EP0825329A2 - Bohrgerät mit einer Vorschubsteuereinheit - Google Patents

Bohrgerät mit einer Vorschubsteuereinheit Download PDF

Info

Publication number
EP0825329A2
EP0825329A2 EP97113626A EP97113626A EP0825329A2 EP 0825329 A2 EP0825329 A2 EP 0825329A2 EP 97113626 A EP97113626 A EP 97113626A EP 97113626 A EP97113626 A EP 97113626A EP 0825329 A2 EP0825329 A2 EP 0825329A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
feed
drilling device
speed
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97113626A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0825329A3 (de
Inventor
Hinrich Kattentidt
Achim Kehrberger
Winfried Scheid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
Original Assignee
Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co filed Critical Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
Publication of EP0825329A2 publication Critical patent/EP0825329A2/de
Publication of EP0825329A3 publication Critical patent/EP0825329A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • E21B44/02—Automatic control of the tool feed
    • E21B44/06—Automatic control of the tool feed in response to the flow or pressure of the motive fluid of the drive
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B2200/00—Special features related to earth drilling for obtaining oil, gas or water
    • E21B2200/22—Fuzzy logic, artificial intelligence, neural networks or the like

Definitions

  • the invention relates to a drill according to the preamble of claim 1.
  • a drill which for producing boreholes in very different ways Soil is used.
  • This drill is the Drive motor assigned a load, the output with a control input of a volume limiter or a current limiter and / or a pressure limiter or a voltage limiter connected in a supply line for the feed motor inserted is.
  • the present invention is therefore intended to be a drilling rig further developed according to the preamble of claim 1 be that an automatic adjustment of the tool feed force and the tool speed or the tool torque to those found in the ground Ratios are such that the feed rate of the tool is maximized.
  • An inventive drilling device ensures that the total service available is implemented in this way is that a maximum feed rate of the tool is achieved.
  • About the different Encoder is a reliable detection of the current Soil hardness possible.
  • the training is according to claim 3 particularly advantageous, in which the evaluation and Control unit based on the saved parameters and a characteristic curve of the respective soil hardness. This enables drilling at maximum feed speed even with those not yet found, in addition to stored hardness values quickly lie hardness values brought about.
  • the training according to claim 4 makes it possible for different tools (e.g. twist drills with different Tips, displacement drill, drill pipe string, etc.) and / or different operating modes (drilling, Pulling, screwing, etc.) to save the corresponding characteristic curves, which specify the parameters for which a hardness of the ground maximized in terms of speed Penetration or pulling out is achieved.
  • different tools e.g. twist drills with different Tips, displacement drill, drill pipe string, etc.
  • operating modes e.g. twist drills with different Tips, displacement drill, drill pipe string, etc.
  • the training according to claim 5 allows the Advantages of a tax characteristic based on the principle use the fuzzy logic. This will make for a rapid advance of the tool necessary parameters determined particularly quickly.
  • the training according to claim 6 enables a Pull the tool out of the surface quickly.
  • specified load sensors can be the load of the Drive motor and the tool feed force in particular determine easily and safely.
  • a drilling device In a drilling device according to claim 9 is an off and retractable support leg available, which when pulling out of the tool or e.g. a drill pipe from the borehole to increase the stability of the leader automatically is extended.
  • the development according to claim 14 is particularly advantageous there for switching the gear ratio no reduction in torque is necessary and continuous operation of the drill is possible is.
  • the development according to claim 15 enables a bumpless Shifting the transmission and thereby reduced the load on the tool and parts connected to it.
  • FIG. 1 is a support cross member 10 of a leader 11th shown, to which a load cell 12 is attached is.
  • a load cell 12 On the load cell 12 is a feed hydraulic cylinder 14 attached, the piston rod 16 via a Linear bearing, in which a displacement sensor 18 is integrated, is connected to a torque sensor 20.
  • a torque sensor 20 About the torque sensor 20 is a hydraulic motor 22 in the direction of rotation supported, which via a connecting shaft 23, the cooperates with a speed sensor 24, and over a Manual transmission 26, which with a transmission switching device 28 is provided, a drill 36 with a helix 34 drives.
  • the hydraulic motor 22 is operated by a drive control unit 38 ago supplied with pressure medium, which is a servo control valve 44 and a servo quantity control valve 46 with one Measuring throttle 45 includes, at the input and output of each a control pressure for the quantity control valve 46 is removed becomes.
