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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Gesteinsbohrvorrichtung, umfassend ein Trägerfahrzeug,
eine Vorschubeinrichtung, einen Gesteinsbohrer, der in Bezug zur
Vorschubeinrichtung bewegbar ist und ein Schlaggerät aufweist,
einen oder mehrere Sensoren, die am Gesteinsbohrer angeordnet sind,
um den Betrieb des Gesteinsbohrers zu überwachen, und weiter mindestens
eine erste Steuereinheit, die auf dem Trägerfahrzeug der Gesteinsbohrvorrichtung
angeordnet ist, um den Betrieb des Gesteinsbohrers auf der Grundlage
von Messinformation zu steuern, die von den Sensoren empfangen wird.
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Die
Erfindung betrifft weiter eine Gesteinsbrechmaschine, die beim Gebrauch
in Bezug zu einem Trägerfahrzeug
der Gesteinsbrechvorrichtung bewegbar ist, wobei die Gesteinsbrechmaschine
umfasst: einen Körper,
ein Schlaggerät,
das im Innern des Körpers
angeordnet ist, um Schlagimpulse zu einem Werkzeug zu erzeugen,
das sich mit der Gesteinsbrechmaschine verbinden lässt, und
einen oder mehrere Sensoren, die angeordnet sind, um den Betrieb
der Gesteinsbrechmaschine zu überwachen.
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Bei
Gesteinsbohrvorrichtungen nach dem Stand der Technik wird der Betrieb
des Gesteinsbohrers durch eine Steuereinheit gesteuert, die auf
dem Trägerfahrzeug
der Gesteinsbohrvorrichtung, typischerweise auf einem Steuerdeck,
angeordnet ist. Solche Gesteinsbohrvorrichtungen sind z.B. in der
US 5 699 261 A und
der
US 4 343 367 A offenbart. Es
ist weiter bekannt, einen Gesteinsbohrer mit einem oder mehreren
Sensoren auszurüsten,
um den Betrieb des Bohrers während
eines Gebrauchs zu überwachen.
Von den Sensoren empfangene Information wird als solche über einen
Einwegkanal zur Steuereinheit auf dem Trägerfahrzeug der Gesteinsbohrvorrichtung übertragen,
die auf der Grundlage der Messinformation und Parameter, die in
die Steuereinheit eingegeben werden, die zur Bohrsteuerung erforderlichen
Steuerbefehle bildet. Ein Gesteinsbohrer ist normalerweise hydraulisch,
was bedeutet, dass er in der Praxis gesteuert wird, indem Ventile eingestellt
werden, die in zum Gesteinsbohrer führenden Hydraulikkanälen angeordnet
sind. Normalerweise befinden sich die Ventile auf dem Trägerfahrzeug.
Ein Nachteil der bekannten Gesteinsbohrvorrichtungen ist, dass die
Steuereinheit vom Gesteinsbohrer weit entfernt ist. Dies bedeutet,
dass das verhältnismäßig schwache
Messsignal, das von den im Bohrer angeordneten Sensoren empfangen
wird, leicht gestört
wird, was eine Messgenauigkeit verringert. Folglich ist es schwierig,
den Bohrer auf der Grundlage der empfangenen Messinformation genau zu
steuern. Einige Messungen sind es aufgrund der langen Strecke zwischen
den Sensoren und der Steuereinheit nicht einmal wert, durch geführt zu werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte
Gesteinsbohrvorrichtung und Gesteinsbrechmaschine bereitzustellen.
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Die
Gesteinsbohrvorrichtung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Gesteinsbohrvorrichtung umfasst: eine zweite Steuereinheit,
die am Gesteinsbohrer angeordnet ist, und eine Datenkommunikationsverbindung
zwischen der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit
zur Übertragung
von Information zwischen den Steuereinheiten, dass die Sensoren,
die den Betrieb des Gesteinsbohrers überwachen, verbunden sind,
um Messinformation zur zweiten Steuereinheit zu übertragen, dass die zweite
Steuereinheit umfasst: eine Speichereinheit zum Speichern von Grundeinstellungen
für den
Bohrer und eine Verarbeitungseinheit zur Berechnung von Parametern,
die den Betriebszustand des Gesteinsbohrers beschreiben, auf der Grundlage
der Grundeinstellungen und Messinformation, und dass die erste Steuereinheit
angeordnet ist, um den Betrieb des Gesteinsbohrers auf der Grundlage
der von der zweiten Steuereinheit empfangenen Parameter und der
ersten Steuereinheit gegebenen Befehlen zu steuern.
