EP3228756B1 - Arbeitsmaschine und verfahren zum bearbeiten eines bodens - Google Patents

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EP3228756B1
EP3228756B1 EP16163646.9A EP16163646A EP3228756B1 EP 3228756 B1 EP3228756 B1 EP 3228756B1 EP 16163646 A EP16163646 A EP 16163646A EP 3228756 B1 EP3228756 B1 EP 3228756B1
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EP
European Patent Office
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kelly bar
top drive
travel mode
speed
moved
Prior art date
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EP16163646.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3228756A1 (de
EP3228756B2 (de
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Andreas Schober
Christian Fischer
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Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
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Publication date
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Application filed by Bauer Maschinen GmbH filed Critical Bauer Maschinen GmbH
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    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/02—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting

Definitions

  • the invention relates to a working machine, in particular a construction machine, with a mast, along which by means of an adjusting device a power turret is moved vertically through which a telescoping Kelly linkage is slidably guided, which at least one Herekellystange, which is designed to rest on the power turret, and a mecanickellystange having a cable suspension for a cable through which the mecanickellystange is vertically moved by means of a main winch, according to the preamble of claim 1 and as basically from the document EP 1 655 415 A known.
  • the invention further relates to a method for processing a floor with a working machine, in particular according to one of claims 1 to 7, with a mast, along which by means of an adjusting device, a power turret is moved vertically, through which a telescopic Kelly linkage is slidably guided, which at least one
  • a telescopic Kelly linkage is slidably guided, which at least one
  • a mecanickellystange which is designed for resting on the power turret
  • a mecanickellystange comprising a rope suspension for a rope through which the mecanickellystange is moved vertically by means of a main winch, wherein the soil is processed with a soil working tool, which at a lower end of mecanickellystange is attached, according to the preamble of claim 8.
  • a Kelly linkage is a telescopic tool linkage which is constructed from a plurality of tubular rod elements and has at least one outer kelly rod and one inner kelly rod.
  • the réellekellystange and thus the Kelly linkage as a whole is suspended from a rope, the Kelly linkage by an annular rotary drive, also called power turret, is guided.
  • about the Kelly linkage can be such a torque to a soil working tool, in particular a drilling tool, transferred, which is attached to the lower end of réellekellystange.
  • the individual Kellystangen on its outer side and on its inside axially extending stop bars, which serve for torque transmission.
  • locking pockets or locking elements are provided, by means of which the Kelly rod elements can be fixed to each other axially. In this way, axial pressure forces can be applied to the Kellygestfite and thus the tillage tool on the drill drive.
  • the Jardinkellystange can be axially fixed to the drill drive.
  • the drilling bucket in a discontinuous tillage, such as when creating a hole with a drilling bucket, the drilling bucket must be repeatedly retracted into the well and extended again.
  • the kelly linkage is repeatedly telescoped in and out. After filling the drilling bucket with removed soil material, it must be pulled out of the drill hole for emptying. For this purpose, it is necessary to retract the individual Kelly rod elements into each other and lock. In this retracted position, the Kelly linkage can then be pulled out of the borehole together with the drilling bucket and pivoted to an emptying position. Subsequently, for a further drilling step, retraction of the drilling tool into the borehole takes place again with renewed Austeleskopieren the Kelly linkage.
  • the invention has for its object to provide a working machine and a method for processing a soil, which allow an efficient and at the same time particularly material and equipment gentle working.
  • the working machine according to the invention is characterized in that an automatic control device is provided, which is designed for automatically controlling the adjusting device for the power turret and / or the main winch for Kellygestfite so that the mecanical shortening of the power turret partially with a high-speed mode with a first speed and is partially movable with a Schonfahrmodus in which the speed is reduced compared to the first speed of the high-speed mode.
  • an automatic control device is provided, which is designed for automatically controlling the adjusting device for the power turret and / or the main winch for Kellygestfite so that the Certainlykellystange relative to the power turret partially with a high-speed mode with a first speed and is partially movable with a Schonfahrmodus in which the speed is reduced compared to the first speed of the high-speed mode.
  • a basic idea of the invention is to automatically control the method of the Kelly bar elements by means of a control device, specifically in such a way that in certain ranges of travel a rapid retraction or extension of the Kelly bar elements takes place in a high-speed mode, while in certain critical ranges a method in a Schonfahrmodus a reduced speed occurs.
  • the traversing speed refers relative to the power rotary head, so the rotary drive, or the mast.
  • the speed is effected according to the invention by a control of the actuator of the power rotary head and / or alternatively by a control of the main cable winch for the Kellygestfite.
  • the adjusting device for the power turret can itself be a feed winch, a hydraulic actuating cylinder or other linear drive, such as a rack drive.
  • a very quick on or off telescoping of the Kelly linkage can be done, with a fast process takes place in non-critical areas, such as in a central region of the Kelly rod elements.
  • critical areas such as when a stop collar at the top of the Jardinkellystange touches the power turret, or just before reaching the bottom of the arranged at the lower end of mecanickellystange tillage tool, the controller switches from the high-speed mode with a first high speed to a stop mode in which the speed is reduced. In the coasting mode, the speed can be gradually reduced to 0.
