EP3091173A1 - Drilling system for generating or extending a borehole in the ground and method for controlling an advance of such a drilling system - Google Patents

Drilling system for generating or extending a borehole in the ground and method for controlling an advance of such a drilling system Download PDF

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EP3091173A1
EP3091173A1 EP16168005.3A EP16168005A EP3091173A1 EP 3091173 A1 EP3091173 A1 EP 3091173A1 EP 16168005 A EP16168005 A EP 16168005A EP 3091173 A1 EP3091173 A1 EP 3091173A1
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EP
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feed
force
drive
value
feed force
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EP16168005.3A
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EP3091173B1 (en
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Dietmar Jenne
Roman GRABER
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Terra AG fuer Tiefbautechnik
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Terra AG fuer Tiefbautechnik
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00Automatic 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
    • E21B44/02Automatic control of the tool feed
    • E21B44/04Automatic control of the tool feed in response to the torque of the drive ; Measuring drilling torque
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
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    • E21B44/02Automatic control of the tool feed
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/28Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a feed drive of a drilling rig for generating or expanding a ground hole in the ground, wherein a drill pipe connected to the drilling and / or expansion tool is rotated about its longitudinal axis by means of a rotary drive and with the aid of the feed drive in the direction of its longitudinal axis is moved through the soil.
  • the force exerted by the feed drive on the drill string in the direction of its longitudinal axis feed force is limited to a preset value.
  • the invention relates to a drilling rig for generating or expanding a hole in the ground.
  • a method and a device for controlling the feed drive of a drilling rig intended for producing wells are known.
  • the drilling rig has a drill string carrying drill string that is advanced with simultaneous rotation in the soil.
  • the feed rate of the feed drive is controlled in dependence on the torque occurring at the drill string.
  • Other horizontal drilling rigs with a feed drive for driving a boring rod carrying a drilling tool, which advanced with simultaneous rotation by means of a feed drive in the ground is, are from the documents DE 10 2010 004 287 A1 and US 6,189,628 B1 known.
  • a target value for the torque acting on the drill pipe to the rotation torque M is set.
  • a control unit controls the feed rate of a drilling tool to be moved through the soil or a flaring tool to be moved through the soil with a pipe to be pulled into the opening created by means of the flaring tool so that a detected actual torque Mist is equal to the preset target value M soll is.
  • the feed speed v is increased until the actual torque Mist reaches the preset setpoint M soll . If the substrate is homogeneous, the expansion tool is then moved through the soil at a relatively constant pull-in speed. If the substrate becomes harder or hits the drilling and / or expansion tool on a rock or rock, the effective torque Mist is greater than the target value M soll . Then the feed is stopped until the drilling and / or expansion tool has rotated freely and the current torque acting M is again smaller than the set value M is intended. Subsequently, the feed rate is increased again until the current value of the torque M ist has reached the setpoint.
  • both the drilling of a pilot hole by means of a drilling tool and the widening of the pilot hole or the widening of an opening already present in the ground in the prior art always takes place with the maximum retraction force. Depending on the substrate, this can lead to the carbide teeth of a drilling tool or a widening tool so pressed into the ground or in rock or pulled that they get caught in the soil or rock. As a result, the drilling tool or the expander head can not continue to turn and stops.
  • a drill string connected to a drilling and / or expansion tool is rotated about its longitudinal axis by means of a rotary drive of the drilling rig and by means of the feed drive in the direction of its longitudinal axis through the Earth area moves. Furthermore, the feed force exerted by the feed drive on the drill string in the direction of its longitudinal axis is limited to a preset value.
  • the feed drive is preferably a feed drive unit which generates a translatory drive movement of the drill string.
  • the drilling and / or expansion tool is either pushed away from the feed drive into the soil or pulled towards the feed drive through the soil.
  • the drilling and / or expansion tool is at least in a rotational direction at the remote from the feed drive end of the drill string rotatably connected thereto.
  • Such a method for controlling the feed drive prevents the drilling tool or the expansion tool is pressed with a large force against the ground, in particular a blockage of the drilling tool is prevented due to excessive feed force.
  • a suitable restriction of the feed force is ensured that an abrupt snagging of cutting elements of the drilling and / or Aufweitwerkmaschines is prevented with the soil, thereby causing such a blockage of the drilling and / or Aufweitwerkmaschines interruption of the drilling process and extreme loads on the drill string and the drilling tool can be avoided.
  • the feed force is determined as the actual value and if the determined actual value is compared with a preset desired value. Upon reaching and / or exceeding the preset target value, the feed force exerted by the feed drive on the drill string is reduced. Preferably, the amount of the feed force is determined as the actual value and compared with the preset target value. As a result, a simple and safe monitoring and limiting the feed force is possible.
  • the feed force is selectively exerted on the drill string in such a way that the drilling and / or expansion tool connected to the drill string is moved away from the feed drive or toward the feed drive by the feed force.
  • the drilling rig can move the drilling and / or expansion tool both away from the feed drive and move towards the feed drive, so that in a simple manner a pilot hole can be made through the soil using a drilling tool and then the drilling tool at the end of the drill pipe of this is disconnected and the end of the drill string is connected to a Aufweitwerkmaschine, the Expansion tool then moved to the feed drive, that is pulled through the soil, is.
  • the feed rate of the drill string and / or the feed force exerted on the drill string are set as a function of the torque exerted on the drill string for its rotation.
  • the feed rate and / or the feed force can be used as a manipulated variable in a control loop for controlling the torque.
  • the manipulated variables feed force and feed rate are adjusted together until one of the manipulated variables reaches a lower and / or upper preset limit value. Subsequently, only the other control variable is adjusted further.
  • the torque exerted on the drill pipe for its rotation is determined as the actual value and compared with a preset desired value, and if a system deviation is determined from the difference between desired value and actual value.
  • a positive control deviation the feed rate and / or the feed force are reduced and with a negative control deviation, the feed rate and the feed force are increased.
  • the feed force is increased with a positive control deviation until it has reached the preset value.
  • the feed force is not further increased, even with a positive control deviation.
  • an operator can change the preset value, so that then, depending on the determined control deviation with a positive control deviation, the feed force can be further increased to the new preset limit.
  • the feed force and the feed rate are simultaneously increased until the feed force has reached the pre-set value.
  • the feed force and the feed rate are reduced simultaneously until no more control deviation or a positive control deviation is detected.
  • the drive unit used is preferably a hydraulic unit, wherein the pressure generated by the hydraulic unit on the hydraulic unit can be adjusted independently of the quantity of hydraulic fluid delivered by the hydraulic unit.
  • the pressure generated by the hydraulic unit is a measure of the feed force and the amount delivered by the hydraulic unit is a measure of the feed rate.
  • the feed force and the feed rate can be predefined on the hydraulic unit in a simple manner.
  • the specification of these values is carried out in particular by a Control unit of the drilling rig, which is connected via a suitable interface with the hydraulic power unit for the specification of nominal values for pressure and quantity.
  • the control unit is preferably a programmable logic controller of the drilling rig.
  • the preset value of the feed force and / or the preset value of the feed rate can be set via an operating unit and changed during operation of the drilling system by an operator or by specifying a further control unit or a control algorithm.
  • the actual value of the torque is preferably determined on the basis of the rotary drive force acting on the drill pipe.
  • the rotary drive force can be determined in a hydraulic drive of the drill string simply due to the pressure of the hydraulic fluid supplied to the hydraulic motor.
  • both the rotary drive and the feed drive are hydraulic drives.
  • the amount of the pressure medium supplied to the feed drive in particular the hydraulic fluid supplied to the feed drive, is changed.
  • the feed force of the pressure of the feed drive supplied pressure medium in particular of the feed drive hydraulic fluid is changed.
  • the preset value for limiting the feed force before the start of a wellbore is set, preferably to a value in the range between 20% and 40%.
  • the desired value of the torque is preset to a value in the range of 70% to 90% of the torque generated by the rotary drive for rotating the drill string.
  • a second aspect of the invention relates to a drilling rig for generating or expanding a ground hole in the ground, preferably according to the method with the features of claim 1 or a previously described development of this method.
  • the drilling rig has a feed drive which applies a feed force to a drill string and moves a drilling and / or expansion tool connected to the drill string in the direction of the longitudinal axis of the drill string through the soil.
  • the drilling rig has a rotary drive which applies a rotational force to the drill string and generates a torque for rotating the drill string and the associated drilling and / or expansion tool about the longitudinal axis of the drill string.
  • the drilling rig further has a control unit which controls the feed drive such that the feed force exerted by the feed drive on the drill string in the direction of its longitudinal axis is limited to a preset value.
  • a drilling rig 10 is shown for controlled drilling of a pilot bore.
  • Drill rig 10 operates on a horizontal boring process, also referred to as Horizontal Directional Drilling (HDD).
  • a horizontal drilling rig available under the trade name Terra-Jet is used for this purpose.
  • Such a horizontal drilling rig is for example from the document DE 101 15 233 A1 known.
  • a linkage 14 composed of a plurality of linkage sections 13 is introduced into the ground 18 in the direction of the arrow P0 by means of a horizontal boring device 12 at a starting point 16 with a drill head 20 arranged at the end of the linkage 14 remote from the horizontal boring device 12.
  • the horizontal boring device 12 introduces flushing fluid into the hollow boom 14 at high pressure.
  • the rinsing liquid exits the drill head 20 at high pressure. Due to the high pressure and hard metal teeth of the drill head 20, a borehole is cut into the ground 18.
  • the drill head 20 is asymmetrically flattened at its front end and is continuously rotated by means of the rod 14 for producing a straight borehole. In a desired lateral movement, upward movement or downward movement of the drill head 20 is stopped in a suitable movement for this desired position and not rotated further, so that due to the asymmetrical flattened shape of the front end of the drill head 20, a corresponding deflection movement of the drill head 20 in the ground 18 takes place ,
  • FIG. 1B shows a detail view of the end of the linkage 14 remote from the horizontal boring device 12 together with the boring head 20.
  • an electronic probe is arranged, which can be located with the help of a corresponding locating device at any time from the earth's surface, so that the position of the drill head 20 in the ground 18 can be determined exactly at any time.
  • the trajectory of the drill head 20, and thus the bore of the pilot bore is simply controlled by controlled stopping of the rotation of the drill head 20 via the linkage 14 so that the control surface of the drill head 20 is brought into a position required for the desired movement. Even after the targeted stopping of the rotation of the drill head 20 flushing fluid is further passed through the linkage 14 and the drill head 20 further driven by the linkage, so that the drilling operation of the desired course of the borehole is continued by means of the rinsing liquid and the propulsion of the drill head 20.
  • HDPE pipes are made of high density polyethylene, this high density polyethylene being a high density thermoplastic so that the pipes made of HDPE have high toughness and rigidity, very good chemical resistance, good sliding properties, low density Moisture absorption, very good processing properties, are very good weldable and are physiologically harmless.
  • tubes 26 may be drawn in from other materials, in particular metal.
  • the horizontal drilling unit 12 generates the tensile force required for the expansion process on the linkage 14 and also passes rinsing fluid to the expansion head 24.
  • the rinsing fluid supports at least the expansion of the pilot hole and also serves to drain and discharge the excess soil dissolved in the expansion process 18.
  • At least part of the soil 18 contacted by the expansion tool 24 during the expansion process must be removed from the scree and rock. This can be done in particular by the annular gap between the already designated as a bore channel area of the pilot hole and the retracted tube 26 done.
  • the rinsing fluid introduced into the annular gap also reduces the skin friction between the tube 26 and the drilling channel.
  • the widening tool 24 has a centering region 25, which is arranged upstream relative to the widening region 31 of the widening tool 24 in the direction of movement of the widening tool 24 and substantially corresponds to the diameter of the widened opening.
  • the expansion tool 24 has a large support surface via the centering region 25, via which a counterforce to the transverse forces acting on the widening region 31 transversely to the movement direction P1 can be provided.
  • a deflection of the expansion tool 24 is effectively avoided in a simple manner, so that the pilot bore or a passage opening already present in the ground 18 can be widened centrally by means of the expansion tool 24 according to the invention.
  • the new pipe 26 to be laid in this case an HDPE pipe, is used.
  • two or more expansion tools 24 in succession up to a diameter of 1000 mm.
  • tubes 26 are retracted to a diameter of 800 mm or a tube bundle of several tubes.
  • a rinsing liquid water with Betonit or Ejactomer can be used.
