DE9402360U1

DE9402360U1 - Drill

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Publication number: DE9402360U1
Application number: DE9402360U
Authority: DE
Original assignee: Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
Current assignee: Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld GmbH and Co
Priority date: 1994-02-12
Filing date: 1994-02-12
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2004-02-13

Description

BohrgerätDrilling rig

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a drilling device according to the preamble of claim 1.

Derartige Bohrgeräte werden zum Erzeugen von Bohrlöchern in sehr stark unterschiedlichem Erdreich verwendet. Da der Antriebsmotor eine vorgegebene maximale Leistung hat, muß die Bedienungsperson des Bohrgerätes den axialen Vorschub des Bohrers visuell so steuern, daß einerseits der Antriebsmotor nicht überlastet wird, andererseits aber das Bohrloch raschestmöglich erzeugt wird. Dies erfordert einige Erfahrung.Such drilling rigs are used to create boreholes in very different types of soil. Since the drive motor has a predetermined maximum power, the operator of the drilling rig must visually control the axial feed of the drill so that on the one hand the drive motor is not overloaded, but on the other hand the borehole is created as quickly as possible. This requires some experience.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Bohrgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß eine automatische Anpassung der Bohrer-Vorschubgeschwindigkeit an die jeweils im Erdreich angetroffenen Verhältnisse erfolgt.The present invention therefore aims to further develop a drilling device according to the preamble of claim 1 in such a way that the drill feed rate is automatically adjusted to the conditions encountered in the ground.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst, durch ein Bohrgerät mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention by a drilling device having the features specified in claim 1.

Ein erfindungsgemäßes Bohrgerät kann sich rasch an starke Änderungen des vom Bohrer angetroffenen Widerstandes anpassen, so daß Beschädigungen von Bohrer und Bohrgerät vermieden sind, die sich bei sehr raschen Änderungen der Bohrbedingungen auch durch einen erfahrenen Bediener nicht immer sicher vermeiden lassen. Außerdem paßt sich das Bohrgerät auch schleichenden Änderungen der Bohrbedingungen an, die vom Bedienungspersonal möglicherweise nicht wahrgenommen werden.A drilling device according to the invention can adapt quickly to strong changes in the resistance encountered by the drill, so that damage to the drill and drilling device is avoided, which cannot always be reliably avoided even by an experienced operator when the drilling conditions change very quickly. In addition, the drilling device also adapts to gradual changes in the drilling conditions, which the operating personnel may not notice.

5 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter-5 Advantageous developments of the invention are described in

«JN106-O43«JN106-O43

4005. 14005. 1

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10.02.199410.02.1994

ansprüchen angegeben.claims stated.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ermöglicht es, die Energieversorgung des Vorschubmotors in nicht linearer Weise in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Lastfühlers einzustellen.The development of the invention according to claim 2 makes it possible to adjust the energy supply of the feed motor in a non-linear manner depending on the output signal of the load sensor.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf eine von Änderungen der Umweltbedingungen (Temperatur etc.) unabhängige Umsetzung des Lastfühler-Ausgangssignales von Vorteil.The development of the invention according to claim 3 is advantageous with regard to an implementation of the load sensor output signal independent of changes in the environmental conditions (temperature, etc.).

Bei einem Bohrgerät gemäß Anspruch 4 erfolgt das Wiederanheben des Bohrers nach Beendigung des BohrvorgangesIn a drilling device according to claim 4, the drill is raised again after completion of the drilling process

ohne lastabhängige Einstellung der Energieversorgung.without load-dependent adjustment of the energy supply.

Gemäß Anspruch 5 kann man die vom Antriebsmotor zu überwindende Last bzw. das von ihm aufzubringende Drehmoment auf sehr einfache Weise messen.According to claim 5, the load to be overcome by the drive motor or the torque to be applied by it can be measured in a very simple manner.

Vorteilhafterweise kann ein fluidischer Begrenzer für die Druckmittelmenge oder den im Druckmittel aufgebauten Druck gemäß Anspruch 6 als gemischtes hydraulisches/elektrisches Bauteil ausgebildet sein.Advantageously, a fluidic limiter for the pressure medium quantity or the pressure built up in the pressure medium can be designed as a mixed hydraulic/electrical component according to claim 6.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 ermöglicht es, auf einfache Weise manuell den jeweils gewünschten Sollwert für das vom Antriebsmotor erzeugte SoIl-0 Drehmoment einzustellen.The development of the invention according to claim 7 makes it possible to easily manually set the desired setpoint value for the setpoint torque generated by the drive motor.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung der wichtigsten mechanischen und hydraulischenThe invention is explained in more detail below using an embodiment with reference to the drawing. The only figure shows a schematic representation of the most important mechanical and hydraulic

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Bauelemente eines Bohrgerätes.Components of a drilling rig.

