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Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Nachlaßvorrichtung
für Tiefbohranlagen, mittels welcher die Belastung und das Drehmoment des an einem
Seil befestigten Meißels geregelt werden kann.
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Die USA.-Patentschrift 1913 752 zeigt eine automatische Nachlaßvorrichtung
für Tiefbohranlagen, mittels welcher die Belastung und das Drehmoment des an einem
Seil befestigten Meißels geregelt werden kann. Dabei ist ein erstes Übertragungsorgan
vorgesehen, welches mit dem Seil verbunden ist und dessen Spannung feststellt und
mit einem ersten Signalerzeuger in Verbindung steht, derart, daß entsprechend der
Meißelbelastung Signale erzeugt werden. Es ist ferner ein zweites Übertragungsorgan
angeordnet, welches mit dem Meißel so verbunden ist, daß dessen Drehmoment festgestellt
wird und entsprechend diesem Drehmoment Signale erzeugt werden. Schließlich ist
ein Regelgerät angeordnet, welches auf die eingeführten Signale derart anspricht,
daß die Nachlaßvorrichtung so geregelt wird, daß die Absenkgeschwindigkeit des Meißels
verändert wird.
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Aus der USA: Patentschrift 3 155 172 ist eine automatische Nachlaßvorrichtung
für Tiefbohranlagen bekannt, welche analog dem vorstehend beschriebenen Gerät, jedoch
an Stelle von elektrischen mit hydraulischen Übertragungsorganen arbeitet.
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Diese an sich bekannten Nachlaßvorrichtungen für Tiefbohranlagen sprechen
entweder auf Signale der Meißelbelastung oder aber auf Signale des Drehmomentes
des Bohrmeißels an. Dies ist insofern von Nachteil, als entweder das Drehmoment
oder aber die Belastung des Meißels entsprechend der Gesteinsschicht, in welcher
die Bohrarbeiten verrichtet wer- . den, sich verändern kann, so daß dieses an sich
bekannte System auf die Nachlaßvorrichtung eine Kontrolle ausübt, und zwar nach
Maßgabe des auf Schichten unterschiedlicher Dichte stoßenden Bohrmeißels, wenn eine
derartige Kontrolle an sich unnötig ist.
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Dieser Mangel wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch
behoben, daß ein zweiter, auf die Signale des ersten Signalerzeugers und des zweiten
Übertragungsorgans ansprechender Signalerzeuger vorgesehen ist, so daß'entsprechend
dem Produkt aus Meißelbelastung und Drehmoment Signalprodukte erzeugt werden, wobei
das Regelgerät mit dem zweiten Signalerzeuger so verbunden ist, daß es auf die Signalprodukte
in einem Sinne anspricht, derart, daß die Absenkgeschwindigkeit des Meißels verändert
wird.
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Da die Nachlaßvorrichtung für Tiefbohranlagen auf das Produkt aus
Bohrdruck und Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels anspricht, kann man nicht feststellen,
wann entweder der Druck oder die Geschwindigkeit einen gewünschten Grenzwert überschreiten,
so lange als dieses Produkt innerhalb des gewünschten Grenzbereiches verbleibt.
Deshalb sieht man Mittel vor, welche das Überschreiten des gewünschten Grenzwertes
entweder durch den Druck oder aber durch die Geschwindigkeit anzeigen. Diese Mittel
können ein dritter Signalerzeuger sein, welcher entsprechend der Differenz zwischen
der Belastung (Druck) des Bohrmeißels und einem Bezugsmaximaldruck und dem »AND«-Fenster
am Eintritt des Regelgerätes ein drittes Signal erzeugt, wobei das Regelgerät mit
dem Austritt des ersten und dritten Signalerzeugers in Verbindung steht.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Nachlaßvorrichtung für
Tiefbohranlagen ist nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt
in rein schematischer Weise F i g.1 eine Ansicht eines Bohrhebewerkes in Verbindung
mit einem elektronischen Hauptsteuergerät der Steuerung gemäß der Erfindung, F i
g. 2 eine Schaltskizze eines Teiles des Stromkreises des elektronischen Hauptsteuergerätes
der Steuerung gemäß der Erfindung, F i g. 3 eine Schaltskizze, welche den Stromkreis
des Eichgerätes des elektronischen Hauptsteuergerätes der Steuerung gemäß der Erfindung
zeigt.
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Das erfindungsgemäße Bohrkontrollsystem besitzt einen Flaschenzug
mit einem Kronenblock 9, einem Unterblock 10 und Windenkabeln oder Seilen 11, welch
letztere an einem Bohrhebewerk 12 enden. An der Stelle 14 ist das Bremsband 13 des
Bohrhebewerkes 12 mit dem Bremshebel 15 gelenkig verbunden, welch letzterer an der
Stelle 16 angelenkt ist. Der Bremshebel 15 dient bei den herkömmlichen Geräten dieser
Art als handbetätigbare Kontrolle zum Lösen der Seile über das Bohrhebewerk 12 und
den aus den Teilen 9 bis 11 bestehenden Flaschenzug. Es ist ein wesentliches Merkmal
der Erfindung, ein automatisches Kontrollsystem aufzuzeigen, wobei der Bremshebel
15 über einen Servo-Kontrollzylinder 17 und ein Gestänge 18 betätigt wird, welches
den Servo-Kontrollzylinder 17 mit dem Bremshebel 15 verbindet.