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Weiter
ist die Gesteinsbrechmaschine der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass die Gesteinsbrechmaschine eine Steuereinheit aufweist, dass
die Sensoren angeordnet sind, um Messinformation zur Steuereinheit
zu übertragen,
dass die Steuereinheit umfasst: eine Speichereinheit zum Speichern
von Grundeinstellungen für
die Gesteinsbrechmaschine und weiter eine Verarbeitungseinheit, die
während
eines Betriebs angeordnet ist, um Parameter, die den Betriebszustand
der Gesteinsbrechmaschine beschreiben, auf der Grundlage der Grundeinstellungen
und Messinformation zu bilden, und dass die Steuereinheit eine Verbindung
mit einer Datenkommunikationsverbindung umfasst, die eine Kommunikation
zwischen der Steuereinheit und mindestens einer Einheit, die sich
außerhalb
der Gesteinsbrechmaschine befindet, ermöglicht.
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Die
wesentliche Idee der Erfindung ist, dass zum Steuern eines Rohrens
eine erste Steuereinheit auf dem Trägerfahrzeug der Gesteinsbohrvorrichtung
angeordnet wird und eine zweite Steuereinheit auch am Gesteinsbohrer
angeordnet wird. Die Steuereinheiten kommunizieren miteinander unter
Verwendung einer Datenkommunikationsverbindung, die zwischen ihnen
angeordnet ist. Einer oder mehrere Sensoren sind am Bohrer angeordnet,
um den Betrieb des Bohrers während
eines Rohrens zu überwachen.
Von den Sensoren empfangene Messergebnisse werden zur zweiten Steuereinheit übertragen, die
eine Speichereinheit und Verarbeitungseinheit umfasst. Die Grundeinstellungen
des Bohrers können
in der Speichereinheit gespeichert werden. Die Verarbeitungseinheit
ist wiederum eingerichtet, um Parameter, die den Betriebszustand
des Bohrers beschreiben, auf der Grundlage der von den Sensoren empfangenen
Messinformation und den in der Speichereinheit gespeicherten Grundeinstellungen
zu berechnen. Von der zweiten Steuereinheit werden die Parameter
zur ersten Steuereinheit übertragen,
die auf dem Trägerfahrzeug
der Bohrvorrichtung angeordnet ist, die die Aktuatoren, die den
Betrieb des Bohrers beeinflussen, wie z.B. Ventile oder elektrische
Stellglieder, auf der Grundlage der Parameter und Steuerbefehle,
die zur zweiten Steuereinheit gegeben werden, steuert, um den gewünschten
Betriebszustand des Bohrers zu erzielen. Weil der vorherrschende
Betriebszustand des Bohrers schon im Bohrer festgelegt ist, kann
die auf dem Trägerfahrzeug
angeordnete Steuereinheit eine verhältnismäßig einfache sein. Im einfachsten
Fall ist die erste Steuereinheit ein Steuerelement, mittels dessen
die gewünschten
Bohrwerte in das Steuersystem eingegeben werden. Weil die Ausrüstung zum
Festlegen des Betriebszustands eines einzelnen Bohrers, d.h. die
Sensoren und die zweite Steuereinheit, auf dem Bohrer angeordnet
ist, ist das Ersetzen des ganzen Bohrers oder eine spätere Modifikation
des ursprünglichen
Bohrers einfach und verursacht keine schwierigen Änderungen
am Steuersystem in der Gesteinsbohrvorrichtung.
