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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Verschleißes eines
mit Kräften
belasteten Gestänges
einer Erdarbeitsvorrichtung sowie eine zur Durchführung dieses
Verfahrens ausgebildete Erdarbeitsvorrichtung.
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Erdarbeitsvorrichtungen,
wie beispielsweise (Horizontal-)Bohrvorrichtungen sowie Vorrichtungen zum
Sanieren von bereits im Erdreich bestehenden Kanälen (Bohrungen, Altleitungen),
wie beispielsweise Aufweit- oder Rohreinzugsvorrichtungen umfassen
in der Regel eine Antriebsvorrichtung sowie ein hiermit verbundenes
Gestänge,
an dem das entsprechende Werkzeug (z. B. der Bohrkopf, Aufweitkopf oder
Rohreinzugsadapter) befestigt ist. Über das Gestänge werden
die Antriebskräfte
der Antriebsvorrichtung auf das Werkzeug übertragen, wodurch dieses in
dem Erdreich vorgetrieben wird. Für einen bohrenden Betrieb der
Erdarbeitsvorrichtung werden in der Regel Druckkräfte auf
das Werkzeug (den Bohrkopf) aufgebracht, so dass dieser schiebend durch
das Erdreich bewegt wird. Eine Übertragung von
Zugkräften
erfolgt dagegen regelmäßig beim Aufweiten
bestehender Bohrungen, beim Bersten bestehender Altleitungen sowie
beim Einziehen von Neurohren in bestehende Bohrungen bzw. Altleitungen.
Sofern lediglich Zugkräfte übertragen
werden müssen,
d. h. bei einer Erdarbeitsvorrichtung, die lediglich zum Aufweiten
eingesetzt wird, können
anstelle eines Gestänges
auch Seile oder Ketten als Zugmittel eingesetzt werden. Das Gestänge einer Erdarbeitsvorrichtung
besteht regelmäßig aus
einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Gestängeschüssen, die entsprechend des
Vortriebs des Werkzeugs im Erdreich sukzessive miteinander verbunden
(im schiebenden Betrieb) oder voneinander gelöst werden (im ziehenden Betrieb).
Eine Verbindung zwischen den Gestängeschüssen kann beispielsweise über Schraubverbindungen
oder auch über
Steckkupplungen erfolgen. Bei der Übertragung der Antriebskräfte auf
das Werkzeug mittels eines Gestänges
kommen ausschließlich
Linearantriebe zum Einsatz, die die Antriebskräfte bzw. Antriebsbewegungen
schrittweise auf das Gestänge übertragen,
d. h. mit einem Lasthub, bei dem das Gestänge mit dem Linearantrieb verbunden
ist und einem Leerhub, bei dem die Verbindung zwischen dem Linearantrieb
und dem Gestänge
gelöst
ist. Alle gängigen
Linearantriebe für
Erdarbeitsvorrichtungen arbeiten mit Hydraulikzylindern als Antriebsquelle,
da mit diesen hohe Kräfte
bei vergleichsweise kompakten Abmessungen aufgebracht werden können. Es
sind jedoch auch Linearantriebe mit Zahnstangenantrieben bekannt.
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Sofern
lediglich Zugkräfte übertragen
werden müssen
(insbesondere wenn eine zusätzliche Verwendung
als Bohrvorrichtung nicht vorgesehen ist), können auch Zugseile oder Ketten
zur Übertragung
der Antriebskräfte
auf das Werkzeug verwendet werden. Die Zugseile bzw. Ketten können entweder ebenfalls
mit einem Linearantrieb zusammenwirken, der dann entsprechende Klemmelemente
zur Fixierung des Zugseils bzw. der Kette aufweisen muss, oder auch
mit (hydraulischen) Winden verwendet werden.
