DE202016102521U1 - Safety device for drilling rigs with drilling mast - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Sicherung des Arbeitsschutzes bei Bohrgeräten mit einem Bohrmast (1), nämlich zum Schutz von Personen vor einem Kontakt mit sich an dem oder/und innerhalb des Bohrmastes (1) bewegenden Teilen, indem die hinsichtlich der Vermeidung eines Kontaktes zu sichernden bewegten Teile im Falle eines Eindringens eines Subjektes oder Objekts in ein sensorisches Abtastfeld mittels dafür an dem Bohrgerät vorgesehener, durch eine zur Auswertung von Sensorsignalen ausgebildete Verarbeitungseinheit angesteuerter Aktoren außer Betrieb gesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des sensorischen Abtastfeldes an dem Bohrgerät mehrere Radarsensoren (21–2n; 31–3n) derart angeordnet oder/und unter Berücksichtigung des Öffnungswinkels (10) der von ihnen emittierten Radarstrahlen ausgerichtet sind, dass zumindest keine der Strahlungshauptkeulen (8) der von den Radarsensoren (21–2n; 31–3n) emittierten Radarstrahlen die Bohroberfläche (4) oder Teile des Bohrmastes (1) überstreicht.Apparatus for securing safety at work with drilling rigs (1), namely for the protection of persons against contact with parts moving on and / or within the drilling mast (1), in which the moving parts to be secured with respect to avoiding contact If a subject or object penetrates a sensory scanning field by means of actuators provided therefor on the drill, actuated by a processing unit designed to evaluate sensor signals, characterized in that a plurality of radar sensors (21) are used to generate the sensory scanning field on the drilling apparatus. 2n; 31-3n) are arranged and / or aligned in such a way that at least none of the radiation main lobes (8) of the radar beams emitted by the radar sensors (21-2n; 31-3n) are aligned with respect to the opening angle (10) of the radar beams emitted by them Drill surface (4) or parts of the drill mast (1) overrides.
Description
Die Erfindung betrifft eine Lösung zur Sicherstellung des Arbeitsschutzes bei mit einem Bohrmast ausgestatteten Bohrgeräten. Sie bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schutz von insbesondere Personen vor einem Kontakt mit sich an dem oder/und innerhalb des Bohrmastes bewegenden Teilen. Bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung ist die Realisierung eines entsprechenden Schutzes für Tophammerbohrgeräte und Imlochbohrgeräte, ohne dass jedoch die Erfindung hierauf beschränkt wäre. Insoweit bezieht sich die Erfindung allgemein auf Bohrgeräte, welche einen Bohrmast aufweisen, in dem Stangen oder Rohre mit einem an ihrem Ende angeordneten Bohrkopf geführt werden, wobei der Bohrkopf je nach Einsatzzweck sehr unterschiedlich gestaltetet sein kann. Der Bohrmast ist hierbei beispielsweise an dem Ausleger eines Baggers (oder Kranes) angeordnet, welcher zu Positionierung und Ausrichtung des Bohrmastes und damit des Bohrwerkzeugs dient. Auch eine Anordnung des Bohrmastes auf einer nicht selbstfahrenden, sondern mittels eines geeigneten Fahrzeugs bewegbaren Lafette mit Aufbauten zur Positionierung und Ausrichtung des Bohrmastes ist üblich.The invention relates to a solution for ensuring health and safety at drilling rigs equipped with a drilling mast. It relates to a device for the protection of persons in particular from contact with or moving inside the drilling mast. Preferred field of application of the invention is the realization of a corresponding protection for Tophammerbohrgeräte and Imlochbohrgeräte, but without the invention would be limited thereto. In that regard, the invention generally relates to drilling rigs which have a drilling mast in which rods or tubes are guided with a drill head arranged at their end, wherein the drill head can be designed very differently depending on the intended use. The drilling mast is here, for example, arranged on the boom of an excavator (or crane), which serves for positioning and alignment of the drilling mast and thus of the drilling tool. An arrangement of the drilling mast on a non-self-propelled, but by means of a suitable vehicle movable carriage with structures for positioning and alignment of the drill mast is common.
Bohrgeräte mit einem Bohrmast, wie insbesondere Bohrgeräte der vorgenannten Art, nämlich Tophammerbohrgeräte und Imlochbohrgeräte, dienen beispielsweise der Einbringung von Bohrungen in Felsen oder Gestein, zum Beispiel für Sprengungen in Steinbrüchen oder zur Erzeugung von Versorgungsschächten. Innerhalb des Bohrmastes vollführen die darin geführten Stangen oder Rohre, je nach angewendetem Bohrprinzip, eine Rotation um ihre Längs- beziehungsweise Mittelachse oder/und – wie beispielsweise im Falle des Bohrhammerns – eine Auf- und Abwärtsbewegung aufgrund einer periodischen Beaufschlagung mit einer vorzugsweise hydraulisch erzeugten Kraft. Neben dem Bohrgestänge oder den zum Bohren verwendeten Rohren sind an einem entsprechenden Bohrmast häufig noch eine Reihe weiterer bewegter Teile, wie beispielsweise ein Vorratsmagazin zur automatischen Nachführung von Stangen oder Rohren zur Verlängerung des Bohrwerkzeugs, angeordnet. Drilling rigs with a drilling mast, such as in particular drilling rigs of the aforementioned type, namely Tophammerbohrgeräte and Imlochbohrgeräte serve, for example, the introduction of holes in rocks or rocks, for example, for blasting in quarries or for the production of supply shafts. Within the drilling mast, the rods or tubes guided therein carry out a rotation about their longitudinal or central axis or / and - as in the case of hammering - an up and down movement due to a periodic application of a preferably hydraulically generated force , In addition to the drill pipe or the pipes used for drilling a number of other moving parts, such as a storage magazine for automatically tracking rods or tubes for extending the drilling tool, are often arranged on a corresponding drilling mast.
