EP0863293B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Vorschubantriebes einer Erdbohranlage - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Vorschubantriebes einer Erdbohranlage Download PDF

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EP0863293B1
EP0863293B1 EP98103945A EP98103945A EP0863293B1 EP 0863293 B1 EP0863293 B1 EP 0863293B1 EP 98103945 A EP98103945 A EP 98103945A EP 98103945 A EP98103945 A EP 98103945A EP 0863293 B1 EP0863293 B1 EP 0863293B1
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EP
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pressure
line
feed
valve
hydraulic
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EP0863293A3 (de
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Dietmar Dipl.-Wi.-Ing. Jenne
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Terra AG fuer Tiefbautechnik
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Terra AG fuer Tiefbautechnik
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • E21B44/02—Automatic control of the tool feed
    • E21B44/06—Automatic control of the tool feed in response to the flow or pressure of the motive fluid of the drive

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling the Feed drive one intended for producing earth bores Drilling system with which a drilling tool is carried Drill pipe with simultaneous rotation in the ground is advanced.
  • the drilling rig is typically operated by an operator controlled by two levers. With one lever controls the Operator the feed rate and with the other Lever the speed of the drill pipe and the one at the end of the drill string arranged drilling tool.
  • overload protection by that limit values for the maximum feed force and can specify the maximum torque. Once the limits the feed rate or the driving torque is reduced. Exceeding the the respective limit value is automatically prevented. A such overload protection can thus destroy the Drilling rig, drill pipe and drilling tools during prevent drilling. But it does not allow the drilling process to optimize, i.e. the drilling rig with the highest possible Speed while avoiding overload drive.
  • a device is also known from DE 43 02 755 A with a control device with which a working parameter can be regulated by two interacting hydraulic consumers depends. For example, the working pressure on the one consumer depending on the working pressure regulated at the other consumer. So on the one hand it will Delivery volume of a pump, which is both a hydraulic motor for feeds a rotary drive as well as a feed cylinder, in Dependence of the working pressure in the two consumer groups regulated. The pump is always on the one Funding volume set that is sufficient to the consumer with the higher fluid requirements. About that there is also the possibility of using a pressure valve to control the quantity of the hydraulic fluid to the feed cylinder depending to regulate the torque on the hydraulic motor.
  • the invention has for its object a device of the type mentioned at the outset, which regulate the Feed speed depending on that on the drill pipe occurring torque and depending on the feed force enables and which is simple in construction and reliable in the function is.
  • the hydraulic control according to the invention has the advantage that the standard times are shortest and that they even under the harsh conditions of working in civil engineering works reliably. As a rule, it is only in the above described special case required to increase the feed force limit if namely the regulation depending on the Torque can not respond or not respond quickly enough.
  • By connecting the control input of the control valve via a shuttle valve on the pressure side of the feed drive can the additional limitation of the feed force with achieve a little additional construction effort.
  • the control valve is expediently continuously adjustable and preferably in one of the two pressure medium connections the bypass line bridging the feed drive.
  • the only figure shows a hydraulic circuit diagram of the Hydraulic circuit of a drilling rig for producing earth bores with those for the explanation of the regulation according to the invention necessary hydraulic elements.
  • pressure medium source with a gear pump 12, which is driven by a motor 14 and hydraulic fluid from a tank 16 via an intake line 18 sucks and feeds into a pressure line 20.
  • the pressure line 20 is via a pressure relief valve 22 and a return line 24 again connected to the tank 16.
  • the pressure line 20 leads via an adjustable flow control valve 26 to the pressure port P of a 4/3-way valve 28, the Connection A via a line 30 with a connection of a Hydraulic motor 32 is connected. Whose other connection is via a line 33 to connection B of the 4/3-way valve 28 connected.
  • the tank port T of the 4/3-way valve 28 is via line sections 34 and 36 in turn with the tank 16 connected.
  • the hydraulic motor 32 serves to rotate a drill pipe a drilling rig for drilling earth bores, such as that is described in DE-A-43 05 423. In terms of the details of such a drilling rig will be based on this Scripture referenced.