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Bei
der Verwendung der beschriebenen Erdarbeitsvorrichtungen hat sich
als problematisch herausgestellt, dass die voraussichtliche Lebensdauer grundsätzlich aller
Komponenten dieser Vorrichtungen, jedoch insbesondere des Kraftübertragungselements
(d. h. des Gestänges,
des Zugseils oder der Kette) schwierig abzuschätzen ist. Dies ist insbesondere
darauf zurückzuführen, dass
die Lebensdauer der Komponenten neben den geometrischen Abmessungen
und des verwendeten Werkstoffs im wesentlichen davon abhängt, wie
diese belastet werden. Insbesondere der Höhe der hierauf ausgeübten Kräfte und
der Anteil an dynamischen Belastungen an der Gesamtbelastung wirken
sich auf die Lebensdauer der Komponenten aus. Der Anteil und die
Höhe der dynamischen,
d. h. nicht statischen (Belastungen mit einer konstanten Kraft aus
ein konstanten Richtung) Belastungen hängen bei Erdarbeitsvorrichtungen wiederum
erheblich von den äußeren Umständen (z. B.
der Beschaffenheit des Erdreichs) und der verwendeten Antriebsvorrichtung
ab. Weiterhin hat der Zeitpunkt, zu dem ein Gestängeschuss in den Strang eines
Gestänges
eingegliedert wird, einen erheblichen Einfluss auf die Belastungen,
denen dieser Gestängeschuss
während
der durchgeführten
Erdarbeiten ausgesetzt ist, und dementsprechend auf die Lebensdauer
dieses Gestängeschusses.
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Die
Belastungen des Gestänges
führen
zu einer Materialermüdung,
die umso höher
ist, je höher der
Anteil und die Höhe
der dynamischen Belastungen an der Gesamtbelastung ist. Durch die
Materialermüdung
bilden sich an geometrischen (z. B. Kerben oder sonstigen Querschnittsübergängen) und werkstofflichen
(z. B. Werkstoffeinschlüsse) Schwachstellen
Anrisse, die sich mit fortschreitender Schwingzahl der dynamischen
Belastungen ausbreiten und schlussendlich zu einem Versagen des
Gestänges
durch Zerbrechen oder Zerreißen
führen. Dies
kann zum einen dann, wenn ein sich noch in der Arbeitsgrube befindlicher
Gestängeschuss
versagt, mit einem erheblichen Sicherheitsrisiko für das Bedienpersonal
der Erdarbeitsvorrichtungen einhergehen oder führt andererseits zu erheblicher
Mehrarbeit, insbesondere wenn der zerstörte Gestängeschuss nur durch ein Ausgraben
geborgen werden kann.
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Zur
Berechnung einer voraussichtlichen Lebensdauer eines dynamisch belasteten
Bauteils wurden eine Vielzahl von Berechnungsmethoden entwickelt,
bei denen neben den geometrischen Abmessungen und dem verwendeten
Werkstoff des jeweiligen Bauteils insbesondere die Höhe der Belastungen und
die Häufigkeit
des Auftretens dieser Belastungen ausgewertet und zu einer Abschätzung der
voraussichtlichen Lebensdauer herangezogen werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die Betriebssicherheit einer solchen Erdarbeitsvorrichtung zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände der
unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der
Kern der Erfindung sieht vor, die Momentanbelastung des Gestänges einer
Erdarbeitsvorrichtung während
des Betriebs dieser Erdarbeitsvorrichtung zu messen und die Ergebnisse
dieser Messung zur Durchführung
einer Lebensdauerberechnung heranzuziehen.
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Die
Messung der tatsächlichen
Belastung während
des Betriebs hat gegenüber
den bekannten Belastungstests, die unter Laborbedingungen durchgeführt werden,
erhebliche Vorteile, da die gemessenen Werte stets erheblich genauer
sein werden, als dies unter Laborbedingungen simuliert werden kann.
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Eine
erfindungsgemäße Erdarbeitsvorrichtung
weist demnach eine Antriebsvorrichtung und ein hiermit verbundenes
Gestänge
auf, wobei das Gestänge
von der Antriebsvorrichtung mit Kräften belastet wird. Weiterhin
umfasst die Erdarbeitsvorrichtung eine Messeinrichtung zur Messung
der Momentanbelastung des Gestänges
im Betrieb sowie eine Auswerteinrichtung zur Durchführung einer
Lebensdauerberechnung für
das Gestänge.
