DE102014109918A1 - Construction machine and method for controlling a construction machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Baumaschine und ein Verfahren zum Steuern einer Baumaschine mit einem Mast, entlang welchem ein Werkzeug bewegbar gelagert ist, wobei das Werkzeug an einem Seil aufgehängt ist, welches zum Heben und Senken des Werkzeuges mittels einer Seilwinde betätigbar ist, welche von einem Hydraulikmotor als Windenantrieb drehend angetrieben ist. Der Hydraulikmotor ist in einem Hydraulikkreislauf von einer Hydraulikpumpe angetrieben, welche als eine durchschwenkbare Hydraulikpumpe ausgebildet ist, durch welche ein Hydraulikstrom in beide Richtungen erzeugbar ist. Zur Steuerung der Hydraulikpumpe ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche ausgebildet ist, die Hydraulikpumpe abhängig von einer vorgebbaren Seilspannkraft zu steuern.The invention relates to a construction machine and a method for controlling a construction machine with a mast, along which a tool is movably mounted, wherein the tool is suspended on a rope which is actuated for raising and lowering the tool by means of a winch, which by a hydraulic motor is driven as a winch drive rotating. The hydraulic motor is driven in a hydraulic circuit by a hydraulic pump, which is designed as a durchschwenkbare hydraulic pump, through which a hydraulic flow can be generated in both directions. For controlling the hydraulic pump, a control device is provided, which is designed to control the hydraulic pump as a function of a predeterminable cable tensioning force.
Description
Die Erfindung betrifft eine Baumaschine, insbesondere ein Bohrgerät, mit einem Mast, entlang welchem ein Werkzeug bewegbar gelagert ist, wobei das Werkzeug an einem Seil aufgehängt ist, welches zum Heben und Senken des Werkzeuges mittels einer Seilwinde betätigbar ist, welche von einem Hydraulikmotor als Windenantrieb drehend angetrieben ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a construction machine, in particular a drill, with a mast, along which a tool is movably mounted, wherein the tool is suspended on a rope which is actuated for raising and lowering the tool by means of a winch, which by a hydraulic motor as a winch drive is rotationally driven, according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Steuern einer Baumaschine mit einem Mast, entlang welchem ein Werkzeug bewegbar gelagert ist, wobei das Werkzeug an einem Seil aufgehängt ist, welches zum Heben und Senken des Werkzeuges mittels einer Seilwinde betätigt wird, welche von einem Hydraulikmotor als Windenantrieb drehend angetrieben wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention further relates to a method for controlling a construction machine with a mast, along which a tool is movably mounted, wherein the tool is suspended on a rope, which is operated for raising and lowering the tool by means of a winch, which by a hydraulic motor as a winch drive is rotationally driven, according to the preamble of
Eine derartige Baumaschine, welche als ein Drehbohrgerät ausgebildet ist, geht beispielsweise aus der
Der Drehantrieb wird hydrostatisch mittels einer ersten Hydraulikpumpe angetrieben, wobei das Drehmoment von der hohlen Antriebswelle auf das Bohrwerkzeug übertragen wird. Das Vorschubsystem für den Drehantrieb zum Verfahren des Drehantriebes entlang des Mastes weist eine zweite Hydraulikpumpe auf. Diese treibt einen Stellzylinder oder einen hydraulischen Stellmotor an. Das Bohrwerkzeug umfasst üblicherweise eine Kellystange, welche an dem über den Mastkopf geführten Seil angehängt ist. Das Drehmoment wird vom Drehantrieb auf die Kellystange und damit das Werkzeug, etwa einen Kastenbohrer, übertragen. Über axiale Riegeltaschen der Kellystange kann eine Vorschubkraft von dem Vorschubsystem nach unten ausgeübt werden. The rotary drive is hydrostatically driven by means of a first hydraulic pump, wherein the torque is transmitted from the hollow drive shaft to the drilling tool. The feed system for the rotary drive for moving the rotary drive along the mast has a second hydraulic pump. This drives a positioning cylinder or a hydraulic servomotor. The drilling tool usually comprises a kelly bar which is attached to the rope guided over the mast head. The torque is transmitted from the rotary drive to the Kelly bar and thus the tool, such as a box drill. Axial latch pockets of the Kelly bar allow a feed force to be exerted downwardly by the feed system.