  • the Kelly bar consists of only two rod elements, namely a tubularwithkellystange and slidably disposed therein mecanickellystange.
  • the Kelly linkage has one or more Eisenkellystangen, which are arranged between the Jardinkellystange and mecanickellystange.
  • Kelly linkage with three or four rod elements are preferred.
  • the working machine according to the invention can be used with the Kelly linkage for a wide variety of activities. It is particularly expedient according to a development of the invention that at the lower end of mecanickellystange a drilling tool, in particular a drilling bucket or a auger, is releasably attached.
  • a drilling tool in particular a drilling bucket or a auger
  • Such drilling tools can be used for discontinuous drilling, in which a Kellygestlinde must be repeatedly extended and retracted. The increase in the operating speed achieved with the invention is particularly advantageous in these repeated operations.
  • a further preferred embodiment of the invention is that at least one input device is provided, with which a type and / or size of the Kelly linkage, a position of the adjusting device for the power turret, a position of the rope and / or a type and / or size of the power rotary head can be entered.
  • an input can be made manually via an input terminal.
  • the input device has at least one sensor for automatic input.
  • the type and / or size of the Kelly linkage can be achieved by appropriate optical sensors for automatic detection or by a cable force measurement on the rope of the main winch.
  • a spring travel measurement can also be carried out on the spring damping elements, which are arranged on the upper side of the power rotary head.
  • the position of the actuator for the power turret and the position of the rope of the main winch can be determined automatically via corresponding incremental encoders or other suitable position sensors.
  • the control device can store the determined input values in a data memory. This makes sense when the kelly linkage is extended and the tillage tool is in the borehole. After retracting the boom and emptying the tool, the Kelly linkage can be moved back to the previous position according to the stored data.
  • a fixed program for the automatic control can be provided.
  • a particularly expedient embodiment of the invention is that depending on the inputs via the input device by the control device, the areas are determined when adjusting the Kelly linkage, in which a method according to the high-speed mode or the Schonfahrmodus are provided.
  • the control device can be designed, in particular, as an adaptive control which adapts start and end times for the high-speed driving mode or the smooth-running mode for each telescoping operation.
  • the respective position of the power turret on the mast and the current depth can be considered.
  • the method according to the invention is characterized in that the adjusting device for the power rotary head and / or the main cable winch for the Kelly linkage are automatically controlled by means of a control device, wherein the mecanickellystange is moved relative to the power turret partially with a high-speed mode with a first speed and partially with a Schonfahrmodus wherein the speed is reduced from the first speed of the high speed mode.
  • the method according to the invention can be carried out in particular with a working machine, as described above. It can be achieved according to the advantages described above.
  • the method of Kelly linkage is basically via the main winch with a rope which is attached to the upper end of mecanickellystange. It is provided according to an embodiment of the invention that the mecanickellystange is moved alone or together with other rod elements of the Kelly linkage. It is also possible that the technicallykellystange is moved independently of the mecanickellystange means of the power rotary head with the adjusting device.
  • Another preferred variant of the method is that a method in the safe driving mode takes place immediately before the Kellygestfite touches the power head, the tillage tool hits the ground and / or at a transition at which two rod elements of the Kelly linkage are retracted or extended to each other.
  • a method of Kellystangenimplantation in Schonfahrmodus each other can also be done in areas where two locking elements move past each other without a lock is provided. As a result, damage to the locking elements, which are provided for an axial fixing of the rod elements of the Kelly linkage can be avoided.
  • a method of the individual Kelly bar elements in the safe mode can be provided at any point, if this is considered critical by the drill driver. In all other places can be a fast Procedures are carried out in the high-speed mode to dump the kelly linkage accordingly quickly or retract.
  • the areas and times at which switching between a high-speed driving mode and a stopped-driving mode can basically be input to the control device via an input device by hand.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention lies in the fact that the control device determines based on input values when a method in the high-speed mode or a method in the stop mode. In particular, this can be done depending on the hole depth and the position of the power rotary head to the upper end of the Kelly linkage, so that an adaptive control takes place.
  • the input values are at least partially automatically detected by the control device by means of an input device.
  • corresponding sensors or transducers are provided in order to automatically detect the desired input values and forward them by wire or wirelessly to the control device.
  • a working machine 10 according to the invention which is designed as a drill, has according to Fig. 1 a carrier vehicle 12 with a crawler chassis and a rotatable superstructure.
  • a vertical mast 14 is pivotally mounted on the carrier device 12 along which a carriage 18 is movably mounted with a power rotary head 20.
  • a feed winch is arranged as a setting device 22 on the rear side of the mast 14.
  • the adjusting device 22 is connected to the carriage 18 via a feed cable 24, which is guided over a mast head 16 of the mast 14.
  • a Kelly linkage 40 is guided, which is suspended by a cable suspension 49 on a cable 50.
  • the rope 50 is guided over the mast head 16 to a rear main winch 30.