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In dem Servo-Kontrollzylinder 17 ist eine betriebssichere und damit
störungsfreie Feder gelagert, welche auf den Bremshebel 15 eine kontinuierliche
Federkraft ausübt, so daß die Bremstrommel normalerweise abgebremst ist, ausgenommen
dann, wenn der Servo-Kontrollzylinder 17 betätigt wird. Die Betätigung des Servo-Kontrollzylinders
17 erfolgt mit Hilfe eines elektrischen Ventils 19, welches in seiner Offenstellung
das aus der Druckmittelquelle 20 austretende hydraulische oder pneumatische
Druckmittel auf den Zylinder 17 einwirken läßt, so daß das Bremsband 13 über den
Bremshebel 15 und eine Stange gelöst wird. Der Betrieb des elektrischen Ventils
19 wird von Signalen gesteuert, welche von einem elektronischen Hauptsteuergerät
5 über die Leitung 21 übertragen werden. Eine Anzeige des auf die Sohle des Bohrloches
ausgeübten Druckes des Bohrmeißels wird mit Hilfe einer Information erhalten, welche
über einen Seilspannungsumwandler 1 übertragen wird, welch letzterer in dem Anker
2 enthalten ist, der am Ende des toten Seilendes 3 angeordnet ist. Diese Information
wird in Form eines hydraulischen Druckes übertragen, der in dem Anker 2 erzeugt
wird. Die Information bzw. der Impuls wird dann über die Druckleitung 4 in das elektronische
Hauptsteuergerät 5 eingesteuert, wo sie in ein elektrisches Signal umgeformt wird.
Alternativ kann dieser hydraulische Druck in dem Anker 2 in ein elektrisches Signal
umgeformt und das elektronische Hauptsteuergerät 5 an Stelle der Druckleitung 4
über einen Leitungsdraht eingesteuert werden.
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Der mit dem Drehtisch 7 verbundene Geschwindigkeitsmesser 6 erzeugt
ein elektrisches Signal, welches die Drehgeschwindigkeit R des Bohrmeißels anzeigt.
Das elektrische Signal wird in das elektronische Hauptsteuergerät 5 über die Leitung
8 eingesteuert, wo es dazu verwendet wird, das gewünschte Produkt aus Drehgeschwindigkeit
und Gewicht des Bohrmeißels
je Zentimeter des Durchmessers des
Bohrmeißels zu erhalten. Das elektronische Hauptsteuergerät 5 erhält die erforderliche
Energie von einer Stromquelle beliebiger Art, welche in der Zeichnung nicht weiter
dargestellt ist. Die Energie wird über die Leitung 22 zugeführt, nachdem sie von
einem Umformer 23 umgeformt wurde, welcher die Energie für den Betrieb des Hauptsteuergerätes
5 geeignet macht.
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Der Mechanismus, mit dessen Hilfe die Spannung des toten Seilendes
3 in dem elektronischen Hauptsteuergerät 5 in ein Signal umgeformt wird, welch letzteres
ein Maß für den auf die Sohle des zu bohrenden Bohrloches von dem Bohrmeißel ausgeübten
tatsächlichen Druckes bzw. für das Gewicht W des Bohrmeißels ist, ist in F i g.
2 der Zeichnung dargestellt. Dort ist auch das Verfahren zum Erhalten des geeichten
Gewichtes des Bohrmeißels nach Maßgabe der Spannung des toten Seilendes 3 ebenso
wie das Anzeigepult zur Anzeige dieses Gewichtes im einzelnen erläutert.
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In dem Stromkreis des elektronischen Hauptsteuergerätes 5 ist ein
Druckumformer 24 gelagert, welcher die über den Seilspannungsumwandler 1 in dem
Anker 2 und die Druckleitung 4 übertragene hydraulische Druckinformation in eine
Schwenkbewegung des Potentiometerarmes 24 A des Druckumformers 24 umformt. Die auf
diese Weise erzeugte Schwenkbewegung des Potentiometerarmes 24 A des Druckumformers
24 bewirkt, daß sich der Potentiometerarm längs der Wicklung des Widerstandes des
Potentiometers von der unteren Stellung oder Ruhestellung - welche den hydraulischen
Druck Null und die Spannung Null des toten Seilendes 3 darstellt -in Richtung des
oberen Endes bewegt, welches einen willkürlichen maximalen hydraulischen Druck und
eine entsprechende Spannung in dem toten Seilende 3 darstellt.