  • the drive control unit 38 is on the input side a pressure line 58 and a return 60 connected.
  • the feed hydraulic cylinder 14 is with a feed control unit 42 connected, which is a servo control valve 52, a servo quantity control valve 54 with a measuring throttle 55, a control pressure at the inlet and outlet is removed for the servo quantity control valve 54, and a servo pressure control valve 56 with a downstream actual value decrease includes.
  • the feed control unit 42 is on the input side also with the pressure line 58 and the Return 60 connected.
  • the support hydraulic cylinders 30 are operated by a support control unit 40 supplied with pressure medium, which a Servo control valve 48 and a servo pressure control valve 50 with a downstream actual value decrease and on the input side also with the pressure line 58 and the Return 60 is connected.
  • a pressure control valve 67 is attached in the pressure line 58, its relief opening with the return 60 connected is.
  • the pressure in the pressure line 58 is one of one Diesel engine 66 of a carrier vehicle, not shown driven hydraulic pump 64, which consists of a Sump 62 sucks, in which the return 60 opens.
  • FIG. 1 is also an electronic evaluation and Control unit 70, which one hand the hydraulic control units 38, 40 and 42 and the Gearbox switching device 28 controls and on the other hand those of the load cell 12, the displacement sensor 18, the torque sensor 20 and the speed sensor 24 detected values records.
  • the electronic evaluation and control unit 70 contains a computer 71 (see FIG. 4), which among other things. the feed rate from the output signal of the displacement sensor 18 V of the drill 36 determined.
  • the evaluation and control unit 70 Interpolator 77 and a differentiator 79 (see FIG. 4).
  • the components are connected as follows: the load cell 12 with an input 88; the encoder 18 with an entrance 92; the torque sensor 20 with a Entrance 90; the speed sensor 24 with an input 94; the Transmission switching device 28 with an output 86; the Servo control valve 44 for the hydraulic motor 22 with one Exit 72; the servo flow control valve 46 for the Hydraulic motor 22 with an output 74; the servo control valve 48 for the support hydraulic cylinder 30 with an output 76; the servo pressure control valve 50 for the support hydraulic cylinder 30 with an outlet 78; the servo control valve 52 for the feed hydraulic cylinder 14 with an output 80; the servo flow control valve 54 for the feed hydraulic cylinder 14 with an outlet 82; the servo pressure control valve 56 for the feed hydraulic cylinder 14 with an outlet 84.
  • the device works as follows (see also figures 2, 3 and 4):
  • the drill is in Rotation offset by the evaluation and control unit 70 via the output 72, the servo control valve 44 in one Switch position in which the drill seen from above in Clockwise rotates.
  • the Output 74 of the evaluation and control unit 70, the servo quantity control valve 46 and via the exit 86 and the Transmission switching device 28 the manual transmission so controlled that an average speed U and sets an average torque M.
  • the servo control valve 52 becomes such via the output 80 controlled that the upper chamber of the feed hydraulic cylinder 14 is under pressure and thereby the piston 16 with the drilling unit attached to it with a medium one Feed force F and an average feed speed V is pressed down.
  • the force F with which the feed hydraulic cylinder 14 the drill 36 pushes into the ground, is via the exit 84 and that Servo pressure control valve 56 set. It is from the Load cell 12 detected and via the input 88 to the Evaluation and control unit 70 passed on.
  • the feed rate V is via the volume control valve 54 limited and by the encoder 18, the input 92 and determines the computing circuit in the evaluation and control unit.
  • the evaluation and control unit 70 now controls the servo quantity control valve 46 and possibly the transmission switching device 28 via the output 74 in such a way that the drill speed U increases, for example, first and then decreases. In the same way, it controls the servo pressure control valve 54 via the output 84 in such a way that the drill feed force F decreases or increases, for example. This can be done simultaneously with and / or after changing the drill speed.
  • the respective drill feed speed V is determined for each drill speed / drill feed force combination U / F or alternatively for each drill torque / drill feed force combination M / F via the travel sensor 18 and the computer 71.
  • the respective combinations V, U, F and V, M, F are stored in a short-term memory 73 (see FIG. 4).
  • KF KF (V, U, F) respectively.
  • KF KF (V, M, F) developed (see Figure 2). With the aid of this characteristic surface, those value pairs U, F or M, F for which V is maximum can be determined by means of maximum value formation in the differentiator 79.
  • the feed rate V max obtained after maximization is a measure of the hardness H of the soil with constant total output (ie drill output + feed output).
  • the evaluation and control unit 70 can store different characteristic curves KL 1 to KL n (see FIG. 4) for different tools or different operating modes 1 to n.