In der Zeichnung ist mit 10 ein von einem nicht wiedergegebenen Fahrgestell getragener Mäkler bezeichnet, auf 5 welchem ein Schlitten 12 in Längsrichtung verfahrbar ist. Der Schlitten 12 trägt einen insgesamt mit 14 bezeichneten Bohrkopf 14, durch welchen ein insgesamt mit 16 bezeichneter Wendelbohrer axial gehalten und in Drehung versetzt wird. Zum Drehen des Wendelbohrers 16 dient ein Hydromotor 18, der auf dem Bohrkopf 14 vorgesehen ist.In the drawing, 10 designates a leader carried by a chassis (not shown), on which a carriage 12 can be moved in the longitudinal direction. The carriage 12 carries a drill head 14, designated as a whole by 14, by which a twist drill, designated as a whole by 16, is held axially and set in rotation. A hydraulic motor 18, which is provided on the drill head 14, serves to rotate the twist drill 16.

Zum Hineindrücken des Wendelbohrers 16 ins Erdreich und zum Zurückziehen des Wendelbohrers dient ein doppelt wirkender hydraulischer Vorschubzylinder 20, dessen Gehäuse am Mäkler 10 abgestützt ist und dessen Kolbenstange am Bohrkopf 14 angreift.A double-acting hydraulic feed cylinder 20 is used to push the twist drill 16 into the ground and to retract the twist drill, the housing of which is supported on the leader 10 and the piston rod of which engages the drill head 14.

Der Hydromotor 18 ist über Arbeitsleitungen 22, 24 mit Arbeitsanschlüssen eines Bohrer-Steuerventiles 26 verbunden, welches ein 4/3-Magnetventil ist. Dessen beiden einlaßseitigen Eingänge sind mit einer Druckleitung 28 bzw. einer Rücklaufleitung 30 des das Bohrgerät tragenden Fahrzeuges verbunden. Die Rücklaufleitung 30 führt zu einem Sumpf 32 für Hyd.raulik.ol, aus welchem eine Hydraulikpumpe 34 ansaugt. Deren Ausgang ist über einen Druckregler 36 mit der Druckleitung 28 verbunden.The hydraulic motor 18 is connected via working lines 22, 24 to working connections of a drill control valve 26, which is a 4/3 solenoid valve. Its two inlets are connected to a pressure line 28 and a return line 30 of the vehicle carrying the drilling rig. The return line 30 leads to a sump 32 for hydraulic oil, from which a hydraulic pump 34 draws oil. Its outlet is connected to the pressure line 28 via a pressure regulator 36.

Die beiden Arbeitsräume des Vorschubzylinders 20 sind über Versorgungsleitungen 38, 40 mit den Arbeitsöffnungen 0 eines Vorschub-Steuerventiles 42 verbunden, welches wiederum ein 4/3-Magnetventil ist und eingangsseitig mit der Druckleitung 28 und der Rücklaufleitung 30 verbunden ist.The two working chambers of the feed cylinder 20 are connected via supply lines 38, 40 to the working openings 0 of a feed control valve 42, which in turn is a 4/3 solenoid valve and is connected on the inlet side to the pressure line 28 and the return line 30.

In die zum Ausfahren des Vorschubzylinders 20 mit DruckIn order to extend the feed cylinder 20 with pressure

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beaufschlagte Versorgungsleitung 38 sind in Reihe geschaltet ein Mengenbegrenzer 44 sowie ein Druckbegrenzer 46 eingefügt. Diese Reihenschaltung ist durch ein Rückschlagventil 48 überbrückt, welches bei Druckbeaufschlagung der Versorgungsleitung 3 8 sperrt.A flow limiter 44 and a pressure limiter 46 are connected in series in the pressurized supply line 38. This series connection is bridged by a check valve 48, which blocks when the supply line 38 is pressurized.