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Unter „Erdarbeitsvorrichtungen” sollen
insbesondere alle Vorrichtungen verstanden werden, bei denen Kräfte von
einer Antriebsvorrichtung über ein
Kraftübertragungselement
auf ein Werkzeug übertragen
werden, das hierdurch im Erdreich oder einem im Erdreich befindlichen
Hohlraum (z. B. eine Bohrung oder ein Altrohr) bewegt wird.
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Unter „Gestänge” werden
erfindungsgemäß nicht
ausschließlich
starre, aus einzelnen miteinander verbundenen Gestängeschüssen bestehende Gestänge, sondern
insbesondere sämtlichen
Kraftübertragungselemente
verstanden, die bei einer erfindungsgemäßen Erdarbeitsvorrichtung eingesetzt werden
können.
Hierunter können
insbesondere auch Zugseile und Ketten fallen. Zudem soll unter den
Begriff „Gestänge” erfindungsgemäß nicht
lediglich das Kraftübertragungselement,
dass zwischen der Antriebsvorrichtung der Erdarbeitsvorrichtung und
einem Werkzeug angeordnet ist, verstanden werden, sondern grundsätzlich alle
Komponenten eines Laststrangs einer solchen Erdarbeitsvorrichtung, die
einer Belastung durch von der Antriebsvorrichtung aufgebrachte Kräfte und/oder
Momente ausgesetzt sind. Hierunter sollen ausdrücklich auch das jeweilige Werkzeug
der Erdarbeitsvorrichtung selbst oder Komponenten hiervon fallen.
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Die
Auswerteeinrichtung kann beispielsweise ein Zählwerk zur Positionsbestimmung
bzw. zur Bestimmung der Anzahl der Belastungen umfassen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Summe der Momentanbelastungen während eines Einsatzes der Erdarbeitsvorrichtung
gemessen und bei der Durchführung
der Lebensdauerberechnung die Belastungen von vorherigen Einsätzen der Erdarbeitsvorrichtung
berücksichtigt.
Dies ermöglicht besonders
genaue Aussagen über
den Alterungszustand des Gestänges.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die gemessenen Belastungen bzw. das Ergebnis der Lebensdauerberechnungen
zudem gespeichert. Hierdurch wird ermöglicht, Ergebnisse der Lebensdauerberechnung
nach jedem Einsatz des Gestänges
zu aktualisieren und folglich möglichst
genau anzugeben. Die erfindungsgemäße Erdarbeitsvorrichtung weist
hierzu vorzugsweise eine Speichereinrichtung zur Speicherung der
gemessenen Belastungen und/oder des Ergebnisses der Lebensdauerberechnung(en)
auf.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden zur Bestimmung der Momentanbelastung
des Gestänges
die Betriebskräfte
der mit dem Gestänge
verbundenen Antriebsvorrichtung gemessen. In der Regel ist eine solche
Messung der Betriebskräfte
der Antriebsvorrichtung einfach durchführbar, beispielsweise indem der
hydraulische Druck in den Hydraulikzylindern eines Linearantriebs
gemessen und der gemessene Wert in einen Wert für die Kraft, mit der das Gestänge belastet
wird, umgerechnet wird. Über
die so ermittelten Betriebskräfte
kann dann erfindungsgemäß die Alterung
des Gestänges
bzw. die Restlebensdauer bestimmt werden. Die erfindungsgemäße Erdarbeitsvorrichtung
weist hierzu vorzugsweise eine an der Antriebsvorrichtung angeordnete
Messeinrichtung auf.
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Vorzugsweise
kann zusätzlich
ebenfalls die Auswerteeinrichtung an der Antriebsvorrichtung angeordnet
sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich besonders zum Bestimmen des Verschleißes eines
Gestänges,
das eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Gestängeschüssen umfasst.
Vorzugsweise werden hierbei die individuellen Belastungen einzelner
oder aller der Gestängeschüsse gemessen und
hierzu individuelle Lebensdauerberechnungen durchgeführt. Hierdurch
kann sich wiederum erheblich die Genauigkeit der durchgeführten Lebensdauerberechnungen
erhöhen.
Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass
bei einem Belastungsfall, d. h. bei der Durchführung eines abgeschlossenen Arbeitsvorhabens
(z. B. einer Bohrung, eines Berstprozesses oder eines Rohreinzugsprozesses
die einzelnen Gestängeschüsse in Abhängigkeit
von dem Zeitpunkt, zu dem diese in den Gestängestrang eingegliedert werden,
unterschiedlich lang belastet werden. Die einzelnen Gestängeschüsse werden
zudem bei einer Vielzahl von Arbeitsvorhaben eingesetzt, wobei in
der Regel nicht nachgehalten werden kann, welcher Gestängeschuss
bei welchem Arbeitsvorhaben eingesetzt und wie lange er dabei belastet
wurde. Daher war es bislang quasi nicht möglich, zu bestimmen, wie lange
ein einzelner Gestängeschusses bereits
belastet wurde, um anhand von im Labor durchgeführten Lebensdauerberechnungen
die Lebensdauer dieses konkreten Gestängeschusses abschätzen zu
können.
Durch das erfindungsgemäß bevorzugte
individuelle Messen der Belastungen der einzelnen Gestängeschüsse und
der entsprechenden Auswertung wird dies nun möglich. Hierzu werden die Werte
für die
einzelnen Gestängeschüsse vorzugsweise
separat gespeichert, wobei dies besonders bevorzugt in einem Speicherelement
erfolgen kann, das mit dem jeweiligen Gestängeschuss selbst verbunden
ist. Durch das Versehen einzelner oder aller Gestängeschüsse mit
entsprechenden Speicherelementen kann ausgeschlossen werden, dass
die individuellen Messungen und Lebensdauerberechnungen vertauscht
werden. Zudem entfällt eine
aufwendige Datenverwaltung, wenn die verschiedenen Gestängeschüsse für verschiedene
Arbeitsvorhaben vermischt und an unterschiedlichen Baustellen eingesetzt
werden.
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Es
ist jedoch auch möglich,
die Werte für
die einzelnen Gestängeschüsse zentral
zu speichern und jeden Gestängeschuss
mit einem identifizierbaren Code (z. B. die Seriennummer des Gestängeschusses,
die z. B. optisch ermittelt wird) zu versehen, der dann den zentral
gespeicherten Werten zugeordnet wird.
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Die Übertragung
der gemessenen Belastungen bzw. der individuellen Lebensdauerberechnungen
eines Belastungsfalls können
bevorzugt von der Antriebsvorrichtung auf die einzelnen Speicherelemente übertragen
werden. Dies kann besonders bevorzugt dann erfolgen, wenn sich der
jeweilige Gestängeschuss
zur Eingliederung in oder zur Ausgliederung aus dem Gestängestrang
in der Antriebsvorrichtung befindet. Hierzu ist vorrichtungsseitig
vorzugsweise eine Übertragungseinrichtung
vorgesehen, die der Übertragung
der gemessenen Belastungen und/oder der Ergebnisse der Lebensdauerberechnungen
an die Speicherelemente der Gestängeschüsse dient.
Die Übertragungseinrichtung
ist vorzugsweise an der Antriebsvorrichtung angeordnet.
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Besonders
bevorzugt kann die Übertragung der
gemessenen Belastungen bzw. der individuellen Lebensdauerberechnungen
eines Belastungsfalls bei einem auf Zug belasteten Gestänge, das
eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Gestängeschüssen umfasst, erfolgen, wenn
das Gestänge schrittweise
von der Antriebsvorrichtung durch eine Bohrung im Erdreich gezogen
wird, wobei die einzelnen Gestängeschüsse nach einander
aus der Bohrung herausgezogen und von dem Rest des Gestänges gelöst werden,
indem das Übertragen
der Belastungen bzw. der Ergebnisse der Lebensdauerberechnungen
auf das Speicherelement des zu lösenden Gestängeschusses
kurz vor, während
des Lösens dieses
Gestängeschusses
oder kurz danach durchgeführt
wird, insbesondere, solange sich dieser noch im Bereich der Antriebsvorrichtung
befindet.