In einzelnen Fällen ist es in der Vergangenheit zu Arbeitsunfällen gekommen, wenn sich im Umfeld des Bohrgeräts aufhaltende Personen durch Unaufmerksamkeit versehentlich in Kontakt mit den sich bewegenden Teilen des Bohrgeräts gelangt oder mit Körperteilen zwischen diese bewegten Teile geraten sind. Derartige Unfälle führen im Allgemeinen zumindest zu erheblichen Personenschäden, können aber auch zum Tod betroffener Personen führen. Aus diesem Grund sind in der jüngeren Zeit rechtliche Vorschriften erlassen worden, welche zur Erhöhung des Arbeitsschutzes im Bereich entsprechender Bohrgeräte und damit zu einer deutlichen Reduzierung des Unfallrisikos führen sollen.In some cases, there have been accidents at work in the past when detainees inadvertently accidentally come into contact with the moving parts of the drill or have their body parts caught between these moving parts. Such accidents generally lead to at least considerable personal injury, but can also lead to the death of affected persons. For this reason, legal regulations have been issued recently, which should lead to the increase of occupational safety in the field of appropriate drilling equipment and thus to a significant reduction of the accident risk.
Zur Umsetzung dieser Vorschriften kommen in der Praxis insbesondere passive Sicherheitsmaßnahmen zum Einsatz. Aus dem Stand der Technik ist es dabei beispielsweise bekannt, wie gemäß der Industrienorm
Die bereits angesprochenen Vorschriften zur Verbesserung des Arbeitsschutzes der in Rede stehenden Bohrgeräte sehen ausdrücklich auch die Möglichkeit eines aktiven, sensorischen Schutzes vor. Allerdings haben derartige Lösungen in die Praxis bislang keinen Eingang gefunden. Dies hat sicherlich nicht nur Kostengründe, vielmehr ist es sehr schwierig, sensorbasierte Lösungen bereitzustellen, welche auch in dem naturgemäß sehr robusten Arbeitsumfeld entsprechender Bohrgeräte zuverlässig funktionieren. Als ein wesentliches Hindernis hat sich dabei unter anderem der beim Bohrvorgang, so insbesondere beim Bohrhammern, entstehende Staub erwiesen. The above-mentioned regulations for improving the health and safety of the drilling equipment in question expressly provide for the possibility of active, sensory protection. However, such solutions have not yet found their way into practice. This certainly has not only cost reasons, but it is very difficult to provide sensor-based solutions that work reliably even in the naturally very robust work environment of corresponding drilling rigs. Among other things, the dust that has formed during the drilling process, in particular during hammer drilling, has proved to be an important obstacle.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und die aufgezeigten Probleme zu überwinden. Zu diesem Zweck soll eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche auch unter den rauen Einsatzbedingungen der Bohrgeräte ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und somit einen sicheren Arbeitsschutz garantiert.The object of the invention is to avoid the aforementioned disadvantages and overcome the problems indicated. For this purpose, a device is to be provided, which also under the harsh operating conditions of the drilling a high degree of reliability and thus a safe work safety guaranteed.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Vorrichtung sind durch die Unteransprüche gegeben.The object is achieved by a device having the features of
Gemäß der vorgeschlagenen Lösung wird der Schutz von Personen vor einem Kontakt mit sich an dem oder/und innerhalb des Bohrmastes eines gattungsgemäßen Bohrgerätes bewegenden Teilen dadurch gewährleistet, dass die hinsichtlich der Vermeidung eines Kontaktes zu sichernden bewegten Teile im Falle eines Eindringens eines Subjektes oder Objektes in ein durch mehrere Sensoren um den Bohrmast herum aufgespanntes Abtastfeld außer Betrieb gesetzt werden. Erfindungsgemäß wird dabei das Abtastfeld mit Hilfe mehrerer Radarsensoren aufgespannt. Diese Radarsensoren werden an dem Bohrgerät derart angeordnet und unter Beachtung des Öffnungswinkels der von ihnen emittierten Radarstrahlung so ausgerichtet, dass ihre jeweilige Strahlungshauptkeule weder die Bohroberfläche noch Teile des Bohrmastes überstreicht.According to the proposed solution, the protection of persons from contact with or moving within the drilling mast of a generic drill moving parts is ensured by the fact that to be secured in terms of avoiding contact moving parts in case of intrusion of a subject or object in a scanning field spanned by several sensors around the drilling mast will be disabled. According to the invention, the scanning field is clamped by means of a plurality of radar sensors. These radar sensors are arranged on the drilling apparatus in such a way and oriented in accordance with the opening angle of the radar radiation emitted by them so that their respective main radiation lobe neither sweeps over the drilling surface nor parts of the drilling mast.
Im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungen, den nachfolgenden Erläuterungen und den Schutzansprüchen sei hier darauf hingewiesen, dass die Begriffe Abtastfeld, Sensorfeld und sensorisches (Abtast-)Feld in diesem Kontext synonym gebraucht werden, ihnen also inhaltlich und aus technischer Sicht dasselbe Verständnis zugrunde liegt. Hiervon wird nach diesem Verständnis das keulenartige Abstrahlfeld (aber auch das Gesamtabstrahlfeld, im Hinblick auf die eventuelle Einbeziehung etwaiger Strahlungsnebenkeulen) unterschieden, welches sich auf die räumliche Ausbreitung der von einem einzelnen Radarsensor emittieren Radarstrahlen bezieht. Demgegenüber bezeichnet das Sensorfeld oder Abtastfeld, denjenigen räumlichen Bereich, welcher durch Überlagerung der Abstrahlfelder (ohne oder mit Beachtung der schon erwähnten Strahlungsnebenkeulen) aller jeweils aktivierten Radarsensoren auf das Eindringen beziehungsweise den Eintritt eines Subjektes oder Objektes zu detektieren ist, um gegebenenfalls das automatisierte Außerbetriebsetzen bewegter Teile des Bohrgerätes zu bewirken.In connection with the above statements, the following explanations and the claims, it should be pointed out here that the terms scanning field, sensor field and sensory (scanning) field are used synonymously in this context, that is, they are based on the same understanding in terms of content and from a technical point of view. According to this understanding, the club-like radiation field (but also the total radiation field, with regard to the possible inclusion of any radiation secondary lobes) is differentiated, which relates to the spatial propagation of the radar beams emitted by a single radar sensor. In contrast, the sensor field or scanning field designates that spatial area which, by superposition of the radiation fields (without or with consideration of the already mentioned radiation lobes) of all respectively activated radar sensors, is able to detect the entry or entry of a subject or object in order, if appropriate, to move the automated shutdown more agitated To effect parts of the drill.