Mit Voranschreiten der Bohrtiefe, bei der sich das Bohrwerkzeug abwärts bewegt, ist es erforderlich, das Seil der Seilwinde mit einer Seilspannvorrichtung nachzuführen unter Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Spann- oder Rückzugskraft, welche üblicherweise von der Art des Bohrverfahrens abhängt.As the drilling depth progresses, with the drilling tool moving downwardly, it is necessary to track the cable of the winch with a cable tensioning device while maintaining a predetermined tension or retraction force, which usually depends on the type of drilling operation.
Hierzu ist es zum einen bekannt, eine Kupplung einer Freifallbremse zu nutzen, um während des Abbohrvorganges eine Rückzugskraft zu erzeugen. Das Bremsdrehmoment wird dabei durch einen einstellbaren Ansteuerdruck erzeugt. Alternativ können bei einer hydrostatisch angetriebenen Winde die Arbeitsanschlüsse des die Winde antreibenden Hydraulikmotors derart mithilfe einer hydraulischen Schaltung verbunden werden, dass eine Seilspannfunktion ermöglicht wird. Die erforderliche Rückzugskraft wird dabei durch die hydraulische Schaltung bestimmt. Eine hydraulische Steuerung einer Winde ist beispielsweise in der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baumaschine und ein Verfahren zum Steuern einer Baumaschine anzugeben, bei welchen in einfacher und zugleich zuverlässiger Weise eine Seilspannung über einen weiten Betriebsbereich einstellbar ist.The invention has for its object to provide a construction machine and a method for controlling a construction machine, in which in a simple and reliable manner a cable tension over a wide operating range is adjustable.
Die Aufgabe wird zum einen durch eine Baumaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved on the one hand by a construction machine having the features of claim 1 and on the other hand by a method having the features of
Die erfindungsgemäße Baumaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor in einem Hydraulikkreislauf von einer Hydraulikpumpe angetrieben ist, welche als eine durchschwenkbare Hydraulikpumpe ausgebildet ist, durch welche ein Hydraulikstrom in beide Richtungen erzeugbar ist, und dass zur Steuerung der Hydraulikpumpe eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, die Hydraulikpumpe abhängig von einer vorgebbaren Seilspannkraft zu steuern.The construction machine according to the invention is characterized in that the hydraulic motor is driven in a hydraulic circuit by a hydraulic pump, which is designed as a durchschwenkbare hydraulic pump, through which a hydraulic flow can be generated in both directions, and that for controlling the hydraulic pump, a control device is provided, which is formed is to control the hydraulic pump depending on a predetermined cable tension.