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Um
auch die Belastungen, denen die einzelnen Gestängeschüsse in vorausgegangenen Belastungsfällen ausgesetzt
war, bei der Durchführung
der Lebensdauerberechnungen berücksichtigen
zu können,
kann weiterhin vorgesehen sein, die auf den Speicherelementen der
einzelnen Gestängeschüsse gespeicherten
Belastungen bzw. Ergebnisse der Lebensdauerberechnungen zunächst zu
der Antriebsvorrichtung zu übertragen,
daraufhin in der Antriebsvorrichtung mit den Belastungen (z. B.
der Anzahl der Antriebshübe
mit den jeweiligen Kräftewerten)
bzw. Lebensdauerberechnungen des letzten Belastungsfalls zu aktualisieren
und die aktualisierten Werte wieder auf den Speicherelementen zu
speichern. Auf diese Weise kann eine Alterung der einzelnen Gestängeschüsse auf
der derzeitigen Baustelle mit denjenigen auf den vorangegangenen
Baustellen verrechnet werden.
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Vorrichtungsseitig
ist hierzu vorzugsweise eine Empfangseinrichtung vorgesehen, mit
der die auf den Speicherelementen gespeicherten Daten zu den früheren Belastungen
bzw. den früheren
Ergebnissen der Lebensdauerberechnungen ausgelesen werden können. Die
Empfangseinrichtung kann hierzu aktiv ausgebildet sein, d. h. diese
liest die in einem passiven Speicherelement gespeicherten Daten
aus. Alternativ kann die Empfangseinrichtung auch mit aktiven Speicherelementen
zusammenwirken, die die gewünschten
Werte an die Empfangseinrichtung senden.
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Besonders
bevorzugt arbeitet die Übertragungs-
und/oder Empfangseinrichtung kabellos, beispielsweise mittels beliebiger
Datenübertragungstechnologien
(z. B. mittels elektromagnetischer Wellen (z. B. Funk), Infrarotdatenübertragungen,
etc.). Unter kabellos wird erfindungsgemäß jede kontaktlose Übertragung
von Daten verstanden.
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Die
Erfindung betrifft zudem einen Gestängeschuss eines Gestänges einer
Erdarbeitsvorrichtung, der einen Speicherelement und darauf gespeicherte
Informationen zu den Belastungen, denen der Gestängeschuss ausgesetzt war, aufweist.
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Der
Grundgedanke der Erfindung eignet sich grundsätzlich zur Bestimmung des Verschleißes von allen
Vorrichtungen, deren Lebensdauer durch stark variierende Belastungen
schwierig berechenbar ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Erdarbeitsvorrichtung
in einer schematischen Darstellung und
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2 ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum
Bestimmen des Verschleißes
eines Gestängeschusses
in einer schematischen Darstellung.
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In
der 1 ist in einer schematischen Darstellung eine
erfindungsgemäße Erdarbeitsvorrichtung
mit ihren wesentlichen Komponenten dargestellt. Die Erdarbeitsvorrichtung
umfasst eine Antriebsvorrichtung 1 mit zwei parallel betriebenen
Hydraulikzylindern 2, deren Kolbenstangen 3 über eine Druckbrücke 4 sowie
ein damit verbundenes Kupplungselement 5 eine Linearbewegung
auf ein Gestänge 6 der
Erdarbeitsvorrichtung übertragen.
Die Übertragung
erfolgt schrittweise, indem die Hydraulikzylinder 2 der
Antriebsvorrichtung 1 zyklisch jeweils einen Arbeits- sowie
einen Lehrhub ausführen.
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Die
dargestellte Antriebsvorrichtung ist sowohl für einen schiebenden als auch
einen ziehenden Betrieb geeignet. Dies ermöglicht beispielsweise, ausgehend
von einer Startgrube (nicht dargestellt) im Erdreich, zunächst im
schiebenden Betrieb eine Pilotbohrung in das Erdreich (nicht dargestellt) einzubringen,
wobei das Gestänge 6 der
Erdarbeitsvorrichtung schrittweise in das Erdreich vorgetrieben wird.