  • the pressure line 20 is also via a line 38 to the Pressure port P connected to a directional valve 40, which acts as a rapid traverse valve is formed and its connection A via line sections 42, 44 with the piston chamber 46 of a hydraulic cylinder 48 communicates.
  • the tank connection T of the directional valve 40 is in turn via line 36 to tank 16 connected.
  • the piston rod-side space 50 of the hydraulic cylinder 48 is via line sections 52, 54 with the connection B of the directional valve 40 connected.
  • the hydraulic cylinder 48 serves the drill pipe with the Push the drilling tool into the soil or out of it Pull out soil.
  • the arrangement in the present Case should be chosen so that a corresponding Force deflection pushed the drill pipe into the earth is when the piston 56 of the hydraulic cylinder 48 together is retracted with its piston rod 58 while the Drill pipe is pulled when the piston 56 is together with the piston rod 58 is extended.
  • When retracting the piston 56 is the pressure port P with port B and the Tank port T connected to port A of the directional valve 40 (left switching symbol of directional valve 40).
  • When extending port T is blocked while both ports A and B are connected to port P (right circuit symbol of the Directional control valve 40).
  • connection B of the flow control valve 26 is via a line section 60 connected to a further flow control valve 62, its connection B via a line 64 to the tank line 36 communicates.
  • Port A of the flow control valve 62 is connected via lines 66 and 68 to the pressure connection P of a 4/3-way valve 70 in connection.
  • the administration 66 also leads to other consumers of the drilling rig.
  • the connection T of the directional control valve 70 is via a line 72 in connection with the tank line 36.
  • Port A of the directional valve is connected via a line section 74 to the Piston chamber 46 leading line 44 and port B of the directional valve 70 via a line section 76 to the piston rod space 50 leading line 52 connected.
  • the hydraulic cylinder 48 can also Directional control valve 70 can be controlled, but in this case the amount of hydraulic medium that to the piston chamber 46 or is directed to the piston rod chamber 50, via the flow control valves 26, 62 is adjustable.
  • the flow control valve 62 is fixed to a maximum value that is the maximum feed rate limited.
  • the line 44 leading to the piston chamber 46 and that to the piston rod chamber 50 leading line 52 are through a bypass line 78 connected to each other in which a steplessly opening Pressure switching valve 80 is arranged. Its control input is via a control line 82 and a shuttle valve 84 on the one hand with the one connected to the hydraulic motor 32 Pressure line 30 and on the other hand via a line 86 with the connected to the piston rod chamber 50 line 52.
  • the pressure switching valve 80 can open the pressure switching valve 80 and to determine the amount of hydraulic fluid that passed back past the hydraulic cylinder 48 directly to the tank is so as to be supplied to the hydraulic cylinder 48 Amount of hydraulic fluid and thus the feed rate depending on the torque acting on the drill pipe (represented by the pressure in line 30) or depending on the feed force (represented by the To determine pressure in line 86, 52).
  • the a drill head having an asymmetrical control surface continuously rotated by the hydraulic motor 32 and simultaneously pushed over the feed cylinder 48 through the soil.
  • the hydraulic control described sets the feed rate so that the predetermined maximum Torque is reached and maintained. It means that the pressure switching valve 80 remains closed as long as that is the maximum set torque is not exceeded. Thereby is drilled at the best possible speed. At the same time, drilling tools, drill rods and the drilling rig spared. Should the boring head during the pilot drilling If you hit a rock or concrete wall, the pressure rises Piston rod chamber 50 and thus the line 52 abruptly. This pressure increase is via line 86, the shuttle valve 84 and the control line 82 to the control input of the Pressure switching valve 80 transmitted and causes this opens.
  • the torque dependent Feed control does not work here.
  • the feed force is limited by the overload protection described above, by automatically reducing the feed rate, if a maximum set feed force corresponds to a maximum pressure in the piston rod space 50 and the line 52 is exceeded.