  • the evaluation and control unit 70 recognizes due to the drill speed U and the drill feed speed V - taking into account the slope the helix 34 - screwing the drill 36, i.e. a Penetrating the ground without transporting an excavation. In this case, if necessary, the drill feed speed V via output 82 and the servo flow control valve 54 can be limited so that a screw no longer occurred.
  • the drill 36 another tool, e.g. a drill pipe or can attach a post that is from the drill in the same way as described above for a drill Soil introduced or pulled out of this can.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Ein Bohrgerät umfaßt einen ein Werkzeug (36) in Drehung versetzenden Antriebsmotor (22) und einen das Werkzeug axial verschiebenden Vorschubmotor (14). Lastgeber (12, 18, 20, 24) erfassen neben der Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit (V) mindestens zwei der drei Parameter Werkzeug-Vorschubkraft (F), Werkzeug-Drehmoment (M) und Werkzeug-Drehzahl (U). Eine Auswerte- und Steuereinheit (70) wertet die oben genannten Parameter aus und steuert den Antriebsmotor (22) und den Vorschubmotor (14) über Steuereinheiten (38, 42) so an, daß die Werkzeug-Vorschubkraft (F) und die Werkzeug-Drehzahl (U) bzw. das Werkzeug-Drehmoment (M) Werte annehmen, bei denen die Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit (V) für eine bestimmte Bodenhärte (H) maximal ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE 94 02 360 U1 ist ein Bohrgerät bekannt, welches zum Erzeugen von Bohrlöchern in sehr stark unterschiedlichem Erdreich verwendet wird. Bei diesem Bohrgerät ist dem Antriebsmotor ein Lastgeber zugeordnet, dessen Ausgang mit einem Steuereingang eines Mengenbegrenzers bzw. eines Strombegrenzers und/oder eines Druckbegrenzers bzw. eines Spannungsbegrenzers verbunden ist, der in eine Versorgungsleitung für den Vorschubmotor eingefügt ist. Indem bei konstanter Werkzeug-Drehzahl eine automatische Reduzierung der Werkzeug-Vorschubkraft bei einem Anstieg des Werkzeug-Drehmoments erfolgt, wird eine Überlastung des Antriebsmotors vermieden.
Es wurde nun erkannt, daß ein schnellstmögliches Vordringen des Werkzeugs in unterschiedliche Arten von Erdreich dann erhalten wird, wenn die Werkzeug-Vorschubkraft und die Werkzeug-Drehzahl jeweils auf die Bodenverhältnisse, d.h. auf die Bodenhärte abgestimmt werden.
Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Bohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß eine automatische Anpassung der Werkzeug-Vorschubkraft und der Werkzeug-Drehzahl bzw. des Werkzeug-Drehmoments an die jeweils im Erdreich angetroffenen Verhältnisse so erfolgt, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs maximiert wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Bohrgerät mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Durch ein erfindungsgemäßes Bohrgerät wird sichergestellt, daß die zur Verfügung stehende Gesamtleistung so umgesetzt wird, daß eine jeweils maximale Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs erzielt wird. Über die verschiedenen Geber ist eine zuverlässige Erfassung der aktuellen Bodenhärte möglich. Durch das Variieren von Werkzeug-Drehzahl bzw. Werkzeug-Drehmoment und Werkzeug-Vorschubkraft bei einer bestimmten Bodenhärte können jene Werte für die Werkzeug-Drehzahl und die Werkzeug-Vorschubkraft eingestellt werden, bei denen die jeweils optimale Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit erzielt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 bietet die Möglichkeit, die bei Bohrversuchen und früheren Arbeiten zur Erzielung maximaler Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit verwendeten Werte für Werkzeug-Vorschubkraft und Werkzeug-Drehzahl bzw. Werkzeug-Drehmoment in Kombination mit der Bodenhärte abzuspeichern und für das schnelle Erreichen einer maximalen Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit bei künftigen Bohrungen einzusetzen.
In diesem Zusammenhang ist die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 besonders vorteilhaft, bei welcher die Auswerte- und Steuereinheit auf der Basis der gespeicherten Parameter und der jeweiligen Bodenhärte eine Kennlinie ermittelt. Hierdurch ist ein Bohren mit maximaler Vorschubgeschwindigkeit auch bei bisher noch nicht aufgefundenen, neben abgespeicherten Härtewerten liegenden Bodenhärten rasch herbeiführbar.
Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht es, für unterschiedliche Werkzeuge (z.B. Wendelbohrer mit unterschiedlichen Spitzen, Verdrängerbohrer, Bohrrohrstrang, etc.) und/oder unterschiedliche Betriebsarten (Bohren, Ziehen, Schrauben, etc.) entsprechende Kennlinien abzuspeichern, welche die Parameter angeben, bei denen bei einer Bodenhärte ein bezüglich der Geschwindigkeit maximiertes Vordringen bzw. Herausziehen erzielt wird.
Die Weiterbildung nach Anspruch 5 gestattet es, die Vorteile einer Steuercharakteristik nach dem Prinzip der Fuzzy-Logic einzusetzen. Hierdurch werden die für ein rasches Vordringen des Werkzeugs notwendigen Parameter besonders schnell ermittelt.
Die Weiterbildung nach Anspruch 6 ermöglicht es, ein Werkzeug auch schnell wieder aus dem Untergrund herauszuziehen.
Durch die in den Weiterbildungen nach den Ansprüchen 7 und 8 angegebenen Lastgeber lassen sich die Last des Antriebsmotors und die Werkzeug-Vorschubkraft besonders einfach und sicher ermitteln.