Nach jedem Arbeitshub der Antriebsvorrichtung 1 wird das
Gestänge 6,
das aus einer Mehrzahl von miteinander über Schnellkupplungen 7 verbundenen Gestängeschüssen 8 besteht,
mit einem neuen Gestängeschuss 8 verlängert. Sobald
ein Bohrkopf (nicht dargestellt), der bei der Erdarbeitsvorrichtung der 1 am
linken, d. h. im Bohrbetrieb vorderen Ende des Gestänges befestigt
wäre, eine
Zielbaugrube (nicht dargestellt) erreicht, ist das Erstellen der
Pilotbohrung beendet und der Bohrkopf wird gegen einen Aufweitkopf
(„Backreamer”, ebenfalls
nicht dargestellt) ausgetauscht, an dem zudem direkt ein einzuziehendes
Neurohr (nicht dargestellt) angehängt sein kann. Im nunmehr ziehenden
Betrieb der Antriebsvorrichtung 1 wird der Aufweitkopf
gegebenenfalls einschließlich
des einzuziehenden Neurohrs dann in Richtung der Startbaugrube gezogen,
wobei die in die Startbaugrube eintretenden Gestängeschüsse 8 des Gestänges nacheinander
abgekuppelt werden.
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Die
in der 1 dargestellte Erdarbeitsvorrichtung erfasst erfindungsgemäß eine Messeinrichtung
zur Messung der Momentanbelastung des Gestänges sowie eine Auswerteeinrichtung
zur Durchführung
einer Lebensdauerberechnung für
das Gestänge.
Kon kret umfasst die Erdarbeitsvorrichtung ein Druckmessgerät 9,
mit dem der Hydraulikdruck in einem oder auch in beiden der Hydraulikzylindern 2 gemessen
werden kann. Der gemessene Hydraulikdruck, der proportional zu den
auf das Gestänge 6 ausgeübten Druck-
bzw. Zugkräften
ist, wird an eine Rechnereinheit 13 (CPU) übertragen.
Die erfindungsgemäße Erdarbeitsvorrichtung
umfasst zudem eine Sendeeinheit 10 sowie eine Empfangseinheit 11, über die
Daten kabellos zu RFID-Chips 12 (RFID: Radio Frequency
Identification), von denen jeweils einer an jedem der Gestängeschüsse 8 befestigt
ist, gesendet bzw. von diesen empfangen werden können. Sowohl die Sende- 10 als
auch die Empfangseinheit 11 sind mit der Rechnereinheit 13 verbunden.
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Die
erfindungsgemäße Erdarbeitsvorrichtung
ermöglicht,
die individuellen Belastungen, denen die einzelnen Gestängeschüsse 8 ausgesetzt werden,
zu ermitteln und hieraus individuelle Lebensdauerberechnungen durchzuführen. Hierzu
wird bei jedem der Gestängeschüsse 8 kurz
vor dem Abkuppeln nach dem Aufweiten der Pilotbohrung die auf dem
entsprechenden RFID-Chip 12 gespeicherten Daten (zu gegebenenfalls
bereits erfolgten Vorbenutzungen dieses Gestängeschusses 8) mittels
der Empfangseinheit 11 ausgelesen. Während der Zeit zwischen dem
An- und dem Abkuppeln der einzelnen Gestängeschüsse 8 wird über die
Antriebsvorrichtung 1 eine definierte Anzahl von Arbeitshüben auf das
Gestänge 6 und
den entsprechenden Gestängeschuss 8 ausgeübt, wobei
die Höhe
der jeweils ausgeübten
Belastungen über
den Drucksensor 9 bestimmbar sind. Ausgehend von diesen
konkreten Werten kann für
jeden einzelnen der Gestängeschüsse 8 des
Gestänges 6 in
der Rechnereinheit 13 eine individuelle Lebensdauerberechnung
durchgeführt werden.