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Die
wesentliche Idee einer Ausführungsform der
Erfindung ist, dass die zweite Steuereinheit im Innern des Gesteinsbohrers
angeordnet ist, wo sie vor Beulen und Umgebungsbedingungen geschützt ist. Zusätzlich sind
mindestens einige der Sensoren als Teil der Steuereinheit eingebaut,
so dass die Steuereinheit und Sensoren zusammen ein kompaktes Gebilde
bilden. Selbst ein schwaches von den Sensoren empfangenes Messsignal
kann dann durch die zweite Steuereinheit empfangen werden. Alles
in allem können
die Messergebnisse folglich genauer gemacht werden, was eine genaue
Steuerung des Bohrers ermöglicht.
Weiter ist dieser Typ von Steuereinheit einfach zu ersetzen, wenn
die Steuerung des Bohrers später
eine Aktualisierung erfordert.
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Die
wesentliche Idee einer Ausführungsform der
Erfindung ist, dass es zwischen der ersten und zweiten Steuereinheit
einen CAN (Controller Area Network)-Bus gibt, der auch ein anpassungsfähiges Überwachen
des Bohrers ermöglicht.
Durch eine Überwachung
können
detektierte und beginnende Fehler effizient zum Benutzer übermittelt
werden. Der CAN-Bus hat sich als eine zuverlässige Lösung bei anspruchsvollen Bedingungen
erwiesen.
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Die
wesentliche Idee einer Ausführungsform der
Erfindung ist, dass die zweite Steuereinheit einen Identifizierer
umfasst, den die erste Steuereinheit kraft Anordnung automatisch
liest, wodurch der mit der Gesteinsbohrvorrichtung verbundene Bohrer
immer deutlich identifiziert wird. Dies erleichtert das mögliche Ersetzen
des Bohrers.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Erfindung wird in größerer Einzelheit
in den beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Seitenansicht einer Gesteinsbohrvorrichtung der
Erfindung,
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2 ist
eine schematische Seitenansicht eines Gesteinsbohrers der Erfindung,
und
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3 ist
eine schematische Darstellung eines Steuersystems der Erfindung.
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Zwecks
Klarheit ist die Erfindung in den Figuren vereinfacht dargestellt.
Dieselben Bezugszeichen werden für ähnliche
Teile verwendet.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
in 1 dargestellte Gesteinsbohrvorrichtung umfasst
ein bewegliches Trägerfahrzeug 1, einen
Ausleger 2, der in Bezug zum Trägerfahrzeug beweglich angeordnet
ist, und eine Vorschubeinrichtung 3, die am freien Ende
des Auslegers angeordnet ist. In einigen Fällen kann die Vorschubeinrichtung 3 direkt
auf dem Trägerfahrzeug 1 angeordnet
sein. Ein Gesteinsbohrer 4 kann in Bezug zur Vorschubeinrichtung 3 mittels
geeigneter Aktuatoren bewegt werden.
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2 stellt
einen Gesteinsbohrer 4 dar, umfassend ein Schlaggerät 5, um
Schlagimpulse zu einem Werkzeug 6 zu liefern, das mit dem
Bohrer verbunden ist. Weiter umfasst der Gesteinsbohrer normalerweise
ein Drehgerät 7,
um das Werkzeug 6 um seine Längsachse zu drehen. Weil die
allgemeine Struktur und Betrieb einer Gesteinsbohrvorrichtung und
eines Gesteinsbohrers für
einen Fachmann augenscheinlich sind, brauchen sie in dieser Anmeldung
nicht in größerer Einzelheit
beschrieben zu werden.
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3 stellt
das Prinzip eines Steuersystems der Erfindung dar. Das Steuersystem
umfasst eine erste Steuereinheit 8, die auf dem Trägerfahrzeug 1 der
Gesteinsbohrvorrichtung angeordnet ist. Weiter umfasst das System
eine zweite Steuereinheit 9, die an dem Gesteinsbohrer 4 oder
irgendeiner anderen Gesteinsbrechmaschine angeordnet ist. In diesem Zusammenhang
bezieht sich eine Gesteinsbrechmaschine nicht nur auf einen Bohrer,
sondern auch auf jegliche andere Vorrichtung, die ein Schlaggerät umfasst,
wie z.B. einen Brechhammer. Zwischen der ersten Steuereinheit 8 und
der zweiten Steuereinheit 9 gibt es eine Datenkommunikationsverbindung 10, vorzugsweise
einen CAN (Controller Area Network)-Bus, der eine bidirektionale
Datenkommunikation zwischen den Steuereinheiten 8, 9 ermöglicht. Auf
diese Weise können
die Steuereinheiten 8 und 9 miteinander kommunizieren
und Information austauschen. Andere geeignete feste Datenübertragungskanäle können auch
verwendet werden. In einigen Fällen
ist selbst eine drahtlose Verbindung zwischen den Steuereinheiten
möglich.