Durch Verwendung einer durchschwenkbaren Hydraulikpumpe, etwa einer Schrägscheibenpumpe, kann ein Volumenstrom in beide Richtungen des Hydraulikkreislaufes erzeugt werden. Auf diese Weise kann der Hydraulikmotor sowohl zum Heben als auch zum aktiven Senken eingesetzt werden, bei welchem die Winde unabhängig von der angehängten Seillast eine Abspulgeschwindigkeit vorgibt. Auf diese Weise kann nicht nur im Betriebszustand des Hebens sondern auch im Betriebszustand des Absenkens zuverlässig eine definierte Seilspannkraft sichergestellt werden.By using a swing-through hydraulic pump, such as a swash plate pump, a flow in both directions of the hydraulic circuit can be generated. In this way, the hydraulic motor can be used both for lifting and for active lowering, in which the winch, regardless of the attached rope load predetermines an unwinding speed. In this way, a defined cable tension can be reliably ensured not only in the operating state of lifting but also in the operating state of the lowering.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung insbesondere gegenüber Freifallkupplungen besteht darin, dass über die Steuereinrichtung eine Seilspannkraft frei vorgebbar ist und basierend hierauf die Hydraulikpumpe gesteuert angetrieben wird.A further advantage of the invention, in particular over free-fall clutches, is that a cable tensioning force can be freely specified via the control device and, based thereon, the hydraulic pump is driven in a controlled manner.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass durch die Steuereinrichtung ein Schwenkwinkel der Hydraulikpumpe verstellbar ist. Durch Beeinflussung des Schwenkwinkels kann die Hydraulikpumpe stufenlos verstellt werden, so dass eine nahezu beliebige Spannkraft oder Rückzugskraft einstellbar ist und gehalten werden kann.A preferred embodiment of the invention is that by the control device, a pivot angle of the hydraulic pump is adjustable. By influencing the swivel angle, the hydraulic pump can be infinitely adjusted, so that an almost arbitrary clamping force or retraction force is adjustable and can be held.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass eine Kraftmesseinrichtung zum Messen der Seilzugkraft vorgesehen ist und dass die Kraftmesseinrichtung mit der Steuereinrichtung zum Steuern/Regeln der Hydraulikpumpe abhängig von gemessenen Seilzugkraftwerten in Verbindung steht. Durch Messung der momentanen Seilzugkraft kann durch eine entsprechende Rückkopplung der gemessenen Seilzugkraftwerte eine Regelung der Hydraulikpumpe und damit des Hydraulikmotors erfolgen.A further advantageous embodiment of the invention is that a force measuring device is provided for measuring the cable pull force and that the force measuring device is in communication with the control device for controlling / regulating the hydraulic pump as a function of measured cable pull force values. By measuring the instantaneous cable pull force, it is possible to control the hydraulic pump and thus the hydraulic motor by means of a corresponding feedback of the measured cable pull force values.
Grundsätzlich kann die Kraftmesseinrichtung in beliebiger Weise ausgeführt sein, insbesondere eine direkte oder indirekte Messung durchführen. Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausgestaltung liegt darin, dass die Kraftmesseinrichtung einen Kraftmessbolzen an einer Umlenkrolle des Seiles oder eine Kraftmesslasche an einem Windenbock der Seilwinde aufweist. Die Umlenkrolle kann dabei insbesondere am Mastkopf angeordnet sein. Über den Kraftmessbolzen kann so eine sehr genaue Messung der momentan anliegenden Seilkraft erfolgen. Über eine Kraftmesseinrichtung am Windenbock, also dem Lagerrahmen einer Seiltrommel der Seilwinde, kann ebenfalls auf die momentan wirkende Seilkraft rückgeschlossen werden. Die Kraftmesseinrichtung kann leitungsmäßig oder drahtlos mit der Steuereinrichtung verbunden sein.In principle, the force-measuring device can be designed in any desired way, in particular to carry out a direct or indirect measurement. A structurally particularly advantageous embodiment is that the force-measuring device has a force measuring bolt on a deflection roller of the rope or a force measuring strap on a winch of the winch. The deflection roller can be arranged in particular on the mast head. About the force measuring pin can be done so a very accurate measurement of the currently applied cable force. About a force measuring device on the winch, so the bearing frame of a cable drum of the winch, can also be deduced the momentarily acting cable force. The force measuring device may be connected to the control device in terms of line or wireless.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein effizienter Betrieb dadurch erreicht, dass die vorgebbare Seilspannkraft durch die Steuereinrichtung veränderbar ist. Die Steuereinrichtung kann insbesondere eine Eingabeeinheit aufweisen, mit welcher eine Seilspannkraft vorgebbar ist. Es kann auch ein Datenspeicher vorhanden sein, in welchem für bestimmte Betriebsweisen des Werkzeuges vorgegebene Seilspannkräfte hinterlegt sind. Diese vorgegebenen Seilspannkräfte können vorab in Versuchen ermittelt worden sein. Ergänzend oder alternativ können an der Steuereinrichtung auch weitere Messeinrichtungen zur Feststellung der Betriebsweise des Werkzeuges, etwa der Drehzahl oder des Vorschubes des Werkzeuges, vorhanden sein, so dass durch die Steuereinrichtung programmgesteuert eine zweckmäßige Seilspannkraft vorgegeben wird. According to one embodiment of the invention, efficient operation is achieved in that the predeterminable cable tensioning force can be changed by the control device. The control device may in particular comprise an input unit with which a cable tensioning force can be predetermined. There may also be a data storage device in which predetermined cable tension forces are stored for certain modes of operation of the tool. These predetermined cable tension forces may have been determined in advance in experiments. Additionally or alternatively, other measuring devices for determining the mode of operation of the tool, such as the rotational speed or the feed of the tool, may be present on the control device, so that programmatically controlled by the control device, an appropriate cable tension is specified.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass durch die Steuereinrichtung die Seilspannkraft abhängig von Verstellparametern veränderbar ist. According to a preferred development of the invention, it is provided that the cable tensioning force can be changed as a function of adjustment parameters by the control device.