  • Such rinsing fluids stabilize the drill channel, reduce the friction between drill pipe 14 and soil 18 and the friction between the pipe 26 to be recovered and the soil 18. Further, 18 is conveyed out through the already partially retracted pipe 26 from the drilling channel using the rinsing liquid soil.
  • FIG. 1D shows an enlarged section of the in Figure 1C In this section, the remote from the horizontal drilling 12 end of the linkage 14, the expansion head 24 and the already partially retracted into the ground 18 tube 26 are shown. If the drill head 20 or the expander head 24 is pulled too strongly against solid earth, rock or rock, then cutting of the drill head 20 or the expander head 24 can be pulled against the earth 18 with such a force that rotation of the drill head 20 or expander head 24 is not possible even with the producible with the horizontal boring machine 12 maximum torque. In order to prevent this, a limitation of the maximum feed force to a preset limit occurs in this embodiment.
  • the feed force generated by a feed drive is preferably determined and compared with the preset limit value. The comparison is preferably carried out by a control unit, in particular a programmable logic controller (SPS) of the horizontal boring machine 12.
  • SPS programmable logic controller
  • the horizontal boring machine 12 preferably has a rotary drive for rotating the linkage 14 and the advancing drive for moving the linkage 14 along its longitudinal axis through the ground 18 together with the end of the linkage 14 remote from the advancing drive with the boring head 20 or expander head 24 connected thereto.
  • FIG. 2 show a block diagram of a in a control unit 29 of the horizontal drilling 12 after the Fig.1A to 1D implemented control algorithm for controlling a feed drive of the drilling rig 10 and the horizontal drilling 12.
  • the rotary drive is a hydraulic drive.
  • a pressure sensor 34 With the aid of a pressure sensor 34, the pressure of the hydraulic fluid of the hydraulic drive supplied to the hydraulic fluid is determined. From this pressure can directly the driving force and the am Linkage 14 acting torque M is to be determined.
  • the rotational speed of the linkage 14 can be determined with the aid of a corresponding rotational speed sensor 36 of the horizontal device 12. Is the actual value of the torque M a comparator 28 is supplied, which is this actual value M with a preset and stored in the control unit 29 of the horizontal drill 12 set value M soll.
  • the comparator 28 determines a control deviation from the difference between the actual value Mist and the setpoint value M soll .
  • the controller 30 outputs control signals for the feed rate and the feed force and, if necessary, changes the feed direction. These actuating signals are used as manipulated variables for controlling the feed drive.
  • the feed force can be easily adjusted by the pressure of the hydraulic fluid supplied to the hydraulic drive and the feed rate by the amount of hydraulic fluid supplied to the feed drive.
  • a hydraulic unit for providing the hydraulic fluid for the hydraulic drive is then given a predetermined pressure starting from the feed force predetermined by the controller 30 and starting from the feed rate predetermined by the controller 30 a flow, ie the amount of hydraulic fluid delivered by the hydraulic unit in a predetermined time.
  • a maximum value for the feed force F max can also be preset.
  • the controller 30 limits the setting signal of the feed force to this value F max .
  • a further control loop for controlling the feed force can be provided when the controller 30 for controlling the torque outputs the preset maximum value F max of the feed force as a control signal. The other controller then ensures that the feed force is also in itself changing soil condition is kept constant at the preset maximum value of the feed force.
  • the actual value of the torque M ist increases and exceeds the setpoint value M soll .
  • the feed speed and the feed force are reduced. This is done relatively quickly, preferably in a period between 1 ms and 100 ms, to prevent the linkage 14 from being blocked and the drill head 20 and linkage 14 from being able to be further rotated. Also can be rotated by reducing the feed rate and the feed force a blocked linkage 14 again. Depending on the determined deviation of the actual value at the rise of the torque M is carried out a large reduction of the feed rate and the feed force, which then again slowly through the controller 30, for example over a period of 0.3 to 10 s is increased again.
  • the increase and reduction of the feed force and feed rate can be carried out continuously and / or stepwise.
  • FIG. 3 shows a flow chart for adjusting the feed force and feed rate when creating a pilot hole or when expanding a hole by means of the horizontal drilling rig 12.
  • the process is started in step S10.
  • a target value M soll of the torque is preset. This is done by an operator depending on the expected on the drilling distance composition and type of soil 18. For example, the target value M soll of the torque is preset to 80% of the maximum torque generated by the horizontal drilling rig 12.
  • an operator a value for the maximum allowable feed force F max of the feed drive preset.
  • the feed force must be used in particular for the expansion of a well bore and the simultaneous insertion of a new pipe 26, the pipe 26 through the widened opening in the ground 18 pull.
  • the maximum feed force is preset as a starting value to, for example, 20% of the feed force that can be generated by means of the feed drive.
  • Both the preset target value M soll of the torque and the value F max of the maximum permissible feed force can be changed at any time during operation of the horizontal boring device 12 by an operator if necessary.
  • the steps S12 and S14 can also be exchanged or conventional setting values can already be preset in the control unit 29 so that they only have to be changed if necessary.
  • the drilling operation is started, wherein the control unit 29 of the horizontal boring machine 12, the rotary drive for rotating the linkage 14 and the feed drive for generating a feed force to Activate feed of the linkage 14.
  • the linkage with the arranged at the end of the linkage 14 drill head 20 is pressed into the soil during the manufacture of a pilot hole and in the expansion of a hole in the earth, the expansion head 24 connected to the linkage 14 is pulled by the feed force to the horizontal drill 12.
  • step S18 the feed force and the feed speed are then slowly increased. Increasing the feed force and feed rate can be continuous or incremental. However, the feed force is increased only until the feed force has reached the preset maximum value F max .
  • step S20 it is then checked in step S20 whether the actual value M ist of the torque, the is generated by the rotary drive for rotating the linkage 14 is greater than the preset target value M soll of the torque. If this is the case, it is then checked in step S22 whether the actual feed rate is less than the preset feed rate or whether the feed has stopped. If the feed rate is less than the predetermined feed rate or if the feed is stopped, then in step S24 the preset value F max of the maximum feed force is increased. This can be done by the control unit 29 stepwise automatically or by an operator. After increasing the maximum value of the feed force, the process proceeds to step S18 where the feed force and the feed speed are further increased.
  • step S22 determines whether the feed has not stopped and the feed rate corresponds to the desired feed rate. If this is the case, the process is completed in step S28 and the horizontal drilling rig 12 can be switched off by an operator.
  • step S20 If it is determined in step 26 that the drilling operation has not yet been completed, the process continues in step S20. If it is determined in step S20 that the actual value M ist of the torque is equal to or greater than the setpoint value M soll of the torque, then in step S30 the feed force and the feed speed are reduced relatively quickly. The reduction of the feed force and feed rate can be done gradually. After reducing the feed force and feed rate in step S30, it is checked in step S32 whether the linkage 14 is rotated by the rotary drive or whether the linkage 14 is blocked. If the linkage 14 is blocked, the feed drive then moves the linkage 14 in the opposite direction in step S34. For this purpose, in particular, a drill carriage of the feed drive engaging with the linkage 14 is moved counter to the drilling or expansion direction. Subsequently, the process proceeds to step S32.
  • step S36 If it is determined in step S32 that the rotation of the linkage 14 is not blocked, that is, the linkage 14 rotates, it is checked in step S36, if the actual value Mist of the torque is smaller than a reduced by the amount x target value M soll-x is the torque. If this is the case, the process is continued in step S18 and the feed force and the feed rate are increased. If the actual value Mist of the torque does not fall below the setpoint value M soll-x of the torque reduced by the amount x, then the sequence is continued after step S36 with step S20.
  • Increasing the feed force and feed rate in step S18 is slower than reducing the feed force and the feed rate in step S30.
  • the feed force is reduced faster by a factor in the range of 2 to 100 in step S30 than increased in step S18.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a horizontal auger 300 for producing and / or expansion of a well bore according to a second embodiment.
  • the drilling apparatus 300 comprises two end plates 304, 306 delimiting a displacement unit 302, which are connected to one another via connecting elements 308, 310, 312, 314. About these connecting elements 308 to 314, the distance between the end plates 304, 306 is fixed.
  • With the connecting elements 312, 314 support plates 316 to 322 are connected, via which the drill 300 can be supported in a pit or a shaft.
  • the support plates 316 to 322 can be pulled out of the open ends of the connecting elements 314, 312 projecting through the end plates 304, 306 and via bolts 324, 326 in different extension stages connectable with the connecting elements 312, 314.
  • the end plate 304 has a linkage passage 328, through which a linkage portion of the linkage 14 can be passed.
  • Further locking levers 330, 332 are shown, by which a linkage portion of the linkage 14 can be optionally fixed so that it is prevented from rotating, so that the fixed linkage portion can be connected to another linkage section or can be separated from this further linkage section. Additionally or alternatively, by means of the clamping lever 330, 332 a displacement of a linkage section in the advancing direction P2 and opposite to the advancing direction can be prevented.
  • a control panel 315 Connected to the connecting element 314 is a control panel 315, by means of which the displacement unit 302 and a hydraulic rotary drive 334 for generating a rotational movement of the boom receptacle 40 can be actuated.
  • the rotary drive 334 is fixedly connected to the carriage 38.
  • a transmission chain (not shown) arranged in the carriage 38 is provided.
  • the displacement unit 302 has two cylinder assemblies 336, 338, which serve as a feed drive.
  • the first cylinder assembly 336 has a first cylinder 340 with a first cylinder housing 342 and a first piston rod 344. Further, the first cylinder assembly 336 has a second cylinder 346 having a second cylinder housing 348 and a second piston rod 350.
  • the second cylinder assembly 338 has a first cylinder 352 with a first cylinder housing 354 and a first piston rod 355. Further, the second cylinder assembly 338 includes a second cylinder, which in FIG. 4 is obscured by other elements.
  • This second cylinder has a second cylinder housing and a second piston rod.
  • One end of the piston rods 344, 356 is in each case with the first Face plate 304 firmly connected via a screw.
  • the opposite second ends of the piston rods 344, 356 are screwed to the opposite second end plate 306, so that the piston rods 344, 356 serve as guide elements for guiding the displacement movement of the displacement unit 302.
  • the face plate 304 facing side of the cylinder housing 342, 352 are connected via a first intermediate plate 364.
  • the displacement unit 302 comprises a second intermediate plate 366, which is fixedly connected to the second end plate 306 facing the end of the cylinder housing 354, 342 of the first cylinder 340, 352 of the cylinder assemblies 336, 338. Furthermore, the ends of the piston rods 350, 362, which are fixedly connected to the first intermediate plate 364, are fixedly connected to the second intermediate plate 366 via a respective screw connection.
  • the carriage 38 can also be displaced in the advancing direction P2 or in the opposite direction in the case of a displacement movement produced by the second cylinders 346, 358.
  • the limiting of the feed force to a preset limit value F max is carried out in the horizontal drilling apparatus 300 in the same manner as in connection with the horizontal drilling apparatus 12 of the first embodiment in conjunction with the FIGS. 1 to 3 has been described.
  • the horizontal drilling device 300 has a control unit 29.
  • the feed drive for generating the feed motion of the drill string may also include a rack drive or other suitable drive.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohranlage zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich (18) und ein Verfahren zur Steuerung eines Vorschubantriebs (336, 338) einer solchen Bohranlage (10). Ein mit einem Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug (20, 24) verbundenes Bohrgestänge (14) wird mit Hilfe eines Drehantriebs (334) um seine Längsachse gedreht und mit Hilfe eines Vorschubantriebs (336, 338) in Richtung seiner Längsachse durch das Erdreich (18) bewegt. Die durch den Vorschubantrieb (336, 338) auf das Bohrgestänge (14) in Richtung seiner Längsachse ausgeübte Vorschubkraft wird auf einen voreingestellten Grenzwert (F max ) begrenzt.The invention relates to a drilling rig for generating or expanding a ground hole in the ground (18) and to a method for controlling a feed drive (336, 338) of such a drilling rig (10). A drill pipe (14) connected to a drilling and / or expansion tool (20, 24) is rotated around its longitudinal axis by means of a rotary drive (334) and driven by a feed drive (336, 338) in the direction of its longitudinal axis through the earth (18 ) emotional. The feed force exerted by the feed drive (336, 338) on the drill pipe (14) in the direction of its longitudinal axis is limited to a preset limit value (F max).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Vorschubantriebs einer Bohranlage zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich, bei dem ein mit dem Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug verbundenes Bohrgestänge mit Hilfe eines Drehantriebs um seine Längsachse gedreht und mit Hilfe des Vorschubantriebs in Richtung seiner Längsachse durch das Erdreich bewegt wird. Die durch den Vorschubantrieb auf das Bohrgestänge in Richtung seiner Längsachse ausgeübte Vorschubkraft wird auf einen voreingestellten Wert begrenzt. Ferner betrifft die Erfindung eine Bohranlage zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich.The invention relates to a method for controlling a feed drive of a drilling rig for generating or expanding a ground hole in the ground, wherein a drill pipe connected to the drilling and / or expansion tool is rotated about its longitudinal axis by means of a rotary drive and with the aid of the feed drive in the direction of its longitudinal axis is moved through the soil. The force exerted by the feed drive on the drill string in the direction of its longitudinal axis feed force is limited to a preset value. Furthermore, the invention relates to a drilling rig for generating or expanding a hole in the ground.