Wie vorstehend erkennbar wird, ist ein wesentliches Merkmal der vorgeschlagenen Lösung die Verwendung von Radarsensoren zur Erzeugung des sensorischen Feldes. Bei Versuchen haben sich optische Sensoren, aus dem bereits angesprochenen Grund einer starken Staubbildung beim Bohren, für diesen Zweck als ungeeignet erwiesen. Dies gilt auch für den Fall des Einsatzes entsprechender Sensoren auf Infrarotbasis. Aber auch eine Verwendung von Ultraschallsensoren hat sich insoweit als nicht praktikabel erwiesen. Auch deren Funktionsweise wird durch die Staubbildung zu stark beeinträchtigt beziehungsweise gestört.As can be seen above, an essential feature of the proposed solution is the use of radar sensors to generate the sensory field. In experiments, optical sensors have proved unsuitable for this purpose, for the reason already mentioned, of excessive dusting during drilling. This also applies in the case of the use of corresponding sensors based on infrared. However, a use of ultrasonic sensors has also proved to be impractical. Their functioning is too much affected or disturbed by the formation of dust.
Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, mittels der Radarsensoren um den Bohrmast herum ein Abtastfeld derart aufzuspannen, dass zumindest keine der Strahlungshauptkeulen der von den Radarsensoren emittierten Radarstrahlen die Bohroberfläche oder Teile des Bohrmastes überstreicht. Letzteres ist insoweit von Bedeutung, als sich gezeigt hat, dass andernfalls an der Bohroberfläche und/oder am Bohrmast Reflektionen der Radarstrahlen auftreten, welche das Ergebnis bei der Auswertung an den Radarsensoren gegebenenfalls eintreffender Radarstrahlen verfälschen. Demgemäß sollen an den Radarsensoren eintreffende Radarstrahlen nur dann detektiert werden, wenn diese von einem sich im Umfeld des Bohrmastes aufhaltenden Hindernis, nämlich insbesondere einer Person oder von einem Körperteil einer Person, reflektiert werden. Andernfalls könnten durch die Bohroberfläche oder direkt oder indirekt durch den Bohrmast selbst reflektierte und infolgedessen von den Sensoren empfangene Radarstrahlen dazu führen, dass die bewegten Teile des Bohrmastes beziehungsweise des Bohrgerätes ohne das Bestehen einer tatsächlichen Gefahr wiederholt außer Betrieb gesetzt werden und somit das Bohrgerät nicht zweckentsprechend eingesetzt werden kann. Im Hinblick auf die Vermeidung eines Überstreichens der Bohroberfläche, nämlich insbesondere des Bodens beim Einbringen von Vertikalbohrungen in den Untergrund, werden daher die Radarsensoren nicht – wie naheliegend – an dem der Bohroberfläche abgewandten Ende des Bohrmastes montiert und dabei ihre Abstrahlfelder entlang des Bohrmastes ausgerichtet. Die Radarsensoren werden vielmehr an dem der Bohroberfläche zugewandten Ende des Bohrmastes angeordnet.Another essential idea of the invention is to clamp a scanning field around the drilling mast by means of the radar sensors such that at least none of the main radiation lobes of the radar beams emitted by the radar sensors sweeps over the drilling surface or parts of the drilling mast. The latter is of importance insofar as it has been shown that, otherwise, reflections of the radar beams occur on the drilling surface and / or on the drilling mast, which falsify the result in the evaluation at the radar sensors, if appropriate, of incident radar beams. Accordingly, radar beams arriving at the radar sensors should only be detected if they are reflected by an obstacle, which is located in the vicinity of the drilling mast, namely in particular a person or a body part of a person. Otherwise, radar beams reflected by the drilling surface or directly or indirectly by the drilling mast itself, and consequently received by the sensors, could cause the moving parts of the drilling mast or drilling rig to be repeatedly disabled without the existence of an actual hazard, and thus not appropriate to the drilling rig can be used. In view of avoiding a sweeping of the drilling surface, namely in particular of the soil when introducing vertical holes in the ground, therefore, the radar sensors are not - as obvious - mounted on the drilling surface facing away from the end of the drilling mast and thereby aligned their radiation fields along the drilling mast. Rather, the radar sensors are placed at the end of the drilling mast facing the drilling surface.
