Forschung ... Erfindungen und Patente
Stand: 06.02.2024
Nachfolgend sind Erfindungen und Patente in chronologischer Reihenfolge aufgelistet.
Ziel der Oberflächenverdichtung ist es eine möglichst gleichmäßige und tiefreichende Verdichtung zu erzielen. Bei der Oberflächenverdichtung von rolligen Böden werden im Verkehrswegebau vor allem Vibrationswalzen verwendet. Die mit ihnen erzielte Verdichtungstiefe beträgt wenige Dezimeter. Theoretische Untersuchungen mit anelastischen Wellen erklären die in der Praxis schon lange bekannten geringen Verdichtungstiefen mit der Ausbildung von Schockfronten. Neben der geringen Verdichtungstiefe wird der Boden teilweise oberflächennah aufgelockert und muss nachverdichtet werden. Weiterhin sind die Regelgrößen einer Vibrationswalze im Allgemeinen auf die Unwuchtamplitude und deren Frequenz beschränkt. Eine Optimierung ist daher nur in engen Grenzen möglich. Mit der am Institut für Geotechnik und Baubetrieb entwickelten Idee des sogenannten "Wippverdichters" ist es möglich, größere Verdichtungstiefen und eine gleichmäßige Untergrundsteifigkeit zu erreichen.Boden läßt sich bekanntlich besonders gut mit Scherbeanspruchung verdichten. Daher müssen mit dem neuen Verdichtungsgerät tiefreichende Oberflächenwellen in den Untergrund eingetragen werden. Diese Wellen mit großer Scheramplitude sollen durch zwei Platten, die in Phase oder in Gegenphase pulsieren, in den zu verdichtenden Boden induziert werden. Um eine Zwangsbehinderung des Bodens zu ermöglichen, befinden sich statische Platten neben und zwischen den dynamischen Platten. Somit werden tiefreichende Scherwellen in den Boden eingebracht.Mittels einer größeren Anzahl von Regelgrößen kann mit disem Verdichtungsgerät eine an den Untergrund angepasste optimale Verdichtung erzielt werden. Anhand von numerischen Berechnungen wurde bislang die Wirkungsweise dargestellt. Mit weiteren numerischen Untersuchungen kann eine Optimierung der Regelgrößen vorgenommen werden.
Status: Keine Patentanmeldung, publiziert in Grabe J., Kelm M. und Mahutka K.-P. (2003): Zur Modellierung der Verdichtung rolliger Böden. Veröffentlichungen des Arbeitsbereiches Geotechnik und Baubetrieb der TU Hamburg-Harburg, Heft 5, 83-107.
Im klassischen Verbundbau kommen bei hochbeanspruchten Stützen betongefüllte Stahlrohre zum Einsatz. Dadurch lassen sich statisch, wirtschaftlich und optisch gelungene Lösungen erzielen.Anstelle einer Füllung mit Beton lässt sich der gewünschte Effekt der Traglaststeigerung ebenso durch die Füllung von Rohrprofilen mit granularen Stoffen erreichen. Dadurch lassen sich leichtere und ggf. günstigere Verbundsysteme erzeugen. Sand z. B. ist auch bei dichtester Lagerung unter sehr hohen Drücken leichter als Beton und kann bei entsprechendem Druckniveau gleiche oder höhere Steifigkeiten aufweisen. Mittels Vorspannung durch zentrisch im Profil angeordnete Zugglieder lassen sich die erforderlichen Spannungen aufbringen. Nach Aufbringen der Vorspannung ist das sandgefüllte Rohr zudem beulsicher.Erste Simulationen zeigen prinzipiell das gewünschte Tragverhalten, weitergehende Studien sind Gegenstand der Forschung. Insbesondere der Einsatz unter besonderen Bedingungen wie z. B. in extremen Trocken- oder Kältezonen sowie im extra-terrestrischen Ingenieurbau bietet vielversprechendes Potential, da Granulate nahezu überall direkt vor Ort vorhanden sind bzw. gewonnen werden können.
Status: Erfindung vom 03.03.2004, freigegeben
Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Bestimmung der Tiefe eines sich in der aus Sedimenten oder dergleichen bestehenden Sohle an vor Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, angeströmten bzw. umströmten Baukörpern bildenden Kolkes, insbesondere bei An- und Ablegemanövern von Schiffen an Kaimauern, gekennzeichnet durch Feststellen der Sinktiefe an wenigstens einem Messpunkt nahe dem Baukörper durch ein vertikal bewegbares Sinkstück. Animation (MPG-Format).
Status: DE102004047529.6 und EP05019726.8-1236 "Messverfahren und -vorrichtung zur Bestimmung der Tiefe eines sich ausbildenden Kolkes", 30.09.2004, aufgegeben
Zur verbesserten Abtragung von Horizontallasten wurde der sogenannte Flügelpfahl entwickelt und als Deutsches Gebrauchsmuster angemeldet, siehe Bild. Er zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass der Pfahl an der Meeressohle durch Flügel verbreitert wird. Eine Abschlussplatte erhöht weiterhin das Tragverhalten durch Weckung von Sohlspannungen und Vermeidung einer Auflockerung infolge der Rammung. Des weiteren trägt die Platte zum Kolkschutz bei. Die Pfahllängen lassen sich beim Flügelpfahl deutlich reduzieren, was insbesondere bei schwer rammbaren Böden von Vorteil ist.