  • the control described above optimizes the use a controllable drilling rig both during manufacture a pilot hole as well as during the expansion of this Hole and the pipe retraction. Human misconduct the control of the drilling rig can be switched off. In order to can not only avoid damage to the drilling rig but they are also better used because they are essential faster response time of the automatic control in the Possibility compared to the response time of the operator there, significantly higher maximum values for the torque and set for the feed force than this with a Manual operation would be possible.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Vorschubantriebes einer zum Erzeugen von Erdbohrungen bestimmten Bohranlage, mit der ein ein Bohrwerkzeug tragendes Bohrgestänge unter gleichzeitiger Drehung in dem Erdreich vorgeschoben wird.
Ein Problem bei der Bedienung von steuerbaren Bohranlagen besteht darin, die Vorschubgeschwindigkeit und das am Bohrgestänge angreifende Drehmoment so aufeinander abzustimmen, daß der Bohrvorgang möglichst schnell durchgeführt werden kann, ohne daß die Bohranlage und vor allem das Bohrgestänge und die Bohrwerkzeuge überlastet werden. Letzteres kann vor allem dann auftreten, wenn sich das Erdreich schlagartig ändert, insbesondere wenn man von weichem in hartes Erdreich gelangt.
Die Bohranlage wird üblicherweise von einer Bedienungsperson über zwei Hebel gesteuert. Mit dem einen Hebel steuert die Bedienungsperson die Vorschubgeschwindigkeit und mit dem anderen Hebel die Drehzahl des Bohrgestänges und des am Ende des Bohrgestänges angeordneten Bohrwerkzeuges. Zur Überwachung der wirkenden Vorschubkräfte und des wirksamen Drehmomentes stehen der Bedienungsperson Manometer zur Verfügung, die den momentanen effektiven Druck im Hydraulikkreislauf der hydraulischen Antriebe für das Vorschieben bzw. Drehen des Bohrgestänges anzeigen. Sind die angezeigten Werte zu niedrig, kann die Bedienungsperson die Vorschubgeschwindigkeit und/oder das Drehmoment vergrößern. Überschreiten die angezeigten Werte jedoch kritische Werte, muß die Bedienungsperson sofort die Vorschubgeschwindigkeit und/oder das Drehmoment verringern. Geschieht dies nicht oder nicht schnell genug, weil beispielsweise der Bohrkopf auf eine Steinschicht oder einen Felsen trifft, besteht die Gefahr eines Gestängebruches. Die teueren Bohrwerkzeuge und das Gestänge verbleiben dann im Erdreich. Die Bohrung muß wiederholt werden. Dies führt zu erheblichen Mehrkosten.
Es ist bereits bekannt, eine Überlastsicherung dadurch vorzusehen, daß man Grenzwerte für die maximale Vorschubkraft und das maximale Drehmoment vorgeben kann. Sobald die Grenzwerte überschritten werden, wird die Vorschubgeschwindigkeit bzw. das antreibende Drehmoment verringert. Die Überschreitung des jeweiligen Grenzwertes wird dabei automatisch verhindert. Eine solche Überlastsicherung kann also eine Zerstörung der Bohranlage, der Bohrgestänge und der Bohrwerkzeuge während des Bohrens verhindern. Sie erlaubt aber nicht, den Bohrvorgang zu optimieren, d.h. die Bohranlage mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit unter Vermeidung einer Überlastung zu fahren.
So ist aus der US-A-4 711 090 bereits eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art bekannt. Sobald ein erhöhter Widerstand am Bohrkopf auftritt, steigt der Druck auf der Druckseite des Drehantriebes und damit auch am Steuereingang des Steuerventiles an. Dadurch wird das Steuerventil veranlaßt, die Zufuhr von Druckmittel zur Druckseite des Vorschubantriebes zu drosseln, um eine Beschädigung des Bohrgestänges und gegebenenfalls ein Festfressen des Bohrkopfes zu vermeiden. Sollte der Druck am Drehantrieb sehr stark ansteigen, was dafür spricht, daß ein Blockieren des Bohrkopfes bevorsteht, so kann sogar die Vorschubrichtung des Vorschubantriebes umgesteuert werden.