Besonders bevorzugt ist es dabei, dass mindestens ein Verstellparameter ausgewählt ist aus den Parametern Seilgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, Vorschubkraft und/oder Arbeitsverfahren, insbesondere einer Betriebsart eines Drehbohrantriebes. Eine Auswahl der Verstellparameter kann manuell oder automatisch durch entsprechende Sensoren an der Baumaschine durch die Steuereinrichtung erfolgen. Hierdurch wird erreicht, dass für den jeweiligen Betriebszustand und das jeweilige Betriebsverfahren eine zweckmäßige Steuerung und Einstellung der Seilspannung erfolgen kann. Hierdurch wird ein sicherer und störungsfreier Betrieb der Baumaschine gewährleistet. Auch wird ein übermäßiger Verschleiß des Seiles vermieden. It is particularly preferred that at least one adjustment parameter is selected from the parameters rope speed, feed rate, feed force and / or working method, in particular an operating mode of a rotary drilling drive. A selection of the adjustment parameters can be done manually or automatically by corresponding sensors on the construction machine by the control device. This ensures that can be done for the respective operating condition and the respective operating method, an appropriate control and adjustment of the cable tension. This ensures a safe and trouble-free operation of the construction machine. Also, excessive wear of the rope is avoided.
Weiterhin ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass der Hydraulikkreislauf geschlossen und mit einen Abzweigventil ausgebildet ist, über welches gesteuert Hydraulikflüssigkeit zur Kühlung abführbar ist. Bei einem intensiven Betrieb kann die Temperatur des Hydraulikfluides im Hydraulikkreislauf ansteigen. Zur Vermeidung einer übermäßigen Erwärmung ist ein Abzweigventil vorgesehen, über welches gesteuert Hydraulikflüssigkeit abführbar ist. Die Steuerung kann mittels Temperatursensoreinrichtung oder über ein vorgegebenes Steuerprogramm durch die Steuereinrichtung erfolgen. Zur Kühlung kann Hydraulikflüssigkeit in einen Aufnahmetank geleitet werden, welcher vorzugsweise mit einer separaten Kühleinrichtung versehen sein kann. Entsprechend der Ableitung von Hydraulikflüssigkeit über das Abzweigventil wird über ein entsprechendes Zuführventil kühles Hydraulikfluid in den Hydraulikkreislauf rückgeführt. Furthermore, it is preferred according to the invention that the hydraulic circuit is closed and formed with a branch valve, via which controlled hydraulic fluid can be discharged for cooling. In an intensive operation, the temperature of the hydraulic fluid in the hydraulic circuit may increase. To avoid excessive heating, a branch valve is provided, via which controlled hydraulic fluid can be discharged. The control can be carried out by means of temperature sensor device or via a predetermined control program by the control device. For cooling, hydraulic fluid can be conducted into a receiving tank, which can preferably be provided with a separate cooling device. Corresponding to the discharge of hydraulic fluid via the branch valve, cool hydraulic fluid is returned to the hydraulic circuit via a corresponding supply valve.