Gemäß einer vorgesehenen Ausgestaltung der Erfindung wird die vorgenannte Bedingung, wonach zumindest die Strahlungshauptkeulen der emittierten Radarstrahlen weder die Bohroberfläche noch Teile des Bohrmastes überstreichen, dadurch erreicht, dass die Strahlungsachsen der von den Radarsensoren emittierten, das Abtastfeld erzeugenden Radarstrahlen gegenüber der Längsachse des Bohrwerkzeugs radial aufragend ausgerichtet werden. Dabei wird die Einhaltung der genannten Bedingungen durch eine entsprechende Anordnung der Radarsensoren an dem Bohrmast beziehungsweise dem Bohrgerät oder/und durch deren entsprechende Ausrichtung sowie gegebenenfalls darüber hinaus durch eine entsprechende Auswahl der Radarsensoren im Hinblick auf den Öffnungswinkel der von ihnen emittierten Radarstrahlen erreicht. Die Radarsensoren werden gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung in einem sich im Bereich der durchschnittlichen Körpergröße eines Menschen bewegenden Abstand von dem der Bohroberfläche zugewandten Ende am Bohrmast des Bohrgerätes angeordnet.According to an envisaged embodiment of the invention, the abovementioned condition according to which at least the radiation main lobes of the emitted radar beams do not pass over the drilling surface or parts of the drilling mast is achieved by the radiation axes of the radar beams emitted by the radar sensors, which generate the scanning field, projecting radially relative to the longitudinal axis of the drilling tool be aligned. In this case, compliance with the above conditions is achieved by a corresponding arrangement of the radar sensors on the drilling mast or the drill and / or by their respective orientation and optionally also by an appropriate selection of the radar sensors in view of the opening angle of the radar beams emitted by them. The radar sensors are according to this embodiment of the invention in a moving in the range of the average height of a human distance from the drilling surface facing the end of the drilling mast of the drill arranged.
Ein Spezialfall der zuvor erläuterten Ausgestaltung ist dann gegeben, wenn der Bohrmast des Bohrgeräts, beispielsweise zur Erzeugung einer Bodenbohrung, zumindest im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Die Strahlungsachsen der von den Radarsensoren emittierten, das Abtastfeld erzeugenden Radarstrahlen werden in diesem Falle – wie bereits ausgeführt, durch entsprechende Anordnung oder/und Ausrichtung der Sensoren selbst – vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtet.A special case of the previously explained embodiment is given when the drilling mast of the drilling device, for example for producing a bottom hole, is aligned at least substantially vertically. The radiation axes of the radar beams which are emitted by the radar sensors and generate the scanning field are in this case preferably aligned substantially horizontally, as already explained, by means of a corresponding arrangement and / or alignment of the sensors themselves.
Eine weitere Möglichkeit, die eingangs im Hinblick auf die Vermeidung ungewünschter Reflektionen genannten Randbedingungen einzuhalten, besteht darin, die Strahlungsachsen der von den Radarsensoren emittierten Radarstrahlen entgegen der Bohrrichtung derart auszurichten, dass sie parallel zur Längsachse des Bohrwerkzeugs verlaufen oder um diese Längsachse herum eine gedachte, sich konisch öffnende Hüllfläche aufspannen. Die Strahlungsachsen der emittierten Radarstrahlen werden demnach hierbei so ausgerichtet, dass sie entgegen der Bohrrichtung sowie parallel zur Längsachse des Bohrmastes oder in einem sich gegenüber dieser Längsachse auf ihrer der Bohroberfläche abgewandten Seite öffnenden Winkel verlaufen. Die Radarsensoren werden auch in diesem Fall an dem der Bohroberfläche zugewandten Endes des Bohrmastes, also auf der Seite des Bohrkopfes angeordnet, und zwar in einem möglichst geringen Abstand davon, damit ihre Abstrahlfelder möglichst entlang der gesamten axialen Erstreckung des Bohrmastes verlaufen. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Strahlungsachsen der von den Radarsensoren emittierten Radarstrahlen zumindest im Falle einer horizontalen Ausrichtung des Bohrmastes zur Erzeugung einer Horizontalbohrung in der zuvor beschriebenen Weise ausgerichtet werden.Another possibility to comply with the boundary conditions mentioned above with regard to the avoidance of unwanted reflections is to align the radiation axes of the radar beams emitted by the radar sensors counter to the drilling direction such that they run parallel to the longitudinal axis of the drilling tool or an imaginary, about this longitudinal axis expand conically opening enveloping surface. Accordingly, the radiation axes of the emitted radar beams are aligned in such a way that they run counter to the drilling direction and parallel to the longitudinal axis of the drilling mast or in an angle which opens away from this longitudinal axis on its side facing away from the drilling surface. The radar sensors are also arranged in this case on the drilling surface facing the end of the drilling mast, ie on the side of the drill head, in as small a distance as possible so that their radiation fields extend as possible along the entire axial extent of the drill mast. According to this embodiment of the invention, it is provided that the radiation axes of the radar beams emitted by the radar sensors are aligned in the manner described above, at least in the case of horizontal alignment of the drilling mast for generating a horizontal bore.
Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem Kontext unter dem Bohrwerkzeug der Bohrkopf und die mit ihm verbundene oder verbundenen Bohrstangen beziehungsweise das mit ihm verbundene oder die mit ihm verbundenen Bohrrohre, an deren Ende der Bohrkopf angeordnet ist, verstanden wird. It should be noted that in this context under the drilling tool, the drill head and the associated with him or connected drill rods or the associated with him or connected to him drill pipes, at the end of the drill head is arranged is understood.
Betrachtet man nun die in der Praxis am häufigsten vorkommenden Einsatzfälle von Bohrgeräten mit Bohrmast, nämlich einerseits deren Einsatz zur Einbringung einer Vertikalbohrung (beispielsweise in den Boden) oder andererseits ihren Einsatz zur Einbringung einer Horizontalbohrung (beispielsweise in eine Wand), so kann die zur Einhaltung des Arbeitsschutzes vorgesehene Außerbetriebnahme der bewegten Teile, im Falle dessen, dass eine Person oder ein Körperteil einer Person in ein um den Bohrmast erzeugtes Sensorfeld beziehungsweise Abtastfeld hineingelangt, wie folgt bewerkstelligt werden.Considering now in practice the most common applications of drilling rigs with drilling mast, namely on the one hand their use for the introduction of a vertical bore (for example, in the ground) or on the other hand their use for introducing a horizontal bore (for example, in a wall), so that for compliance Decommissioning of the moving parts, provided that a person or a body part of a person gets into a sensor field or scanning field generated around the drilling mast, is accomplished as follows.