Aus der DE 43 02 755 A ist ferner eine Vorrichtung bekannt mit einer Steuereinrichtung, mit der eine Arbeitskenngröße geregelt werden kann, die von zwei zusammenwirkenden Hydraulikverbrauchern abhängt. Beispielsweise wird der Arbeitsdruck an dem einen Verbraucher in Abhängigkeit des Arbeitsdruckes an dem anderen Verbraucher geregelt. So wird einerseits das Fördervolumen einer Pumpe, die sowohl einen Hydromotor für einen Drehantrieb als auch ein Vorschubzylinder speist, in Abhängigkeit des Arbeitsdruckes in den beiden Verbraucherkreisen geregelt. Dabei wird die Pumpe stets auf dasjenige Fördervolumen eingestellt, das ausreicht, um den Verbraucher mit dem jeweils höheren Fluidbedarf zu versorgen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, über ein Druckventil die Menge des Hydraulikfluides zum Vorschubzylinder in Abhängigkeit des Drehmomentes am Hydromotor zu regeln.
Es kann jedoch auch eine Ausnahmesituation auftreten, in der die obige drehmomentabhängige Vorschubsteuerung nicht zwangsläufig ausreichen würde, um einen Schaden am Bohrgestänge oder am Bohrwerkzeug zu verhindern. Dieser Schaden könnte auftreten, wenn beispielsweise während einer Pilotbohrung mit einem spitzen Bohrkopf gearbeitet wird und dieser auf eine massive Fels- oder Betonwand trifft. Dadurch daß der Bohrkopf zuerst mit seiner Spitze auf das harte Hindernis trifft, kann sich das Drehmoment nicht schnell genug erhöhen, da der wirksame Hebelarm des Drehwiderstandes sehr klein ist. In diesem Fall wird die einer bestimmten, aber nicht realisierbaren Vorschubgeschwindigkeit entsprechende Vorschubkraft groß. Die drehmomentabhängige Regelung der Vorschubgeschwindigkeit versagt. Es besteht die Gefahr, daß das Bohrgestänge gestaucht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine Regelung der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit des am Bohrgestänge auftretenden Drehmomentes und in Abhängigkeit der Vorschubkraft ermöglicht und die einfach im Aufbau und zuverlässig in der Funktion ist.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße hydraulische Regelung hat den Vorzug, daß die Regelzeiten am kürzesten sind und daß sie auch unter den rauhen Bedingungen des Arbeitens im Tiefbau zuverlässig funktioniert. In der Regel ist es nur in dem oben beschriebenen Sonderfall erforderlich, die Vorschubkraft zu begrenzen, wenn nämlich die Regelung in Abhängigkeit des Drehmomentes nicht oder nicht schnell genug ansprechen kann. Durch den Anschluß des Steuereinganges des Steuerventils über ein Wechselventil an die Druckseite des Vorschubantriebes läßt sich die zusätzliche Begrenzung der Vorschubkraft mit einem geringen zusätzlichen baulichen Aufwand erzielen.
Zweckmäßigerweise ist das Steuerventil stufenlos verstellbar und vorzugsweise in einer die beiden Druckmittelanschlüsse des Vorschubantriebes überbrückenden Bypassleitung angeordnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen hydraulischen Schaltplan des Hydraulikkreises einer Bohranlage zum Erzeugen von Erdbohrungen mit den für die Erläuterung der erfindungsgemäßen Regelung notwendigen hydraulischen Elementen.
In der linken unteren Ecke der Figur erkennt man eine allgemein mit 10 bezeichnete Druckmittelquelle mit einer Zahnradpumpe 12, die von einem Motor 14 angetrieben wird und Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 16 über eine Ansaugleitung 18 ansaugt und in eine Druckleitung 20 einspeist. Die Druckleitung 20 ist über ein Druckbegrenzungsventil 22 und eine Rückflußleitung 24 wieder mit dem Tank 16 verbunden.