Bei einem Bohrgerät nach Anspruch 9 ist ein aus- und einfahrbares Stützbein vorhanden, welches beim Herausziehen des Werkzeugs oder z.B. eines Bohrrohres aus dem Bohrloch zur Erhöhung der Standsicherheit des Mäklers automatisch ausgefahren wird.
Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 10, 11 und 12 betreffen ein Bohrgerät, welches hydraulische Motoren und Pumpen umfaßt. Hierdurch ist ein besonders betriebssicherer Aufbau gewährleistet.
Die Weiterbildung nach Anspruch 13 ermöglicht es, einen besonders weiten Drehzahlbereich abzudecken. Hierdurch kann man optimale Bohrleistungen auch an stark unterschiedlichen Untergründen herbeiführen.
Die Weiterbildung nach Anspruch 14 ist besonders vorteilhaft, da hier zum Schalten des Übersetzungsverhältnisses keine Absenkung des Drehmomentes notwendig ist und so ein kontinuierlicher Betrieb des Bohrgerätes möglich ist.
Die Weiterbildung nach Anspruch 15 ermöglicht ein stoßfreies Schalten des Getriebes und verringert hierdurch die Belastung des Werkzeuges und mit ihm verbundener Teile.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1:
eine schematische Darstellung der wichtigsten mechanischen und hydraulischen Bauelemente eines Bohrgerätes;
Figur 2:
ein beispielhaftes Kennfeld, durch welches die drei Parameter Werkzeug-Drehzahl, Werkzeug-Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit verknüpft werden;
Figur 3:
eine beispielhafte Kennlinie, durch welche die drei Parameter Werkzeug-Drehzahl, Werkzeug-Vorschubkraft und Bodenhärte jeweils bei maximaler Vorschubgeschwindigkeit verknüpft werden;
Figur 4:
eine schematische Darstellung einer Auswerte- und Steuereinheit.
In Figur 1 ist eine Stütztraverse 10 eines Mäklers 11 dargestellt, an welcher eine Kraftmeßdose 12 befestigt ist. An der Kraftmeßdose 12 ist ein Vorschub-Hydraulikzylinder 14 angebracht, dessen Kolbenstange 16 über ein Linearlager, in welches ein Weggeber 18 integriert ist, mit einem Drehmomentgeber 20 verbunden ist. Über den Drehmomentgeber 20 ist ein Hydromotor 22 in Drehrichtung abgestützt, welcher über eine Verbindungswelle 23, die mit einem Drehzahlgeber 24 zusammenarbeitet, und über ein Schaltgetriebe 26, welches mit einer Getriebe-Schaltvorrichtung 28 versehen ist, einen Bohrer 36 mit einer Wendel 34 antreibt.
Am Mäkler 11 sind zwei hydraulische Stützzylinder 30 angebracht, die jeweils ein Stützbein 32 aufweisen.
Der Hydromotor 22 wird von einer Antriebs-Steuereinheit 38 her mit Druckmittel versorgt, welche ein Servo-Steuerventil 44 und ein Servo-Mengensteuerventil 46 mit einer Meßdrossel 45 umfaßt, an deren Ein- und Ausgang jeweils ein Steuerdruck für das Mengensteuerventil 46 abgenommen wird. Die Antriebs-Steuereinheit 38 ist eingangsseitig mit einer Druckleitung 58 und einem Rücklauf 60 verbunden.
Der Vorschub-Hydraulikzylinder 14 ist mit einer Vorschubsteuereinheit 42 verbunden, welche ein Servo-Steuerventil 52, ein Servo-Mengensteuerventil 54 mit einer Meßdrossel 55, an deren Ein- und Ausgang jeweils ein Steuerdruck für das Servo-Mengensteuerventil 54 abgenommen wird, und ein Servo-Druckregelventil 56 mit stromabwärtiger Istwertabnahme umfaßt. Die Vorschub-Steuereinheit 42 ist eingangsseitig ebenfalls mit der Druckleitung 58 und dem Rücklauf 60 verbunden.
Die Stütz-Hydraulikzylinder 30 werden von einer Stützensteuereinheit 40 mit Druckmittel versorgt, welche ein Servo-Steuerventil 48 und ein Servo-Druckregelventil 50 mit einer stromabwärtigen Istwertabnahme umfaßt und eingangsseitig ebenfalls mit der Druckleitung 58 und dem Rücklauf 60 verbunden ist.
In der Druckleitung 58 ist ein Druckregelventil 67 angebracht, dessen Entlastungsöffnung mit dem Rücklauf 60 verbunden ist.
Der Druck in der Druckleitung 58 wird von einer von einem Dieselmotor 66 eines nicht dargestellten Trägerfahrzeugs angetriebenen Hydropumpe 64 erzeugt, welche aus einem Sumpf 62 ansaugt, in welchen der Rücklauf 60 mündet.
In Figur 1 ist außerdem eine elektronische Auswerte- und Steuereinheit 70 dargestellt, welche einerseits die hydraulischen Steuereinheiten 38, 40 und 42 sowie die Getriebe-Schaltvorrichtung 28 ansteuert und andererseits die von der Kraftmeßdose 12, dem Weggeber 18, dem Drehmomentgeber 20 und dem Drehzahlgeber 24 erfaßten Werte aufnimmt. In der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit 70 ist ein Rechner 71 (vgl. Figur 4) enthalten, der u.a. aus dem Ausgangssignal des Weggebers 18 die Vorschubgeschwindigkeit V des Bohrers 36 bestimmt. Schließlich umfaßt die Auswerte- und Steuereinheit 70 noch einen Interpolator 77 und einen Differenzierer 79 (vgl. Figur 4).
Im einzelnen sind die Komponenten wie folgt verbunden: die Kraftmeßdose 12 mit einem Eingang 88; der Weggeber 18 mit einem Eingang 92; der Drehmomentgeber 20 mit einem Eingang 90; der Drehzahlgeber 24 mit einem Eingang 94; die Getriebe-Schaltvorrichtung 28 mit einem Ausgang 86; das Servo-Steuerventil 44 für den Hydromotor 22 mit einem Ausgang 72; das Servo-Mengensteuerventil 46 für den Hydromotor 22 mit einem Ausgang 74; das Servo-Steuerventil 48 für den Stütz-Hydraulikzylinder 30 mit einem Ausgang 76; das Servo-Druckregelventil 50 für den Stütz-Hydraulikzylinder 30 mit einem Ausgang 78; das Servo-Steuerventil 52 für den Vorschub-Hydraulikzylinder 14 mit einem Ausgang 80; das Servo-Mengenregelventil 54 für den Vorschub-Hydraulikzylinder 14 mit einem Ausgang 82; das Servo-Druckregelventil 56 für den Vorschub-Hydraulikzylinder 14 mit einem Ausgang 84.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen (vgl. auch Figuren 2, 3 und 4):