  • the Kelly linkage 40 has a predominantlykellystange 42 with an upper tube collar 44, which is formed larger diameter for support on the power rotary head 20. About not shown driving tabs a torque of the power rotary head 20 on the Jardinkellystange 42 and thus the Kelly linkage 40 are transmitted.
  • a mecanickellystange 46 is slidably mounted, at the upper end of the cable suspension 49 is attached.
  • a damper pot 48 is arranged, on which rotatably designed as a drilling bucket tillage tool 60 is mounted.
  • Fig. 1 the kelly linkage 40 is telescoped, wherein the mecanickellystange 46 is retracted into the interior of the tubularwithkellystange 42.
  • the Kelly linkage 40 is automatically telescoped in and out by a control device 70 that is shown schematically.
  • the control device 70 can be operated by a device driver by means of actuators 74, such as foot racks, joysticks or GUI.
  • actuators 74 such as foot racks, joysticks or GUI.
  • Further lowering of the Kelly linkage 40 can be done by a method of the power rotary head 20 by means of the adjusting device 22, wherein the power rotary head 20 is moved by means of the carriage 18 along the mast 14 downwards.
  • the technicallykellystange 42 and réellekellystange 46 are moved simultaneously.
  • the technicallykellystange 42 can be locked to the power rotary head 20 and thus fixed axially.
  • the cable 50 can be further lowered via the main cable winch 30, the mecanickellystange 46 is extended from the summarizekellystange 42.
  • the control device 70 receives values for the position of the force rotary head 20, the outer kelly rod 42 and the inner kelly rod 46. Furthermore, the control unit 70 can request data from a data memory 72, such as the size and length of the Kelly linkage 40, the dimensioning of the soil working tool 60 or the rotary head 20. Depending on these data, the method of the Kellygestfites 40 and in particular the mecanickellystange 46 is controlled automatically. Basically, a method of Kellystangenmaschine is provided in a high speed driving mode with a high first speed.
  • the controller 70 of the high-speed mode in a Schonfahrmodus in which the speed is reduced.
  • the speed reduction can be abruptly to a low second speed value or preferably gradually to a reduced speed amount or up to the value 0.
  • FIG Fig. 2 A possible speed profile of the rope speed of the rope 50 over a borehole depth is shown schematically in FIG Fig. 2 shown.
  • a switch-over to a protective travel mode is initiated by the control device 70 at a braking point 1 in front of a critical travel range, for example a Kelly transition.
  • a critical travel range for example a Kelly transition.
  • the rope speed is gradually reduced from a first maximum value to a second minimum value. If the critical area, such as passing through latch pockets which are arranged along the Kelly bar elements and in particular at their beginning and end, passes, it is possible to switch back to the high-speed mode by the control device 70.
  • the rope speed of the rope 50 is increased again to the first speed value in the high-speed mode.
  • the control device 70 can be designed to be adaptive as a learning system, wherein, for example, the braking point is changed from a first braking point 1 to a second, later braking point 2 in order to keep the travel times low.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere eine Baumaschine, mit einem Mast, entlang welchem mittels einer Stelleinrichtung ein Kraftdrehkopf vertikal verfahrbar ist, durch welchen ein teleskopierbares Kellygestänge verschiebbar geführt ist, welches zumindest eine Außenkellystange, die zur Auflage auf dem Kraftdrehkopf ausgebildet ist, und eine Innenkellystange aufweist, welche eine Seilaufhängung für ein Seil umfasst, durch welches mittels einer Hauptseilwinde die Innenkellystange vertikal verfahrbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und wie grundsätzlich aus der Druckschrift EP 1 655 415 A bekannt.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bearbeiten eines Bodens mit einer Arbeitsmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Mast, entlang welchem mittels einer Stelleinrichtung ein Kraftdrehkopf vertikal verfahrbar ist, durch welchen ein teleskopierbares Kellygestänge verschiebbar geführt wird, welches zumindest eine Außenkellystange, die zur Auflage auf dem Kraftdrehkopf ausgebildet ist, und eine Innenkellystange aufweist, welche eine Seilaufhängung für ein Seil umfasst, durch welches mittels einer Hauptseilwinde die Innenkellystange vertikal verfahren wird, wobei der Boden mit einem Bodenbearbeitungswerkzeug bearbeitet wird, welches an einem unteren Ende der Innenkellystange angebracht ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
  • Ein Kellygestänge ist ein teleskopierbares Werkzeuggestänge, welches aus mehreren rohrförmigen Stangenelementen aufgebaut ist und zumindest eine Außenkellystange und eine Innenkellystange aufweist. Die Innenkellystange und damit das Kellygestänge insgesamt ist an einem Seil aufgehängt, wobei das Kellygestänge durch einen ringförmigen Drehantrieb, auch Kraftdrehkopf genannt, geführt ist. Über das Kellygestänge kann so ein Drehmoment auf ein Bodenbearbeitungswerkzeug, insbesondere ein Bohrwerkzeug, übertragen werden, welches am unteren Ende der Innenkellystange angebracht ist. Durch ein entsprechendes Austeleskopieren der einzelnen Kellystangenelemente zueinander können auch größere Bohrtiefen erreicht werden.