Grundsätzlich kann die Baumaschine für verschiedenste Einsatzzwecke ausgebildet sein, etwa als ein Rammgerät zum Einrammen von Bohlen mittels eines Vibrationsbäres. In principle, the construction machine can be designed for a wide variety of purposes, for example as a piling device for ramming planks by means of a vibration bear.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Baumaschine als ein Bohrgerät ausgebildet ist, an dessen Mast ein Drehbohrantrieb verstellbar gelagert ist, welcher über mindestens einen Stellantrieb entlang des Mastes verfahrbar ist. Das Bohrgerät kann, wie in der Beschreibungseinleitung zum Stand der Technik beschrieben, einen ersten Hydraulikantrieb zum Speisen des Drehbohrantriebes und einen zweiten Hydraulikantrieb als Stellantrieb für ein Vorschubsystem aufweisen. Über das Vorschubsystem wird mittels Hydraulikzylindern oder einem Stellmotor ein axiales Verfahren eines Vorschubschlittens mit dem Drehbohrantrieb entlang des Mastes bewirkt. Insbesondere kann über den Stellantrieb des Vorschubsystems eine Vorschubkraft nach unten auf das Werkzeug aufgebracht werden. Das Werkzeug kann dabei ein übliches Drehbohrwerkzeug sein, insbesondere eine Bohrschnecke, ein Kastenbohrer, ein Verdrängungsbohrer oder eine andere Bohreinrichtung. An advantageous embodiment of the invention is that the construction machine is designed as a drill, on the mast a rotary drilling drive is adjustably mounted, which is movable over at least one actuator along the mast. The drill can, as described in the introduction to the prior art description, have a first hydraulic drive for supplying the rotary drilling drive and a second hydraulic drive as an actuator for a feed system. By means of the feed system, an axial movement of a feed carriage with the rotary drilling drive along the mast is effected by means of hydraulic cylinders or a servomotor. In particular, a feed force can be applied downward to the tool via the actuator of the feed system. The tool can be a conventional rotary drilling tool, in particular a drilling screw, a box drill, a displacement drill or another drilling device.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern einer Baumaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor in einem Hydraulikkreislauf von einer Hydraulikpumpe angetrieben wird, welche als eine durchschwenkbare Hydraulikpumpe ausgebildet ist, durch welche ein Hydraulikstrom in beide Richtungen erzeugbar ist, und dass die Hydraulikpumpe mittels einer Steuereinrichtung abhängig von einer vorgebbaren Seilspannkraft gesteuert wird. Das Verfahren kann insbesondere zum Steuern der vorbeschriebenen Baumaschine eingesetzt werden. Es ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile. The method according to the invention for controlling a construction machine is characterized in that in that the hydraulic motor is driven in a hydraulic circuit by a hydraulic pump, which is designed as a swing-through hydraulic pump, by which a hydraulic flow can be generated in both directions, and that the hydraulic pump is controlled by means of a control device depending on a predeterminable cable tensioning force. The method can be used in particular for controlling the above-described construction machine. This results in the advantages described above.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben, welche schematisch in den Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen: The invention will be further described with reference to preferred embodiments, which are shown schematically in the figures. In the figures show:
Gemäß
Der Drehbohrantrieb
Die Kellystange
Die Hydraulikpumpe
Zur Sicherstellung einer gewünschten Seilspannkraft in den Betriebszuständen des Hebens und des Senkens des Werkzeuges
Zur Steuerung der Seilwinde
Bei der dargestellten Ausführungsform gemäß
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung
Gemäß dem Hydraulikschaltplan nach
Über ein erstes elektroproportionales 3-2-Wegeventil
Ein Druckschalter
Die als durchschwenkbare Schrägscheibenpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe
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