Zu Beginn einer allerersten Bohrung wird der Bohrer in Drehung versetzt, indem die Auswerte- und Steuereinheit 70 über den Ausgang 72 das Servo-Steuerventil 44 in eine Stellung schaltet, in der der Bohrer von oben gesehen in Uhrzeigerrichtung dreht. Gleichzeitig wird über den Ausgang 74 der Auswerte- und Steuereinheit 70 das Servo-Mengensteuerventil 46 und über den Ausgang 86 und die Getriebe-Schaltvorrichtung 28 das Schaltgetriebe so angesteuert, daß sich am Bohrer 36 eine mittlere Drehzahl U und ein mittleres Drehmoment M einstellt. Die Drehzahl am Ausgang des Hydromotors 22 wird vom Drehzahlgeber 24 erfaßt und über den Eingang 94 an die Auswerte- und Steuereinheit 70 weitergeleitet.
Über den Ausgang 80 wird das Servo-Steuerventil 52 derart angesteuert, daß die obere Kammer des Vorschub-Hydraulikzylinders 14 unter Druck steht und hierdurch der Kolben 16 mit der daran befestigten Bohreinheit mit einer mittleren Vorschubkraft F und einer mittleren Vorschubgeschwindigkeit V nach unten gedrückt wird. Die Kraft F, mit welcher der Vorschub-Hydraulikzylinder 14 den Bohrer 36 in den Boden drückt, wird über den Ausgang 84 und das Servo-Druckregelventil 56 eingestellt. Sie wird von der Kraftmeßdose 12 erfaßt und über den Eingang 88 an die Auswerte- und Steuereinheit 70 weitergegeben. Die Vorschubgeschwindigkeit V wird über das Mengensteuerventil 54 begrenzt und vom Weggeber 18, den Eingang 92 und den Rechenkreis in der Auswerte- und Steuereinheit bestimmt.
Die Auswerte- und Steuereinheit 70 steuert nun über den Ausgang 74 das Servo-Mengensteuerventil 46 und gegebenenfalls die Getriebe-Schaltvorrichtung 28 so an, daß sich die Bohrer-Drehzahl U z.B. zuerst erhöht und dann verringert. In gleicher Weise steuert sie über den Ausgang 84 das Servo-Druckregelventil 54 so an, daß sich die Bohrer-Vorschubkraft F z.B. verringert oder erhöht. Dies kann gleichzeitig mit und/oder nach der Änderung der Bohrer-Drehzahl geschehen. Über den Weggeber 18 und den Rechner 71 wird für jede Bohrer-Drehzahl-/Bohrer-Vorschubkraft-Kombination U/F oder alternativ für jede Bohrer-Drehmoment-/ Bohrer-Vorschubkraft-Kombination M/F die jeweilige Bohrer-Vorschubgeschwindigkeit V bestimmt. Die jeweiligen Kombinationen V,U,F bzw. V,M,F werden in einem Kurzzeitspeicher 73 (vgl. Figur 4) abgelegt. Im Interpolator 77 wird auf der Basis dieser Wertetripel für eine Bodenhärte eine Kennfläche KF=KF(V,U,F) bzw. KF= KF(V,M, F) entwickelt (vgl. Figur 2). Mit Hilfe dieser Kennfläche lassen sich mittels Maximalwertbildung im Differenzierer 79 jene Wertepaare U, F bzw. M, F ermitteln, bei denen V maximal ist.
Die nach Maximierung erhaltene Vorschubgeschwindigkeit Vmax ist bei konstanter Gesamtleistung (d.h. Bohrerleistung + Vorschubleistung) ein Maß für die Härte H des Bodens.
Wenn die Auswerte- und Steuereinheit 70 eine selbstlernende Einheit oder eine Fuzzy-Logic-Einheit mit einem Langzeitspeicher 75 (vgl. Figur 4) ist, kann sie in diesem die Parameterkombinationen H,U,F bzw. H,M,F, bei denen die Vorschubgeschwindigkeit V maximal ist, ablegen. Mit der Zeit kann sie für die maximale Vorschubgeschwindigkeit Vmax mit Hilfe des Interpolators 77 auf der Basis der gespeicherten Wertetripel H,U,F bzw. H, M,F eine Kennlinie KL=KL(H,U,F) bzw. KL=KL(H,M, F) (vgl. Figur 3) entwickeln und abspeichern. Hierdurch kann sie bei wiederkehrenden Bodenhärten H die Parameter sofort so einstellen, daß die maximale Bohrer-Vorschubgeschwindigkeit Vmax erzielt wird. Für unterschiedliche Werkzeuge bzw. unterschiedliche Betriebsarten 1 bis n kann die Auswerte- und Steuereinheit 70 unterschiedliche Kennlinien KL1 bis KLn (vgl. Figur 4) abspeichern.
Im übrigen erkennt die Auswerte- und Steuereinheit 70 aufgrund der Bohrer-Drehzahl U und der Bohrer-Vorschubgeschwindigkeit V - unter Berücksichtigung der Steigung der Wendel 34 - ein Schrauben des Bohrers 36, d.h. ein Eindringen in den Boden ohne Transport eines Aushubs. In diesem Fall kann, wenn erforderlich, die Bohrer-Vorschubgeschwindigkeit V über den Ausgang 82 und das Servo-Mengenregelventil 54 so begrenzt werden, daß ein Schrauben nicht mehr erfolgt.
Zum Herausziehen des Bohrers aus dem Boden schaltet die elektronische Auswerte- und Steuereinheit 70 über den Ausgang 80 das Servo-Steuerventil 52 so, daß die untere der beiden Kammern des Vorschub-Hydraulikzylinders 14 unter Druck steht. Überschreitet die Zugkraft, welche von der Kraftmeßdose 12 gemessen wird, einen in der Auswerte- und Steuereinheit 70 voreingestellten Wert, schaltet diese über den Ausgang 76 das Servo-Steuerventil 48 in eine Stellung, in welcher die oberen Kammern der Stützzylinder 30 unter Druck stehen und die Stützbeine 32 somit ausfahren. Die Stützkraft der Stützzylinder 30 kann hierbei über den Ausgang 78 und das Servo-Druckregelventil 50 eingestellt werden. Somit wird auch bei hohen Zugkräften ein Kippen des Mäklers 11 verhindert.
Es versteht sich, daß man am Schaltgetriebe 26 anstelle des Bohrers 36 ein anderes Werkzeug, z.B. ein Bohrrohr oder einen Pfahl befestigen kann, welches von dem Bohrgerät analog wie oben für einen Bohrer beschrieben in das Erdreich eingebracht bzw. aus diesem herausgezogen werden kann.