  • Zur Drehmomentübertragung weisen die einzelnen Kellystangenelemente an ihrer Außenseite und an ihrer Innenseite axial verlaufende Anschlagleisten auf, welche der Drehmomentübertragung dienen. Zudem sind an bestimmten Axialpositionen, insbesondere an einem Anfangs- und Endbereich, Riegeltaschen oder Riegelelemente vorgesehen, durch welche die Kellystangenelemente zueinander axial festgelegt werden können. Auf diese Weise können über den Bohrantrieb auch axiale Druckkräfte auf das Kellygestänge und damit das Bodenbearbeitungswerkzeug aufgebracht werden. Auch die Außenkellystange kann mit dem Bohrantrieb axial fest verbunden werden.
  • Insbesondere bei einer diskontinuierlichen Bodenbearbeitung, etwa beim Erstellen einer Bohrung mit einem Bohreimer, muss der Bohreimer wiederholt in das Bohrloch eingefahren und wieder ausgefahren werden. Abhängig von der jeweiligen Bohrlochtiefe wird das Kellygestänge entsprechend wiederholt ein- und austeleskopiert. Nach dem Füllen des Bohreimers mit abgetragenem Bodenmaterial muss dieser zum Entleeren aus dem Bohrloch gezogen werden. Hierzu ist es notwendig, die einzelnen Kellystangenelemente wieder ineinander einzufahren und zu verriegeln. In dieser eingefahrenen Position kann dann das Kellygestänge zusammen mit dem Bohreimer aus dem Bohrloch gezogen und zu einer Entleerposition verschwenkt werden. Anschließend erfolgt für einen weiteren Bohrschritt wieder ein Einfahren des Bohrwerkzeuges in das Bohrloch mit erneutem Austeleskopieren des Kellygestänges.
  • Das Ein- und Ausfahren eines Kellygestänges benötigt entsprechend Zeit. Bohrgerätefahrer sind dabei bestrebt, das Kellygestänge möglichst schnell ein- oder auszufahren, um einen schnellen Bohrfortschritt zu erreichen. Bei einem zu schnellen Verfahren des Kellygestänges besteht aber die Gefahr, dass dieses auf den Bodenbereich oder den Kraftdrehkopf aufschlägt, was zu erheblichen Materialbelastungen und sogar zu Beschädigungen oder einer Zerstörung des Kraftdrehkopfes führen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsmaschine und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Bodens anzugeben, welche ein effizientes und zugleich besonders material- und geräteschonendes Arbeiten ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird zum einen durch eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche zum automatischen Steuern der Stelleinrichtung für den Kraftdrehkopf und/oder der Hauptseilwinde für das Kellygestänge ausgebildet ist, so dass die Innenkellystange relativ zum Kraftdrehkopf bereichsweise mit einem Schnellfahrmodus mit einer ersten Geschwindigkeit und bereichsweise mit einem Schonfahrmodus verfahrbar ist, bei welcher die Geschwindigkeit gegenüber der ersten Geschwindigkeit des Schnellfahrmodus reduziert ist.
  • Eine Grundidee der Erfindung liegt darin, das Verfahren der Kellystangenelemente mittels einer Steuereinrichtung automatisch zu steuern, und zwar so, dass in bestimmten Verfahrbereichen ein schnelles Ein- oder Ausfahren der Kellystangenelemente in einem Schnellfahrmodus erfolgt, während in bestimmten kritischen Verfahrbereichen ein Verfahren in einem Schonfahrmodus mit einer reduzierten Geschwindigkeit erfolgt. Die Verfahrgeschwindigkeit bezieht sich dabei relativ auf den Kraftdrehkopf, also den Drehantrieb, oder den Mast. Die Geschwindigkeit wird gemäß der Erfindung durch eine Steuerung der Stelleinrichtung des Kraftdrehkopfes und/oder alternativ durch eine Steuerung der Hauptseilwinde für das Kellygestänge bewirkt. Die Stelleinrichtung für den Kraftdrehkopf kann dabei selbst eine Vorschubwinde, ein hydraulischer Stellzylinder oder ein sonstiger Linearantrieb, etwa ein Zahnstangenantrieb sein. Mit der erfindungsgemäßen Steuerung kann ein sehr schnelles Ein- oder Austeleskopieren des Kellygestänges erfolgen, wobei ein schnelles Verfahren in unkritischen Bereichen erfolgt, etwa in einem Mittenbereich der Kellystangenelemente. Bei kritischen Bereichen, etwa wenn ein Anschlagkragen am oberen Ende der Außenkellystange auf den Kraftdrehkopf aufsetzt, oder unmittelbar vor einem Erreichen des Bodens des am unteren Ende der Innenkellystange angeordneten Bodenbearbeitungswerkzeuges schaltet die Steuerung von dem Schnellfahrmodus mit einer ersten hohen Geschwindigkeit auf einen Schonfahrmodus um, in welchem die Geschwindigkeit reduziert wird. Im Schonfahrmodus kann die Geschwindigkeit allmählich bis auf den Wert 0 reduziert werden. Hierdurch können materialschädigende Stöße vermieden werden, welche durch ein schlagartiges Auftreffen des Bodenbearbeitungswerkzeuges auf den Boden oder der Außenkellystange auf den Kraftdrehkopf entstehen können. Insgesamt kann mit der Erfindung die Arbeitseffizienz erhöht und die Gefahr von Beschädigungen am Werkzeug, der Kellystange und dem Bohrgerät insgesamt vermieden werden.