Aus dem Dokument DE 197 08 097 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Vorschubantriebs einer zum Erzeugen von Erdbohrungen bestimmten Bohranlage bekannt. Die Bohranlage hat ein Bohrwerkzeug tragendes Bohrgestänge, das unter gleichzeitiger Drehung in dem Erdreich vorgeschoben wird. Die Vorschubgeschwindigkeit des Vorschubantriebs wird in Abhängigkeit des am Bohrgestänge auftretenden Drehmoments geregelt. Weitere Horizontalbohranlagen mit einem Vorschubantrieb zum Antrieb eines ein Bohrwerkzeug tragenden Bohrgestänges, das unter gleichzeitiger Drehung mit Hilfe eines Vorschubantriebs im Erdreich vorgeschoben wird, sind aus den Dokumenten DE 10 2010 004 287 A1 und US 6,189,628 B1 bekannt.From the document DE 197 08 097 A1 For example, a method and a device for controlling the feed drive of a drilling rig intended for producing wells are known. The drilling rig has a drill string carrying drill string that is advanced with simultaneous rotation in the soil. The feed rate of the feed drive is controlled in dependence on the torque occurring at the drill string. Other horizontal drilling rigs with a feed drive for driving a boring rod carrying a drilling tool, which advanced with simultaneous rotation by means of a feed drive in the ground is, are from the documents DE 10 2010 004 287 A1 and US 6,189,628 B1 known.

Bei bekannten steuerbaren Horizontalbohranlagen, wie sie beispielsweise aus dem Dokument DE 197 08 997 A1 bekannt sind, wird ein Sollwert für das am Bohrgestänge zu dessen Drehung wirkende Drehmoment Msoll vorgegeben. Eine Steuereinheit steuert die Vorschubgeschwindigkeit eines durch das Erdreich zu bewegenden Bohrwerkzeugs bzw. eines durch das Erdreich zu bewegenden Aufweitwerkzeugs mit einem in die mit Hilfe des Aufweitwerkzeugs erzeugte Öffnung einzuziehenden Rohrs so, dass ein ermitteltes Ist-Drehmoment Mist gleich dem voreingestellten Soll-Wert Msoll ist. Beim Aufweiten einer Bohrung und einem gleichzeitigen Einzug eines neuen Rohres bedeutet dies, solange Mist < Msoll wird die Einzugsgeschwindigkeit v erhöht. Dadurch werden die Kräfte, die auf das Aufweitwerkzeug, insbesondere auf einen Aufweitkopf, wirken, größer. Dies führt zu einer Erhöhung des am Bohrgestänge wirkenden Drehmoments Mist. Die Einzugsgeschwindigkeit v wird solange erhöht, bis das tatsächliche Drehmoment Mist dem voreingestellten Sollwert Msoll erreicht. Bei homogenem Untergrund wird das Aufweitwerkzeug dann mit relativ konstanter Einzugsgeschwindigkeit durch das Erdreich bewegt. Wird der Untergrund härter oder trifft das Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug auf einen Stein oder Fels, wird das wirkende Drehmoment Mist größer als der Sollwert Msoll. Daraufhin wird der Vorschub gestoppt, bis sich das Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug freigedreht hat und das aktuelle wirkende Drehmoment Mist wieder kleiner als der Sollwert Msoll ist. Anschließend wird die Vorschubgeschwindigkeit wieder solange erhöht, bis der aktuelle Wert des Drehmoments Mist den Sollwert erreicht hat.In known controllable horizontal drilling rigs, as for example from the document DE 197 08 997 A1 are known, a target value for the torque acting on the drill pipe to the rotation torque M is set. A control unit controls the feed rate of a drilling tool to be moved through the soil or a flaring tool to be moved through the soil with a pipe to be pulled into the opening created by means of the flaring tool so that a detected actual torque Mist is equal to the preset target value M soll is. During the widening of a bore and a simultaneous feed of a new tube, this means as long as M is <M to the feed speed v is increased. As a result, the forces acting on the expansion tool, in particular on a Aufweitkopf, larger. This leads to an increase in the torque acting on the drill string manure. The feed speed v is increased until the actual torque Mist reaches the preset setpoint M soll . If the substrate is homogeneous, the expansion tool is then moved through the soil at a relatively constant pull-in speed. If the substrate becomes harder or hits the drilling and / or expansion tool on a rock or rock, the effective torque Mist is greater than the target value M soll . Then the feed is stopped until the drilling and / or expansion tool has rotated freely and the current torque acting M is again smaller than the set value M is intended. Subsequently, the feed rate is increased again until the current value of the torque M ist has reached the setpoint.

Jedoch erfolgt sowohl das Bohren einer Pilotbohrung mit Hilfe eines Bohrwerkzeugs als auch das Aufweiten der Pilotbohrung bzw. das Aufweiten einer bereits im Erdreich vorhandenen Öffnung im Stand der Technik immer mit der maximalen Einzugskraft. Je nach Untergrund kann dies dazu führen, dass die Hartmetallzähne eines Bohrwerkzeugs oder eines Aufweitwerkzeugs so ins Erdreich oder in Fels gedrückt oder gezogen werden, dass sie sich im Erdreich bzw. Fels verhaken. Dadurch kann sich das Bohrwerkzeug bzw. der Aufweitkopf nicht weiterdrehen und bleibt stehen.However, both the drilling of a pilot hole by means of a drilling tool and the widening of the pilot hole or the widening of an opening already present in the ground in the prior art always takes place with the maximum retraction force. Depending on the substrate, this can lead to the carbide teeth of a drilling tool or a widening tool so pressed into the ground or in rock or pulled that they get caught in the soil or rock. As a result, the drilling tool or the expander head can not continue to turn and stops.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bohranlage zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Vorschubantriebs der Bohranlage anzugeben, durch die eine Erdbohrung sowie das Aufweiten einer Erdbohrung einfach und effizient möglich ist.It is an object of the invention to provide a drilling rig for generating or expanding a ground hole in the ground and a method for controlling a feed drive of the drilling rig, through which a hole in the earth and the expansion of a hole is easy and efficient.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Bohranlage mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a drilling rig having the features of claim 15. Advantageous developments are specified in the dependent claims.

Bei dem Verfahren zur Steuerung des Vorschubantriebs einer Bohranlage zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich wird ein mit einem Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug verbundenes Bohrgestänge mit Hilfe eines Drehantriebs der Bohranlage um seine Längsachse gedreht und mit Hilfe des Vorschubantriebs in Richtung seiner Längsachse durch das Erdbereich bewegt. Ferner wird die durch den Vorschubantrieb auf das Bohrgestänge in Richtung seiner Längsachse ausgeübte Vorschubkraft auf einen voreingestellten Wert begrenzt. Der Vorschubantrieb ist vorzugsweise eine Vorschubantriebseinheit, die eine translatorische Antriebsbewegung des Bohrgestänges erzeugt. Dabei wird das Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug entweder vom Vorschubantrieb weg in das Erdreich gedrückt oder zum Vorschubantrieb hin durch das Erdreich gezogen. Vorzugsweise ist das Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug zumindest in einer Drehrichtung an dem vom Vorschubantrieb entfernten Ende des Bohrgestänges drehfest mit diesem verbunden.In the method for controlling the feed drive of a drilling rig for generating or expanding a ground hole in the ground, a drill string connected to a drilling and / or expansion tool is rotated about its longitudinal axis by means of a rotary drive of the drilling rig and by means of the feed drive in the direction of its longitudinal axis through the Earth area moves. Furthermore, the feed force exerted by the feed drive on the drill string in the direction of its longitudinal axis is limited to a preset value. The feed drive is preferably a feed drive unit which generates a translatory drive movement of the drill string. The drilling and / or expansion tool is either pushed away from the feed drive into the soil or pulled towards the feed drive through the soil. Preferably, the drilling and / or expansion tool is at least in a rotational direction at the remote from the feed drive end of the drill string rotatably connected thereto.

Durch ein solches Verfahren zur Steuerung des Vorschubantriebs wird verhindert, dass das Bohrwerkzeug oder das Aufweitwerkzeug mit einer zu großen Kraft gegen das Erdreich gedrückt wird, wobei insbesondere eine Blockade des Bohrwerkzeugs aufgrund zu großer Vorschubkraft verhindert wird. Durch eine geeignete Beschränkung der Vorschubkraft wird sichergestellt, dass ein abruptes Verhaken von Schneidelementen des Bohr- und/oder Aufweitwerkzeugs mit dem Erdreich verhindert wird, wodurch eine durch eine solche Blockierung des Bohr- und/oder Aufweitwerkzeugs bewirkte Unterbrechung des Bohrvorgangs sowie extreme Belastungen des Bohrgestänges und des Bohrwerkzeugs vermieden werden.Such a method for controlling the feed drive prevents the drilling tool or the expansion tool is pressed with a large force against the ground, in particular a blockage of the drilling tool is prevented due to excessive feed force. By a suitable restriction of the feed force is ensured that an abrupt snagging of cutting elements of the drilling and / or Aufweitwerkzeugs is prevented with the soil, thereby causing such a blockage of the drilling and / or Aufweitwerkzeugs interruption of the drilling process and extreme loads on the drill string and the drilling tool can be avoided.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Vorschubkraft als Ist-Wert ermittelt wird und wenn der ermittelte Ist-Wert mit einem voreingestellten Soll-Wert verglichen wird. Beim Erreichen und/oder Überschreiten des voreingestellten Soll-Werts wird die durch den Vorschubantrieb auf das Bohrgestänge ausgeübte Vorschubkraft reduziert. Vorzugsweise wird der Betrag der Vorschubkraft als Ist-Wert ermittelt und mit dem voreingestellten Soll-Wert verglichen. Hierdurch ist eine einfache und sichere Überwachung und Begrenzung der Vorschubkraft möglich.Furthermore, it is advantageous if the feed force is determined as the actual value and if the determined actual value is compared with a preset desired value. Upon reaching and / or exceeding the preset target value, the feed force exerted by the feed drive on the drill string is reduced. Preferably, the amount of the feed force is determined as the actual value and compared with the preset target value. As a result, a simple and safe monitoring and limiting the feed force is possible.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Vorschubkraft wahlweise derart auf das Bohrgestänge ausgeübt wird, dass das mit dem Bohrgestänge verbundene Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug durch die Vorschubkraft von dem Vorschubantrieb weg oder zum Vorschubantrieb hin bewegt wird. Dadurch kann die Bohranlage das Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug sowohl vom Vorschubantrieb wegbewegen als auch zum Vorschubantrieb hinbewegen, so dass auf einfache Art und Weise eine Pilotbohrung mit Hilfe eines Bohrwerkzeugs durch das Erdreich hergestellt werden kann und anschließend das Bohrwerkzeug am Ende des Bohrgestänges von diesem getrennt wird und das Ende des Bohrgestänges mit einem Aufweitwerkzeug verbunden wird, wobei das Aufweitwerkzeug dann zum Vorschubantrieb hinbewegt, d.h. durchs Erdreich gezogen, wird.Furthermore, it is advantageous if the feed force is selectively exerted on the drill string in such a way that the drilling and / or expansion tool connected to the drill string is moved away from the feed drive or toward the feed drive by the feed force. As a result, the drilling rig can move the drilling and / or expansion tool both away from the feed drive and move towards the feed drive, so that in a simple manner a pilot hole can be made through the soil using a drilling tool and then the drilling tool at the end of the drill pipe of this is disconnected and the end of the drill string is connected to a Aufweitwerkzeug, the Expansion tool then moved to the feed drive, that is pulled through the soil, is.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorschubgeschwindigkeit des Bohrgestänges und/oder die auf das Bohrgestänge ausgeübte Vorschubkraft in Abhängigkeit des auf das Bohrgestänge zu dessen Drehung ausgeübten Drehmoments eingestellt werden. Dadurch kann die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Vorschubkraft als Stellgröße in einem Regelkreis zur Reglung des Drehmoments genutzt werden. Vorzugsweise werden die Stellgrößen Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit gemeinsam verstellt, bis eine der Stellgrößen einen unteren und/oder oberen voreingestellten Grenzwert erreicht. Anschließend wird nur die andere Stellgröße weiter verstellt. Durch eine Beschränkung der Vorschubkraft auf den voreingestellten Grenzwert wird erreicht, dass auch bei einer Regelung des Drehmoments keine derart große Kraft auf das Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug ausgeübt wird, dass dieses stehenbleibt. Insbesondere wird ein Verhaken von Schneiden des Bohr- und/oder Aufweitwerkzeugs mit Steinen oder Fels im Erdreich verhindert.It is particularly advantageous if the feed rate of the drill string and / or the feed force exerted on the drill string are set as a function of the torque exerted on the drill string for its rotation. As a result, the feed rate and / or the feed force can be used as a manipulated variable in a control loop for controlling the torque. Preferably, the manipulated variables feed force and feed rate are adjusted together until one of the manipulated variables reaches a lower and / or upper preset limit value. Subsequently, only the other control variable is adjusted further. By restricting the feed force to the preset limit value, it is achieved that even with a regulation of the torque, no such great force is exerted on the drilling and / or expanding tool that it stops. In particular, snagging of cutting of the drilling and / or expansion tool with stones or rock in the soil is prevented.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das auf das Bohrgestänge zu dessen Drehung ausgeübte Drehmoment als Ist-Wert ermittelt und mit einem voreingestellten Soll-Wert verglichen wird und wenn eine Regelabweichung aus der Differenz aus Soll-Wert und Ist-Wert ermittelt wird. Bei einer positiven Regelabweichung werden die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Vorschubkraft reduziert und bei einer negativen Regelabweichung werden die Vorschubgeschwindigkeit und die Vorschubkraft erhöht. Hierdurch erfolgt eine Regelung des Drehmoments, durch die ein einfacher und sicherer Betrieb der Bohranlage möglich ist.It is particularly advantageous if the torque exerted on the drill pipe for its rotation is determined as the actual value and compared with a preset desired value, and if a system deviation is determined from the difference between desired value and actual value. With a positive control deviation, the feed rate and / or the feed force are reduced and with a negative control deviation, the feed rate and the feed force are increased. As a result, there is a control of the torque, through which a simple and safe operation of the drilling rig is possible.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Vorschubkraft nur dann geändert werden, wenn der Betrag der Regelabweichung einen voreingestellten Wert überschreitet. Dadurch wird die Regelung vereinfacht und insbesondere ein Ausschwingen des Regelkreises vermieden.It is advantageous if the feed rate and / or the feed force can only be changed if the amount of the control deviation is a preset Value exceeds. As a result, the control is simplified and in particular avoided a decay of the control loop.

Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, bei einer positiven Regelabweichung die Vorschubkraft solange zu erhöhen, bis sie den voreingestellten Wert erreicht hat. Somit wird nach Erreichen des voreingestellten Werts der Vorschubkraft auch bei einer positiven Regelabweichung die Vorschubkraft nicht weiter erhöht. Doch kann eine Bedienperson den voreingestellten Wert ändern, so dass dann abhängig von der ermittelten Regelabweichung bei einer positiven Regelabweichung die Vorschubkraft weiter bis zum neuen voreingestellten Grenzwert erhöht werden kann.Additionally or alternatively, it is advantageous to increase the feed force with a positive control deviation until it has reached the preset value. Thus, after reaching the preset value of the feed force, the feed force is not further increased, even with a positive control deviation. However, an operator can change the preset value, so that then, depending on the determined control deviation with a positive control deviation, the feed force can be further increased to the new preset limit.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einer positiven Regelabweichung die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit gleichzeitig so lange erhöht werden, bis die Vorschubkraft den voreingestellten Wert erreicht hat. Bei einer negativen Regelabweichung werden die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit gleichzeitig so lange verringert, bis keine Regelabweichung mehr oder eine positive Regelabweichung festgestellt wird.It is particularly advantageous if, in the case of a positive system deviation, the feed force and the feed rate are simultaneously increased until the feed force has reached the pre-set value. In the case of a negative control deviation, the feed force and the feed rate are reduced simultaneously until no more control deviation or a positive control deviation is detected.

Vorzugsweise wird nach Erreichen des voreingestellten Werts der Vorschubkraft nur noch die Vorschubgeschwindigkeit erhöht, bis diese einen für die Vorschubgeschwindigkeit voreingestellten maximalen Wert erreicht hat. Vorzugsweise dient als Antriebseinheit ein Hydraulikaggregat, wobei am Hydraulikaggregat der vom Hydraulikaggregat erzeugte Druck unabhängig von der vom Hydraulikaggregat geförderten Menge an Hydraulikflüssigkeit eingestellt werden kann. Der vom Hydraulikaggregat erzeugte Druck ist ein Maß für die Vorschubkraft und die vom Hydraulikaggregat geförderte Menge ein Maß für die Vorschubgeschwindigkeit. Dadurch lassen sich am Hydraulikaggregat auf einfache Art und Weise die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit vorgeben. Die Vorgabe dieser Werte erfolgt insbesondere durch eine Steuereinheit der Bohranlage, die über eine geeignete Schnittstelle mit dem Hydraulikaggregat zur Vorgabe von Soll-Werten für Druck und Menge verbunden ist. Die Steuereinheit ist vorzugsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung der Bohranlage.Preferably, only the feed rate is increased after reaching the preset value of the feed force, until it has reached a maximum value preset for the feed rate. The drive unit used is preferably a hydraulic unit, wherein the pressure generated by the hydraulic unit on the hydraulic unit can be adjusted independently of the quantity of hydraulic fluid delivered by the hydraulic unit. The pressure generated by the hydraulic unit is a measure of the feed force and the amount delivered by the hydraulic unit is a measure of the feed rate. As a result, the feed force and the feed rate can be predefined on the hydraulic unit in a simple manner. The specification of these values is carried out in particular by a Control unit of the drilling rig, which is connected via a suitable interface with the hydraulic power unit for the specification of nominal values for pressure and quantity. The control unit is preferably a programmable logic controller of the drilling rig.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der voreingestellte Wert der Vorschubkraft und/oder der voreingestellte Wert der Vorschubgeschwindigkeit über eine Bedieneinheit einstellbar und beim Betrieb der Bohranlage durch eine Bedienperson oder durch eine Vorgabe einer weiteren Steuereinheit oder eines Steueralgorithmus veränderbar ist.It is particularly advantageous if the preset value of the feed force and / or the preset value of the feed rate can be set via an operating unit and changed during operation of the drilling system by an operator or by specifying a further control unit or a control algorithm.

Der Ist-Wert des Drehmoments wird vorzugsweise ausgehend von der auf das Bohrgestänge wirkenden Dreh-Antriebskraft ermittelt. Die Dreh-Antriebskraft kann bei einem hydraulischen Antrieb des Bohrgestänges einfach aufgrund des Drucks der dem Hydraulikmotor zugeführten Hydraulikflüssigkeit ermittelt werden.The actual value of the torque is preferably determined on the basis of the rotary drive force acting on the drill pipe. The rotary drive force can be determined in a hydraulic drive of the drill string simply due to the pressure of the hydraulic fluid supplied to the hydraulic motor.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl der Drehantrieb als auch der Vorschubantrieb hydraulische Antriebe sind.It is particularly advantageous if both the rotary drive and the feed drive are hydraulic drives.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn zur Änderung der Vorschubgeschwindigkeit die Menge des dem Vorschubantrieb zugeführten Druckmittels, insbesondere der dem Vorschubantrieb zugeführten Hydraulikflüssigkeit, verändert wird. Zur Änderung der Vorschubkraft wird der Druck des dem Vorschubantrieb zugeführten Druckmittels, insbesondere der dem Vorschubantrieb zugeführten Hydraulikflüssigkeit, geändert.Furthermore, it is advantageous if, for changing the feed speed, the amount of the pressure medium supplied to the feed drive, in particular the hydraulic fluid supplied to the feed drive, is changed. To change the feed force of the pressure of the feed drive supplied pressure medium, in particular of the feed drive hydraulic fluid is changed.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der voreingestellte Wert zur Begrenzung der Vorschubkraft vor Beginn einer Erdbohrung abhängig von der zu erwartenden Beschaffenheit des Erdreichs auf einen Wert im Bereich zwischen 20 % und 98 % der durch den Vorschubantrieb erzeugbaren Vorschubkraft eingestellt wird, vorzugsweise auf einen Wert im Bereich zwischen 20 % und 40 %.It is particularly advantageous if the preset value for limiting the feed force before the start of a wellbore, depending on the expected nature of the soil to a value in the range between 20% and 98% of the feed drive producible feed force is set, preferably to a value in the range between 20% and 40%.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Soll-Wert des Drehmoments auf einen Wert im Bereich von 70 % bis 90 % des durch den Drehantrieb erzeugbaren Drehmoments zum Drehen des Bohrgestänges voreingestellt wird.Further, it is advantageous if the desired value of the torque is preset to a value in the range of 70% to 90% of the torque generated by the rotary drive for rotating the drill string.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Bohranlage zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich, vorzugsweise nach dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder einer zuvor beschriebenen Weiterbildung dieses Verfahrens. Die Bohranlage hat einen Vorschubantrieb, der eine Vorschubkraft auf ein Bohrgestänge ausübt und ein mit dem Bohrgestänge verbundenes Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug in Richtung der Längsachse des Bohrgestänges durch das Erdreich bewegt. Ferner hat die Bohranlage einen Drehantrieb, der eine Rotationskraft auf das Bohrgestänge ausübt und ein Drehmoment zur Drehung des Bohrgestänges und des mit diesem verbundenen Bohr- und/oder Aufweitwerkzeugs um die Längsachse des Bohrgestänges erzeugt. Die Bohranlage hat weiterhin eine Steuereinheit, die den Vorschubantrieb derart steuert, dass die durch den Vorschubantrieb auf das Bohrgestänge in Richtung seiner Längsachse ausgeübte Vorschubkraft auf einen voreingestellten Wert begrenzt wird. Dadurch ist ein einfacher und sicherer kontinuierlicher Betrieb der Bohranlage sowohl zum Einbringen einer Pilotbohrung in das Erdreich mit Hilfe eines Bohrwerkzeugs als auch zum Aufweiten einer Pilotbohrung mit Hilfe eines Aufweitwerkzeugs einfach möglich.A second aspect of the invention relates to a drilling rig for generating or expanding a ground hole in the ground, preferably according to the method with the features of claim 1 or a previously described development of this method. The drilling rig has a feed drive which applies a feed force to a drill string and moves a drilling and / or expansion tool connected to the drill string in the direction of the longitudinal axis of the drill string through the soil. Further, the drilling rig has a rotary drive which applies a rotational force to the drill string and generates a torque for rotating the drill string and the associated drilling and / or expansion tool about the longitudinal axis of the drill string. The drilling rig further has a control unit which controls the feed drive such that the feed force exerted by the feed drive on the drill string in the direction of its longitudinal axis is limited to a preset value. Thereby, a simple and safe continuous operation of the drilling rig is both for introducing a pilot hole in the ground using a drilling tool as well as for widening a pilot hole using a Aufweitwerkzeugs easily possible.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.Further features and advantages will become apparent from the following description, which illustrates the invention with reference to embodiments in conjunction with the accompanying figures.

Es zeigen:

Figur 1A
eine schematische Darstellung einer Bohranlage zum gesteuerten Bohren einer Pilotbohrung, mit der eine Durchgangsöffnung im Erdreich erzeugt wird, die nachfolgend mithilfe eines Aufweitwerkzeugs aufweitbar ist;
Figur 1B
einen vergrößerten Ausschnitt der Bohranlage nach Figur 1A, wobei der Bohrkopf zum Erzeugen der Pilotbohrung dargestellt ist;
Figur 1C
eine schematische Darstellung einer Bohranlage zum Aufweiten der mit der Bohranlage nach Figur 1A erzeugten Pilotbohrung mithilfe eines Aufweitwerkzeugs;
Figur 1D
einen vergrößerten Ausschnitt der Bohranlage nach Figur 1C, wobei das Aufweitwerkzeug zum Aufweiten der Pilotbohrung dargestellt ist;
Figur 2
das Blockschaltbild eines Regelkreises zur Steuerung der Bohranlage nach den Figuren 1A bis 1D;
Figur 3
einen Ablaufplan der Steuerung eines Drehantriebs der Bohranlage zum Drehen eines Gestänges und eines Vorschubantriebs zum Vorschub des Gestänges;
Figur 4
ein Bohrgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Show it:
Figure 1A
a schematic representation of a drilling rig for controlled drilling a pilot hole, with which a passage opening in the soil is produced, which is subsequently expandable by means of a Aufweitwerkzeugs;
FIG. 1B
an enlarged section of the drill after Figure 1A wherein the drill head is shown for generating the pilot hole;
Figure 1C
a schematic representation of a drilling rig for expanding with the drilling rig after Figure 1A created pilot hole using a flaring tool;
FIG. 1D
an enlarged section of the drill after Figure 1C wherein the expansion tool for expanding the pilot hole is shown;
FIG. 2
the block diagram of a control loop for controlling the drilling rig after the Figures 1A to 1D ;
FIG. 3
a flow chart of the control of a rotary drive of the drilling rig for rotating a linkage and a feed drive for advancing the linkage;
FIG. 4
a drill according to a second embodiment.

