上，在另一端分别铰接到支承托架21，22上。通过压缩所述液压缸61，62，杠杆臂65和支承托架21，22以及各个挖掘轮11，11’，12，12’将围绕公共枢轴线60向上枢轴转动。在图4、2和5中以虚线表示的这一已枢轴转动的状态中，挖掘轮旋转轴线51’，52’与支架旋转轴线56形成了不同于90度的角。挖掘轮1，2的基本上无级式发生的枢轴转动尤其可以连续地进行，直到挖掘轮旋转轴线51’，52’平行于支架旋转轴线56为止。
为了在钻孔中引导支架20，在所述支架20上设有导向环31，其采用了相对于支架旋转轴线56径向延伸的四个支柱32。可通过与支架旋转轴线56同轴的所述导向环31来将支架20支撑在钻孔壁上。
图6至8显示了在用根据本发明的具有已部分地向上枢轴转动的挖掘轮1，2的挖掘装置进行开凿时在钻孔的底部处得到的挖掘图像。在两个挖掘轮1，2之间形成有位于钻孔底部的圆锥形突部80。该圆锥形突部80可由内侧那个挖掘轮11’，12’的前端逐渐地挖掉。
权利要求
1.一种用于在地中开凿钻孔的挖掘装置，具有-支架，在其上以可在所有情况中围绕一挖掘轮旋转轴线旋转的方式安装有挖掘至少两个挖掘轮，和-用于旋转式驱动所述支架上的挖掘轮的至少一个挖掘轮驱动机构，其中，-设有用于围绕支架旋转轴线一起旋转式驱动所述支架与挖掘轮的驱动机构，所述支架旋转轴线大致平行于开凿方向(T)而定向。
2.根据权利要求1所述的挖掘装置，其特征在于，设有可使至少一个所述挖掘轮在所述支架上枢轴转动、尤其是向上枢轴转动的枢轴转动装置。
3.根据权利要求1所述的挖掘装置，其特征在于，所述支架位于管状连杆的末端。
4.根据权利要求1所述的挖掘装置，其特征在于，在所述支架和/或管状连杆上设有尤其是导向环的引导机构，以用于将所述支架或管状连杆各自支撑在钻孔壁上。
5.根据权利要求4所述的挖掘装置，其特征在于，所述引导机构以直径可调节的方式来构造。
6.根据权利要求1所述的挖掘装置，其特征在于，设有用于将所述管状连杆固定到支承管内的张紧装置，所述管状连杆可轴向伸出以用于驱动所述支架。
7.根据权利要求3所述的挖掘装置，其特征在于，所述驱动机构位于所述管状连杆和支架之间，和/或处于所述管状连杆的上部区域中。
8.根据权利要求1所述的挖掘装置，其特征在于，所述至少一个挖掘轮的挖掘轮旋转轴线相对于所述支架旋转轴线具有一定的偏移，并且尤其是设有用于调节所述偏移的挖掘轮偏移驱动装置。
9.根据权利要求1所述的挖掘装置，其特征在于，所述挖掘轮构造成在所有情况中均具有两个单独挖掘轮的挖掘轮对，所述挖掘轮对中的单独挖掘轮在所有情况中均安装到可枢轴转动地安装于所述支架上的支承托架上。
10.根据权利要求1所述的挖掘装置，其特征在于，在所述挖掘轮的圆周上和/或前端处设有挖掘工具。
11.一种尤其采用根据权利要求1所述的挖掘装置以用于在地中产生钻孔的方法，其中-以可旋转的方式安装于支架上的至少两个挖掘轮可通过挖掘轮驱动机构在所有情况中围绕一挖掘轮旋转轴线旋转，和-带有挖掘轮的所述支架沿开凿方向(T)在地内送进，其中，所述支架与挖掘轮一起通过驱动机构围绕支架旋转轴线同步地旋转，所述支架旋转轴线大致平行于所述开凿方向(T)而定向。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述支架围绕支架旋转轴线的旋转方向是交替变化的。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个挖掘轮可作为所述支架围绕支架旋转轴线的旋转角的函数而在所述支架上枢轴转动，尤其是向上枢轴转动。
全文摘要
本发明涉及一种用于在地中开凿钻孔的挖掘装置，其具有支架，在其上以可在所有情况中围绕一挖掘轮旋转轴线旋转的方式安装了至少两个挖掘轮；至少一个挖掘轮驱动机构，用于旋转式驱动支架上的挖掘轮；以及驱动机构，用于围绕支架旋转轴线来一起旋转式驱动支架和挖掘轮，该支架旋转轴线大致平行于开凿方向而定向。本发明还涉及一种用于在地中产生钻孔的方法。
文档编号E21B10/32GK1734023SQ20051009261
公开日2006年2月15日 申请日期2005年8月10日 优先权日2004年8月10日
发明者M·阿茨伯格 申请人:包尔机械有限公司