  • Im einfachsten Fall besteht die Kellystange aus lediglich zwei Stangenelementen, nämlich einer rohrförmigen Außenkellystange und einer darin verschiebbar angeordneten Innenkellystange. Zum Erreichen größerer Bohrtiefen ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, dass das Kellygestänge eine oder mehrere Zwischenkellystangen aufweist, welche zwischen der Außenkellystange und der Innenkellystange angeordnet sind. Bevorzugt sind insbesondere Kellygestänge mit drei oder vier Stangenelementen.
  • Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine mit dem Kellygestänge für verschiedenste Tätigkeiten eingesetzt werden. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass am unteren Ende der Innenkellystange ein Bohrwerkzeug, insbesondere ein Bohreimer oder eine Bohrschnecke, lösbar angebracht ist. Derartige Bohrwerkzeuge können für ein diskontinuierliches Bohren eingesetzt werden, bei welchem ein Kellygestänge wiederholt aus- und eingefahren werden muss. Die mit der Erfindung erreichte Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit ist bei diesen wiederholten Vorgängen besonders vorteilhaft.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass mindestens eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher eine Art und/oder Größe des Kellygestänges, eine Position der Stelleinrichtung für den Kraftdrehkopf, eine Position des Seiles und/oder eine Art und/oder Größe des Kraftdrehkopfes eingebbar sind. Eine Eingabe kann im einfachsten Fall von Hand über ein Eingabeterminal erfolgen. Des Weiteren ist es möglich, die jeweiligen Komponenten in eine definierte Ausgangsposition zu bringen und die Arbeitsmaschine mit diesen Komponenten zu kalibrieren.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann darin gesehen werden, dass die Eingabeeinrichtung mindestens einen Sensor zur automatischen Eingabe aufweist. So kann die Art und/oder Größe des Kellygestänges durch entsprechende optische Sensoren zur automatischen Erkennung oder durch eine Seilkraftmessung am Seil der Hauptseilwinde erreicht werden. Hinsichtlich der Art und/oder Größe des Kraftdrehkopfes kann neben einer Eingabe zum Kraftdrehkopf auch eine Federwegmessung an den Federdämpfungselementen erfolgen, welche auf der Oberseite des Kraftdrehkopfes angeordnet sind. Die Position der Stelleinrichtung für den Kraftdrehkopf und der Position des Seiles der Hauptseilwinde können über entsprechende Inkrementalgeber oder andere geeignete Positionssensoren automatisch ermittelt werden. Vorzugsweise kann die Steuereinrichtung die ermittelten Eingabewerte in einem Datenspeicher abspeichern. Das ist etwa sinnvoll, wenn das Kellygestänge ausgefahren ist und sich das Bodenbearbeitungswerkzeug im Bohrloch befindet. Nach dem Einfahren des Gestänges und Entleeren des Werkzeugs kann das Kellygestänge entsprechend den gespeicherten Daten wieder in die vorherige Position ausgefahren werden.
  • Grundsätzlich kann ein fest vorgegebenes Programm für die automatische Steuerung vorgesehen sein. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass abhängig von den Eingaben über die Eingabeeinrichtung durch die Steuereinrichtung die Bereiche beim Verstellen des Kellygestänges festgelegt sind, in welchen ein Verfahren gemäß dem Schnellfahrmodus oder dem Schonfahrmodus vorgesehen sind. Dabei kann die Steuereinrichtung insbesondere als eine adaptive Steuerung ausgelegt sein, welche Anfangs- und Endzeitpunkte für den Schnellfahrmodus beziehungsweise den Schonfahrmodus für jeden Teleskopiervorgang anpasst. Insbesondere kann für ein besonders schnelles Aus- und Einfahren der Kellystangenelemente die jeweilige Lage des Kraftdrehkopfes am Mast sowie die aktuelle Bohrtiefe berücksichtigt werden. Für ein besonders schonendes Verfahren der Kellystangenelemente im Schonfahrmodus ist es nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine vorteilhaft, dass zum Reduzieren der Geschwindigkeit im Schonfahrmodus das Seil über die Hauptseilwinde und der Kraftdrehkopf über die Stelleinrichtung gleichzeitig in die gleiche Richtung verfahrbar sind. Hierdurch kann insbesondere ein Aufschlagen des äußeren Anschlagkragens an der Außenkellystange auf den Kraftdrehkopf besonders effizient gemildert oder verhindert werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung für den Kraftdrehkopf und/oder die Hauptseilwinde für das Kellygestänge mittels einer Steuereinrichtung automatisch gesteuert werden, wobei die Innenkellystange relativ zum Kraftdrehkopf bereichsweise mit einem Schnellfahrmodus mit einer ersten Geschwindigkeit und bereichsweise mit einem Schonfahrmodus verfahren wird, bei welcher die Geschwindigkeit gegenüber der ersten Geschwindigkeit des Schnellfahrmodus reduziert ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit einer Arbeitsmaschine durchgeführt werden, wie diese zuvor beschrieben wurde. Es können entsprechend die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden.