In Figur 1A ist eine Bohranlage 10 zum gesteuerten Bohren einer Pilotbohrung gezeigt. Die Bohranlage 10 arbeitet nach einem Horizontalbohrverfahren, das auch als Horizontal Directional Drilling (HDD) Verfahren bezeichnet wir. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu eine unter der Handelsbezeichnung Terra-Jet erhältliche Horizontalbohranlage eingesetzt. Eine solche Horizontalbohranlage ist beispielsweise aus dem Dokument DE 101 15 233 A1 bekannt. Beim HDD-Verfahren wird ein aus mehreren Gestängeabschnitten 13 zusammengesetztes Gestänge 14 mithilfe eines Horizontalbohrgerätes 12 an einem Startpunkt 16 mit einem an dem dem Horizontalbohrgerät 12 entfernten Ende des Gestänges 14 angeordneten Bohrkopf 20 in Richtung des Pfeils P0 in das Erdreich 18 eingebracht. Das Horizontalbohrgerät 12 bringt mit hohem Druck Spülflüssigkeit in das hohle Gestänge 14 ein. Die Spülflüssigkeit tritt mit hohem Druck am Bohrkopf 20 aus. Durch den hohen Druck und durch Hartmetallzähne des Bohrkopfs 20 wird ein Bohrloch ins Erdreich 18 geschnitten.In Figure 1A a drilling rig 10 is shown for controlled drilling of a pilot bore. Drill rig 10 operates on a horizontal boring process, also referred to as Horizontal Directional Drilling (HDD). In the present embodiment, a horizontal drilling rig available under the trade name Terra-Jet is used for this purpose. Such a horizontal drilling rig is for example from the document DE 101 15 233 A1 known. In the HDD method, a linkage 14 composed of a plurality of linkage sections 13 is introduced into the ground 18 in the direction of the arrow P0 by means of a horizontal boring device 12 at a starting point 16 with a drill head 20 arranged at the end of the linkage 14 remote from the horizontal boring device 12. The horizontal boring device 12 introduces flushing fluid into the hollow boom 14 at high pressure. The rinsing liquid exits the drill head 20 at high pressure. Due to the high pressure and hard metal teeth of the drill head 20, a borehole is cut into the ground 18.

Der Bohrkopf 20 ist an seinem vorderen Ende asymmetrisch abgeflacht und wird mithilfe des Gestänges 14 zum Erzeugen eines geraden Bohrlochs kontinuierlich gedreht. Bei einer gewünschten seitlichen Bewegung, Aufwärtsbewegung oder Abwärtsbewegung wird der Bohrkopf 20 in einer für diese gewünschte Bewegung geeigneten Position angehalten und nicht weiter gedreht, so dass aufgrund der asymmetrisch abgeflachten Form des vorderen Endes des Bohrkopfs 20 eine entsprechende Ablenkbewegung des Bohrkopfs 20 im Erdreich 18 erfolgt. In Figur 1B ist eine Detailansicht des von dem Horizontalbohrgerät 12 entfernten Endes des Gestänges 14 zusammen mit dem Bohrkopf 20 gezeigt. Im Bohrkopf 20 ist eine elektronische Sonde angeordnet, die mithilfe eines entsprechenden Ortungsgerätes jederzeit von der Erdoberfläche aus exakt geortet werden kann, so dass die Position des Bohrkopfs 20 im Erdreich 18 jederzeit exakt bestimmbar ist.The drill head 20 is asymmetrically flattened at its front end and is continuously rotated by means of the rod 14 for producing a straight borehole. In a desired lateral movement, upward movement or downward movement of the drill head 20 is stopped in a suitable movement for this desired position and not rotated further, so that due to the asymmetrical flattened shape of the front end of the drill head 20, a corresponding deflection movement of the drill head 20 in the ground 18 takes place , In FIG. 1B FIG. 12 shows a detail view of the end of the linkage 14 remote from the horizontal boring device 12 together with the boring head 20. FIG. In the drill head 20, an electronic probe is arranged, which can be located with the help of a corresponding locating device at any time from the earth's surface, so that the position of the drill head 20 in the ground 18 can be determined exactly at any time.

Die Bewegungsbahn des Bohrkopfs 20 und damit der Verlauf des Bohrlochs der Pilotbohrung wird einfach durch kontrolliertes Stoppen der Drehung des Bohrkopfs 20 über das Gestänge 14 gesteuert, so dass die Steuerfläche des Bohrkopfs 20 in eine für die gewünschte Bewegung erforderliche Stellung gebracht wird. Auch nach dem gezielten Stoppen der Drehung des Bohrkopfs 20 wird weiterhin Spülflüssigkeit durch das Gestänge 14 geleitet und der Bohrkopf 20 weiter über das Gestänge vorangetrieben, so dass mithilfe der Spülflüssigkeit und des Vortriebs des Bohrkopfs 20 der Bohrvorgang des gewünschten Verlaufs des Bohrlochs fortgesetzt wird.The trajectory of the drill head 20, and thus the bore of the pilot bore, is simply controlled by controlled stopping of the rotation of the drill head 20 via the linkage 14 so that the control surface of the drill head 20 is brought into a position required for the desired movement. Even after the targeted stopping of the rotation of the drill head 20 flushing fluid is further passed through the linkage 14 and the drill head 20 further driven by the linkage, so that the drilling operation of the desired course of the borehole is continued by means of the rinsing liquid and the propulsion of the drill head 20.

Nach Erreichen des Zielpunkts 22, der beispielsweise in einer Zielgrube vorgesehen ist, wird der Bohrkopf 20 durch einen Aufweitkopf 24 ersetzt, der beim Zurückziehen des Gestänges 14 die zuvor erzeugte Pilotbohrung aufweitet und gleichzeitig ein HDPE-Rohr 26 einzieht, wie dies in den Figuren 1C und 1D gezeigt ist. HDPE-Rohre sind aus High-Density-Polyethylen hergestellt, wobei dieses High-Density-Polyethylen ein thermoplastischer Kunststoff mit hoher Dichte ist, so dass die aus HDPE hergestellten Rohre eine hohe Zähigkeit und Steifigkeit, eine sehr gute chemische Beständigkeit, gute Gleiteigenschaften, geringe Feuchtigkeitsaufnahme, sehr gute Verarbeitungseigenschaften, sehr gut verschweißbar sind und physiologisch unbedenklich sind. Bei anderen Ausführungsformen können auch Rohre 26 aus anderen Materialien, insbesondere aus Metall, eingezogen werden.After reaching the target point 22, which is provided for example in a target pit, the drill head 20 is replaced by a widening head 24, which widens when retraction of the linkage 14, the previously created pilot bore and at the same time a HDPE pipe 26 retracts, as shown in the Figures 1C and 1D is shown. HDPE pipes are made of high density polyethylene, this high density polyethylene being a high density thermoplastic so that the pipes made of HDPE have high toughness and rigidity, very good chemical resistance, good sliding properties, low density Moisture absorption, very good processing properties, are very good weldable and are physiologically harmless. In other embodiments, tubes 26 may be drawn in from other materials, in particular metal.

Das Horizontalbohrgerät 12 erzeugt die für den Aufweitvorgang erforderliche Zugkraft am Gestänge 14 und leitet weiterhin Spülflüssigkeit zum Aufweitkopf 24. Die Spülflüssigkeit unterstützt zumindest das Aufweiten der Pilotbohrung und dient ferner zum Ableiten und Austragen des beim Aufweitvorgang gelösten überschüssigen Erdreichs 18. Insbesondere bei steinigem Erdreich 18, Geröll und Fels muss zumindest ein Teil des mithilfe des Aufweitwerkzeugs 24 beim Aufweitvorgang kontaktierten Erdreichs 18 abgeleitet werden. Dies kann insbesondere durch den Ringspalt zwischen dem als Bohrkanal bezeichneten bereits aufgeweiteten Bereich der Pilotbohrung und dem eingezogenen Rohr 26 erfolgen. Die in den Ringspalt eingebrachte Spülflüssigkeit verringert auch die Mantelreibung zwischen dem Rohr 26 und dem Bohrkanal.The horizontal drilling unit 12 generates the tensile force required for the expansion process on the linkage 14 and also passes rinsing fluid to the expansion head 24. The rinsing fluid supports at least the expansion of the pilot hole and also serves to drain and discharge the excess soil dissolved in the expansion process 18. In particular in stony soil 18, At least part of the soil 18 contacted by the expansion tool 24 during the expansion process must be removed from the scree and rock. This can be done in particular by the annular gap between the already designated as a bore channel area of the pilot hole and the retracted tube 26 done. The rinsing fluid introduced into the annular gap also reduces the skin friction between the tube 26 and the drilling channel.

Zur Vermeidung einer nicht zentrischen Aufweitung der Pilotbohrung, insbesondere in Folge einer Ablenkung des Aufweitwerkzeugs 24 durch inhomogenes Erdreich, hat das Aufweitwerkzeug 24 einen Zentrierbereich 25, der in Bezug auf den Aufweitbereich 31 des Aufweitwerkzeugs 24 in Bewegungsrichtung des Aufweitwerkzeugs 24 stromaufwärts angeordnet ist und im Wesentlichen dem Durchmesser der aufgeweiteten Öffnung entspricht. Dadurch hat das Aufweitwerkzeug 24 über den Zentrierbereich 25 eine große Abstützfläche, über die eine Gegenkraft zu den auf den Aufweitbereich 31 quer zur Bewegungsrichtung P1 wirkenden Querkräfte bereitgestellt werden kann. Dadurch wird eine Ablenkung des Aufweitwerkzeugs 24 auf einfache Art und Weise wirkungsvoll vermieden, so dass die Pilotbohrung bzw. eine bereits im Erdreich 18 vorhandene Durchgangsöffnung mithilfe des erfindungsgemäßen Aufweitwerkzeugs 24 zentrisch aufgeweitet werden kann.To avoid non-centric widening of the pilot bore, in particular due to deflection of the widening tool 24 by inhomogeneous soil, the widening tool 24 has a centering region 25, which is arranged upstream relative to the widening region 31 of the widening tool 24 in the direction of movement of the widening tool 24 and substantially corresponds to the diameter of the widened opening. As a result, the expansion tool 24 has a large support surface via the centering region 25, via which a counterforce to the transverse forces acting on the widening region 31 transversely to the movement direction P1 can be provided. As a result, a deflection of the expansion tool 24 is effectively avoided in a simple manner, so that the pilot bore or a passage opening already present in the ground 18 can be widened centrally by means of the expansion tool 24 according to the invention.

Gleichzeitig mit dem Aufweitvorgang wird das neu zu verlegende Rohr 26, im vorliegenden Fall ein HDPE-Rohr, eingesetzt. Je nach Untergrund können auch zwei oder mehr Aufweitwerkzeuge 24 nacheinander mit bis zu einem Durchmesser von 1000 mm eingesetzt werden. Üblicherweise werden dann Rohre 26 bis zu einem Durchmesser von 800 mm oder ein Rohrbündel aus mehreren Rohren eingezogen. Als Spülflüssigkeit kann Wasser mit Betonit oder Ejactomer eingesetzt werden. Solche Spülflüssigkeiten stabilisieren den Bohrkanal, vermindern die Reibung zwischen Bohrgestänge 14 und Erdreich 18 sowie die Reibung zwischen dem einzuziehenden Rohr 26 und dem Erdreich 18. Ferner wird mithilfe der Spülflüssigkeit Erdreich 18 durch das bereits zum Teil eingezogene Rohr 26 aus dem Bohrkanal herausgefördert.Simultaneously with the expansion process, the new pipe 26 to be laid, in this case an HDPE pipe, is used. Depending on the substrate, it is also possible to use two or more expansion tools 24 in succession up to a diameter of 1000 mm. Usually then tubes 26 are retracted to a diameter of 800 mm or a tube bundle of several tubes. As a rinsing liquid, water with Betonit or Ejactomer can be used. Such rinsing fluids stabilize the drill channel, reduce the friction between drill pipe 14 and soil 18 and the friction between the pipe 26 to be recovered and the soil 18. Further, 18 is conveyed out through the already partially retracted pipe 26 from the drilling channel using the rinsing liquid soil.