Die Druckleitung 20 führt über ein einstellbares Stromregelventil 26 zum Druckanschluß P eines 4/3-Wegeventils 28, dessen Anschluß A über eine Leitung 30 mit einem Anschluß eines Hydraulikmotors 32 verbunden ist. Dessen anderer Anschluß ist über eine Leitung 33 mit dem Anschluß B des 4/3-Wegeventils 28 verbunden. Der Tankanschluß T des 4/3-Wegeventils 28 ist über Leitungsabschnitte 34 und 36 wiederum mit dem Tank 16 verbunden.
Der Hydraulikmotor 32 dient zum Drehen eines Bohrgestänges einer Bohranlage zum Erstellen von Erdbohrungen, wie sie beispielsweise in der DE-A-43 05 423 beschrieben ist. Bezüglich der Einzelheiten einer solchen Bohranlage wird auf diese Schrift verwiesen.
Die Druckleitung 20 ist ferner über eine Leitung 38 mit dem Druckanschluß P eines Wegeventils 40 verbunden, das als Eilgangventil ausgebildet ist und dessen Anschluß A über Leitungsabschnitte 42, 44 mit dem Kolbenraum 46 eines Hydraulikzylinders 48 in Verbindung steht. Der Tankanschluß T des Wegeventils 40 ist wiederum über die Leitung 36 mit dem Tank 16 verbunden. Der kolbenstangenseitige Raum 50 des Hydraulikzylinders 48 ist über Leitungsabschnitte 52, 54 mit dem Anschluß B des Wegeventils 40 verbunden.
Der Hydraulikzylinder 48 dient dazu, das Bohrgestänge mit dem Bohrwerkzeug in das Erdreich hineinzudrücken bzw. aus dem Erdreich herauszuziehen. Dabei soll die Anordnung im vorliegenden Fall so gewählt sein, daß über eine entsprechende Kraftumlenkung das Bohrgestänge in die Erde hineingedrückt wird, wenn der Kolben 56 des Hydraulikzylinders 48 zusammen mit seiner Kolbenstange 58 eingefahren wird, während das Bohrgestänge gezogen wird, wenn der Kolben 56 zusammen mit der Kolbenstange 58 ausgefahren wird. Beim Einfahren des Kolbens 56 ist der Druckanschluß P mit dem Anschluß B und der Tankanschluß T mit dem Anschluß A des Wegeventils 40 verbunden (linkes Schaltsymbol des Wegeventils 40). Beim Ausfahren ist der Anschluß T blockiert, während beide Anschlüsse A und B mit dem Anschluß P verbunden sind (rechtes Schaltsymbol des Wegeventils 40). In diesem Fall wird das aus dem Kolbenstangenraum 50 verdrängte Hydrauliköl durch die Leitungsabschnitte 52 und 54 und den Anschluß B zurück in die Druckleitungen 42 und 44 gespeist, so daß der Kolben 56 schneller ausgefahren werden kann. Dies hat den Vorzug, daß dadurch das Bohrgestänge bei Bedarf schneller gezogen und die für den Gestängewechsel erforderliche Zeit deutlich gesenkt werden kann.
Der Anschluß B des Stromregelventils 26 ist über einen Leitungsabschnitt 60 mit einem weiteren Stromregelventil 62 verbunden, dessen Anschluß B über eine Leitung 64 mit der Tankleitung 36 in Verbindung steht. Der Anschluß A des Stromregelventils 62 steht über Leitungen 66 und 68 mit dem Druckanschluß P eines 4/3-Wegeventils 70 in Verbindung. Die Leitung 66 führt im übrigen zu weiteren Verbrauchern der Bohranlage. Der Anschluß T des Wegeventils 70 steht über eine Leitung 72 mit der Tankleitung 36 in Verbindung. Der Anschluß A des Wegeventils ist über einen Leitungsabschnitt 74 mit der zum Kolbenraum 46 führenden Leitung 44 und der Anschluß B des Wegeventils 70 über einen Leitungsabschnitt 76 mit der zum Kolbenstangenraum 50 führenden Leitung 52 verbunden.