  • Das Verfahren des Kellygestänges erfolgt grundsätzlich über die Hauptseilwinde mit einem Seil, welches am oberen Ende der Innenkellystange befestigt ist. Dabei ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Innenkellystange alleine oder zusammen mit anderen Stangenelementen des Kellygestänges verfahren wird. Es ist auch möglich, dass die Außenkellystange unabhängig von der Innenkellystange mittels des Kraftdrehkopfes mit der Stelleinrichtung verfahren wird.
  • Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante besteht darin, dass ein Verfahren im Schonfahrmodus erfolgt, unmittelbar bevor das Kellygestänge auf dem Kraftdrehkopf aufsetzt, das Bodenbearbeitungswerkzeug auf dem Boden auftrifft und/oder an einem Übergang, an welchem zwei Stangenelemente des Kellygestänges ineinander eingefahren oder zueinander ausgefahren werden. Ein Verfahren der Kellystangenelemente im Schonfahrmodus zueinander kann auch in Bereichen erfolgen, an welchen zwei Riegelelemente sich aneinander vorbeibewegen, ohne dass eine Verriegelung vorgesehen ist. Hierdurch kann eine Beschädigung der Riegelelemente, welche für ein axiales Festlegen der Stangenelemente des Kellygestänges vorgesehen sind, vermieden werden.
  • Grundsätzlich kann ein Verfahren der einzelnen Kellystangenelemente im Schonfahrmodus an jeder beliebigen Stelle vorgesehen werden, sofern diese vom Bohrgerätefahrer als kritisch angesehen wird. An allen anderen Stellen kann ein schnelles Verfahren im Schnellfahrmodus durchgeführt werden, um das Kellygestänge entsprechend zügig auszuteleskopieren oder einzufahren. Die Bereiche und Zeitpunkte, an welchen zwischen einem Schnellfahrmodus und einem Schonfahrmodus umgeschaltet wird, kann grundsätzlich in die Steuereinrichtung über eine Eingabeeinrichtung von Hand eingegeben werden.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung liegt darin, dass die Steuereinrichtung anhand von Eingabewerten ermittelt, wann ein Verfahren im Schnellfahrmodus oder ein Verfahren im Schonfahrmodus erfolgt. Insbesondere kann dies abhängig von der Bohrlochtiefe und der Position des Kraftdrehkopfes zum oberen Ende des Kellygestänges erfolgen, so dass eine adaptive Steuerung erfolgt.
  • Dabei ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, dass die Eingabewerte zumindest teilweise von der Steuereinrichtung mittels einer Eingabeeinrichtung automatisch erfasst werden. Hierzu sind entsprechende Sensoren oder Messwertaufnehmer vorgesehen, um die gewünschten Eingabewerte automatisch zu erfassen und drahtgebunden oder drahtlos an die Steuereinrichtung weiterzuleiten.
  • Die Erfindung wird weiter anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine; und
    Fig. 2
    ein Diagramm zum Geschwindigkeitsverlauf beim Absenken eines Kellystangenelementes.
  • Eine erfindungsgemäße Arbeitsmaschine 10, welche als ein Bohrgerät ausgebildet ist, weist gemäß Fig. 1 ein Trägerfahrzeug 12 mit einem Raupenfahrwerk und einem drehbaren Oberwagen auf. In bekannter Weise ist an dem Trägergerät 12 schwenkbar ein vertikaler Mast 14 angelenkt, entlang welchem ein Schlitten 18 mit einem Kraftdrehkopf 20 verfahrbar gelagert ist. Zum Verfahren des Schlittens 18 ist an der Rückseite des Mastes 14 eine Vorschubwinde als Stelleinrichtung 22 angeordnet. Die Stelleinrichtung 22 ist mit dem Schlitten 18 über ein Vorschubseil 24 verbunden, welches über einen Mastkopf 16 des Mastes 14 geführt ist.
  • Durch den ringförmigen Kraftdrehkopf 20 ist ein Kellygestänge 40 geführt, welches über eine Seilaufhängung 49 an einem Seil 50 aufgehängt ist. Das Seil 50 ist über den Mastkopf 16 zu einer rückwärtigen Hauptseilwinde 30 geführt.