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Um ein elektrisches Signal zu erhalten, welches proportional der Lage
des Potentiometerarmes 24 A des Druckumformers 24 ist, wird durch das Potentiometer
ein elektrischer Strom hindurchgeschickt, welcher aus einer positiven Spannungsquelle
mit den Polen 25 und 26 herrührt. Die Pole 25 und 26 haben im wesentlichen die gleiche
Spannung, sind aber entgegengesetzter Polarität. Die mit den Polen 25 und
26 in Verbindung stehenden Widerstände 27 und 28
sind so bemessen,
daß gegenüber der Erde auf den Potentiometerarm 24 A des Druckumformers die
Spannung Null dann wirkt, wenn sich dieser Arm in der Mitte seines Schwenkbereiches
befindet. So entspricht die Stellung des Potentiometerarmes 24 A des Druckumformers
24 einem elektrischen Signal, das proportional der Spannung des toten Seilendes
und dem Nettogesamtgewicht aller Ausrüstungsteile ist, welche an dem unteren Ende
des Bohrzeuges in dem zu bohrenden Bohrloch hängen.
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Im folgenden werden alle diejenigen Mittel erläutert, welche lediglich
zur Erzeugung eines elektrischen Signals erforderlich sind, welch letzteres dem
Gewicht W des Bohrmeißels entspricht. Wenn sich der Bohrmeißel von der Sohle des
Bohrloches vollständig gelöst hat, entspricht die Spannung des toten Seilendes 3
dem Nettogesamtgewicht aller derjenigen Ausrüstungsteile, welche an dem Bohrzeug
hängen. Wenn der Bohrmeißel mit der Sohle des Bohrloches in Berührung steht, dann
wird ein Teil des Nettogesamtgewichtes von der Sohle des Bohrloches aufgenommen,
und die Spannung des toten Seilendes 3 wird um denjenigen Teil vermindert, welcher
auf den Bohrmeißel einwirkt.
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Ein aus den Potentiometern 29 bis 31 bestehendes Potentiometersystem
mit drei Leitungszweigen steht mit dem Potentiometer des Druckumformers
24 über einen Verstärker 47 desjenigen Typs in Verbindung, welche in Rechengeräten
zum Einbau gelangt. Die Potentiometer 29 bis 31 werden von einer gemeinsamen
Antriebswelle 32 angetrieben, welche in der Zeichnung in gestricheltem Linienzug
dargestellt ist. Diese Antriebswelle 32 ist Bestandteil des elektromechanischen
Servosystems 33. Dieses elektromechanische Servosystem 33 bewirkt, daß die gemeinsame
Antriebswelle 32 der Schwenkbewegung des Potentiometerarmes 24 A des Potentiometers
in dem Druckumformer 24 folgt, welcher - wie bereits erläutert - so gelagert ist,
daß der Spannung des toten Seilendes 3 entspricht.
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Die Kalibrierung des elektromechanischen Servosystems 33 mit dem Zweck,
über die Winkelstellung der gemeinsamen Antriebswelle 32 das genaue Gewicht W des
Bohrmeißels anzuzeigen, wird durch Einstellung der Potentiometer 35 und 36 verwirklicht,
welche mit den entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des Potentiometers
29 in Verbindung stehen. Die Potentiometer 35 und 36 stehen
über eine gemeinsame Welle 34 in Verbindung, die in der Zeichnung als gestrichelter
Linienzug dargestellt ist; diese Welle 34 kann mit Hilfe eines Knopfes eingestellt
werden, der mit der Welle 34 verbunden auf einem Kontrollpult des elektronischen
Hauptsteuergerätes 5 angeordnet ist. Der Bedienungsmann eicht das System beim Verbinden
eines Abschnittes mit dem Bohrzug, indem er das Gewichtsmeßgerät 37 beobachtet,
während der Bohrmeißel aus dem Bohrloch herausgezogen wird. Durch Handverstellung
der zur Kalibrierung geeigneten und bestimmten Potentiometer 35 und
36 über die gemeinsame Welle 34
wird das Gewichtsmeßgerät 37 auf den
Anzeigewert Null gestellt. So stellt die Winkelstellung der gemeinsamen Antriebswelle
32 des elektromechanischen Servosystems 33 das Gewicht W des Bohrmeißels
dar.
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Um in dem elektronischen Hauptsteuergerät 5 eine Kontrollpultanzeige
und eine Systemkontrolle des Gewichtes W des Bohrmeißels zu erhalten, ist es erforderlich,
in dem Hauptsteuergerät 5 ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches dem Gewicht
W des Bohrmeißels proportional ist. Dies wird dadurch erreicht, daß auch die Winkelstellung
der gemeinsamen Antriebswelle 32 in ein elektrisches Signal umgeformt wird, welches
durch Verwendung des Potentiometers 31 ein Maß für das Gewicht W des Bohrmeißels
ist. Dieses Potentiometer 31 zählt zu der aus den Teilen 29 bis
31 bestehenden Potentiometereinheit, welche in der vorbeschriebenen Weise
von der gemeinsamen Antriebswelle 32 angetrieben wird.
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Das Potentiometer 31 besitzt einen Anschlußpunkt 39, welcher so angeordnet
ist, daß er auf der Höhe etwa eines Drittels des Abstandes von dem unteren Ende
des Potentiometerwiderstandes liegt. Das Potentiometer 31 steht auch mit den Polen
25 und 26 in Verbindung, so daß es ebenso wie der bereits erläuterte Druckumformer
24 unter Spannung steht. Auf diese Weise ist die Spannung zwischen dem Arm 38 des
Potentiometers 31 und der Erde auch proportional zu der Stellung der gemeinsamen
Antriebswelle 32 und demgemäß auch proportional zu dem Gewicht A des Bohrmeißels.