Claims (15)

  1. Bohrgerät mit einem ein Werkzeug (36), z.B. einen Bohrer in Drehung versetzenden Antriebsmotor (22), mit einem das Werkzeug (36) axial verschiebenden Vorschubmotor (14) und mit einer den Antriebsmotor (22) und den Vorschubmotor (14) speisenden Versorgungseinheit (64, 66), wobei dem Antriebsmotor ein Lastgeber (20) zugeordnet ist, der mit einer Vorschub-Steuerungseinheit (42) für den Vorschubmotor (14) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    a) zwischen Versorgungseinheit (64, 66) und Antriebsmotor (22) ein Stromregler (46) angeordnet ist, durch den die Drehzahl des Antriebsmotors (22) beeinflußbar ist,
    b) zusätzlich zum Lastgeber (20) weitere Geber (12, 18, 24) angeordnet sind, durch welche neben der Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit (V) mindestens zwei Größen aus der nachstehenden Gruppe bestimmt werden: Werkzeug-Vorschubkraft (F), Werkzeug-Drehmoment (M) und Werkzeug-Drehzahl (U),
    c) eine Auswerte- und Steuereinheit (70) mit den Ausgangssignalen der Geber (12, 18, 20, 24) beaufschlagt ist und die Vorschub-Steuereinheit (42) und den Stromregler (46) so ansteuert, daß
    ca) die Summe der Produkte aus Werkzeug-Drehzahl (U) und Werkzeug-Drehmoment (M), also der Werkzeugleistung, und aus Vorschubgeschwindigkeit (V) und Vorschubkraft (F), also der Vorschubleistung, im wesentlichen der maximalen Gesamt-Ausgangsleistung der Versorgungseinheit (64, 66) entspricht,
    cb) die Werkzeug-Drehzahl (U) bzw. das Werkzeugdrehmoment (M) und die Werkzeug-Vorschubkraft (F) bei jeder Bodenhärte (H) so aufeinander abgestimmt werden, daß die Vorschubgeschwindigkeit (V) maximiert wird.
  2. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
       daß die Auswerte- und Steuereinheit (70) so ausgebildet ist, daß sie für die jeweilige Bodenhärte (H) bzw. die maximale Vorschubgeschwindigkeit (V) neben der Vorschubkraft (F) mindestens einen der nach Maximierung der Vorschubgeschwindigkeit (V) erhaltenen Parameter Werkzeugdrehmoment (M) und Werkzeug-Drehzahl (U) in einem Langzeitspeicher (75) speichert.
  3. Bohrgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
       daß die Auswerte- und Steuereinheit (70) auf der Basis der für unterschiedliche Bodenhärten (H) gespeicherten Parameter (F, M, U) und der Bodenhärten (H) eine Kennlinie KL=KL(H,U,F) und/oder KL=KL(H,M,F) bildet und in dem Langzeitspeicher (75) ablegt.
  4. Bohrgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
       für mehrere Werkzeuge und/oder für mehrere Betriebsarten 1 bis n jeweils eine Kennlinie (KL1) bis (KLn) gebildet und in dem Langzeitspeicher (75) abgelegt wird.
  5. Bohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Steuereinheit nach dem Prinzip der Fuzzy-Logic arbeitet.
  6. Bohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubmotor (14) das Werkzeug (36) auch zurückziehen kann.
  7. Bohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß der Lastgeber (20) einen Drehmomentgeber umfaßt.
  8. Bohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubkraft-Geber (12) eine Kraftmeßdose umfaßt.
  9. Bohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein aus- und einfahrbares Stützbein (32) aufweist, welches von einem Stützmotor (30) betätigt wird, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (70) ein Ausfahren des Stützbeins (32) bewirkt, wenn der Vorschubkraft-Geber (12) eine am Vorschubmotor (14) erzeugte Zugkraft feststellt, welche einen vorgegebenen Wert überschreitet.
  10. Bohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Motoren (14, 22, 30) ein hydraulischer Motor ist.
  11. Bohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinheit eine leistungsgeregelte Hydropumpe (64) umfaßt, welche von einem Motor (66) angetrieben wird.
  12. Bohrgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
       daß die Hydropumpe (64) eine Schrägscheiben-Kolbenpumpe ist.
  13. Bohrgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Antriebsmotor (22) und Werkzeug (36) ein von der Auswerte- und Steuereinheit (70) ansteuerbares Schaltgetriebe (26) angeordnet ist.
  14. Bohrgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
       daß das Schaltgetriebe (26) ein unter Last schaltbares Getriebe ist.
  15. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch
       gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe (26) ein stufenlos schaltbares Getriebe ist.
EP97113626A 1996-08-12 1997-08-07 Bohrgerät mit einer Vorschubsteuereinheit Withdrawn EP0825329A3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19632401A DE19632401A1 (de) 1996-08-12 1996-08-12 Bohrgerät
DE19632401 1996-08-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0825329A2 true EP0825329A2 (de) 1998-02-25
EP0825329A3 EP0825329A3 (de) 2002-10-09