Sofern eine Vertikalbohrung erzeugt wird, der Bohrmast also vertikal ausgerichtet ist, werden die das Sensorfeld aufspannenden, in entsprechender Höhe (orientiert an der Körpergröße einer Person) angeordneten Radarstrahlen so ausgerichtet, dass ihre Strahlungsachsen bezogen auf den Bohrmast horizontal nach außen gerichtet verlaufen. Abweichend davon erfolgt bei einem Einsatz des Bohrgeräts zum Einbringen einer horizontalen Bohrung eine Ausrichtung der Strahlungsachsen entgegengerichtet zur Bohroberfläche und, wie bereits als grundsätzliche Gestaltungsmöglichkeit dargestellt, parallel zu dessen Längsachse verlaufend oder leicht gegen die Längsachse, das heißt von ihr weggeneigt.If a vertical bore is generated, the drilling mast is thus aligned vertically, the sensor field spanning, in a corresponding amount (oriented on the height of a person) arranged radar beams are aligned so that their radiation axes are oriented horizontally relative to the drill mast outwards. Deviating from this, when using the drill for introducing a horizontal bore, an alignment of the radiation axes is opposite to the drilling surface and, as already shown as a basic design possibility, parallel to the longitudinal axis extending or slightly inclined to the longitudinal axis, that is away from her.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass innerhalb eines Winkelbereichs zwischen einer vertikalen Ausrichtung der Längsachse des Bohrwerkzeugs und eines festgelegten Neigungswinkels gegen diese Vertikale die Strahlungsachsen der emittierten Radarstrahlung in der zuerst beschriebenen Weise, also radial zum Bohrmast, und beim Überschreiten dieses festgelegten Winkels bis hin zu einer horizontalen Ausrichtung der Längsachse des Bohrwerkzeugs beziehungsweise des Bohrmastes, eine Ausrichtung der Strahlungsachsen gemäß der zweiten erläuterten Möglichkeit erfolgt. Dies kann in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung dadurch realisiert werden, dass die jeweilige Ausrichtung des Bohrmastes, also sein jeweiliger Winkel gegenüber der vertikalen beziehungsweise der horizontalen Richtung, mittels eines Bewegungs- beziehungsweise Neigungssensors detektiert wird und in Abhängigkeit hiervon eine Umschaltung zwischen den beiden Varianten der Ausrichtung der Radarstrahlen automatisiert erfolgt.It can be provided that within an angular range between a vertical orientation of the longitudinal axis of the drilling tool and a fixed angle of inclination to this vertical, the radiation axes of the emitted radar radiation in the manner described first, ie radially to the drilling mast, and when exceeding this predetermined angle up to a horizontal alignment of the longitudinal axis of the drilling tool or of the drilling mast, an alignment of the radiation axes according to the second explained possibility takes place. This can be realized in further development of the inventive solution that the respective orientation of the drill mast, so its respective angle relative to the vertical or horizontal direction, is detected by means of a movement or inclination sensor and in response thereto a switch between the two variants of orientation the radar beams are automated.
Der zur Umschaltung zwischen den beiden erläuterten Varianten der Strahlausrichtung festzulegende Winkel ist, im Hinblick darauf, dass insbesondere beim Einbringen einer Vertikalbohrung ein Überstreichen der Bohroberfläche (hierbei also des Bohrgrundes beziehungsweise des Bodens) zu vermeiden ist, vor allem abhängig vom Öffnungswinkel der von den Radarsensoren emittierten Radarstrahlung und von der Reichweite der Strahlen. Sofern nämlich bei Radarsensoren geringerer Reichweite im Falle einer Neigung des Bohrmastes die Strahlungsachse der emittierten Strahlen die Bohroberfläche aufgrund geringer Strahlungsreichweite nur in gedachter Verlängerung berühren ist dies im Hinblick auf die Vermeidung unerwünschter Reflektionen unproblematisch. Weisen aber die Radarstrahlen einen verhältnismäßig großen Öffnungswinkel und gleichzeitig eine hohe Reichweite auf, sollte eine Umschaltung in die andere Betriebsart, mit sich in axialer Richtung des Bohrmastes verlaufenden Strahlungsachsen, eher erfolgen, also bereits bei einem gegenüber der Vertikalen kleineren Winkel. Der für die Umschaltung festzulegende Winkel dürfte realistisch betrachtet vorzugsweise zwischen 15° und 25° gegenüber der Vertikalen betragen. Dies ist jedoch eine Frage der Öffnungswinkel und Reichweiten der Radarsensoren sowie der Konfigurierung im Einzelfalle, immer unter Beachtung der Prämisse, dass zumindest die Strahlungshauptkeulen der emittierten Strahlen die Oberoberfläche nicht überstreichen, wobei unter Beachtung dieser Prämisse gegebenenfalls auch ein Winkel außerhalb des vorgenannten Winkelbereichs für die Umschaltung vorgesehen werden könnte.The angle to be determined for switching between the two variants of the beam alignment is, with regard to the fact that, especially when introducing a vertical bore sweeping of the drilling surface (in this case the bottom of the drilling or the soil) is to be avoided, especially depending on the opening angle of the radar sensors emitted radar radiation and the range of the rays. If in radar sensors of shorter range in the case of inclination of the drilling mast, the radiation axis of the emitted rays touch the drilling surface due to low radiation range only in imaginary extension this is unproblematic in terms of avoiding unwanted reflections. However, if the radar beams have a relatively large opening angle and at the same time a long range, switching to the other mode of operation, with radiation axes running in the axial direction of the drilling mast, should rather take place, ie already at one opposite the vertical smaller angle. Realistically, the angle to be set for switching should preferably be between 15 ° and 25 ° with respect to the vertical. However, this is a question of the opening angle and range of the radar sensors and the configuration in individual cases, always taking into account the premise that at least the main radiation lobes of the emitted rays do not cover the surface, taking into account this premise, where appropriate, an angle outside the aforementioned angular range for the Switching could be provided.