Die Spannung zwischen
dem Arm 38 des Potentiometers 31 und der
Erde wird Null, wenn sich der Arm 38 genau gegenüber dem geerdeten Anschlußpunkt
39 des Poteniometers 31 befindet.
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Die Spannung des Armes 38 des Potentiometers 31 wird an die Verstärker
40 und 41 angelegt. Der Verstärker 40 dient dazu, das Gewichtsmeßgerät
37
zu steuern; er ist mit einem Schalter 42 hoher bzw. geringer Empfindlichkeit
versehen, mit dessen Hilfe die Empfindlichkeit des Gewichtsmeßgerätes 37 während
des vorerwähnten Kalibrierns erhöht werden kann. Der Verstärker 41 dient zum Vergleich
der Spannung des Armes 38 des Potentiometers 31 mit der Spannung des Armes 44 des
Vergleichpotentiometers 43, welches für das maximale Gewicht W des Bohrmeißels geeignet
und bestimmt ist. Das Vergleichspotentiometer 43 ist vorzugsweise ein Präzisionsspiralpotentiometer
mit zehn Windungen, welches mit einer Skala mit entsprechend zehn Schaltstellungen
ausgestattet ist. Auf der Skala des Potentiometers 43 können hinsichtlich des maximalen
Gewichtes W des Bohrmeißels Einstellungen bis zu 1 °/o des Skalenbereiches vorgenommen
werden.
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Die Leistung des Verstärkers 41 ist gleich Null, wenn die beiden Eintrittsspannungen
der Arme 38 und 44 der Potentiometer 31 bzw. 43 - unabhängig
von deren absoluten Größen - genau gleich sind. Wenn die Spannung des Signals des
Armes 38 des Potentiometers 31 für das Gewicht W des Bohrmeißels die Spannung des
Signals des Vergleichspoteniometers 43 des Armes 44 des Gewichtes
W des Bohrmeißels übersteigt, hat die Ausgangsleistung des Verstärkers 41 eine solche
Polarität, daß das gesamte Servo-Kontrollsystem 55, das in F i g. 2 der Zeichnung
mit einem gestrichelten Linienzug dargestellt ist, denjenigen Druck herabgesetzt,
welchen der Bohrmeißel auf die Sohle des zu bohrenden Bohrloches ausübt.
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Beim Kalibrieren des Wertes der Sohle des Bohrloches oder das Bohrmeißels
- ausgedrückt durch die Winkelstellung der gemeinsamen Antriebswelle 32 - ist zu
beachten, daß die zum Kalibrieren geeigneten und bestimmten Potentiometer 35 und
36, deren entsprechende Potentiometerarme sich - wie beschrieben - nicht unter der
Einwirkung der gemeinsamen Welle 34 gleichzeitig nach oben und unten bewegen, in
die Klemmen des Potentiometers 29 ein Spannungssignal einsteuern, wobei der Arm
dieses Potentials 29 gemeinschaftlich ist mit der Antriebswelle 32 zusammen mit
den entsprechenden Armen der anderen Potentiometer 30 und 31. Die gestrichelte Linie
in dem Kalibriergerät 46 zeigt in vereinfachter Form die wesentlichen Verbindungen
zwischen dem Potentiometer 29 und des für das Kalibrieren geeigneten Stromkreises.
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Wie vorstehend beschrieben, hat der normalerweise in Rechenmaschinen
eingebaute Verstärker 47 eine Eingangsspannung, welche der Differenzspannung zwischen
dem Potentiometer in dem Druckumformer 24 und dem Arm 48 des Potentiometers 29 entspricht.
Der Verstärker 47, der Druckumformer 24 und das Potentiometer 29 mit drei Anschlüssen
bilden einen ersten Signalerzeuger 24, 29, 47. Darüber hinaus ist die Austrittsspannung
des Verstärkers 47 gleich dem Signalfehler der Eintrittsspannung des elektromechanischen
Servosystems 33. Der Austrittsspannung des Servosystems 33 entspricht wiederum das
Signal der Winkelstellung der gemein-Samen Welle 32, von welcher die Stellung des
Armes 48 des Potentiometers 29 abgeleitet wird. Es ist klar, daß das elektromechanische
Servosystem 33 so arbeitet, daß der Arm 48 des Potentiometers 29 in eine Stellung
gebracht wird, in welcher das Gleichgewicht Null an der Austrittsstelle des Verstärkers
47 eintritt.
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Darüber hinaus verändert sich das genaue Spannungsniveau des Potentiometerarmes
48 relativ zu der Spannung der Erde in übereinstimmung mit den Veränderungen der
Spannung in dem toten Seilende 3, welche - wie beschrieben - in das System über
den Potentiometerarm des Druckumformers 24 in Form einer Relativspannung (Spannung
relativ zu der Spannung der Erde) eingeführt werden. Wenn also die Spannung in dem
toten Seilende 3 in der Nähe des Maximums bzw. Minimums liegt oder aber einen Zwischenwert
einnimmt, dient das elektromechanische Servosystem 33, welches den Signalfehler
des Verstärkers 47 empfängt, dazu, den Potentiometerarm 48 in eine entsprechende
Lage zu bringen.