Family

ID=7802377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP97113626A Withdrawn EP0825329A3 (de) 1996-08-12 1997-08-07 Bohrgerät mit einer Vorschubsteuereinheit

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6029754A (de)
EP (1) EP0825329A3 (de)
DE (1) DE19632401A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000017487A1 (de) * 1998-09-23 2000-03-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Steuerung für ein horizontalbohrgerät
RU2173384C2 (ru) * 1996-11-27 2001-09-10 Сандвик Тамрок Ой Способ и устройство для управления подачей при бурении горной породы
CN102996139A (zh) * 2012-11-30 2013-03-27 中煤科工集团重庆研究院 钻装机液压控制系统

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19807899A1 (de) * 1998-02-25 1999-09-09 Lonz Industrieautomation Gmbh Kernbohrmaschine mit einer Steuerung bzw. Regelung des Vorschubweges des Kernbohrers und Verfahren zum Kernbohren
DE19807898A1 (de) * 1998-02-25 1999-09-09 Lonz Industrieautomation Gmbh Kernbohrmaschine mit einer Steuerung bzw. Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des Kernbohrers und Verfahren zum Kernbohren
US6216800B1 (en) * 1998-11-24 2001-04-17 J. H. Fletcher & Co., Inc. In-situ drilling system with dust collection and overload control
US6637522B2 (en) 1998-11-24 2003-10-28 J. H. Fletcher & Co., Inc. Enhanced computer control of in-situ drilling system
DE19924200B4 (de) * 1999-05-27 2004-07-15 Wolfgang Schmidt E.K. Drehzahl-Vorschubregelung
DE19964397B4 (de) * 1999-05-27 2011-06-30 Wolfgang Schmidt e.K., 57368 Drehzahl-Vorschubregelung
DE10160864A1 (de) * 2001-12-12 2003-06-26 Hilti Ag Axial schlagendes Elektrohandwerkzeuggerät
JP3533650B2 (ja) * 2002-05-31 2004-05-31 ホーコス株式会社 穴開け加工制御方法
DE10304405B4 (de) 2003-02-01 2012-10-04 Hilti Aktiengesellschaft Verfahren zur Regelung einer Kernbohrmaschine
US7243440B2 (en) * 2004-10-06 2007-07-17 Black & Decker Inc. Gauge for use with power tools
DE602005018367D1 (de) * 2005-08-08 2010-01-28 Schlumberger Technology Bv Bohrsystem
DE102007021070B4 (de) 2007-05-04 2013-10-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Betrieb einer Werkzeugmaschine sowie Werkzeugmaschine
US8220564B2 (en) * 2007-08-27 2012-07-17 Vermeer Manufacturing Company Devices and methods for dynamic boring procedure reconfiguration
WO2010149827A1 (en) * 2009-06-26 2010-12-29 Sandvik Mining And Construction Oy Method for controlling rock drilling
CN102770247A (zh) * 2010-02-17 2012-11-07 加德纳制造有限责任公司 动力工具
JP5653843B2 (ja) * 2011-06-02 2015-01-14 株式会社マキタ 動力工具
DE102013205827A1 (de) * 2013-04-03 2014-10-09 Hilti Aktiengesellschaft Vorschubeinrichtung
EP3825067A1 (de) * 2019-11-21 2021-05-26 Hilti Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben einer werkzeugmaschine und werkzeugmaschine
CN112065359B (zh) * 2020-09-21 2023-05-16 北京三一智造科技有限公司 钻进控制方法和旋挖钻机
CN120007193B (zh) * 2025-01-22 2026-03-24 中国矿业大学 一种煤矿钻孔机器人用全自主钻进控制系统及控制方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3593807A (en) * 1969-12-11 1971-07-20 Frank J Klima Drilling apparatus
US4354233A (en) * 1972-05-03 1982-10-12 Zhukovsky Alexei A Rotary drill automatic control system
US4195699A (en) * 1978-06-29 1980-04-01 United States Steel Corporation Drilling optimization searching and control method
US4165789A (en) * 1978-06-29 1979-08-28 United States Steel Corporation Drilling optimization searching and control apparatus
US4793421A (en) * 1986-04-08 1988-12-27 Becor Western Inc. Programmed automatic drill control
FR2667110A1 (fr) * 1990-09-20 1992-03-27 Secoma Sa Dispositif de controle de l'effort de poussee pour glissiere de foration telescopique.
FI88744C (fi) * 1991-04-25 1993-06-28 Tamrock Oy Foerfarande och anordning foer reglering av bergborrning
US5449047A (en) * 1994-09-07 1995-09-12 Ingersoll-Rand Company Automatic control of drilling system
US5746278A (en) * 1996-03-13 1998-05-05 Vermeer Manufacturing Company Apparatus and method for controlling an underground boring machine
US5704436A (en) * 1996-03-25 1998-01-06 Dresser Industries, Inc. Method of regulating drilling conditions applied to a well bit

