DE10044594A1

DE10044594A1 - Energie- und Datengeber für Tiefbaubohrung

Info

Publication number: DE10044594A1
Application number: DE10044594A
Authority: DE
Original assignee: Ed Zueblin AG
Current assignee: Ed Zueblin AG
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2002-04-04

Abstract

Der erfindungsgemäße Energie- und Datengeber besteht aus einer oberirdisch am oberen Ende des Bohrgestänges angebrachten Einheit, in der sich eine Spannungsquelle, ein Funkgerät und bevorzugt auch ein Zwischenspeicher für Daten befindet. Die Spannungsquelle (z. B. Akku, Batterien, Brennstoffzelle) liefert über elektrische Leitungen innerhalb der Einheit Energie an den Zwischenspeicher und das Funkgerät sowie durch im Bohrgestängemantel versenkte elektrische Leitungen an Meßvorrichtungen im Bohrkopf (z. B. Ultraschallköpfe, piezoelektrische Wandler, Neigungssensoren). Deren Meßdaten werden ebenfalls über versenkte Leitungen direkt an das Funkgerät oder an den Datenzwischenspeicher und von diesem dann unmittelbar oder päckchenweise an das Funkgerät weitergeleitet. Das Funkgerät besitzt eine geeignete Antenne, die in der Lage ist, die Daten per Funk zu einem Empfänger zu übertragen.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine robuste Vorrichtung zur Energieversorgung von elektrischen Vorrichtungen am Bohrkopf eines Bohrstranges beim Tiefbau und zur Übertragung der Meßdaten per Funk an ein Auswertegerät.

Beim Niederbringen einer Bohrung besteht z. B. das Problem, daß der Bohr kopf von seiner Sollrichtung abweicht, oder daß nicht bekannt ist, wie weit ein rotierender Düsenstrahl bei der Herstellung von Mörtelsäulen mittels Hoch druckinjektion in den Boden einschneidet. Ersteres läßt sich mittels Neigungs sensoren am Bohrkopf erfassen, letzteres z. B. durch Messung an vom Bohr kopf ausgesandten und wieder empfangenen Ultraschallwellen.

Um den genauen Verlauf der Bohrung oder die genaue Form einer Mörtel säule zu bestimmen, ist es optimal, wenn die Meßdaten zum Zeitpunkt der Messung mit den anderen Parametern (z. B. Bohrtiefe und Drehwinkel des Bohrgestänges) zusammengeführt, ausgewertet und dem Bedienungsperso nal dargeboten werden. Auf diese Weise können z. B. Abweichungen des Bohrgestänges beziehungsweise die erzielten Durchmesser bei der Herstel lung der Mörtelsäule erkannt und Fehlentwicklungen vermieden werden. Derzeit bereitet eine zeitgleiche Datenübertragung aus dem Bohrloch jedoch Probleme, ebenso wie eine zuverlässige Energieversorgung der Meßgeräte. Auf Grund des rauhen Baubetriebes sollten die Systeme zudem leicht zu warten sein.