Status: Erfindung vom 07.10.2004, freigegeben
Für den statischen Nachweis der Gebrauchstauglichkeit von geotechnischen Bauwerken ist die Kenntnis des Bettungsmoduls erforderlich. Die DIN empfiehlt statische Probebelastungen durchzuführen. Diese sind allerdings aufwendig und teuer. Die nachfolgend vorgestellte Idee besteht darin, aus der Schwingungsperiode eines zuvor horizontal ausgelenkten Pfahls den Bettungsmodul invers zu bestimmen. Eine Veränderung der Bodeneigenschaften infolge der Pfahleinbringung kann hierdurch berücksichtigt werden.
Verfahren: (1) Auslenkung des Pfahlkopfes, (2) Messung der Schwingungsperiode mit Beschleunigungsaufnehmern, (3) Ermittlung der Eigenfrequenz des Pfahls, (4) Inverse Bestimmung des Bettungsmoduls aus Eigenfrequenz, Steifigkeit, Querschnittsfläche, Dichte, Einbindelände und Kraglänge.
Auswertung mit Hilfe von Bemessungsdiagrammen für Systeme bestimmter Abmessungen (siehe Literaturhinweise) oder Auswertung mit Hilfe eines MATLAB-Programmes für allgemeine Systeme.
Status: Erfindung vom 24.11.2004, freigegeben
Publikationen:
- Grabe J. und Mahutka K.-P. (2005): Abschätzung der horizontalen Bettung mittels dynamischer Pfahlprüfung. Die Bautechnik, 82(4):227-235.
- Grabe J., Mahutka K.-P., Dührkop J. und Henke S. (2006): Inverse Bestimmung der horizontalen Bettung von Pfählen aus dem Schwingungsverhalten. VDI-Bericht Nr. 1941, Fachtagung Baudynamik, Kassel, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, S. 511-520.
Pfähle werden zur Gründung von Bauwerken eingesetzt, wenn der Baugrund nicht ausreichend tragfähig ist. Fertigteilpfähle haben dabei den Vorteil, dass sie unter definierten Bedingungen hergestellt werden und vor Ort lediglich durch Rammen, Vibrieren oder Pressen in den Untergrund eingebracht werden müssen. Pfähle tragen die Bauwerkslasten über Spitzenwiderstand am Pfahlfuß und Mantelreibung längs des Pfahlmantels in den Untergrund ab. Durch Vergrößerung der Fußfläche lässt sich der Pfahlspitzenwiderstand bekanntlich steigern, wie es bereits bei Ortbetonrammpfählen zur Anwendung kommt. Die Idee ist, das Prinzip der Pfahlfußaufweitung auf Fertigteilpfähle zu übertragen. An der Pfahlspitze ist hierbei zunächst eine zylindrische Hülse anzubringen, die beispielsweise mit Trockenbeton gefüllt wird. Die Hülse kann aus einer ringförmigen Bewehrungsmatte oder aus einem duktilen Stahlrohr bestehen. Sie ist so bemessen, dass sie bei Überschreitung einer gewissen Rammenergie berstet. Die zunächst zylindrische Hülse verformt sich in idealer Weise zu einer Kugel. Der umgebende Boden wird zur Seite verdrängt. Der Boden wird dadurch verspannt und verdichtet. Der Trockenbeton bindet ab, sobald er mit dem Grundwasser in Kontakt kommt. Die Abbindezeit läßt sich betontechnologisch einstellen.
Status: DE102005029364 "Fertigteilpfahl sowie dazugehöriges Verfahren zur Bauwerksgründung, 24.06.2005, aufgegeben
Status: Erfindung vom 23.05.2006, freigegeben
Fertigpfähle werden üblicherweise in den Boden eingerammt oder einvibriert. Mit Hilfe der Steuerung der wichtigsten Regelgrößen der Rammung bzw. der Vibration kann der Eindringprozess optimiert werden. Dabei werden eines oder mehrere der nachfolgenden Optimierungsziele verfolgt: Maximale Eindringgeschwindigkeit, minimaler Energieaufwand sowie minimale Erschütterungsausbreitung im Boden. Die Steuerung umfasst eine mess- und regeltechnische Einheit inklusive einer Logik, in der theoretisch und experimentell abgeleitete Regeln zur Steuerung des Eindringprozesses gespeichert sind.