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2173384C2 (ru) * 1996-11-27 2001-09-10 Сандвик Тамрок Ой Способ и устройство для управления подачей при бурении горной породы
WO2000017487A1 (de) * 1998-09-23 2000-03-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Steuerung für ein horizontalbohrgerät
CN102996139A (zh) * 2012-11-30 2013-03-27 中煤科工集团重庆研究院 钻装机液压控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
US6029754A (en) 2000-02-29
EP0825329A3 (de) 2002-10-09
DE19632401A1 (de) 1998-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0825329A2 (de) Bohrgerät mit einer Vorschubsteuereinheit
EP0339202B1 (de) Antriebseinrichtung für Maschinen und Fahrzeuge
DE2021232B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Bohrfortschritts
EP0246589A1 (de) Vorgefertigter Betonpfahl sowie Verfahren und Vorrichtung zu seinem Einbringen ins Erdreich
DE3317091A1 (de) Drehmoment-regelsystem mit drehzahlbegrenzung und regelverfahren fuer einen hydrostatischen hilfsantrieb
EP0863293B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Vorschubantriebes einer Erdbohranlage
EP0558958A1 (de) Hydrostatischer Fahrantrieb
DE2340937C2 (de) Steuereinrichtung für ein aus einer Brennkraftmaschine und einem stufenlos einstellbaren, vorzugsweise hydrostatischen Getriebe bestehendes Antriebsaggregat
DE102007003080A1 (de) Unterirdische Bohrmaschine und Verfahren zum Steuern des unterirdischen Bohrens
DE3042837A1 (de) Steuer- und regeleinrichtung fuer die abtriebsdrehmomenteinstellung mit ueberlagerter grenzleistungsregelung bei einem hydrostatischen getriebe
DE3640082A1 (de) Elektrohydrostatischer aktuator
DE2426815B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der stufenlos verstellbaren Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit von Walzenschrämmaschinen des Untertagebergbaues
EP1356206B1 (de) Verfahren zum aufrechterhalten einer konstanten ausgangsgrösse einer förderpumpe, z.b. ihres fördervolumens, die von einer in ihrer drehzahl variablen antriebsvorrichtung angetrieben wird, sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens
DE4020111A1 (de) Steuervorrichtung zum lastabhaengigen zuschalten eines hydraulischen zuschaltmotors zu einem grundlastmotor
DE4405234C1 (de) Vorrichtung zur Summenleistungsregelung von wenigstens zwei hydrostatischen Verstellpumpen
DE1942667C3 (de) Verfahren zur Lastregelung von Schiffsmotoren und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
DE2732987A1 (de) Bohrgeraet mit steuerung des drehantriebs
DE3842405C2 (de)
DE2352622B2 (de) Hydraulisches Steuersystem für ein automatisches Getriebe
EP0300080A1 (de) Überlagerungsbohrvorrichtung
EP2514911A1 (de) Bohrgerät
DE68920861T2 (de) Regelungsverfahren für einen hydraulischen motor mit veränderlicher kapazität bei einem hydraulisch angetriebenen fahrzeug.
DE3539550A1 (de) Verfahren zum regeln des hydrostatischen antriebs der mischertrommel eines fahrmischers
DE3021673A1 (de) Einschubgeraet fuer spannstahl
DD297486A5 (de) Vorrichtung zum regeln des betriebs von hydromotoren

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;RO;SI

19U Interruption of proceedings before grant

Effective date: 19980701

19W Proceedings resumed before grant after interruption of proceedings

Effective date: 19981219

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Free format text: 7E 21B 44/00 A, 7E 21B 44/04 B

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;RO;SI

AKX Designation fees paid
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8566

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20030301