An dieser Stelle ist auch noch ergänzend anzumerken, dass vorzugsweise auch ein Überstreichen der Bohroberfläche durch die in der Regel im Strahlungsbild eines Radarsensors festzustellenden Strahlungsnebenkeulen zu vermeiden sein könnte. Dies gilt jedenfalls dann, wenn die Intensität dieser Strahlungsnebenkeulen gegenüber der der Strahlungshauptkeule nicht so gering ist, dass eine Verfälschung des Detektionsergebnisses durch reflektierte Anteile der Strahlungsnebenkeulen nicht zu erwarten ist.At this point it should also be noted in addition that preferably also a sweeping of the drilling surface could be avoided by the usually found in the radiation image of a radar sensor radiation lobes. This is true in any case when the intensity of these radiation lobes compared to the radiation main lobe is not so low that a falsification of the detection result by reflected portions of the radiation lobes is not expected.
Zur Realisierung der beiden zuvor erläuterten grundsätzlichen Varianten für die Ausrichtung der das Sensorfeld aufspannenden Radarstrahlen sind unterschiedliche Möglichkeiten gegeben. Eine jeweilige Ausrichtung der Radarstrahlen beziehungsweise ihrer Hauptachsen kann dabei durch eine entsprechende Anordnung der Radarsensoren an dem Bohrgerät oder/und durch eine entsprechende Ausrichtung der an dem Bohrgerät angeordneten Radarsensoren selbst erreicht werden. Im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung soll in diesem Zusammenhang bezüglich der Anordnung der Radarsensoren vorzugsweise auf deren Anordnung unmittelbar an dem Bohrmast orientiert werden.For the realization of the two previously explained basic variants for the alignment of the sensor field spanning radar beams different possibilities are given. A respective alignment of the radar beams or their main axes can be achieved by a corresponding arrangement of the radar sensors on the drill or / and by a corresponding orientation of the arranged on the drill radar sensors themselves. In the context of the proposed solution should be oriented in this context with respect to the arrangement of the radar sensors preferably on their arrangement directly on the drilling mast.
Was nun die Möglichkeit einer Veränderung der Ausrichtung der Strahlungsachsen in Abhängigkeit der Ausrichtung des Bohrmastes anbelangt, so sind auch hierfür unterschiedliche Möglichkeiten gegeben. Eine besteht darin, für die beiden grundsätzlich vorgesehenen unterschiedlichen Ausrichtungsvarianten zwei verschiedene Sensorgruppen an dem Bohrmast anzuordnen. Demgemäß könnte eine erste Sensorgruppe im Falle der Ausrichtung des Bohrmastes beziehungsweise der Längsachse des Bohrwerkzeugs in vertikaler Richtung dafür verwendet werden, ein Sensorfeld mittels radial zum Bohrmast ausgerichteter Strahlungsachsen zu erzeugen. Eine weitere, das heißt zweite Sensorgruppe könnte dagegen zum Einsatz gelangen, um ein Sensorfeld durch Radarstrahlen zu erzeugen, deren Strahlungsachsen in entgegengesetzter Richtung zur Bohroberfläche und in bezüglich des Bohrmastes axialer Richtung, nämlich parallel zur Längsachse des Bohrwerkzeugs oder sich in einem geringen Neigungswinkel von der Längsachse entfernend, ausgerichtet sind. As far as the possibility of changing the orientation of the radiation axes as a function of the orientation of the drilling mast is concerned, there are also different possibilities for this. One is to arrange two different sensor groups on the drill mast for the two fundamentally provided different alignment variants. Accordingly, in the case of alignment of the drilling mast or the longitudinal axis of the drilling tool in the vertical direction, a first sensor group could be used to generate a sensor field by means of radiation axes aligned radially to the drilling mast. On the other hand, a second sensor group, that is to say a second sensor group, could be used to generate a sensor field by radar beams whose radiation axes are in the opposite direction to the drilling surface and in the axial direction with respect to the drilling mast, ie parallel to the longitudinal axis of the drilling tool or at a slight angle of inclination Removing longitudinal axis, are aligned.
Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung nur einer Sensorgruppe, wobei die Sensoren so an dem Bohrmast angeordnet werden, dass sie selbst unterschiedlich ausgerichtet oder in unterschiedliche Positionen bewegt werden können. Mittels entsprechend anzusteuernder Aktoren kann dies vorzugsweise auch automatisiert erfolgen.Another possibility is the use of only one sensor group, wherein the sensors are arranged on the drilling mast so that they themselves can be aligned differently or moved into different positions. By means of appropriately actuated actuators, this can preferably be done automatically.
Im Hinblick auf die unterschiedliche Ausrichtung der Strahlungsachsen der das Sensorfeld jeweils erzeugenden Radarstrahlen in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Bohrmastes sei an dieser Stelle noch Folgendes angemerkt. Grundsätzlich könnte die vorgestellte Lösung den Arbeitsschutzerfordernissen im Falle einer horizontalen Ausrichtung des Bohrmastes (zum Beispiel zum Zweck des Einbringens einer Horizontalbohrung in eine Wand) ebenso wie im Falle einer Vertikalbohrung auch durch eine bezogen auf die Längsachse des Bohrwerkzeugs radiale Ausrichtung der Strahlungsachsen der das Sensorfeld aufspannenden Radarstrahlen erreicht werden. Jedoch müssten in diesem Falle zur Absicherung des Bohrmastes und der an beziehungsweise in ihm bewegten Teile über die gesamte axiale Erstreckung des Bohrmastes hinweg vorzugsweise an mehreren Stellen des Bohrmastes Radarsensoren angeordnet werden, bei denen die Hauptachsen der von ihnen emittierten Radarstrahlen entsprechend radial ausgerichtet werden.With regard to the different orientation of the radiation axes of the radar beams respectively generating the sensor field as a function of the orientation of the drilling mast, the following should be noted at this point. In principle, the proposed solution could meet the occupational safety requirements in the case of a horizontal alignment of the drilling mast (for example, for the purpose of introducing a horizontal hole in a wall) as well as in the case of a vertical bore by a radial orientation of the radiation axes of the sensor field spanning the longitudinal axis of the drilling tool Radar beams are achieved. However, in this case, in order to secure the drilling mast and the parts moving on or in it over the entire axial extension of the drilling mast, preferably radar sensors should be arranged at several points of the drilling mast in which the main axes of the radar beams emitted by them are radially aligned accordingly.