Der Mengenbegrenzer 44 enthält ein in der Zeichnung nicht wiedergegebenes Mengen-Steuerelement, auf welches in einer ersten Richtung ein hydraulisches Stellelement 50 einwirkt. Letzteres enthält ein nicht dargestelltes Stellglied, welches an gegenüberliegenden Druckbeaufschlagungsflächen mit dem Druck am Ausgang bzw. Eingang einer Meßdrossel 52 beaufschlagt ist, die in die Versorgungsleitung 38 eingefügt ist.The flow limiter 44 contains a flow control element (not shown in the drawing) on which a hydraulic actuating element 50 acts in a first direction. The latter contains an actuating element (not shown) which is acted upon on opposite pressure application surfaces by the pressure at the outlet or inlet of a measuring throttle 52 which is inserted into the supply line 38.

Auf das Steuerelement des Mengenbegrenzers 44 arbeitet in entgegengesetztem Sinne wie das hydraulische Steuerelement 5 0 ein Proportionalmagnet 54.A proportional magnet 54 acts on the control element of the flow limiter 44 in the opposite direction to the hydraulic control element 50.

Entsprechend enthält der Druckbegrenzer 46 ein nicht wiedergegebenes Druck-Steuerelement, welches in einer ersten Richtung durch ein hydraulisches Stellelement 56 betätigt wird, welches mit dem am Einlaß des Vorschubzylinders 20 anstehenden Druck beaufschlagt ist. Auf das Steuerelement des Druckbegrenzers 46 wirkt ferner in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung das Abtriebsteil eines Proportionalmagneten 58 ein.Accordingly, the pressure limiter 46 contains a pressure control element (not shown) which is actuated in a first direction by a hydraulic actuating element 56 which is subjected to the pressure present at the inlet of the feed cylinder 20. The output part of a proportional magnet 58 also acts on the control element of the pressure limiter 46 in a second direction opposite to the first direction.

In die Versorgungsleitung 40 ist eine einstellbare Drossel 60 eingefügt, die von einem Rückschlagventil 62 überbrückt ist, welches bei Druckbeaufschlagung des unteren Arbeitsraumes des Vorschubzylinders 20 sperrt, beim Absenken der Kolbenstange des Vorschubzylinders 5 20 dagegen öffnet.An adjustable throttle 60 is inserted into the supply line 40, which is bridged by a check valve 62, which closes when the lower working space of the feed cylinder 20 is pressurized, but opens when the piston rod of the feed cylinder 5 20 is lowered.

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An die Arbeitsleitung 22 ist ein Druckfühler 64 angeschlossen. Dessen elektrisches Ausgangssignal gibt das vom Hydromotor 18 beim Bohren momentan erbachte Drehmoment 5 wieder und wird auf den einen Eingang eines Differenzverstärkers 66 gegeben. Dessen zweiter Eingang erhält ein vom Bedienungspersonal vorgebbares Soll-Drehmomentsignal, welches z. B. von einem manuell einstellbaren Widerstand 68 bereitgestellt wird.A pressure sensor 64 is connected to the working line 22. Its electrical output signal reflects the torque 5 that the hydraulic motor 18 is currently generating during drilling and is fed to one input of a differential amplifier 66. Its second input receives a target torque signal that can be specified by the operating personnel and is provided, for example, by a manually adjustable resistor 68.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 66 wird über zwei Kennlinienkreise 70, 72 auf Leistungsverstärker 74, 7 6 gegeben, die jeweils einen der Proportionalmagneten 54, 58 speisen.The output signal of the differential amplifier 66 is fed via two characteristic circuits 70, 72 to power amplifiers 74, 76, each of which feeds one of the proportional magnets 54, 58.

Die beiden Kennlienenkreise 70, 72 umfassen jeweils einen Analog-/Digitalwandler 78, einen digitalen Kennlinienspeicher 80, der durch das digitalisierte Ausgangssignal des Druckfühlers 64 adressiert wird, sowie einen an den Kennlinienspeicher 80 angeschlossenen Digital-/ Analogwandel. Durch unterschiedliche Programmierung der beiden Kennlinienspeicher 80 kann man die Druckbegrenzung und die Mengenbegrenzung in unterschiedlicher Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Druckfühlers 64 vornehmen.The two characteristic curve circuits 70, 72 each comprise an analog/digital converter 78, a digital characteristic curve memory 80, which is addressed by the digitized output signal of the pressure sensor 64, and a digital/analog converter connected to the characteristic curve memory 80. By programming the two characteristic curve memories 80 differently, the pressure limitation and the quantity limitation can be carried out in different dependencies on the output signal of the pressure sensor 64.