Das Ergebnis dieser Lebensdauerberechnung, bei der neben dem derzeitigen
Arbeitsvorhaben auch alle vorhergehenden Belastungen des jeweiligen
Gestängeschusses 8 berücksichtigt
werden, wird mittels der Sendeeinheit 10 wieder auf dem RFID-Chip 12 des
jeweiligen Gestängeschusses 8 gespeichert,
so dass diese Daten bei einem nachfolgenden Einsatz des entsprechenden
Gestängeschusses 8 wiederum
zur Verfügung
stehen und bei einer weiteren Aktualisierung der Lebensdauerberechnung
berücksichtigt
werden können.
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Eine
entsprechende Lebensdauerberechnung wird für jeden der Gestängeschüsse 8 des
Gestänges 6 durchgeführt, da
sich für
alle der Gestängeschüsse 8,
in Abhängigkeit
von der Position, an der diese in das Gestänge 6 eingegliedert
werden, unterschiedliche Ergebnisse ergeben. Beispielsweise wird
der erste Gestängeschuss 8 des
Gestänges, der
direkt mit dem Bohrkopf bzw. Aufweitkopf verbunden ist, am längsten belastet,
da dieser bei der Erstellung der Pilotbohrung als erster Gestängeschuss angekuppelt
und nach dem Aufweiten und gegebenenfalls Einziehen des Neurohrs
als letztes wieder abgekuppelt wird. Die Belastungen dieses Gestängeschusses 8 sind folglich
erheblich höher
als beispielsweise die des zuletzt an- und folglich zuerst wieder abgekuppelten
Gestängeschusses 8.
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Auf
dem RFID-Chip 12 jedes Gestängeschusses 8 werden
folgende Daten hinterlegt:
- – Produktionsauftragsnummer,
- – Durchschnittsdruck,
- – Rissprüfung ja/nein,
- – Lebensdauerverzehr,
- – Hubzahl
gesamt,
- – Hubzahl
je Lasthorizont (8×),
- – Gesamtschädigung bisher,
- – meistschädigender
Lasthorizont,
- – zu
erwartende Lebensdauer bei Volllast,
- – zu
erwartende Lebensdauer bei Durchschnittslast.
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Die
in der 1 dargestellte Erdarbeitsvorrichtung ist zudem
mit einem Bildschirm 14 versehen, auf dem das Ergebnis
der Lebensdauerberechnung, so wie es beim Abkuppeln jedes Gestängeschusses 8 auf
dem entsprechenden RFID-Chip 12 gespeichert wird, angezeigt
wird. Dies ermöglicht
dem Bediener der Erdarbeitsvorrichtung, die dort dargestellten Informationen
hinsichtlich der zu erwartenden Lebensdauer für den jeweiligen Gestängeschuss 8 abzulesen.
Hierdurch können
beispielsweise Gestängeschüsse 8,
deren zu erwartende Lebensdauer nicht mehr hoch genug für einen
nachfolgenden Einsatz ist, direkt aussortiert werden. Zudem können die einzelnen
Gestängeschüsse 8 entsprechend
ihrer zu erwartenden Lebensdauer nach dem Abkuppeln sortiert und
entsprechend eingelagert werden. Auf diese Weise wird beispielsweise
ermöglicht,
in nachfolgenden Arbeitsvorhaben diejenigen Gestängeschüsse 8, die nur noch
eine geringe Lebensdauererwartung haben, erst spät an das Gestänge anzukuppeln,
um die zusätzlichen
Belastungen auf diese Gestängeschüsse 8 gering
zu halten bzw. um einen solchen Gestängeschuss für den Fall, dass er zerstört wird,
schnell und einfach bergen zu können.
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Es
besteht weiterhin die Möglichkeit,
ein tragbares Handhabungsgerät
vorzusehen, das zumindest eine entsprechende Empfangseinheit sowie ein
Display aufweist. Mit diesem tragbaren Handhabungsgerät können die
RFID-Chips 12 gelagerter Gestängeschüsse 8 auch unabhängig von
der Antriebsvorrichtung 1 ausgelesen werden, um den zukünftigen
Einsatz der einzelnen Gestängeschüsse 8 entsprechend
planen zu können.
Die ausgelesenen Werte können
beispielsweise für
eine Inventarisierung oder auch zur Erstellung von Mietlisten, etc.
verwertet werden.