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Da die Potentiometer 29, 30 und 31 identisch sind und sich auf der
gemeinsamen Antriebswelle 32 bewegen und da der Anschlußpunkt 39 des Potentiometers
31 auf der Höhe etwa eines Drittels des Abstandes von dem unteren Ende des Potentiometers
liegt und da das Gewicht Null des Bohrmeißels der Winkelstellung des gegenüber dem
Anschlußpunkt 39 liegenden Armes 38 des Potentiometers 31 entspricht, muß die tatsächliche
Spannung, welche an den Außenklemmen des Potentiometers 29 liegt, während des Kalibrierens
durch geeignete Stellung der Potentiometer 35 und 36 verändert werden, wodurch das
elektromechanische Servosystem 33 gezwungen wird, einen Gleichgewichtspunkt Null
des Armes 48 des Potentiometers 29 bzw. der Arme 49 und 38 der Potentiometer 30
und 31 zu finden, wobei dieser Gleichgewichtspunkt Null gegenüber dem Anschlußpunkt
39 des Potentiometers 31 liegt.
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Der Zweck des die in F i g. 3 der Zeichnung dargestellte Schaltung
enthaltenden Kalibriergerätes 46 ist es, als Kalibriermittel für das elektronische
Hauptsteuergerät 5 zu dienen, welch letzteres mit den Seilspannungsumwandlern, z.
B. mit dem in dem Anker 2 enthaltenen Seilspannungsumwandler 1, verbunden ist. Ein
weiterer Zweck dieses Gerätes 46 ist es, das elektronische Hauptsteuergerät 5 bezüglich
der verschiedenen Seile, z. B. hinsichtlich des Seiles 6, zu eichen, welch letztere
als Teile des aus den Elementen 9 bis 11 bestehenden Flaschenzuges um den Kronenblock
9 und den unteren Block 10 geschlungen sind.
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Das Kalibriergerät 46 arbeitet wie folgt: Die Potentiometer 35 und
36 sind zu beiden Seiten des Kalibriergerätes 46 angeordnet (F i g. 2). Sie
stehen über die gemeinsame Welle 34 in der beschriebenen Weise in Verbindung. Das
Potentiometer 29 besitzt einen Schaltarm 48, welcher - wie beschrieben - seinerseits
mit der gemeinsamen Antriebswelle des elektromechanischen Servosystems verbunden
ist. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, sind die Schalterteile SW 2 A,
SW 2
B, SW 2 C und SW 2 D des Schalters S W 2 über eine gemeinsame, nicht
weiter dargestellte Welle miteinander verbunden. Der Schalter SW 2, welcher
mit dem elektronischen Hauptsteuergerät 5 zusammenarbeitet, ermöglicht eine Schaltverbindung
mit verschiedenen Spannungsumformern, z. B. mit dem Seilspannungsumformer 1 des
Ankers 2. Das Schalten
des Schalters S W 2 von der Stellung
D in die Stellung E oder von der Stellung E in die Stellung D bewirkt ein Zuschalten
verschiedener Widerstände, welche so ausgewählt sind, daß das elektronische Hauptsteuergerät
5 mit dem entsprechenden, im Einsatz befindlichen Seilspannungsumformer verbunden
wird. Das Schalten des Schalters SW 2 in die Stellung D bewirkt, daß die
Widerstände 64 bis 75 zugeschaltet werden, während die Widerstände 76 bis 87 abgeschaltet
werden. Deshalb wird das elektronische Hauptsteuergerät 5 durch Schalten des Schalters
SW 2 in die Stellung D und durch geeignete Wahl der Widerstände 64
bis 75 auf einen bestimmten Ankertyp geeicht. Auch wenn der Schalter SW
2 sich in der Stellung D befindet, sind die Widerstände 76 bis
87 mit dem Stromkreis nicht mehr in einer Art und Weise verbunden, welche
den Betrieb oder die Kalibrierung des elektronischen Hauptsteuergerätes 5 beeinflußt.
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Durch Bewegung des Schalters SW 2 in die Stellung E
geschieht gerade das Umgekehrte; das elektronische Hauptsteuergerät 5 wird nun auf
einen besonderen Typ E des Ankers geeicht, da die Widerstände 76 bis 87 nunmehr
in den Stromkreis eingeschaltet sind, wobei die Werte dieser Widerstände so gewählt
werden, daß das elektronische Hauptsteuergerät 5 kalibriert wird. Darüber hinaus
werden die Widerstände 64 bis 75 nunmehr hinsichtlich des Stromkreises abgeschaltet,
so daß sie den Betrieb oder den Kalibriervorgang des elektronischen Hauptsteuergerätes
5 nichtlänger beeinflussen.