Das oben beschriebene Bohrgerät arbeitet folgendermaßen:The drilling rig described above works as follows:

Zum Bohren wird das Bohr-Steuerventil 26 in seine untere Arbeitsstellung bewegt, in welcher die Arbeitsleitung 22 mit Druck beaufschlagt wird. Der Hydromotor 18 läuft nun in der Zeichnung von oben gesehen im Uhrzeigersinn um.For drilling, the drilling control valve 26 is moved to its lower working position, in which the working line 22 is pressurized. The hydraulic motor 18 now rotates clockwise when viewed from above in the drawing.

Das Vorschub-Steuerventil 42 wird ebenfalls in seineThe feed control valve 42 is also in its

untere Arbeitsstellung bewegt, so daß die Versorgungsleitung 3 8 mit Druck beaufschlagt ist und dem oberen Arbeitsraum des Vorschubzylinders 20 über den Mengenbegrenzer 44 und den Druckbegrenzer 46 Hydrauliköl zugeführt wird. Eine entsprechende Menge Hydrauliköl fließt über das Rückschlagventil 62 zum Vorschub-Steuerventil 42 zurück.lower working position so that the supply line 3 8 is pressurized and hydraulic oil is supplied to the upper working chamber of the feed cylinder 20 via the flow limiter 44 and the pressure limiter 46. A corresponding amount of hydraulic oil flows back to the feed control valve 42 via the check valve 62.

Steigt das vom Wendelbohrer 16 benötigte Drehmoment stark an, so wächst auch der Druck in der ArbeitsleitungIf the torque required by the twist drill 16 increases significantly, the pressure in the working line also increases

22. Entsprechend wächst das Ausgangssignal am Differenzverstärker 66 an, und man erhält am Ausgang der beiden Kennlinienkreise 70, 72 ebenalls ansteigende Ausgangssignale, die jedoch gemäß den in den Kennlinienspeichern abgelegten Daten nicht notwendigerweise linear vom Druck-Zuwachs in der Arbeitsleitung 22 abhängen. Durch die Ausgangssignale der Kennlinienkreise 70, 72 wird die Schaltschwelle des Druckbegrenzers 46 und des Mengenbegrenzers 44 und des Druckbegrenzers 46 herabgesetzt. Damit wird nun über die Versorgungsleitung 3 8 dem oberen Arbeitsraum des Vorschubzylinders 20 Hydrauliköl unter geringerem Druck in geringerer Menge zugeführt. Bei nunmehr reduziertem Vorschub des Wendelbohrers 16 sinkt dann das vom Hydromotor abgegebene Drehmoment ab.22. The output signal at the differential amplifier 66 increases accordingly, and increasing output signals are obtained at the output of the two characteristic circuits 70, 72, which, however, do not necessarily depend linearly on the pressure increase in the working line 22 according to the data stored in the characteristic curve memories. The switching threshold of the pressure limiter 46 and the quantity limiter 44 and the pressure limiter 46 is reduced by the output signals of the characteristic circuits 70, 72. Hydraulic oil is now supplied to the upper working area of the feed cylinder 20 at a lower pressure and in a smaller quantity via the supply line 38. With the feed of the twist drill 16 now reduced, the torque delivered by the hydraulic motor then decreases.

Fällt dagegen das Ausgangssignal des Druckfühlers 64 bei sehr weichem Untergrund unter den Normalwert, so erhält man am Ausgang des Differenzverstärkers 66 ein verkleinertes Ausgangssignal und über die Kennlinienkreise 70, 72 wird nun die Schaltschwelle von Mengenbegrenzer 44 und Druckbegrenzer 46 angehoben, so daß ein schnellerer Vorschub des Wendelbohrers 16 erfolgt.If, however, the output signal of the pressure sensor 64 falls below the normal value on a very soft surface, a reduced output signal is obtained at the output of the differential amplifier 66 and the switching threshold of the quantity limiter 44 and the pressure limiter 46 is raised via the characteristic circuits 70, 72, so that the twist drill 16 advances more quickly.