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In
der 2 ist in schematischer Darstellung der Ablauf
einer Lebensdauerberechnung dargestellt, wie sie in der Rechnereinheit 13 der
Erdarbeitsvorrichtung der 1 durchgeführt werden
kann. Vor dem Einsatz der Erdarbeitsvorrichtung wird zunächst der
Maschinenspeicher, d. h. die in der Rechnereinheit gespeicherten
Daten von einem vorherigen Arbeitsvorhaben gelöscht. Daraufhin wird der erste
der Gestängeschüsse 8 in
die Antriebsvorrichtung 1 eingelegt. Nachfolgend wird die
Antriebsvorrichtung 1 in Betrieb genommen und die entsprechenden
Arbeiten werden durchgeführt.
Hierbei werden die entsprechenden Maschinendaten von dem Drucksensor 9 aufgenommen
und in der Rechnereinheit 13 gespeichert. Konkret wird
von dem Drucksensor 9 der hydraulische Druck für jeden
Arbeitshub der Hydraulikzylinder 2 gemessen. Über eine
entsprechende Auswertung des Druckverlaufs, wie er von dem Drucksensor 9 aufgenommen
wird, kann hieraus zudem die Hubzahl bestimmt werden. Die von dem
Drucksensor 9 erfassten Daten werden in der Rechnereinheit 13 entsprechend
ausgewertet und hierbei Änderungswerte
zu den Gestängedaten
(Alterungszahl gesamt (AZG), Hubzahl gesamt (HZG), durchschnittlicher
Arbeitsdruck (pDG)) berechnet. Sobald der entsprechende Gestängeschuss 8 im
ziehenden Betrieb der Antriebsvorrichtung wieder in dieser angekommen
ist und abgekuppelt werden kann, werden die auf dem RFID-Chip 12 bereits
gespeicherten Daten zu den vorherigen Arbeitsvorhaben ausgelesen, wobei
folgende Daten ausgelesen werden: Alterungszahl gesamt (AZG), Hubzahl
gesamt (HZG) und durchschnittlicher Arbeitsdruck (pDG). Die ausgelesenen
Gestängedaten
werden dann mit den berechneten neuen Gestängedaten verrechnet und mittels
der Sendeeinheit 10 wieder auf dem RFID-Chip 12 gespeichert.
Zur Information des Bedieners der Erdarbeitsvorrichtung werden die
Ergebnisse der Lebensdauerberechnung auf dem Bildschirm 14 ausgegeben;
dies kann beispielsweise in einer Prozentangabe des Lebensdauerverzehrs
des jeweiligen Gestängeschusses 8 sowie
der für
diesen Gestängeschuss 8 noch
zu erwartenden Hubzahl bei Durchschnittslast erfolgen.
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In
der beschriebenen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird sowohl das Auslesen, als auch das Neuberechnen und das erneute Übertragen
der neuen Gestängedaten
auf den RFID-Chip 12 des entsprechenden Gestängeschusses 8 kurz
vor oder während
des Abkuppelns des Gestängeschusses 8 durchgeführt. Dadurch
kann sichergestellt werden, dass die Berechnung auch für den richtigen
Gestängeschuss 8 durchgeführt wird.
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Weiterhin
kann es sinnvoll sein, sich die Gestängedaten auch beim Einlegen
des Gestängeschusses 8 in
die Antriebsvorrichtung beim Erstellen der Pilotbohrung anzeigen
zu lassen, so dass kontinuierlich überprüft werden kann, dass kein „verschlissener” Gestängeschuss 8 eingesetzt
wird.
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Selbstverständlich besteht
die Möglichkeit, bei
der Messung der Momentanbelastung und einer hierauf basierenden
Lebensdauerberechnung nicht nur Schub- und Zugkräfte, sondern beispielsweise auch
Torsionskräfte,
Drehmomente, Biegemomente und Drehzahlen zu berücksichtigen.
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Eine
entsprechende Lebensdauerberechnung wird für jeden der Gestängeschüsse eines
Gestänges
individuell durchgeführt.