Stand der Technik

Aus der DE 100 16 948 A1 ist es bekannt, direkt hinter dem Bohrkopf inner halb des Gestänges eine Spannungsquelle, einen Speicher, der die Meßwerte zeitabhängig erfaßt, und eine Infrarotsender zu installieren, der die Daten je weils erst nach dem Ziehen des Bohrgestänges oberirdisch mittels infraroter Wellen an einen Computer überträgt, welcher nachträglich dann die Meßwerte mit den ebenfalls zeitabhängig erfaßten anderen Parametern des Bohrstran ges (Tiefe, Drehwinkel) kombiniert und so im nachhinein die Lage des Bohrlo ches feststellt.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Datenübertragung und Energieversorgung der Meßgerät am Bohrkopf anzugeben, die es erlaubt, si multan schon während der Bohrung die Lage eines Bohrstranges oder die Form einer Mörtelsäule oder auch andere Meßdaten feststellen zu können.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung bedient sich hierzu einer am oberirdischen Teil des Bohrgestän ges befestigten mitrotierenden Einheit, zum Beispiel eines Kastens, Ringes oder Torus, der, ebenfalls mitrotierend, eine Spannungsquelle und ein Funk gerät enthält, sowie bevorzugt sicherheitshalber auch noch einen Datenzwi schenspeicher, der die Meßdaten zeitabhängig aufzeichnet. Von der Span nungsquelle aus verlaufen elektrische Leitungen als Energieversorgung nicht nur zum Funkgerät beziehungsweise dem Datenzwischenspeicher, sondern auch innerhalb der Bohrgestängewandung (z. B. in einer kunstharzverdeckten Nut) oder (durch einen Schutzmantel geschützt) innerhalb des Bohrgestänges nach unten zum Meßgerät oder auch mehreren Meßgeräten. Ausgehend vom Meßgerät verlaufen ebenso datenübertragende Leitungen nach oben zum Funkgerät, beziehungsweise zum Datenzwischenspeicher und von diesem dann zum Funkgerät.

Da Bohrungen im Tiefbau meist mit einer Gestängeeinheit, die an einem Mäkler geführt wird, durchgeführt werden können, kann eine Bohrstrangeinheit verwendet werden, so daß empfindliche Kabelverbindungen im Bohrstrang entfallen. Solche Verbindungen würden bei den groben Betriebsbedingungen zu Übertragungsschwierigkeiten führen.

Praktisch zeitgleich mit der Messung werden vom Funkgerät die aufgenom menen Daten an eine Empfangsantenne mit Verbindung zu einem Computer übertragen, der sich z. B. in der Bedienungskabine des Bohrgerätes oder im Baubüro, aber auch je nach Sendestärke weiter weg befinden kann. Dieser Computer erhält auch gleichzeitig andernorts gemessene Parameter wie zum Beispiel Bohrtiefe und Drehwinkel des Bohrgestänges und verknüpft alle diese Daten miteinander, so daß das Bedienungspersonal zu jedem Zeitpunkt zum Beispiel über die Lage des Bohrstranges, die Vertikalabweichung oder auch die Form einer Mörtelsäule oder andere wesentliche Meßwerte im Bilde ist.

Um Schwierigkeiten bei der kontinuierlichen Datenübertragung zu verhindern (z. B. Abschattungseffekte durch das Gestänge oder den Mäkler), wird entwe der eine Funkfrequenz zur Datenübertragung verwendet, deren Wellenlänge etwa gleich oder größer als der Durchmesser des Bohrgestänges ist (also we niger als etwa 5 Gigahertz), oder aber es wird eine das Bohrrohr umlaufende Antenne verwendet, die ein in etwa rotationssymmetrisches Strahlungsfeld er zeugt, so daß keine Abschattungen erfolgen, oder es wird wenigstens ein An tenne verwendet, die horizontale Abmessungen aufweist, die etwas größer als der Durchmesser des Bohrgestänges sind.

Alternativ ist es auch möglich, die Daten nicht kontinuierlich, sondern in Char gen an den Computer zu übertragen, z. B. pro Umdrehung des Gestänges ein Datenpaket, wenn die Sendeantenne des Funkgerätes der Empfangsantenne des Computers zugewandt ist. Das Bedienungspersonal erhält dann immer noch einen fast zeitgleichen Eindruck vom Bohrgeschehen.

Der optional, aber bevorzugt, das Funkgerät und die Stromquelle umgebende und schützende Kasten, der zu Reparatur und Wartung bevorzugt als Ganzes abgenommen werden kann oder wenigstens Zugangsklappen enthält, besteht bevorzugt aus Kunststoff oder einem anderen elektrisch nichtleitenden Materi al. um den Durchtritt der Funkwellen zu gewährleisten. Wird er aus Metall ge fertigt, so muß die Antenne außerhalb des Kastens liegen.

Die Figuren zeigen schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung am Bohr gestänge. Fig. 1 zeigt im Schnitt die Innereien des Kastens, Fig. 2 dessen relative Lage an einem Bohrgestänge.