Status: DE102006060643.4 und EP07024926.3 "Verfahren und Anordnung zum Einbringen von langgestreckten Profilen in einen Baugrund", 21.12.2006, aufgegeben
Status: Erfindung vom 10.05.2006, freigegeben
Status: Erfindung vom 24.05.2007, freigegeben
Die Leistung von Erdwärmeanlagen ist durch die Geschwindigkeit der Wärme- oder Kälteabführung im Untergrund begrenzt. Im ungesättigten Boden oder im Untergrund mit stehendem Grundwasser erfolgt der Wärmetransport ausschließlich durch Wärmeleitung. Im Fall von strömendem Grundwasser wird die von Erdwärmeanlagen in den Boden eingeleitete Wärme oder Kälte auch mit dem fließendem Grundwasser abgeführt (erzwungene Konvektion). Dies führt zu einer Erhöhung der Leistung von Erdwärmeanlagen. Hinter dem Begriff Grundwasser-Zirkulations-Verfahren verbergen sich Grundwasser-Zirkulations-Brunnen (Unterdruck-Verdampfer-Brunnen), Hydro-Airlift (System Züblin) und Luftinjektionsbrunnen. Sie wurden zur in situ Grundwassersanierung verwendet. Bei den Grundwasser-Zirkulations-Verfahren wird eine Zirkulationsströmung künstlich in Gang gesetzt.Die Erfindung besteht darin, Erdwärmeanlagen mit Grundwasser-Zirkulations-Verfahren zu kombinieren. Die Kombination nutzt die künstlich erzeugte Zirkulationsströmung zur Erhöhung der Leistung von Erdwärmeanlagen. Folgende Anwendungsmöglichkeiten sind denkbar: (1) Einbau von Erdwärmesonde (oder Grundwasserbrunnenanlage) und Luft-Injektionsbrunnen (oder Hydro-Airlift-Brunnen) in einem Bohrloch; (2) Grundwasser-Zirkulations-Brunnen (Unterdruck-Verdampfer-Brunnen), Luftinjektionsbrunnen oder Hydro-Airlift-Brunnen neben/zwischen geschlossenen Erdwärmeanlagen (Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden, Energiepfähle, usw.) einzurichten; (3) Nutzung von Grundwasser-Zirkulations-Brunnen (Unterdruck-Verdampfer-Brunnen) als offene Erdwärmeanlagen (Grundwasserbrunnenanlage).
Status: DE102008007627.9 und EP09401001.4 "Erdwärmeanlage", 04.02.2008, aufgegeben
Status: DE102011001153.6 "Messsonde zum Eindrücken in den zu untersuchenden Untergrund sowie Messverfahren damit", 09.03.2011, aufgegeben
Status: Erfindung vom 01.10.2010, freigegeben
Status: DE102012104009.5 und EP131663376.7 "Qualitätssicherungsverfahren zum Erstellen von Pfählen sowie offenes Profil dafür", 08.05.2012, aufgegeben
Status: Erfindung vom 02.10.2010, freigegeben
Status: DE502012003031-5 und EP12157710.0 "Bodenertüchtigungsverfahren sowie Anordnung dafür", 08.03.2011, aufgegeben
Status: E102012108037.2 "System aus einer schwingenden Struktur und einem Baugrund sowie Verfahren zu dessen Herstellung", 30.08.2012, aufgegeben
Status: DE502013000129.6 und EP13182032.6 "Verfahren zur Tragfähigkeitsverbesserung von im Baugrund gesetzten offenen Profilen sowie damit erstelltes System", 28.08.2012, aufgegeben
Status: DE102013102311.8 "Unterwassergründungsstruktur sowie Verfahren dafür", 08.03.2013, aufgegeben
Status: DE102014108306.7 und EP15171594.3 "Geotextiler Sandcontainer sowie Verfahren zum Absenken dieser", 12.06.2014, aufgegeben
Status: Erfindung vom 12.02.2014, freigegeben
Status: EP14185746.6 "Verfahren zur Tragfähigkeitsverbesserung von im Baugrund gesetzten offenen Profilen sowie damit erstelltes System", 22.09.2014, aufgegeben
Status: Erfindung vom 23.10.2014, freigegeben
Status: Erfindung vom 04.06.2015, freigegeben
Status: EP168008558.7, deutsche Anmeldung "Baugerätstandsicherungsverfahren und -system, 01.11.2015, erteilt
Status: DE102017121037.7 "Verfahren zur Tragfähigkeitsverbesserung von im Baugrund gesetzten Profilen sowie Profil dafür", 12.09.2017, aufgegeben
Status: Erfindung vom 12.12.2017, freigegeben
Status: Deutsches Patent DE102021113483.8 "Geotechnisches Verfahren sowie geotechnische Anordnung" anhängig (Stand 25.05.2021); EP 4098802 (EP22174546.6) erteilt am 17.07.2023
Status: DE102022118913.9 "Anordnung und Verfahren zur geothermischen Nutzung an einer vorgesetzten Uferbefestigung", 28.07.2022, anhängig
Status: EP22194596.7 "Verfahren zum Einbringen eines Profils in den Untergrund sowie Vibrationsanordnung dafür". 08.09.2022, anhängig