Dabei sorgt aber der Mengenbegrenzer 44 dafür, daß der Wendelbohrer 16 sich nicht einfach in das Erdreich hineinschraubt, vielmehr aus dem Untergrund Erdreich herausar-However, the flow limiter 44 ensures that the twist drill 16 does not simply screw itself into the soil, but rather works the soil out of the subsoil.

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beitet.processed.

Die oben beschriebene Regelung des Vorschubes des Wendelbohrers 16 ist beim Herausziehen des Wendelbohrers aus dem Bohrloch außer Funktion, da die beiden Begrenzer 44, 46 durch das dann öffnende Rückschlagventil 48 überbrückt sind. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Wendelbohrer 16 aus dem Bohrloch herausgezogen wird, läßt sich an der einstellbaren Drossel 60 vorgeben, die dann bei nun sperrendem Rückschlagventil 62 die Druckölzufuhr zum unteren Arbeitsraum des Vorschubzylinders 20 begrenzt.The above-described regulation of the feed of the twist drill 16 is no longer functional when the twist drill is pulled out of the borehole, since the two limiters 44, 46 are bypassed by the check valve 48 which then opens. The speed at which the twist drill 16 is pulled out of the borehole can be set using the adjustable throttle 60, which then limits the pressure oil supply to the lower working area of the feed cylinder 20 when the check valve 62 is now closed.

Bei abgewandelten, in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Ausführungsbeispielen kann man anstelle einer Serienschaltung aus Mengenbegrenzer und Druckbegrenzer auch nur einen einzigen dieser beiden Begrenzer verwenden, z. B. nur den Druckbegrenzer 46.In modified embodiments not shown in the drawing, instead of a series connection of a flow limiter and a pressure limiter, only one of these two limiters can be used, e.g. only the pressure limiter 46.

Ein derartiges Bohrgerät ist insbesondere für mittlere und harte Böden geeignet, da es den Speisedruck des Vorschubzylinders 20 variabel begrenzt.Such a drilling rig is particularly suitable for medium and hard soils, since it variably limits the feed pressure of the feed cylinder 20.

Ein Bohrgerät, welches nur mit einem Mengenbegrenzer 44 versehen ist, hat seinen Einsatz vorwiegend bei weichem bis mittelschwerem Erdreich.A drilling rig which is only equipped with a flow limiter 44 is used primarily in soft to medium-heavy soil.

Claims

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1. Drilling device with a hydraulic or electric drive motor (18) that sets a drill (16) in rotation and with a hydraulic or electric feed motor (20) that advances the drill (16), characterized in that a load sensor (64) is assigned to the drive motor (18) and the output of the load sensor (64) is connected to a control input of a quantity limiter (44) or a current limiter and/or a pressure limiter (46) or a voltage limiter, which is inserted into a supply line (38) for the feed motor (20).

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2. Drilling device according to claim 1, characterized in that the output of the load sensor (64) is connected via a characteristic circuit (70, 72) to the control input of the quantity limiter (44) or current limiter and/or pressure limiter (46) or voltage limiter.

3. Drilling device according to claim 2, characterized in that a characteristic circuit (70, 72) each has:

an analog/digital converter (78) supplied with the output signal of the load sensor (64), a digital characteristic curve memory (80) addressed by its output signal, and a digital/analog converter (82) receiving its output signal.

0

4. Drilling device according to one of claims 1 to 3, characterized

characterized in that the limiters (44, 46) are bridged by a check valve (48) opening during the return stroke of the feed motor (20) or a diode conducting during the return stroke of the feed motor.

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AUN106-OM - 2 -

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5. Drilling device according to one of claims 1 to 4, wherein the feed motor is a hydraulic working cylinder

characterized in that the load sensor (64) is a pressure sensor connected to one or both of the working lines (22, 24) leading to the drive motor (18).

6. Drilling device according to one of claims 1 to 5, wherein the feed motor is a hydraulic working cylinder

is characterized in that the limiters (44, 46) each have a fluidic actuating element (50; 56) working on a pressure medium control element, which is acted upon by a pressure signal taken from the supply line (38) leading to the working cylinder, and a proportional electromagnet (54; 58), the output part of which acts on the control element in the opposite direction to the fluidic actuating element (50; 56).

7. Drilling device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the output signal of the load sensor (64) is passed through a differential amplifier (66), the second input of which is connected to an adjustable

(68) Setpoint signal is applied.

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