Legende

1

Bohrgestängewandung

2

Kasten

3

Spannungsquelle

4

Datenzwischenspeicher

5

Funkgerät

6

Antenne des Funkgerätes

7

Energieversorgungskabel zum Funkgerät

8

Datenkabel vom Bohrkopf zum Funkgerät

9

Energieversorgungskabel zu den Meßgeräten am Bohrkopf

10

Schutz an der inneren Bohrgestängewandung, unter dem die Kabel zu und vom Bohrkopf verlaufen

11

Energieversorgungskabel zum Datenzwischenspeicher

12

Datenkabel vom Bohrkopf zum Datenzwischenspeicher

13

Datenkabel vom Datenzwischenspeicher zum Funkgerät

14

optionale Vertiefung in der Wand des Bohrgestänges zur Auf nahme der Kabel

15

Mäkler

16

Bohrgestängeantrieb

17

Kabine mit Computer

18

Mörtelsäule

19

Bohrkopf mit Hochdruckinjektionsstrahl und Ultraschallmeßge rät

20

Gelände

Claims

1. Vorrichtung für den Tiefbau zur Energieversorgung von elektrischen Vor richtungen am Bohrkopf eines Bohrgestänges und zur Übertragung von Meßdaten an ein Auswertegerät,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer am oberirdischen Teil des Bohrgestänges befestigten, mitrotierenden Einheit besteht, die in ihrem Inneren mindestens eine Spannungsquelle und ein Funkgerät enthält,
wobei von der Spannungsquelle zur Energieversorgung elektrische Leitun gen zum Funkgerät und längs des Bohrgestänges bis zu den Meßvorrich tungen am Bohrkopf verlaufen
und sich von diesen Meßvorrichtungen am Bohrkopf meßdatenübertragen de Leitungen zurück zur Einheit am oberen Teil des Bohrgestänges und zum Funkgerät erstrecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit in ihrem Inneren zusätzlich einen von der Spannungsquelle mit Energie versorgten Datenzwischenspeicher enthält, der die über eine Datenleitung von den Meßvorrichtungen am Bohrkopf angelieferten Meßdaten zwischenspeichert und paketweise an das Funkgerät überträgt.

3. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Funkgerät ein Antenne aufweist, die so groß ist, daß sie bei jedem Drehwinkel des Bohrgestänges an der Ab schattung durch das Bohrgestänge vorbei Daten an die Empfangsstation senden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne das Bohrgestänge umschließt.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne kleiner als der Durchmesser des Bohrgestänges ist, und das Funkgerät eine Sendefrequenz besitzt, deren Wellenlänge größer gleich etwa dem Durchmesser des Bohrgestänges ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche eins bis drei, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne kleiner als der Durchmesser des Bohrgestänges ist, und durch das Funkgerät eine paketweise Datenüber tragung erfolgt.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Äußere der Einheit die allgemeine Form eines die inneren Bestandteile schützenden Kastens hat, der aus einem elektrisch nichtleitenden, für die verwendeten Funkwellen durchlässigen Material besteht, und daß sich die Sendeantenne des Funkgerätes in des sen Innern befindet.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Äußere der Einheit die allgemeine Form eines die inneren Bestandteile schützenden Kastens hat, der aus einem elektrisch leitenden Material besteht, und daß sich die Sendeantenne des Funkgerätes außerhalb dieses Kastens befindet.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Spannungsquelle um einen Akku, eine Brennstoffzelle oder eine Batterie handelt.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Spannungsquelle um eine photovoltaische Anlage handelt, deren photovoltaische Zellen sich auf der Oberfläche der Einheit befinden.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen zwischen Einheit und Bohrkopf in eine Nut im Bohrgestänge eingelegt und durch z. B. Kunst harz dort eingebettet sind.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen zwischen Einheit und Bohrkopf in einem rohrförmigen Schutzmantel, der an der Innenwan dung des Bohrgestänges befestigt ist, untergebracht sind.