  • Das Kellygestänge 40 weist eine Außenkellystange 42 mit einem oberen Rohrkragen 44 auf, welcher zur Auflage auf den Kraftdrehkopf 20 durchmessergrößer ausgebildet ist. Über nicht näher dargestellte Mitnehmerleisten kann ein Drehmoment des Kraftdrehkopfes 20 auf die Außenkellystange 42 und damit das Kellygestänge 40 übertragen werden. Innerhalb der rohrförmigen Außenkellystange 42 ist eine Innenkellystange 46 verschiebbar gelagert, an deren oberen Ende die Seilaufhängung 49 angebracht ist. Am unteren Ende der Innenkellystange 46 ist ein Dämpfertopf 48 angeordnet, an welchem drehfest ein als Bohreimer ausgebildetes Bodenbearbeitungswerkzeug 60 angebracht ist.
  • Gemäß der Darstellung von Fig. 1 ist das Kellygestänge 40 einteleskopiert, wobei die Innenkellystange 46 in den Innenraum der rohrförmigen Außenkellystange 42 eingefahren ist. Ein Ein- und Austeleskopieren des Kellygestänges 40 erfolgt automatisch von einer schematisch dargestellten Steuereinrichtung 70. Die Steuereinrichtung 70 kann von einem Gerätefahrer mittels Aktoren 74, etwa Fußraster, Joysticks oder GUI, bedient werden. Zum Erstellen eines Bohrlochs wird zunächst das Seil 50 über die Hauptseilwinde 30 abgesenkt, bis der Rohrkragen 44 an der Außenkellystange 42 auf der Oberseite des Kraftdrehkopfes 20 aufsetzt.
  • Ein weiteres Absenken des Kellygestänges 40 kann durch ein Verfahren des Kraftdrehkopfes 20 mittels der Stelleinrichtung 22 erfolgen, wobei der Kraftdrehkopf 20 mittels des Schlittens 18 entlang des Mastes 14 nach unten verfahren wird. Dabei werden die Außenkellystange 42 und die Innenkellystange 46 gleichzeitig verfahren. Die Außenkellystange 42 kann an dem Kraftdrehkopf 20 verriegelt und damit axial festgelegt werden. Alternativ oder anschließend kann bei einem feststehenden Kraftdrehkopf 20 das Seil 50 über die Hauptseilwinde 30 weiter abgesenkt werden, wobei die Innenkellystange 46 aus der Außenkellystange 42 ausgefahren wird. Über entsprechende Inkrementalgeber und Sensoren erhält die Steuereinrichtung 70 Werte zur Position des Kraftdrehkopfes 20, der Außenkellystange 42 sowie der Innenkellystange 46. Weiterhin kann die Steuereinrichtung 70 Daten aus einem Datenspeicher 72 abfragen, etwa über die Größe und Länge des Kellygestänges 40, die Dimensionierung des Bodenbearbeitungswerkzeuges 60 oder des Drehkopfes 20. Abhängig von diesen Daten wird das Verfahren des Kellygestänges 40 und insbesondere der Innenkellystange 46 automatisch gesteuert. Grundsätzlich wird dabei ein Verfahren der Kellystangenelemente in einem Schnellfahrmodus mit einer hohen ersten Geschwindigkeit vorgesehen. In bestimmten Verfahrbereichen, etwa unmittelbar bevor der Rohrkragen 44 auf den Kraftdrehkopf 20 aufsetzt oder das Bodenbearbeitungswerkzeug 60 auf den Boden auftrifft oder beim Übergang von zwei Kellystangenelementen, wird von der Steuereinrichtung 70 von dem Schnellfahrmodus in einen Schonfahrmodus umgeschaltet, bei welchem die Geschwindigkeit reduziert wird. Die Geschwindigkeitsreduzierung kann dabei schlagartig auf einen geringen zweiten Geschwindigkeitswert oder vorzugsweise allmählich auf einen reduzierten Geschwindigkeitsbetrag oder bis auf den Wert 0 erfolgen.
  • Ein möglicher Geschwindigkeitsverlauf der Seilgeschwindigkeit des Seiles 50 über eine Bohrlochtiefe ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Von einer maximalen Seilgeschwindigkeit im Schnellfahrmodus wird vor einem kritischen Verfahrbereich, etwa einem Kellyübergang, von der Steuereinrichtung 70 an einem Bremspunkt 1 eine Umschaltung auf einen Schonfahrmodus eingeleitet. In dem Schonfahrmodus wird die Seilgeschwindigkeit von einem ersten maximalen Wert auf einen zweiten minimalen Wert allmählich reduziert. Wird der kritische Bereich, etwa ein Passieren von Riegeltaschen, welche entlang der Kellystangenelemente und insbesondere an deren Anfang und Ende angeordnet sind, passiert, kann wieder auf den Schnellfahrmodus von der Steuereinrichtung 70 umgeschaltet werden. Dabei wird die Seilgeschwindigkeit des Seiles 50 wieder auf den ersten Geschwindigkeitswert im Schnellfahrmodus erhöht.
  • Die Steuereinrichtung 70 kann dabei als ein lernendes System adaptiv ausgebildet sein, wobei beispielsweise der Bremspunkt von einem ersten Bremspunkt 1 zu einem zweiten späteren Bremspunkt 2 verändert wird, um die Verfahrzeiten gering zu halten.