Wie man erkennt, kann der Hydraulikzylinder 48 auch über das Wegeventil 70 angesteuert werden, wobei in diesem Fall aber die Menge des Hydraulikmediums, die zum Kolbenraum 46 oder zum Kolbenstangenraum 50 geleitet wird, über die Stromregelventile 26, 62 einstellbar ist. Das Stromregelventil 62 ist auf einen Maximalwert fest eingestellt, der die maximale Vorschubgeschwindigkeit begrenzt.
Die zum Kolbenraum 46 führende Leitung 44 und die zum Kolbenstangenraum 50 führende Leitung 52 sind durch eine Bypassleitung 78 miteinander verbunden, in der ein stufenlos zu öffnendes Druckschaltventil 80 angeordnet ist. Dessen Steuereingang ist über eine Steuerleitung 82 und ein Wechselventil 84 einerseits mit der an den Hydraulikmotor 32 angeschlossenen Druckleitung 30 und andererseits über eine Leitung 86 mit der an den Kolbenstangenraum 50 angeschlossenen Leitung 52 verbunden. In Abhängigkeit des Druckes in der Leitung 30 oder der Leitung 52 kann die Öffnung des Druckschaltventils 80 und damit die Menge an Hydraulikflüssigkeit bestimmt werden, die an dem Hydraulikzylinder 48 vorbei direkt zum Tank zurückgeleitet wird, um so die dem Hydraulikzylinder 48 zugeleitete Menge an Hydraulikflüssigkeit und damit die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit des am Bohrgestänge wirkenden Drehmomentes (repräsentiert durch den Druck in der Leitung 30) oder in Abhängigkeit der Vorschubkraft (repräsentiert durch den Druck in der Leitung 86, 52) bestimmen zu können.
Mit dem soweit beschriebenen Hydraulikkreis arbeitet eine steuerbare Bohranlage folgendermaßen:
Um während einer Pilotbohrung geradeaus zu bohren, wird der eine asymmetrische Steuerfläche aufweisende Bohrkopf kontinuierlich durch den Hydraulikmotor 32 gedreht und gleichzeitig über den Vorschubzylinder 48 durch das Erdreich geschoben. Die beschriebene hydraulische Steuerung stellt die Vorschubgeschwindigkeit so ein, daß das vorher festgelegte maximale Drehmoment erreicht und eingehalten wird. Das bedeutet, daß das Druckschaltventil 80 geschlossen bleibt, solange das maximal eingestellte Drehmoment nicht überschritten wird. Dadurch wird mit der bestmöglichen Geschwindigkeit gebohrt. Gleichzeitig werden Bohrwerkzeuge, Bohrgestänge und die Bohranlage geschont. Sollte während der Pilotbohrung der Bohrkopf auf eine Fels- oder Betonwand stoßen, steigt der Druck in dem Kolbenstangenraum 50 und damit der Leitung 52 schlagartig an. Dieser Druckanstieg wird über die Leitung 86, das Wechselventil 84 und die Steuerleitung 82 auf den Steuereingang des Druckschaltventils 80 übertragen und bewirkt, daß dieses sich öffnet. Dadurch fließt Hydraulikflüssigkeit über die Bypassleitung 78, so daß die Vorschubgeschwindigkeit (Einfahrgeschwindigkeit des Kolbens 56) reduziert wird, bis der Druck in der Leitung 52 wieder dem am Druckschaltventil 80 eingestellten Grenzwert entspricht. Somit wird ein Stauchen des Bohrgestänges vermieden. Die Regelung funktioniert auch für den Fall, daß ein Hindernis unüberwindlich ist, d.h. der Vorschub auf Null sinkt. In diesem Fall wird zwar das Werkzeug in seiner Arbeitsposition gehalten, aber nicht beschädigt.