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Die
zweite Steuereinheit 9 ist vorzugsweise im Innern des Körpers 4a des
Gesteinsbohrers angeordnet, wo sie gegen die Umgebungsbedingungen und
Beulen geschützt
ist. Aufgrund von schwierigen Betriebsbedingungen ist es vorteilhaft,
oberflächenmontierte
Bauelemente in den elektronischen Schaltungen der Steuereinheit 9 zu
verwenden, weil sie eine Vibration verhältnismäßig gut aushalten. Die schädliche Wirkung
einer Vibration kann weiter verringert werden, indem die ganze Steuereinheit 9 oder mindestens
ihre störungsanfälligsten
Komponenten im Innern einer geeigneten elastischen Masse 20 angeordnet
werden. Die Konstruktion und ihre Platzierung im Innern des Bohrers
sollten auch auf eine solche Weise eingerichtet sein, dass sich
die Steuereinheit 9 während
eines Betriebs nicht überhitzt.
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Die
zweite Steuereinheit 9 umfasst eine Speichereinheit 9a und
eine Verarbeitungseinheit 9b. Die einzelnen Grundeinstellungen
jedes Bohrertyps können
in der Speichereinheit 9a gespeichert werden. Die Grundeinstellungen
hängen
von der Konstruktion und Größenkategorie
des Bohrers ab. Die Grundeinstellungen umfassen Information über den Schlagdruck,
der im Bohrer verwendet wird, Volumenstrom des Drehmotors, Volumenstrom
eines Spülens,
Zufuhrdruck usw. Die Verarbeitungseinheit 9b umfasst einen
Rechner, eine programmierbare Logik oder dergleichen, die imstande
ist, die eingegebene Information zu verarbeiten. Weiter sind einer oder
mehrere Sensoren 11, 12 vorzugsweise mit der zweiten
Steuereinheit 9 als Einheit ausgebildet. In diesem Fall
ist der Sensor 11 angeordnet, um den Betrieb des Schlaggeräts 5 zu überwachen,
und der Sensor 12 ist angeordnet, um den Betrieb des Drehgeräts 7 zu überwachen.
Weiter wird von einem gesonderten Sensor 15, der angeordnet
ist, um die Zufuhr von Spülmedium
zu überwachen,
Messinformation zur zweiten Steuereinheit 9 übertragen.
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Steuerbefehle
und ein möglicher
Bohrplan werden in die erste Steuereinheit eingegeben. Bohrpläne können von
Hand in die erste Steuereinheit 8 eingegeben werden, indem
dabei eine Benutzeroberfläche
verwendet wird, wie z.B. ein Controller 16, oder sie können von
einer äußeren Einheit,
wie z.B. einem Computer oder einer Diskette, geladen werden. Weiter
kann die erste Steuereinheit 8 mit einer dritten Steuereinheit 17,
die sich außerhalb
der Gesteinsbohrvorrichtung 1 befindet, durch eine zweite Datenkommunikationsverbindung 18 verbunden sein.
Eine solche Lösung
kann z.B. auf die Steuerung von autonomen Vorrichtungen angewandt
werden, in welchem Fall die dritte Steuereinheit 17 in
einem Steuerraum außerhalb
der Grube angeordnet sein kann, aus dem die Steuerbefehle und Bohrpläne zur ersten
Steuereinheit 8 abgegeben werden.