Claims (12)

  1. Arbeitsmaschine, insbesondere Baumaschine, mit einem Mast (14), entlang welchem mittels einer Stelleinrichtung (22) ein Kraftdrehkopf (20) vertikal verfahrbar ist, durch welchen ein teleskopierbares Kellygestänge (40) verschiebbar geführt ist, welches zumindest eine Außenkellystange (42), die zur Auflage auf den Kraftdrehkopf (20) ausgebildet ist, und eine Innenkellystange (46) aufweist, welche eine Seilaufhängung (49) für ein Seil (50) umfasst, durch welches mittels einer Hauptseilwinde (30) die Innenkellystange (46) vertikal verfahrbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine automatische Steuereinrichtung (70) vorgesehen ist, welche zum automatischen Steuern der Stelleinrichtung (22) für den Kraftdrehkopf (20) und/oder der Hauptseilwinde (30)für das Kellygestänge (40) ausgebildet ist, so dass die Innenkellystange (46) relativ zum Kraftdrehkopf (20) bereichsweise mit einem Schnellfahrmodus mit einer ersten Geschwindigkeit und bereichsweise mit einem Schonfahrmodus verfahrbar ist, bei welcher die Geschwindigkeit gegenüber der ersten Geschwindigkeit des Schnellfahrmodus reduziert ist.
  2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kellygestänge (40) eine oder mehrere Zwischenkellystangen aufweist, welche zwischen der Außenkellystange (42) und der Innenkellystange (46) angeordnet sind.
  3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass am unteren Ende der Innenkellystange (46) ein Bodenbearbeitungswerkzeug (60), insbesondere ein Bohreimer oder eine Bohrschnecke, lösbar angebracht ist.
  4. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher eine Art und/oder Größe des Kellygestänges (40), eine Position der Stelleinrichtung (22) für den Kraftdrehkopf (20), eine Position des Seiles (50) und/oder eine Art und/oder Größe des Kraftdrehkopfes (20) eingebbar sind.
  5. Arbeitsmaschine nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Eingabeeinrichtung mindestens einen Sensor zur automatischen Eingabe aufweist.
  6. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass abhängig von den Eingaben über die Eingabeeinrichtung durch die Steuereinrichtung (70) die Bereiche beim Verstellen des Kellygestänges (40) festgelegt sind, in welchen ein Verfahren gemäß dem Schnellfahrmodus oder dem Schonfahrmodus vorgesehen sind.
  7. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Reduzieren der Geschwindigkeit im Schonfahrmodus das Seil (50) über die Hauptseilwinde (30) und der Kraftdrehkopf (20) über die Stelleinrichtung (22) gleichzeitig in die gleiche Richtung verfahrbar sind.
  8. Verfahren zum Bearbeiten eines Bodens mit einer Arbeitsmaschine (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Mast (14), entlang welchem mittels einer Stelleinrichtung (22) ein Kraftdrehkopf (20) vertikal verfahrbar ist, durch welchen ein teleskopierbares Kellygestänge (40) verschiebbar geführt wird, welches zumindest eine Außenkellystange (42), die zur Auflage auf dem Kraftdrehkopf (20) ausgebildet ist, und eine Innenkellystange (46) aufweist, welche eine Seilaufhängung (49) für ein Seil (50) umfasst, durch welches mittels einer Hauptseilwinde (30) die Innenkellystange (46) vertikal verfahren wird, wobei der Boden mit einem Bodenbearbeitungswerkzeug (60) bearbeitet wird, welches an einem unteren Ende der Innenkellystange (46) angebracht ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Stelleinrichtung (22) für den Kraftdrehkopf (20) und/oder die Hauptseilwinde (30) für das Kellygestänge (40) mittels einer Steuereinrichtung (70) automatisch gesteuert werden, wobei die Innenkellystange (46) relativ zum Kraftdrehkopf (20) bereichsweise mit einem Schnellfahrmodus mit einer ersten Geschwindigkeit und bereichsweise mit einem Schonfahrmodus verfahren wird, bei welcher die Geschwindigkeit gegenüber der ersten Geschwindigkeit des Schnellfahrmodus reduziert ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Innenkellystange (46) alleine oder zusammen mit anderen Stangenelementen des Kellygestänges (40) verfahren wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Verfahren im Schonfahrmodus erfolgt, unmittelbar bevor das Kellygestänge (40) auf dem Kraftdrehkopf (20) aufsetzt, das Bodenbearbeitungswerkzeug (60) auf dem Boden auftrifft und/oder an einem Übergang, an welchem zwei Stangenelemente des Kellygestänges (40) ineinander eingefahren oder zueinander ausgefahren werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (70) anhand von Eingabewerten ermittelt, wann ein Verfahren im Schnellfahrmodus oder ein Verfahren im Schonfahrmodus erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Eingabewerte zumindest teilweise von der Steuereinrichtung (70) mittels einer Eingabeeinrichtung automatisch erfasst werden.
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