Soll während der Pilotbohrung gesteuert werden, wird der Bohrkopf mit seiner asymmetrischen Steuerfläche in die gewünschte Drehstellung gedreht. Anschließend wird der Bohrkopf ohne Drehung ins Erdreich gedrückt. Die drehmomentabhängige Vorschubsteuerung wirkt hierbei nicht. Die Vorschubkraft wird durch die vorstehend beschriebene Überlastsicherung begrenzt, indem die Vorschubgeschwindigkeit automatisch reduziert wird, wenn eine maximal eingestellte Vorschubkraft entsprechend einem maximalen Druck in dem Kolbenstangenraum 50 und der Leitung 52 überschritten wird.
Nach der Herstellung einer Pilotbohrung wird der Bohrkopf von dem Bohrgestänge abgeschraubt und durch einen Aufweitkopf ersetzt. In der Regel werden die einzuziehenden Rohre direkt hinter dem Aufweitkopf befestigt. Der Aufweitkopf wird drehend durchs Erdreich zur Bohranlage hin gezogen. In diesem Falle wirkt nur die drehmomentabhängige Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit, da beim Ausfahren des Kolbens 56 aus dem Hydraulikzylinder 48 (entsprechend einem Ziehen des Bohrgestänges) die Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Vorschubkraft nicht wirksam ist. Sollte während dieses Vorganges sich der Widerstand für den Aufweitkopf schlagartig erhöhen, was zu einem entsprechenden Anstieg des am Bohrgestänge wirkenden Drehmomentes und damit zu einem Anstieg des Druckes in der Leitung 30 führt, bewirkt dies, daß über die Steuerleitung 82 der am Druckschaltventil 80 eingestellte Druckwert überschritten wird und das Druckschaltventil 80 wieder die Leitung 78 öffnet. Je nach Ausmaß des Öffnens wird wiederum Hydraulikflüssigkeit an dem Hydraulikzylinder 48 vorbeigeleitet und damit die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 56 vermindert, bis das Drehmoment und damit der ihm proportionale Druck in der Leitung 30 auf den maximal zulässigen Wert gefallen sind.
Die vorstehend beschriebene Steuerung optimiert den Einsatz einer steuerbaren Bohranlage sowohl während der Herstellung einer Pilotbohrung als auch während des Aufweitens dieser Bohrung und des Rohreinzuges. Menschliches Fehlverhalten bei der Steuerung der Bohranlage läßt sich damit ausschalten. Damit kann nicht nur eine Beschädigung der Bohranlage vermieden sondern diese auch besser ausgenutzt werden, da die wesentlich schnellere Reaktionszeit der automatischen Steuerung im Vergleich zur Reaktionszeit der Bedienungsperson die Möglichkeit gibt, deutlich höhere Maximalwerte für das Drehmoment und für die Vorschubkraft einzustellen, als dies bei einer Bedienung von Hand möglich wäre.

Claims (3)

  1. Vorrichtung zur Steuerung des hydraulischen Vorschubantriebes (48) einer zum Erzeugen von Erdbohrungen bestimmten Bohranlage, mit der ein ein Bohrwerkzeug tragendes Bohrgestänge unter gleichzeitiger Drehung mittels eines hydraulischen Drehantriebes (32) in dem Erdreich vorschiebbar ist, wobei die Menge des dem Vorschubantrieb (48) zufließenden Druckmittels durch ein druckgesteuertes Steuerventil (80) steuerbar ist, dessen Steuereingang über ein Wechselventil (84) mit der Druckseite (30) des Drehantriebes (32) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang des Steuerventils (80) über das Wechselventil (84) ferner mit der Seite des Vorschubantriebes (48) verbunden ist, die im Vorschubbetrieb unter Druck steht.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (80) stufenlos verstellbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (80) in einer die beiden Druckmittelanschlüsse des Vorschubantriebes (48) überbrückenden Bypassleitung (78) angeordnet ist.
EP98103945A 1997-03-05 1998-03-05 Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Vorschubantriebes einer Erdbohranlage Expired - Lifetime EP0863293B1 (de)

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