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Auf
eine vereinfachte Weise gesagt, arbeitet das Steuersystem auf eine
solche Weise, dass die erste Steuereinheit 8 die zweite
Steuereinheit 9 auf der Grundlage der Befehle, d.h. dem
Bohrplan und Steuerbefehlen, informiert, wie der Bohrer 4 zu
jedem Zeitpunkt arbeiten sollte. Nachdem die Grundeinstellungen
des Bohrers und die vorherrschende Situation, d.h. der Betriebszustand,
berücksichtigt
worden sind, informiert die zweite Steuereinheit 9 die
erste Steuereinheit 8, welche externen Betriebsmittel sie benötigt, um
den erforderlichen Betrieb auszuführen. Es handelt sich folglich
um eine Art von Rückkopplungsanordnung.
In der Praxis bildet die Verarbeitungseinheit 9b der zweiten
Steuereinheit 9 Parameter, die zur ersten Steuereinheit 8 übertragen
werden, wo die Parameter mit den in die erste Steuereinheit 8 eingegebenen
Befehlen verglichen werden. Auf der Grundlage des Vergleichs stellt
die erste Steuereinheit 8 die Aktuatoren ein, die den Betrieb
des Bohrers 4 beeinflussen. In der in 3 dargestellten
Lösung stellt
die erste Steuereinheit 8 ein erstes Ventil 19 ein, das
in einem Druckmediumkanal 21 angeordnet ist, der zum Schlaggerät 5 führt. Weiter
stellt die erste Steuereinheit 8 ein zweites Ventil 30 ein,
das in einem Druckmediumkanal 22 angeordnet ist, der zum Drehgerät 7 führt. Ein
drittes Ventil 25, das in einem Kanal 24 angeordnet
ist, der zu einem Zufuhrzylinder 25 führt, und ein viertes Ventil 27,
das in einem Spülmediumkanal 26 angeordnet
ist, werden entsprechend eingestellt. Weiter können Pumpen 28 und 29 auch
eingestellt werden. Indem z.B. das Schlaggerät, Drehgerät, das Zuführen und Spülen des Bohrers eingestellt
werden, kann der Bohrer so geführt
werden, dass er in jeder Situation genau auf die gewünschte Weise
arbeitet.
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In
bekannten Lösungen
ist das Steuersystem des Gesteinsbohrers nur für einen Bohrertyp konstruiert.
Eine mögliche
spätere
Modifikation des Bohrers oder sein Ersetzen gegen einen Bohrer,
der sich in Leistung oder anderen Eigenschaften von der ursprünglichen
Anordnung unterscheidet, verursacht massive und kostspielige Änderungen
am Steuersystem der ganzen Gesteinsbohrvorrichtung. Stattdessen
ermöglicht
die Lösung
der Erfindung die Verwendung von unterschiedlichen Bohrern, da das
Steuersystem den Bohrer, der in der Gesteinsbohrvorrichtung angeordnet
ist, identifiziert. Die Identifizierungsinformation kann in den
Grundeinstellungen der zweiten Steuereinheit gespeichert werden,
die die erste Steuereinheit durch die Datenkommunikationsverbindung
lesen kann. Alternativ kann die zweite Steuereinheit mit einem mechanischen
Detektor auf Grundlage von Kurzschlüssen oder dergleichen ausgerüstet sein.
Um das spätere
Ersetzen des Bohrers zu erleichtern, ist die auf dem Trägerfahrzeug
der Gesteinsbohrvorrichtung montierte Ausrüstung vorzugsweise auf eine
solche Weise dimensioniert, dass sie für Bohrer von unterschiedlichen
Größen geeignet ist.
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Die
Zeichnungen und die in Beziehung stehende Beschreibung sollen die
Idee der Erfindung nur veranschaulichen. Die Erfindung kann im Umfang
der Ansprüche
in Einzelheit variieren. Deshalb kann, obwohl die Figuren und ihre
Beschreibung eine Erfindung für
einen Gesteinsbohrer beschreiben, die Erfindung auch auf andere
Gesteinsbrechmaschinen, die ein Schlaggerät umfassen, wie z.B. sekundäre Brechvorrichtungen,
angewandt werden. Weiter ist es für die Lösung der Erfindung nicht von
Belang, ob das Schlaggerät
durch ein Druckmedium, Elektrizität oder auf irgendeine andere
Weise betrieben wird. Z.B. werden in einer elektrisch betriebenen
Vorrichtung elektrische Größen statt
Hydraulikventile und Pumpen gesteuert.