Andererseits ist es aber auch denkbar, den Arbeitsschutz entsprechend dem Grundprinzip der Lösung (Außerbetriebsetzen bewegter Teile im Falle des Eindringens eines Subjektes oder Objektes in das sensorische Abtastfeld) im Falle einer vertikalen Ausrichtung des Bohrmastes mittels am Mastfuß (am bohrkopfseitigen Ende) angeordneter Radarsensoren sicherzustellen, bei denen die Hauptachsen beziehungsweise Strahlungsachsen der von ihnen emittierten Radarstrahlen in entgegengesetzter Richtung zur Bohroberfläche sowie parallel zur Längsachse des Bohrwerkzeugs beziehungsweise leicht von dieser weggeneigt ausgerichtet sind. Die Verwendung radial abstrahlender Radarsensoren, welche vorzugsweise an dem Bohrmast in einer sich an der durchschnittlichen menschlichen Körpergröße orientierenden Höhe (geringfügig unterhalb der Hüfthöhe bis etwa Brusthöhe, das heißt ca. 80 cm bis 150 cm) angebracht werden, bietet aber eine Reihe von Vorteilen. So lässt sich mit ihnen ein größerer Gefahrenbereich um den Bohrmast herum abdecken beziehungsweise die Größe dieses Gefahrenbereichs besser einstellen. Auch ist es mit ihrer Hilfe grundsätzlich einfacher, mögliche Reflektionen der Radarstrahlen am Bohrmast selbst zu vermeiden.On the other hand, it is also conceivable to ensure the occupational safety according to the basic principle of the solution (shutting down moving parts in the event of a subject or object entering the sensory scanning field) in the case of vertical alignment of the drilling mast by means of radar sensors arranged on the mast base (at the drill head end), in which the main axes or radiation axes of the radar beams emitted by them are aligned in the opposite direction to the drilling surface and parallel to the longitudinal axis of the drilling tool or slightly inclined away from it. However, the use of radially radiating radar sensors, which are preferably mounted on the drilling mast at a height orienting to the average human height (slightly below waist level to about breast height, ie, about 80 cm to 150 cm), offers a number of advantages. This allows them to cover a larger danger area around the drilling mast or to better adjust the size of this danger area. Also, it is basically easier with their help to avoid possible reflections of the radar beams on the drilling mast itself.
Die zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Vorrichtung ist also dadurch charakterisiert, dass an dem Bohrgerät, vorzugsweise an dessen Bohrmast, mehrere, ein sensorisches Abtastfeld aufspannende Radarsensoren angeordnet sind. Hierbei sind die betreffenden Radarsensoren derart angeordnet und ausgerichtet sowie gegebenenfalls hinsichtlich des Öffnungswinkels der von ihnen emittierten Radarstrahlen ausgewählt, dass zumindest keine der Strahlungshauptkeulen der von den Radarsensoren emittierten Radarstrahlen die Bohroberfläche oder Teile des Bohrmastes überstreicht. The proposed device for solving the problem is thus characterized in that a plurality of sensory scanning field spanning radar sensors are arranged on the drilling device, preferably on its drilling mast. In this case, the relevant radar sensors are arranged and aligned, and if appropriate with regard to the opening angle of the radar beams emitted by them, selected such that at least none of the radiation main lobes of the radar beams emitted by the radar sensors sweeps over the drilling surface or parts of the drilling mast.
Entsprechend einer möglichen Ausbildungsform der Vorrichtung weist diese eine erste Gruppe von Radarsensoren auf, bei denen die Strahlungsachse der von ihnen emittierten Radarstrahlen radial von der Längsachse des Bohrwerkzeugs weg ausgerichtet ist. Ergänzend oder alternativ kann eine zweite Sensorgruppe vorgesehen sein, die demgegenüber so angeordnet oder/und ausgerichtet ist, dass die Hauptachse beziehungsweise Strahlungsachse der von ihnen emittierten Radarstrahlen in entgegengesetzter Richtung zu Bohrrichtung sowie parallel zur Längsachse des Bohrwerkzeugs oder leicht von dieser Längsachse weggeneigt verläuft. Im Falle einer beide Varianten der Ausrichtung der Strahlungsachse der Radarsensoren ermöglichenden Anordnung, kann – sofern dies mittels zweier Sensorgruppen realisiert wird – das Bohrgerät vorteilhaft derart weitergebildet sein, dass je nach Neigungswinkel des Bohrmastes automatisch die eine oder andere Sensorgruppe aktiv geschaltet wird oder dass die Sensoren selbst je nach Neigungswinkel des Bohrmastes automatisch unterschiedlich ausgerichtet werden.According to a possible embodiment of the device, this device has a first group of radar sensors, in which the radiation axis of the radar beams emitted by them is aligned radially away from the longitudinal axis of the drilling tool. Additionally or alternatively, a second sensor group may be provided, which in contrast is arranged and / or aligned such that the main axis or radiation axis of the radar beams emitted by them extends in the opposite direction to the drilling direction and parallel to the longitudinal axis of the drilling tool or slightly inclined away from this longitudinal axis. In the case of an arrangement enabling both variants of the alignment of the radiation axis of the radar sensors, if this is realized by means of two sensor groups, the drilling apparatus can advantageously be developed such that, depending on the inclination angle of the drilling mast, one or the other sensor group is automatically switched or the sensors even automatically be aligned differently depending on the inclination angle of the drilling mast.