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Die Schalterteile SW 1 A, SW 1 B, SW 1 C, SW 1 D,
SW 1 E,
SW 1 F, SE 1 G und SW 1 H des Schalters SW 1 stehen mit einer gemeinsamen,
in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Welle in Verbindung. Der Schalter
SW 1, bei welchem es sich um den Schalter des Schaltpultes des elektronischen
Hauptsteuergerätes 5 handelt, erlaubt eine Schaltverbindung mit verschiedenen Seilen,
welche um den Kronenblock 9, den Unterblock 10 und die entsprechenden Teile 9 bis
11 des Flaschenzuges geschlungen sind. So werden beispielsweise die Seile »6«, »8«
und »10« verwendet. Durch geeignete Wahl der Widerstände 64 bis 87 können verschiedene
Seile ausgewählt werden, so daß das elektronische Hauptsteuergerät 5 entsprechend
der Anzahl der Seile geeicht wird. Selbstverständlich wirken diese Seile mit dem
Seilspannungsumwandler 1 zusammen, welcher durch Schalten des Schalters
SW 2 ausgewählt wird.
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Ein Beispiel für die Schaltung ist das folgende: Es sei einmal angenommen,
daß das Seil »6« verwendet wird, welches mit einem besonderen Typ D des Ankers 2
in Verbindung steht. Der Schalter SW 2
wird dann in die Stellung D geschaltet,
wobei die Widerstände 64 bis 75 eingeschaltet und die Widerstände 76 bis 87 ausgeschaltet
werden. Der Schalter SW 1 wird in die Stellung des Seiles »6« geschaltet.
Wie aus F i g. 3 ersichtlich, sind die Widerstände 64,
65 und 66 sämtlich
in den Stromkreis eingeschaltet. Der Widerstand 67 ist eingeschaltet, wohingegen
die Widerstände 68 und 69 ausgeschaltet sind. Der Widerstand 70 ist
eingeschaltet, während die Widerstände 71 und 72 ausgeschaltet wind.
Die Widerstände 73, 74 und 75 liegen in dem Stromkreis. Durch geeignete Wahl der
Widerstände 64, 65, 66, 67, 70, 73, 74 und 75 wird das elektronische Hauptsteuergerät
5 für die Seile »6« kalibriert, sofern ein besonderer Typ des Ankers 2 verwendet
wird. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Widerstände in vier Blöcke aufgeteilt
sind. Ein jeder Block dient einer besonderen Aufgabe. Die aus den Widerständen 67,
68, 69, 79, 80 und 81 bestehende Einheit dient als Mittel, welche die passende Spannung
im oberen Teil des Potentiometers 29 jederzeit und unter einer jeden Bedingung anzuzeigen
erlaubt. Die zweite Einheit besteht aus den Widerständen 70, 71, 72, 82, 83 und
84 und dient als Mittel, welches die geeignete Spannung im unteren Teil des Potentiometers
29 jederzeit und unter einer jeden Bedingung anzuzeigen gestattet. Die dritte Einheit
besteht aus den Widerständen 64, 65, 66, 76, 77 und 78 und dient als Mittel, welches
die passende Spannung im oberen und unteren Teil des Potentiometers 29 jederzeit
anzuzeigen erlaubt. Die letzte Einheit besteht aus den Widerständen 73, 74, 75,
85, 86 und 87 und erlaubt - vom Schaltpunkt SW 2 A ausgehend - die
Beobachung der Impedanz in dem Kalibriergerät 46, wobei diese Impedanz durch Schalten
der Schalter SW 1
und SW 2 in eine jede Stellung konstant ist.
Auf diese Weise wird das Kontrollsystem über das Gewicht W des Bohrmeißels kalibriert.
Im folgenden werden diejenigen Mittel beschrieben, mit deren Hilfe das Produkt aus
Bohrmeißelgewicht W (je Zoll des Bohrmeißeldurchmessers) und Drehgeschwindigkeit
R des Drehtisches 7 erhalten wird.
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Die Verfahrensweise, mit deren Hilfe dieses Produkt erhalten wird,
entspricht der bekannten Komputertechnik. Dabei wird die eine der Veränderlichen
W oder R durch die Winkelstellung des Armes des Potentiometers, in diesem Falle
durch Verstellung des Armes 49 des Potentiometers 30 eingeführt, während
die andere Veränderliche über die Klemmen des Potentiometers 30 als Spannung eingeführt
wird. Der Wert des Produktes W und R der beiden Veränderlichen wird als Spannung
zwischen dem Arm 49 des Potentiometers 30 und der Erde erhalten. Das
Potentiometer 30 besitzt einen Anschlußpunkt 50, dessen Lage die gleiche ist wie
diejenige des Anschlußpunktes 39 des Potentiometers 31. Wenn das elektrische
Signal des Geschwindigkeitsmessers 6 über den oberen Teil des Potentiometers
30 in den Anschlußpunkt 50 eingesteuert wird, stellt die an dem Arm 49 des
Potentiometers 30 abgenommene Spannung relativ zu der Erde ein Maß für das Produkt
aus Gewicht W des Bohrmeißels und Drehgeschwindigkeit R des Drehtisches 7 dar. Diese
Spannung wird als eine der beiden Eintrittsspannungen abgenommen, welche an den
Verstärker 51 angelegt ist. Die zweite Spannung wird über den Arm 52 des
W - R-Bezugspotentiometers 53 erhalten. Bei dem Potentiometer 53 handelt es sich
vorzugsweise um ein Potentiometer mit zehn spiralförmigen Wicklungen, wobei eine
Drehwählscheibe mit entsprechenden Handhaben vorgesehen ist, mit welcher die gewünschten
Werte des Produktes W - R eingestellt werden können.
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Der Verstärker 51 liefert die W - R-Signalfehler, welche in
das Servo-Kontrollsystem 55 über das »AND«-Fenster 45 eingesteuert werden.
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Da das Produkt W - R vorzugsweise aus den beiden Faktoren, nämlich
dem Gewicht des Bohrmeißels pro Zoll Bohrmeißeldurchmesser und der Drehgeschwindigkeit
R des Bohrmeißels besteht, ist die Anordnung von Mitteln zum Kalibrieren des Bohrmeißeldurchmessers
erforderlich. Dies wird mit Hilfe eines Schiebewiderstandes 54 erreicht,
welcher dazu
dient, den Strom in dem Potentiometer 53 einzustellen
und damit auch den Wert der von dem Arm 52 des Potentiometers 53 abgenommenen Spannung
relativ zu der Erde zu regeln. Um den Bereich des Durchmessers des Bohrmeißels von
etwa 15 bis 50 cm unterbringen zu können, muß die Veränderung des Stromes über das
Potentiometer 53 in einem Bereich von 6 bis 20 in A liegen, was durch Veränderung
des Schiebewiderstandes 54 erreicht wird.
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Indem nunmehr auf das »AND«-Fenster 45 des Servo-Kontrollsystems 55
Bezug genommen wird, ist aus der Zeichnung ersichtlich, daß dieses Fenster 45 vier
Eintrittsstellen bzw. Klemmen, nämlich 56 bis 59 besitzt. Von dieser Gruppe sind
die beiden Eintrittsstellen 56 und 57 bereits erläutert worden, da sie sich auf
das Gewicht des Bohrmeißels bzw. auf das Produkt W - R beziehen. Das »AND«-Fenster
45 steuert ein Signal in das Ventil 19 nur dann ein, wenn alle vier Eintrittsstellen
erregt werden.
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Das Servo-Kontrollsystem 55 steuert eine Reihe von elektrischen Impulsen
in das elektrische Ventil 19 ein, wodurch dieses Ventil 19 seinerseits mehr
oder weniger kurz geöffnet wird. Dies hat zur Folge, daß das hydraulische oder pneumatische
Druckmittel über das elektrische Ventil 19 in den Servo-Kontrollzylinder 17 (F i
g. 1) eingesteuert wird. Hierdurch wird die vorgespannte, auf die Bremsstange 15
einwirkende Feder gelöst, was ein Lösen des Seiles durch das Bohrhebewerk zur Folge
hat.
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Bei Servo-Kontrollgeräten, z. B. 55, ist es ganz allgemein bekannt,
die Kontrolle durch Einführung einer Reihe von kurzen Impulsen durchzuführen, und
es ist ganz allgemein erwünscht, diese Impulse sowohl hinsichtlich der Dauer als
auch hinsichtlich ihrer Frequenz veränderlich zu gestalten. Diese elektrischen Impulse
werden daher von einem verstellbaren Impulsgenerator 60 (F i g. 2) erzeugt, welcher
mit einem Gerät 61 zur Veränderung der Impulsbreite ausgestattet ist. Die Leistung
dieser beiden Geräte wird in das »AND«-Fenster 45 über die Anschlußklemme 58 eingeführt.
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Da das »AND«-Fenster 45 einen Impuls in das elektrische Ventil
19 einsteuert, ist es erforderlich, daß alle vier Eintrittsstellen des Fensters
45 im Betrieb sind. Dies stellt die Bedingung innerhalb des Servosystems dar, unter
welcher eine Wirkung auftritt und vom Gerät positiv registriert wird. Die Wörter
»positiv registriert« werden hier deshalb benutzt, weil unter bestimmten Bedingungen
das Gewicht W des Bohrmeißels über das gewünschte, festgesetzte Maximum hinausgeht,
welch letzteres auf dem Potentiometer 43 angezeigt wird. Wenn unter dieser Bedingung
das elektronische Hauptsteuergerät 5 versucht, das Gewicht des Bohrmeißels über
den für das Produkt W - R bestimmten Teil zu vergrößern, und versucht wird, ein
Gewicht des Bohrmeißels zu verwenden, welches den maximalen Grenzwert des Potentiometers
überschreitet, dann läßt die Eintrittsklemme 56 des»AND«-Fensters 45 keine weiteren
elektrischen Impulse in das elektrische Ventil zu, so daß kein weiteres Gewicht
aufgebracht wird. Hierdurch ist auch die über die Eintrittsklemme 56 in das Fenster
eingesteuerte Leistung gleich Null.
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Es ist klar, daß die Kontrolle des Produktes W - R des Bohrmeißelgewichtes
nur so lange erhalten werden kann, als das Gewicht W des Bohrmeißels kleiner ist
als der Maximalwert in dem Potentiometer 43, so daß die Eintrittsklemme 56 und das
»AND«-Fenster 45 in der Betriebsstellung verbleiben. Wenn die Forderungen hinsichtlich
der Befriedigung des Produktes W - R, welches von dem Potentiometer 53 angezeigt
wird, erfüllt sind, dann schalten die Eintrittsklemme 57 und das »AND«-Fenster 45
von der Betriebsstellung in die Außerbetriebsstellung periodisch um. Dieses periodische
Umschalten ist allen Servosystemen dieser Art gemeinsam.
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Ein zusätzliches Merkmal des Kontrollsystems liegt in dem »AND«-Fenster
45, welches an die Eintrittsklemme 59 angeschlossen ist. Die Eintrittsklemme 59
wird normalerweise mit einem Signal beliefert. Wenn diese Bedingung hinsichtlich
der Eintrittsklemme 59 jedoch nicht erfüllt ist, wird die Übertragung von Impulsen
in das elektrische Ventil 19 verhindert. Eine derartige Unterbrechung des
Signals in der Eintrittsklemme 59 kann als Folge eines plötzlichen Wechsels des
Signalfehlers auftreten, welcher in das elektromechanische Servosystem 33 über einen
Verstärker 47 eingesteuert wird. Eine derartige Veränderung des Signalfehlers entspricht
ganz allgemein der Veränderung der Spannung des toten Seilendes und wird durch die
Veränderung des Stromkreises 62 festgestellt, der auf plötzliche Gewichtsveränderungen
anspricht. Der Stromkreis dient dazu, ein weiteres Lösen des Seiles von der Bohrwinde
12 so lange zu verhindern, bis der Signalfehler stabilisiert ist. Dieser Stromkreis
spricht gleichermaßen auf eine Zunahme bzw. Abnahme der Seilspannung an, und die
Zeitkonstante dieses Stromkreises kann in einer der Anlage angemessenen Weise eingestellt
werden.
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Hierdurch erlaubt das erfindungsgemäße automatische Kontrollsystem
einer Drehspülbohranlage; den Bohrvorgang so durchzuführen, daß ein vorbestimmtes,
geregeltes Gewicht W aufgebracht wird, welches auf dem Bohrmeißel einwirkt, während
dieses Gewicht von einem Steuerpult abgelesen werden kann. Das erfindungsgemäße
Kontrollsystem steuert den Bremshebel 15 der Bohrwinde 12 der Drehspülbohranlage.
Es versetzt den Bohrmeister in die Lage, das Produkt der Veränderlichen des Bohrvorganges,
nämlich das Gewicht des Bohrmeißels und die Drehgeschwindigkeit W - R auf ganz bestimmten
Programmwerten zu halten. Die Begrenzung des Maximalgewichtes des Bohrmeißels ebenso
wie die Kontrolle der plötzlichen Veränderungen als Folge des Wechsels des Gebirgswiderstandes
beim Eindringen des Bohrmeißels in das Gestein, hervorgerufen durch Hohlräume, Hartschichten
u. dgl., werden durch Verwendung des erfindungsgemäßen Kontrollsystems erreicht.
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Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Kontrollsystems wird der Bohrmeister
in die Lage versetzt, das Bohrprogramm in optimaler Weise zu verwirklichen und einen
Zusammenhang zwischen dem Gewicht des Bohrmeißels, der Drehgeschwindigkeit, der
Leistung der Schlammpumpe und der Leistung und Schlagkraft des Bohrmeißels herzustellen,
wodurch die Anzahl der in der Zeiteinheit abgebohrten Meter bei geringsten spezifischen
Bohrkosten und unter minimalem Einsatz von Geräten und Bohrflüssigkeit ein Maximum
wird.
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Das erfindungsgemäße Bohrkontrollsystem stellt auch das Gewicht des
Bohrmeißels fest und übersteuert sich manchmal während des Lösens des Seiles von
der Bohrwinde. Dies führt zu einem bemerkenswert genauen Aufbringen des Gewichtes
und zu einem Glätten des Bohrvorganges, da sehr kleine
Unterschiede
in der Härte des Gesteines festgestellt werden, in welches der Bohrmeißel eindringt.
Da das Produkt W . R konstant ist, treten Veränderungen des auf den Bohrmeißel einwirkenden
Gewichtes bei der Änderung der Drehgeschwindigkeit des Drehtisches auf. So erhöht
sich bei Herabsetzung der Drehzahl des Drehtisches das auf den Bohrmeißel einwirkende
Gewicht; umgekehrt nimmt das Gewicht ab, wenn sich die Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels
erhöht. Daraus geht hervor, daß das erfindungsgemäße Kontrollsystem eine sichere,
genaue und selbsttätige Kontrolle des Gewichtes des Bohrmeißels erlaubt, so daß
der Bohrmeister in der Lage ist, den Bohrvorgang so schnell wirksam und sicher wie
möglich durchzuführen.