Figur 1D zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der in Figur 1C gezeigten Anordnung 10, In diesem Ausschnitt sind das von dem Horizontalbohrgerät 12 entfernte Ende des Gestänges 14, der Aufweitkopf 24 und das bereits zum Teil ins Erdreich 18 eingezogene Rohr 26 dargestellt. Wir der Bohrkopf 20 oder der Aufweitkopf 24 zu stark gegen festes Erdreich, Gestein oder Fels gezogen, so können Schneiden des Bohrkopfs 20 bzw. des Aufweitkopfs 24 mit einer solchen Kraft gegen das Erdreich 18 gezogen werden, dass eine Drehung des Bohrkopfs 20 bzw. Aufweitkopfs 24 selbst mit dem mit dem Horizontalbohrgerät 12 erzeugbaren maximalen Drehmoment nicht möglich ist. Um dies zu verhindern, erfolgt bei dieser Ausführungsform eine Begrenzung der maximalen Vorschubkraft auf einen voreingestellten Grenzwert. Hierzu wird vorzugsweise die durch einen Vorschubantrieb erzeugte Vorschubkraft ermittelt und mit dem voreingestellten Grenzwert verglichen. Vorzugsweise führt den Vergleich eine Steuereinheit, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuereinheit (SPS) des Horizontalbohrgeräts 12 durch. FIG. 1D shows an enlarged section of the in Figure 1C In this section, the remote from the horizontal drilling 12 end of the linkage 14, the expansion head 24 and the already partially retracted into the ground 18 tube 26 are shown. If the drill head 20 or the expander head 24 is pulled too strongly against solid earth, rock or rock, then cutting of the drill head 20 or the expander head 24 can be pulled against the earth 18 with such a force that rotation of the drill head 20 or expander head 24 is not possible even with the producible with the horizontal boring machine 12 maximum torque. In order to prevent this, a limitation of the maximum feed force to a preset limit occurs in this embodiment. For this purpose, the feed force generated by a feed drive is preferably determined and compared with the preset limit value. The comparison is preferably carried out by a control unit, in particular a programmable logic controller (SPS) of the horizontal boring machine 12.

Das Horizontalbohrgerät 12 hat vorzugsweise einen Drehantrieb zum Drehen des Gestänges 14 und den Vorschubantrieb zum Bewegen des Gestänges 14 entlang seiner Längsachse durch das Erdreich 18 zusammen mit dem an dem vom Vorschubantrieb entfernten Ende des Gestänges 14 mit diesem verbundenen Bohrkopf 20 oder Aufweitkopf 24.The horizontal boring machine 12 preferably has a rotary drive for rotating the linkage 14 and the advancing drive for moving the linkage 14 along its longitudinal axis through the ground 18 together with the end of the linkage 14 remote from the advancing drive with the boring head 20 or expander head 24 connected thereto.

Figur 2 zeig ein Blockschaltbild eines in eine Steuereinheit 29 des Horizontalbohrgerätes 12 nach den Fig.1A bis 1D implementierten Regelalgorithmus zur Ansteuerung eines Vorschubantriebs der Bohranlage 10 bzw. des Horizontalbohrgeräts 12. Der Drehantrieb ist ein hydraulischer Antrieb. Mit Hilfe eines Drucksensors 34 wird der Druck der Hydraulikflüssigkeit der dem Hydraulikantrieb zugeführten Hydraulikflüssigkeit ermittelt. Aus diesem Druck kann unmittelbar die Antriebskraft und das am Gestänge 14 wirkende Drehmoment Mist ermittelt werden. Darüber hinaus kann die Drehzahl des Gestänges 14 mit Hilfe eines entsprechenden Drehzahlsensors 36 des Horizontalgeräts 12 ermittelt werden. Der Ist-Wert des Drehmoments Mist wird einem Vergleicher 28 zugeführt, der diesen Ist-Wert Mist mit einem voreingestellten und in der Steuereinheit 29 des Horizontalbohrgeräts 12 gespeicherten Sollwerts Msoll verglichen. Der Vergleicher 28 ermittelt aus der Differenz aus dem Ist-Wert Mist und dem Soll-Wert Msoll eine Regelabweichung. Ausgehend von dieser Regelabweichung gibt der Regler 30 Stellsignale für die Vorschubgeschwindigkeit und die Vorschubkraft aus und ändert erforderlichenfalls die Vorschubrichtung. Diese Stellsignale werden als Stellgrößen zur Steuerung des Vorschubantriebs genutzt. Beim Einsatz eines hydraulischen Vorschubantriebs kann die Vorschubkraft durch den Druck der dem Hydraulikantrieb zugeführten Hydraulikflüssigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit durch die dem Vorschubantrieb zugeführte Menge an Hydraulikflüssigkeit einfach eingestellt werden. Einem Hydraulikaggregat zum Bereitstellen der Hydraulikflüssigkeit für den Hydraulikantrieb wird dann ausgehend von der vom Regler 30 vorgegebenen Vorschubkraft ein Soll-Druck vorgegeben und ausgehend von der vom Regler 30 vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit ein Durchfluss, d.h. die vom Hydraulikaggregat in einer vorbestimmten Zeit geförderte Menge an Hydraulikflüssigkeit. Als Störgröße auf die Regelstrecke 32 wirkt dabei die Bodenbeschaffenheit, insbesondere die Änderung der Bodenbeschaffenheit von weichem Boden zu hartem Boden oder von Erdreich zu Stein, Geröll oder Fels. Neben dem voreinstellbaren unveränderbaren Soll-Wert Msoll für das Drehmoment ist auch ein maximaler Wert für die Vorschubkraft Fmax voreinstellbar. Der Regler 30 begrenzt das Stellsingal der Vorschubkraft auf diesen Wert Fmax. Zusätzlich kann ein weiterer Regelkreis zum Regeln der Vorschubkraft vorgesehen werden, wenn der Regler 30 zum Regeln des Drehmoments den voreingestellten maximalen Wert Fmax der Vorschubkraft als Stellsignal ausgibt. Der weitere Regler sorgt dann dafür, dass die Vorschubkraft auch bei sich verändernder Bodenbeschaffenheit konstant auf den voreingestellten maximalen Wert der Vorschubkraft gehalten wird. FIG. 2 show a block diagram of a in a control unit 29 of the horizontal drilling 12 after the Fig.1A to 1D implemented control algorithm for controlling a feed drive of the drilling rig 10 and the horizontal drilling 12. The rotary drive is a hydraulic drive. With the aid of a pressure sensor 34, the pressure of the hydraulic fluid of the hydraulic drive supplied to the hydraulic fluid is determined. From this pressure can directly the driving force and the am Linkage 14 acting torque M is to be determined. In addition, the rotational speed of the linkage 14 can be determined with the aid of a corresponding rotational speed sensor 36 of the horizontal device 12. Is the actual value of the torque M a comparator 28 is supplied, which is this actual value M with a preset and stored in the control unit 29 of the horizontal drill 12 set value M soll. The comparator 28 determines a control deviation from the difference between the actual value Mist and the setpoint value M soll . Starting from this control deviation, the controller 30 outputs control signals for the feed rate and the feed force and, if necessary, changes the feed direction. These actuating signals are used as manipulated variables for controlling the feed drive. When using a hydraulic feed drive, the feed force can be easily adjusted by the pressure of the hydraulic fluid supplied to the hydraulic drive and the feed rate by the amount of hydraulic fluid supplied to the feed drive. A hydraulic unit for providing the hydraulic fluid for the hydraulic drive is then given a predetermined pressure starting from the feed force predetermined by the controller 30 and starting from the feed rate predetermined by the controller 30 a flow, ie the amount of hydraulic fluid delivered by the hydraulic unit in a predetermined time. As a disturbance on the controlled system 32 thereby affects the soil conditions, in particular the change in soil conditions from soft soil to hard soil or soil to stone, scree or rock. In addition to the presettable unchangeable setpoint value M soll for the torque, a maximum value for the feed force F max can also be preset. The controller 30 limits the setting signal of the feed force to this value F max . In addition, a further control loop for controlling the feed force can be provided when the controller 30 for controlling the torque outputs the preset maximum value F max of the feed force as a control signal. The other controller then ensures that the feed force is also in itself changing soil condition is kept constant at the preset maximum value of the feed force.

Trifft der Bohrkopf 20 oder der Aufweitkopf 24 auf ein Hindernis, so steigt der Ist-Wert des Drehmoments Mist an und übersteigt den Soll-Wert Msoll. Daraufhin werden die Vorschubgeschwindigkeit und die Vorschubkraft reduziert. Dies erfolgt relativ schnell, vorzugsweise in einem Zeitraum zwischen 1 ms und 100 ms, um zu verhindern, dass das Gestänge 14 blockiert und der Bohrkopf 20 sowie das Gestänge 14 nicht weitergedreht werden können. Auch kann durch eine Reduzierung der Vorschubgeschwindigkeit und der Vorschubkraft ein blockiertes Gestänge 14 wieder gedreht werden. Abhängig von der ermittelten Regelabweichung beim Anstieg des IstWerts Mist des Drehmoments erfolgt eine große Reduzierung der Vorschubgeschwindigkeit und der Vorschubkraft, die dann durch den Regler 30 wieder langsam, beispielsweise in einem Zeitraum von 0,3 bis 10 s wieder erhöht wird. Die Reduzierung bei einem Stillstand des Gestänges 14, d.h. beim Blockieren des Gestänges 14, erfolgt beispielsweise auf 15 % der voreingestellten Maximalwerte für Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit. Die Erhöhung und Reduzierung der Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit können dabei kontinuierlich und/oder schrittweise erfolgen.If the drill head 20 or the expansion head 24 encounters an obstacle, then the actual value of the torque M ist increases and exceeds the setpoint value M soll . As a result, the feed speed and the feed force are reduced. This is done relatively quickly, preferably in a period between 1 ms and 100 ms, to prevent the linkage 14 from being blocked and the drill head 20 and linkage 14 from being able to be further rotated. Also can be rotated by reducing the feed rate and the feed force a blocked linkage 14 again. Depending on the determined deviation of the actual value at the rise of the torque M is carried out a large reduction of the feed rate and the feed force, which then again slowly through the controller 30, for example over a period of 0.3 to 10 s is increased again. The reduction in a standstill of the linkage 14, ie when blocking the linkage 14, for example, takes place on 15% of the preset maximum values for feed force and feed rate. The increase and reduction of the feed force and feed rate can be carried out continuously and / or stepwise.

Figur 3 zeigt einen Ablaufplan zum Einstellen der Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit beim Erzeugen einer Pilotbohrung oder beim Aufweiten einer Erdbohrung mit Hilfe des Horizontalbohrgeräts 12. Der Ablauf wird im Schritt S10 gestartet. Im Schritt S12 wird ein Soll-Wert Msoll des Drehmoments voreingestellt. Dies erfolgt durch eine Bedienperson abhängig von der auf der Bohrstrecke zu erwartenden Zusammensetzung und Art des Erdreichs 18. Beispielsweise wird der Soll-Wert Msoll des Drehmoments auf 80 % des durch die Horizontalbohranlage 12 maximal erzeugbaren Drehmoments voreingestellt. Nachfolgend wird im Schritt S14 durch eine Bedienperson ein Wert für die maximal zulässige Vorschubkraft Fmax des Vorschubantriebs voreingestellt. Die Vorschubkraft muss insbesondere dafür aufgewendet werden, beim Aufweiten einer Erdbohrung und dem gleichzeitigen Einziehen eines neuen Rohrs 26 das Rohr 26 durch die aufgeweitete Öffnung im Erdreich 18 ziehen. Die maximale Vorschubkraft wird als Startwert auf beispielsweise 20 % der mit Hilfe des Vorschubantriebs erzeugbaren Vorschubkraft voreingestellt. Sowohl der voreingestellte Soll-Wert Msoll des Drehmoments als auch der Wert Fmax der maximal zulässigen Vorschubkraft können während des Betriebs des Horizontalbohrgeräts 12 jederzeit von einer Bedienperson bei Bedarf geändert werden. Auch können die Schritte S12 und S14 getauscht oder übliche Einstellwerte bereits in der Steuereinheit 29 voreingestellt gespeichert sein, so dass diese bei Bedarf nur noch geändert werden müssen. FIG. 3 shows a flow chart for adjusting the feed force and feed rate when creating a pilot hole or when expanding a hole by means of the horizontal drilling rig 12. The process is started in step S10. In step S12, a target value M soll of the torque is preset. This is done by an operator depending on the expected on the drilling distance composition and type of soil 18. For example, the target value M soll of the torque is preset to 80% of the maximum torque generated by the horizontal drilling rig 12. Subsequently, in step S14, an operator a value for the maximum allowable feed force F max of the feed drive preset. The feed force must be used in particular for the expansion of a well bore and the simultaneous insertion of a new pipe 26, the pipe 26 through the widened opening in the ground 18 pull. The maximum feed force is preset as a starting value to, for example, 20% of the feed force that can be generated by means of the feed drive. Both the preset target value M soll of the torque and the value F max of the maximum permissible feed force can be changed at any time during operation of the horizontal boring device 12 by an operator if necessary. The steps S12 and S14 can also be exchanged or conventional setting values can already be preset in the control unit 29 so that they only have to be changed if necessary.

Nachdem der Soll-Wert Msoll für das Drehmoment und der Wert Fmax für die maximal zulässige Vorschubkraft voreingestellt sind, wird der Bohrvorgang gestartet, wobei die Steuereinheit 29 des Horizontalbohrgeräts 12 den Drehantrieb zum Drehen des Gestänges 14 und den Vorschubantrieb zum Erzeugen einer Vorschubkraft zum Vorschub des Gestänges 14 aktivieren. Mit Hilfe der Vorschubkraft wird beim Herstellen einer Pilotbohrung das Gestänge mit dem am Ende des Gestänges 14 angeordneten Bohrkopf 20 ins Erdreich hinein gedrückt und bei dem Aufweiten einer Erdbohrung wird der mit dem Gestänge 14 verbundene Aufweitkopf 24 durch die Vorschubkraft zum Horizontalbohrgerät 12 gezogen.After the set value M soll for the torque and the value F max for the maximum allowable feed force are preset, the drilling operation is started, wherein the control unit 29 of the horizontal boring machine 12, the rotary drive for rotating the linkage 14 and the feed drive for generating a feed force to Activate feed of the linkage 14. With the help of the feed force, the linkage with the arranged at the end of the linkage 14 drill head 20 is pressed into the soil during the manufacture of a pilot hole and in the expansion of a hole in the earth, the expansion head 24 connected to the linkage 14 is pulled by the feed force to the horizontal drill 12.

Im Schritt S18 werden dann die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit langsam erhöht. Das Erhöhen der Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit kann kontinuierlich oder schrittweise erfolgen. Jedoch wird die Vorschubkraft nur so lange erhöht, bis die Vorschubkraft den voreingestellten Maximalwert Fmax erreicht hat. Nach dem Erhöhen der Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit im Schritt S18 wird anschließend im Schritt S20 geprüft, ob der Ist-Wert Mist des Drehmoments, das durch den Drehantrieb zum Drehen des Gestänges 14 erzeugt wird, größer ist als der voreingestellte Soll-Wert Msoll des Drehmoments. Ist das der Fall, so wird anschließend im Schritt S22 überprüft, ob die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeit kleiner als die voreingestellte Vorschubgeschwindigkeit ist oder ob der Vorschub gestoppt hat. Ist die Vorschubgeschwindigkeit kleiner als die vorgegebene Vorschubgeschwindigkeit oder ist der Vorschub gestoppt, so wird anschließend im Schritt S24 der voreingestellte Wert Fmax der maximalen Vorschubkraft erhöht. Dies kann durch die Steuereinheit 29 schrittweise automatisch oder durch eine Bedienperson erfolgen. Nach dem Erhöhen des Maximalwerts der Vorschubkraft wird der Ablauf im Schritt S18 fortgesetzt, in dem die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit weiter erhöht werden.In step S18, the feed force and the feed speed are then slowly increased. Increasing the feed force and feed rate can be continuous or incremental. However, the feed force is increased only until the feed force has reached the preset maximum value F max . After increasing the feed force and feed rate in step S18, it is then checked in step S20 whether the actual value M ist of the torque, the is generated by the rotary drive for rotating the linkage 14 is greater than the preset target value M soll of the torque. If this is the case, it is then checked in step S22 whether the actual feed rate is less than the preset feed rate or whether the feed has stopped. If the feed rate is less than the predetermined feed rate or if the feed is stopped, then in step S24 the preset value F max of the maximum feed force is increased. This can be done by the control unit 29 stepwise automatically or by an operator. After increasing the maximum value of the feed force, the process proceeds to step S18 where the feed force and the feed speed are further increased.

Wird im Schritt S22 jedoch festgestellt, dass der Vorschub nicht gestoppt hat und die Vorschubgeschwindigkeit der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit entspricht, so wird im Schritt S26 geprüft, ob der Bohr- oder Aufweitvorgang abgeschlossen ist. Ist dies der Fall, so ist der Ablauf im Schritt S28 beendet und die Horizontalbohranlage 12 kann durch eine Bedienperson abgeschaltet werden.However, if it is determined in step S22 that the feed has not stopped and the feed rate corresponds to the desired feed rate, it is checked in step S26 whether the drilling or expanding operation is completed. If this is the case, the process is completed in step S28 and the horizontal drilling rig 12 can be switched off by an operator.

Wird im Schritt 26 festgestellt, dass der Bohrvorgang noch nicht abgeschlossen ist, so wird der Ablauf im Schritt S20 fortgesetzt. Wird im Schritt S20 festgestellt, dass der Ist-Wert Mist des Drehmoments gleich oder größer dem Soll-Wert Msoll des Drehmoments ist, so werden anschließend im Schritt S30 die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit relativ schnell reduziert. Das Reduzieren der Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit kann dabei schrittweise erfolgen. Nach dem Reduzieren der Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit im Schritt S30 wird im Schritt S32 überprüft, ob das Gestänge 14 durch den Drehantrieb gedreht wird oder ob das Gestänge 14 blockiert ist. Ist das Gestänge 14 blockiert, so bewegt der Vorschubantrieb das Gestänge 14 anschließend im Schritt S34 in die entgegengesetzte Richtung. Hierzu wird insbesondere ein mit dem Gestänge 14 in Eingriff stehender Bohrschlitten des Vorschubantriebs entgegen der Bohr- bzw. Aufweitrichtung bewegt. Anschließend wird der Ablauf im Schritt S32 fortgesetzt.If it is determined in step 26 that the drilling operation has not yet been completed, the process continues in step S20. If it is determined in step S20 that the actual value M ist of the torque is equal to or greater than the setpoint value M soll of the torque, then in step S30 the feed force and the feed speed are reduced relatively quickly. The reduction of the feed force and feed rate can be done gradually. After reducing the feed force and feed rate in step S30, it is checked in step S32 whether the linkage 14 is rotated by the rotary drive or whether the linkage 14 is blocked. If the linkage 14 is blocked, the feed drive then moves the linkage 14 in the opposite direction in step S34. For this purpose, in particular, a drill carriage of the feed drive engaging with the linkage 14 is moved counter to the drilling or expansion direction. Subsequently, the process proceeds to step S32.

Wird im Schritt S32 festgestellt, dass das Drehen des Gestänges 14 nicht blockiert ist, d.h. dass sich das Gestänge 14 dreht, so wird im Schritt S36 geprüft, ob der Ist-Wert Mist des Drehmoments kleiner als ein um den Betrag x reduzierter Soll-Wert Msoll-x des Drehmoments ist. Ist dies der Fall, so wird der Ablauf im Schritt S18 fortgesetzt und die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit werden erhöht. Unterschreitet der Ist-Wert Mist des Drehmoments nicht den um den Betrag x reduzierten Soll-Wert Msoll-x des Drehmoments, so wird der Ablauf nach dem Schritt S36 mit Schritt S20 fortgesetzt.If it is determined in step S32 that the rotation of the linkage 14 is not blocked, that is, the linkage 14 rotates, it is checked in step S36, if the actual value Mist of the torque is smaller than a reduced by the amount x target value M soll-x is the torque. If this is the case, the process is continued in step S18 and the feed force and the feed rate are increased. If the actual value Mist of the torque does not fall below the setpoint value M soll-x of the torque reduced by the amount x, then the sequence is continued after step S36 with step S20.

Das Erhöhen der Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit im Schritt S18 erfolgt langsamer als das Reduzieren der Vorschubkraft und der Vorschubgeschwindigkeit im Schritt S30. Beispielsweise wird die Vorschubkraft um einen Faktor im Bereich von 2 bis 100 im Schritt S30 schneller reduziert als im Schritt S18 erhöht.Increasing the feed force and feed rate in step S18 is slower than reducing the feed force and the feed rate in step S30. For example, the feed force is reduced faster by a factor in the range of 2 to 100 in step S30 than increased in step S18.

Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Horizontalbohrgeräts 300 zum Herstellen und/oder Aufweiten einer Erdbohrung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Bohrgerät 300 umfasst zwei eine Verschiebeeinheit 302 begrenzende Stirnplatten 304, 306, die über Verbindungselemente 308, 310, 312, 314 miteinander verbunden sind. Über diese Verbindungselemente 308 bis 314 ist der Abstand zwischen den Stirnplatten 304, 306 festgelegt. Mit den Verbindungselementen 312, 314 sind Abstützplatten 316 bis 322 verbunden, über die das Bohrgerät 300 in einer Grube oder einem Schacht abgestützt werden kann. Die Abstützplatten 316 bis 322 sind aus den durch die Stirnplatten 304, 306 ragenden offenen Enden der Verbindungselemente 314, 312 herausziehbar und über Bolzen 324, 326 in verschiedenen Auszugsstufen mit den Verbindungselementen 312, 314 verbindbar. Die Stirnplatte 304 hat eine Gestängedurchführung 328, durch die ein Gestängeabschnitt des Gestänges 14 hindurchführbar ist. Ferner sind Arretierungshebel 330, 332 gezeigt, durch die ein Gestängeabschnitt des Gestänges 14 wahlweise derart fixiert werden kann, dass er an einer Drehbewegung gehindert wird, so dass der fixierte Gestängeabschnitt mit einem weiteren Gestängeabschnitt verbunden werden kann oder von diesem weiteren Gestängeabschnitt getrennt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann mithilfe der Klemmhebel 330, 332 eine Verschiebung eines Gestängeabschnitts in Vortriebsrichtung P2 sowie entgegengesetzt der Vortriebsrichtung verhindert werden. FIG. 4 shows a perspective view of a horizontal auger 300 for producing and / or expansion of a well bore according to a second embodiment. The drilling apparatus 300 comprises two end plates 304, 306 delimiting a displacement unit 302, which are connected to one another via connecting elements 308, 310, 312, 314. About these connecting elements 308 to 314, the distance between the end plates 304, 306 is fixed. With the connecting elements 312, 314 support plates 316 to 322 are connected, via which the drill 300 can be supported in a pit or a shaft. The support plates 316 to 322 can be pulled out of the open ends of the connecting elements 314, 312 projecting through the end plates 304, 306 and via bolts 324, 326 in different extension stages connectable with the connecting elements 312, 314. The end plate 304 has a linkage passage 328, through which a linkage portion of the linkage 14 can be passed. Further locking levers 330, 332 are shown, by which a linkage portion of the linkage 14 can be optionally fixed so that it is prevented from rotating, so that the fixed linkage portion can be connected to another linkage section or can be separated from this further linkage section. Additionally or alternatively, by means of the clamping lever 330, 332 a displacement of a linkage section in the advancing direction P2 and opposite to the advancing direction can be prevented.

Mit dem Verbindungselement 314 ist ein Bedienpult 315 verbunden, mit dessen Hilfe die Verschiebeeinheit 302 sowie ein hydraulischer Drehantrieb 334 zum Erzeugen einer Drehbewegung der Gestängeaufnahme 40 angesteuert werden kann. Der Drehantrieb 334 ist fest mit dem Schlitten 38 verbunden. Zur Kraftübertrag zwischen dem Drehantreib 334 und der Gestängeaufnahme 40 ist eine im Schlittens 38 angeordnete Übertragungskette (nicht dargestellt) vorgesehen.Connected to the connecting element 314 is a control panel 315, by means of which the displacement unit 302 and a hydraulic rotary drive 334 for generating a rotational movement of the boom receptacle 40 can be actuated. The rotary drive 334 is fixedly connected to the carriage 38. For transmitting force between the rotary drive 334 and the rod holder 40, a transmission chain (not shown) arranged in the carriage 38 is provided.

Die Verschiebeeinheit 302 hat zwei Zylinderanordnungen 336, 338, die als Vorschubantrieb dienen. Die erste Zylinderanordnung 336 hat einen ersten Zylinder 340 mit einem ersten Zylindergehäuse 342 und einer ersten Kolbenstange 344. Ferner hat die erste Zylinderanordnung 336 einen zweiten Zylinder 346, der ein zweites Zylindergehäuse 348 und eine zweite Kolbenstange 350 hat.The displacement unit 302 has two cylinder assemblies 336, 338, which serve as a feed drive. The first cylinder assembly 336 has a first cylinder 340 with a first cylinder housing 342 and a first piston rod 344. Further, the first cylinder assembly 336 has a second cylinder 346 having a second cylinder housing 348 and a second piston rod 350.

Die zweite Zylinderanordnung 338 hat einen ersten Zylinder 352 mit einem ersten Zylindergehäuse 354 und einer ersten Kolbenstange 355. Ferner umfasst die zweite Zylinderanordnung 338 einen zweiten Zylinder, der in Figur 4 von anderen Elementen verdeckt ist. Dieser zweite Zylinder hat ein zweites Zylindergehäuse sowie eine zweite Kolbenstange. Ein Ende der Kolbenstangen 344, 356 ist jeweils mit der ersten Stirnplatte 304 über eine Schraubverbindung fest verbunden. Die gegenüberliegenden zweiten Enden der Kolbenstangen 344, 356 sind mit der gegenüberliegenden zweiten Stirnplatte 306 verschraubt, so dass die Kolbenstangen 344, 356 als Führungselemente zum Führen der Verschiebebewegung der Verschiebeeinheit 302 dienen. Die der Stirnplatte 304 zugewandte Seite der Zylindergehäuse 342, 352 sind über eine erste Zwischenplatte 364 verbunden. Mit der Verbindungsplatte 364 ist jeweils ein Ende der Kolbenstangen 350, 362 der zweiten Zylinder 346, 358 über eine Schraubverbindung fest verbunden. Ferner umfasst die Verschiebeeinheit 302 eine zweite Zwischenplatte 366, die an dem der zweiten Stirnplatte 306 zugewandten Ende der Zylindergehäuse 354, 342 der ersten Zylinder 340, 352 der Zylinderanordnungen 336, 338 fest verbunden ist. Ferner sind die den mit der ersten Zwischenplatte 364 fest verbundenen Enden der Kolbenstangen 350, 362 gegenüberliegenden Enden der Kolbenstangen 350, 362 mit der zweiten Zwischenplatte 366 über jeweils eine Schraubverbindung fest verbunden. Dadurch werden bei einer Bewegung der Zylindergehäuse 342, 354 entlang der Kolbenstangen 344, 356 die zweiten Zylinder 346, 358 zusammen mit den Zwischenplatten 364, 366 und dem mit den Zylindergehäusen 348, 360 verbundenen Schlitten 38 in Vortriebsrichtung P2 bzw. in entgegengesetzter Richtung verschoben.The second cylinder assembly 338 has a first cylinder 352 with a first cylinder housing 354 and a first piston rod 355. Further, the second cylinder assembly 338 includes a second cylinder, which in FIG. 4 is obscured by other elements. This second cylinder has a second cylinder housing and a second piston rod. One end of the piston rods 344, 356 is in each case with the first Face plate 304 firmly connected via a screw. The opposite second ends of the piston rods 344, 356 are screwed to the opposite second end plate 306, so that the piston rods 344, 356 serve as guide elements for guiding the displacement movement of the displacement unit 302. The face plate 304 facing side of the cylinder housing 342, 352 are connected via a first intermediate plate 364. With the connecting plate 364 one end of the piston rods 350, 362 of the second cylinder 346, 358 is fixedly connected via a screw connection. Furthermore, the displacement unit 302 comprises a second intermediate plate 366, which is fixedly connected to the second end plate 306 facing the end of the cylinder housing 354, 342 of the first cylinder 340, 352 of the cylinder assemblies 336, 338. Furthermore, the ends of the piston rods 350, 362, which are fixedly connected to the first intermediate plate 364, are fixedly connected to the second intermediate plate 366 via a respective screw connection. As a result, upon movement of the cylinder housings 342, 354 along the piston rods 344, 356, the second cylinders 346, 358 together with the intermediate plates 364, 366 and the carriage 38 connected to the cylinder housings 348, 360 are displaced in the advancing direction P2 and in the opposite direction, respectively.

Der Schlitten 38 kann bei einer durch die zweiten Zylinder 346, 358 erzeugten Verschiebebewegung ebenfalls in Vortriebsrichtung P2 bzw. in entgegengesetzter Richtung verschoben werden.The carriage 38 can also be displaced in the advancing direction P2 or in the opposite direction in the case of a displacement movement produced by the second cylinders 346, 358.

Die Begrenzung der Vorschubkraft auf einen voreingestellten Grenzwert Fmax erfolgt bei dem Horizontalbohrgerät 300 in gleicher Weise wie dies in Verbindung mit dem Horizontalbohrgerät 12 der ersten Ausführungsform in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschrieben worden ist. Hierzu hat das Horizontalbohrgerät 300 eine Steuereinheit 29.The limiting of the feed force to a preset limit value F max is carried out in the horizontal drilling apparatus 300 in the same manner as in connection with the horizontal drilling apparatus 12 of the first embodiment in conjunction with the FIGS. 1 to 3 has been described. For this purpose, the horizontal drilling device 300 has a control unit 29.

Bei alternativen Bohrgeräten kann der Vorschubantrieb zum Erzeugen der Vorschubbewegung des Bohrgestänges auch einen Zahnstangenantrieb oder einen anderen geeigneten Antrieb umfassen.In alternative drilling rigs, the feed drive for generating the feed motion of the drill string may also include a rack drive or other suitable drive.

Claims (15)

Verfahren zur Steuerung eines Vorschubantriebs einer Bohranlage zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich,
bei dem ein mit einem Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug (20, 24) verbundenes Bohrgestänge (14) mit Hilfe eines Drehantriebes (334) um seine Längsachse gedreht und mit Hilfe des Vorschubantriebs (336, 338) in Richtung seiner Längsachse durch das Erdreich (18) bewegt wird,
und bei dem die durch den Vorschubantrieb (336, 338) auf das Bohrgestänge (14) in Richtung seiner Längsachse ausgeübte Vorschubkraft auf einen voreingestellten Grenzwert (Fmax) begrenzt wird.
Method for controlling a feed drive of a drilling rig for generating or expanding a ground hole in the ground,
in which a drill pipe (14) connected to a drilling and / or expansion tool (20, 24) is rotated around its longitudinal axis by means of a rotary drive (334) and driven by the feed drive (336, 338) in the direction of its longitudinal axis through the earth ( 18) is moved,
and wherein the feed force exerted by the feed drive (336, 338) on the drill pipe (14) in the direction of its longitudinal axis is limited to a preset limit value (F max ).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubkraft als Ist-Wert ermittelt wird, dass der ermittelte Ist-Wert mit dem voreingestellten Grenzwert (Fmax) verglichen wird, und dass beim Erreichen und/oder Überschreiten des voreingestellten Grenzwerts (Fmax) die durch den Vorschubantrieb 336, 338 auf das Bohrgestänge (14) ausgeübte Vorschubkraft reduziert wird.A method according to claim 1, characterized in that the feed force is determined as the actual value, that the determined actual value with the preset limit value (F max ) is compared, and that upon reaching and / or exceeding the preset limit value (F max ) the feed force exerted by the feed drive 336, 338 on the drill pipe (14) is reduced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubkraft wahlweise derart auf das Bohrgestänge (14) ausgeübt wird, dass das mit dem Bohrgestänge (14) verbundene Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug (20, 24) durch die Vorschubkraft von dem Vorschubantrieb (336, 338) wegbewegt oder zum Vorschubantrieb (336, 338) hinbewegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the feed force is selectively exerted on the drill string (14) such that the drilling and / or expansion tool (20, 24) connected to the drill string (14) by the feed force from the feed drive (336, 338) moved away or to the feed drive (336, 338) is moved. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Bohrgestänges (14) und/oder die auf das Bohrgestänge (14) ausgeübte Vorschubkraft in Abhängigkeit des auf das Bohrgestänge (14) zu dessen Drehung ausgeübten Drehmoments eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the feed rate of the drill string (14) and / or the the feed force exerted on the drill pipe (14) is set as a function of the torque exerted on the drill string (14) for its rotation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auf das Bohrgestänge (14) zu dessen Drehung ausgeübte Drehmoment als Ist-Wert (Mist) ermittelt und mit einem voreingestellten Soll-Wert (Msoll) verglichen wird, dass eine Regelabweichung aus der Differenz aus Soll-Wert (Msoll) und Ist-Wert (Mist) ermittelt wird, und dass bei einer positiven Regelabweichung die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Vorschubkraft reduziert und bei einer negativen Regelabweichung die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Vorschubkraft erhöht werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the torque exerted on the drill pipe (14) for its rotation is determined as the actual value (manure) and compared with a preset desired value (M soll ), that a control deviation from the Difference between the setpoint value (M soll ) and the actual value (M ist ) is determined, and that the feedrate and / or the feed force are reduced in the case of a positive system deviation and the feedrate and / or the feed force are increased in the case of a negative system deviation. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Vorschubkraft nur dann geändert werden, wenn der Betrag der Regelabweichung einen voreingestellten Wert übersteigt.A method according to claim 5, characterized in that the feed rate and / or the feed force are changed only when the amount of the control deviation exceeds a preset value. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer positiven Regelabweichung die Vorschubkraft so lange erhöht wird, bis sie den voreingestellten Grenzwert (Fmax) erreicht hat.Method according to one of claims 5 or 6, characterized in that at a positive control deviation, the feed force is increased until it has reached the preset limit (F max ). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer positiven Regelabweichung die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit gleichzeitig so lange erhöht werden, bis die Vorschubkraft den voreingestellten Grenzwert (Fmax) erreicht hat,
dass bei einer negativen Regelabweichung die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit gleichzeitig so lange verringert werden, bis keine Regelabweichung mehr oder eine positive Regelabweichung festgestellt wird.
Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that at a positive control deviation, the feed force and the feed rate are simultaneously increased until the feed force has reached the preset limit value (F max ),
that, in the event of a negative system deviation, the feed force and the feed rate are simultaneously reduced until no more control deviation or a positive control deviation is detected.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der voreingestellte Grenzwert (Fmax) über eine Bedieneinheit einstellbar und beim Betrieb der Bohranlage (10) veränderbar ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the preset limit value (F max ) via an operating unit adjustable and changeable during operation of the drilling rig (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert (Mist) des Drehmoments ausgehend von der auf das Bohrgestänge (14) zu dessen Drehung wirkenden Antriebskraft ermittelt wird.Method according to one of claims 4 to 9, characterized in that the actual value (Mist) of the torque is determined on the basis of the force acting on the drill pipe (14) for its rotation driving force. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb und der Vorschubantrieb hydraulische Antriebe sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary drive and the feed drive are hydraulic drives. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des dem Vorschubantrieb (336, 338) zugeführten Druckmittels zur Änderung der Vorschubgeschwindigkeit verändert wird, und dass der Druck des dem Vorschubantrieb (336, 388) zugeführten Druckmittels zur Änderung der Vorschubkraft geändert wird.A method according to claim 11, characterized in that the amount of the feed drive (336, 338) supplied pressure means for changing the feed rate is changed, and that the pressure of the feed drive (336, 388) supplied pressure means for changing the feed force is changed. Verfahren nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der voreingestellte Grenzwert (Fmax) vor Beginn einer Erdbohrung abhängig von der zu erwartenden Beschaffenheit des Erdreichs (18) auf einen Wert im Bereich zwischen 20% und 98% der durch den Vorschubantrieb (336, 338) erzeugbaren Vorschubkraft eingestellt wird.Method according to one of the claims, characterized in that the preset limit value (F max ) before commencement of a borehole, depending on the expected condition of the soil (18) to a value in the range between 20% and 98% of the by the feed drive (336, 338) can be set generating feed force. Verfahren nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (Msoll) des Drehmoments auf einen Wert im Bereich vom 70% bis 90% des durch den Drehantrieb (334) erzeugbaren Drehmoments zum Drehen des Bohrgestänges (14) eingestellt wird.Method according to one of claims, characterized in that the desired value (M soll ) of the torque is set to a value in the range of 70% to 90% of the torque generated by the rotary drive (334) for rotating the drill string (14). Bohranlage zum Erzeugen oder Aufweiten einer Erdbohrung im Erdreich vorzugsweise nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Vorschubantrieb (336, 333), der eine Vorschubkraft auf ein Bohrgestänge (14) ausübt und ein mit dem Bohrgestänge (14) verbundenes Bohr- und/oder Aufweitwerkzeug (20, 24) in Richtung der Längsachse des Bohrgestänges (14) durch das Erdreich (18) bewegt,
mit einem Drehantrieb (334), der eine Rotationskraft auf das Bohrgestänge (14) ausübt und ein Drehmoment zur Drehung des Bohrgestänges und des mit diesem verbundenen Bohr- und/oder Aufweitwerkzeugs (20, 24) um die Längsachse des Bohrgestänges (14) erzeugt,
mit einer Steuereinheit (29), die den Vorschubantrieb (336, 338) derart steuert, dass die durch den Vorschubantrieb (336, 338) auf das Bohrgestänge (14) in Richtung seiner Längsachse ausgeübte Vorschubkraft auf einen voreingestellten Grenzwert (Fmax) begrenzt wird.
Drilling rig for generating or expanding a ground hole in the ground, preferably by a method according to one of the preceding claims, comprising a feed drive (336, 333) which exerts a feed force on a drill pipe (14) and a drill and the drill pipe (14) connected or expanding tool (20, 24) in the direction of the longitudinal axis of the drill string (14) through the soil (18) moves,
a rotary drive (334) which applies a rotational force to the drill string (14) and generates a torque for rotating the drill string and the associated drilling and / or expansion tool (20, 24) about the longitudinal axis of the drill string (14),
with a control unit (29) which controls the feed drive (336, 338) in such a way that the feed force exerted by the feed drive (336, 338) on the drill pipe (14) in the direction of its longitudinal axis is limited to a preset limit value (F max ) ,
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