Zur Verwirklichung der zuletzt erläuterten Weiterbildung verfügt das Bohrgerät über mindestens einen Neigungs- oder Bewegungssensor. Ferner ist in diesem Falle die ohnehin vorgesehene Verarbeitungseinheit (hinsichtlich ihrer hard- und softwaremäßigen Ausstattung) so ausgebildet, dass sie geeignet ist, die Sensorsignale des mindestens einen Neigungs- oder Bewegungssensors auszuwerten. Die Verarbeitungseinheit muss dabei ferner das Bohrgerät in Abhängigkeit des aufgrund der Sensorsignale festgestellten Neigungswinkels des Bohrmastes gegen die Vertikale durch die Ausrichtung aller oder eines Teils der Radarsensoren mit Hilfe eines Aktors oder durch Aktivierung eines Teils der Radarsensoren und Deaktivierung eines anderen Teils der Radarsensoren einen Wechsel zwischen den sich hinsichtlich der Ausrichtung der Strahlungsachsen der emittierten Radarstrahlen unterscheidenden, zuvor erläuterten Betriebsarten des Bohrgerätes zu bewirken.To achieve the last-mentioned development, the drill has at least one inclination or motion sensor. Furthermore, in this case, the already provided processing unit (in terms of their hardware and software equipment) is designed so that it is suitable to evaluate the sensor signals of the at least one tilt or motion sensor. The processing unit must also the drill depending on the determined based on the sensor signals inclination angle of the drilling mast against the vertical by aligning all or part of the radar sensors using an actuator or by activating part of the radar sensors and deactivation of another part of the radar sensors a change between to effect the above-mentioned operating modes of the drilling device, which differ with regard to the alignment of the radiation axes of the emitted radar beams.
Entsprechend einer praxisrelevanten Weiterbildung der Erfindung kann die Vorrichtung außerdem mit einer so genannten Override-Funktion ausgestattet sein. Diese Funktion ermöglicht es einer Bedienperson des Bohrgerätes, das automatisierte Stillsetzen beziehungsweise Außerbetriebsetzen der bewegten Teile des Bohrgerätes zu verhindern, wenn sich ein Subjekt oder Objekt (insbesondere Objekt, aber ausnahmsweise auch ein Subjekt) in dem Sensorfeld befindet beziehungsweise in dieses gelangt, sofern der Bediener erkennt, dass keine tatsächliche Gefahr vorliegt. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn durch Wind ein Objekt in das Sensorfeld geweht wird, für welches die Arbeitsschutzmaßnahmen nicht greifen müssen. Im Falle der Realisierung einer derartigen Funktion würde das Außerbetriebsetzen der bewegten Teile des Bohrgerätes nach der Detektion eines Objekts in dem Sensorfeld mit geringfügiger Verzögerung (ca. 0,5 Sekunden–1 Sekunde) erfolgen und zunächst ein Alarmsignal ausgelöst werden, nach dessen Wahrnehmung die Bedienperson die Override-Funktion aktivieren, also das automatisierte Außerbetriebsetzen der bewegten Teile abbrechen könnte.According to a practice-relevant development of the invention, the device can also be equipped with a so-called override function. This feature allows an operator of the drilling rig to prevent automated shutdown or decommissioning of the moving parts of the drilling rig when a subject or object (particularly an object, but exceptionally a subject) is in or entering the sensor field, if the operator recognizes that there is no real danger. This can be useful, for example, if an object is blown into the sensor field by wind, for which the occupational safety measures do not have to take effect. In the case of the realization of such a function, the decommissioning of the moving parts of the drill after the detection of an object in the sensor field with slight delay (about 0.5 second-1 second) would take place and an alarm signal will be triggered, after which the operator activate the override function, which means that the automated shutdown of the moving parts could be aborted.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet zudem die Möglichkeit einer, gegenüber dem Stand der Technik mit mechanischem Schutz (Käfig), flexibleren Handhabung bei der Einbringung einer Vertikalbohrung in unmittelbarer Nähe einer Wand oder einer Horizontalbohrung in Bodennähe. So kann es vorgesehen sein, dass sich einzelne Radarsensoren in Wandnähe (Vertikalbohrung) beziehungsweise Bodennähe (Horizontalbohrung) vorübergehend deaktivieren oder – bei Ausstattung mit einer Schnellmontage/-demontage-Einrichtung – vom Bohrgerät entfernen lassen.The solution according to the invention also offers the possibility of a, compared to the prior art with mechanical protection (cage), more flexible handling in the introduction of a vertical bore in the immediate vicinity of a wall or a horizontal hole near the bottom. Thus, it may be provided that individual radar sensors near the wall (vertical bore) or near the ground (horizontal drilling) temporarily disable or - when equipped with a quick assembly / disassembly device - can be removed from the drill.
Nachfolgend sollen Ausführungsbeispiele für die Erfindung anhand von Zeichnungen gegeben werden. Im Einzelnen zeigen:Embodiments of the invention will be given below with reference to drawings. In detail show:
Das Bohrwerkzeug könnte in dieser Darstellung beispielweise durch den zum Bohrmast
Die Radarsensoren
Die
Die
Die in der Figur dargestellte Ausbildungsform mit in bezogen auf den Bohrmast
Die
In den Figuren wird zudem davon ausgegangen, dass die Intensität der Strahlungsnebenkeulen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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CN112112624B (en) * | 2020-08-21 | 2023-08-25 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | Fine and remote detection device and method for multi-parameter drilling geophysical prospecting under coal mine |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |