EP3228756B2 - Arbeitsmaschine und verfahren zum bearbeiten eines bodens - Google Patents

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EP3228756B2
EP3228756B2 EP16163646.9A EP16163646A EP3228756B2 EP 3228756 B2 EP3228756 B2 EP 3228756B2 EP 16163646 A EP16163646 A EP 16163646A EP 3228756 B2 EP3228756 B2 EP 3228756B2
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EP
European Patent Office
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kelly bar
top drive
travel mode
kelly
speed
Prior art date
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EP16163646.9A
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French (fr)
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EP3228756A1 (de
EP3228756B1 (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 characterized 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 a top drive can be moved vertically by means of an adjusting device, through which a telescoping Kelly linkage is guided in a displaceable manner, which has at least one outer Kelly rod, which is designed to rest on the top drive, and a Has inner kelly rod, which comprises a cable suspension for a cable, through which the inner kelly rod can be moved vertically by means of a main cable winch, according to the preamble of claim 1 and as basically from the publication EP 1 655 415 A known.
  • the invention further relates to a method for working a soil with a working machine, in particular according to one of claims 1 to 6, with a mast, along which a top drive can be moved vertically by means of an adjusting device, through which a telescoping Kelly linkage is slidably guided, which has at least one Outer kelly rod, which is designed to rest on the top drive, and has an inner kelly rod, which comprises a cable suspension for a cable, through which the inner kelly rod is moved vertically by means of a main cable winch, the soil being worked with a soil cultivation tool, which is attached to a lower end of the inner kelly bar, according to the preamble of claim 7.
  • a kelly linkage is a telescoping 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 inner kelly rod and thus the kelly rod as a whole is suspended from a cable, the kelly rod being guided by a ring-shaped rotary drive, also known as a top drive.
  • a torque can thus be transmitted via the Kelly linkage to a soil cultivation tool, in particular a drilling tool, which is attached to the lower end of the inner Kelly rod. Greater drilling depths can also be achieved by telescoping the individual Kelly bar elements to one another.
  • the individual Kelly bar elements have axially running stop strips on their outside and on their inside, which are used for torque transmission.
  • locking pockets or locking elements are provided at certain axial positions, in particular at a beginning and end area, by means of which the Kelly bar elements can be fixed axially to one another. In this way, axial compressive forces can also be applied to the Kelly linkage and thus to the tillage tool via the drill drive.
  • the outer kelly rod can also be fixed axially to the drill drive.
  • the drilling bucket has to be repeatedly moved into and out of the drilled hole.
  • the Kelly rod is repeatedly telescoped in and out.
  • the drill bucket After the drill bucket has been filled with excavated soil material, it must be pulled out of the drill hole to be emptied. To do this, it is necessary to retract and lock the individual Kelly bar elements into one another again. In this retracted position, the Kelly linkage can then be pulled out of the borehole together with the drill bucket and pivoted to an emptying position. Then, for a further drilling step, the drilling tool is again retracted into the borehole with renewed telescoping of the Kelly rod.
  • Extending and retracting a Kelly linkage takes a corresponding amount of time. Drill drivers strive to retract or extend the Kelly rods as quickly as possible in order to achieve fast drilling progress. If the Kelly linkage is moved too quickly, however, there is a risk that it will hit the ground or the top drive, which can lead to considerable material stress and even to damage or destruction of the top drive.
  • the invention is based on the object of specifying a working machine and a method for working a floor, which enable efficient work that is at the same time particularly gentle on material and equipment.
  • the work machine according to the invention is characterized in that an automatic control device is provided, which is designed to automatically control the adjusting device for the top drive and the main cable winch for the Kelly linkage, so that the inner kelly rod relative to the top drive is partially operated with a high-speed mode at a first speed and partially with a gentle driving mode, in which the speed is reduced compared to the first speed of the fast driving mode, and that to reduce the speed in gentle driving mode, the cable (50) via the main cable winch (30) and the top drive (20) via the actuating device (22) simultaneously can be moved in the same direction.
  • an automatic control device is provided, which is designed to automatically control the adjusting device for the top drive and the main cable winch for the Kelly linkage, so that the inner kelly rod relative to the top drive is partially operated with a high-speed mode at a first speed and partially with a gentle driving mode, in which the speed is reduced compared to the first speed of the fast driving mode, and that to reduce the speed in gentle driving mode, the cable (50) via
  • a basic idea of the invention is to automatically control the movement of the Kelly bar elements by means of a control device in such a way that the Kelly bar elements are quickly retracted or extended in a fast travel mode in certain travel ranges, while in certain critical travel ranges they are moved in a gentle travel mode at a reduced speed.
  • the travel speed is relative to the top drive, i.e. the rotary drive, or the mast.
  • the speed is effected by controlling the actuating device of the top drive by controlling the main cable winch for the Kelly linkage.
  • the adjusting device for the top drive can itself be a feed winch, a hydraulic adjusting cylinder or some other linear drive, such as a rack and pinion drive.
  • the Kelly linkage can be telescoped in or out very quickly, with rapid movement taking place in non-critical areas, for example in a central area of the Kelly rod elements.
  • critical areas such as when a stop collar at the upper end of the outer kelly rod touches the top drive, or immediately before the soil cultivation tool arranged at the lower end of the inner kelly rod reaches the ground, the control switches from the high-speed mode at a first high speed to a gentle driving mode, in which the speed is reduced.
  • the gentle driving mode the speed can be gradually reduced down to the value 0.
  • material-damaging impacts can be avoided, which can result from a sudden impact of the tillage tool on the ground or the outer kelly rod on the top drive.
  • the working efficiency can be increased with the invention and the risk of damage to the tool, the Kelly bar and the drilling device as a whole can be avoided.
  • the kelly bar consists of only two bar elements, namely a tubular outer kelly bar and an inner kelly bar arranged displaceably therein.
  • the Kelly linkage has one or more intermediate Kelly bars, which are arranged between the outer Kelly bar and the inner Kelly bar. Kelly linkages with three or four rod elements are particularly preferred.
  • the work machine according to the invention with the Kelly linkage can be used for a wide variety of activities.
  • a drilling tool in particular a drilling bucket or an auger, to be detachably attached to the lower end of the inner kelly rod.
  • Such drilling tools can be used for discontinuous drilling, in which a Kelly rod must be repeatedly extended and retracted. The increase in operating speed achieved with the invention is particularly advantageous in these repeated operations.
  • Another preferred embodiment of the invention consists in 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 top drive, a position of the cable and/or a type and/or size of the top drive can be entered.
  • a type and/or size of the Kelly linkage a position of the adjusting device for the top drive
  • a position of the cable and/or a type and/or size of the top drive can be entered.
  • an entry 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 determined by means of appropriate optical sensors for automatic detection or by measuring the cable force on the cable of the main cable winch.
  • a spring deflection measurement can also be carried out on the spring damping elements, which are arranged on the upper side of the top drive.
  • the position of the adjusting device for the top drive and the position of the cable of the main cable winch can be determined automatically via corresponding incremental encoders or other suitable position sensors.
  • the control device can preferably store the ascertained input values in a data memory. This makes sense, for example, when the Kelly linkage is extended and the tillage tool is in the borehole. After retracting the linkage and emptying the tool, the Kelly linkage can be extended back to the previous position according to the stored data.
  • a permanently specified program can be provided for the automatic control.
  • a particularly expedient variant of the invention consists in that, depending on the inputs via the input device, the control device defines the areas when adjusting the Kelly linkage, in which a method according to the high-speed mode or the gentle driving mode is provided.
  • the control device can be designed in particular as an adaptive controller, which adjusts the start and end times for the high-speed mode or the low-speed mode for each telescoping process.
  • the respective position of the top drive on the mast and the current drilling depth can be taken into account for a particularly fast extension and retraction of the Kelly bar elements.
  • the cable can be moved simultaneously in the same direction via the main cable winch and the top drive via the actuating device. In this way, in particular, impact of the outer stop collar on the outer kelly rod on the top drive can be particularly efficiently mitigated or prevented.
  • the method according to the invention is characterized in that the adjusting device for the top drive and/or the main cable winch for the Kelly linkage are automatically controlled by means of a control device, the inner Kelly rod relative to the top drive being in a high-speed mode in certain areas is moved at a first speed and in some areas with a gentle driving mode, in which the speed is reduced compared to the first speed of the high-speed mode.
  • the method according to the invention can be carried out, in particular, with a work machine as described above. Accordingly, the advantages described above can be obtained.
  • the kelly linkage is always moved using the main cable winch with a cable that is attached to the upper end of the inner kelly bar.
  • the inner kelly rod is moved alone or together with other rod elements of the kelly linkage.
  • the outer kelly rod is moved independently of the inner kelly rod by means of the top drive with the adjusting device.
  • a further preferred variant of the method is that a method in the gentle travel mode takes place immediately before the Kelly linkage touches down on the top drive, the tillage tool hits the ground and/or at a transition at which two rod elements of the Kelly linkage are retracted into one another or extended to one another.
  • the Kelly bar elements can also be moved relative to each other in the gentle travel mode in areas where two locking elements move past one another without locking being provided. In this way, damage to the locking elements, which are provided for axially fixing the rod elements of the Kelly linkage, can be avoided.
  • the individual Kelly bar elements can be moved in the gentle travel mode at any desired point, provided that this is viewed as critical by the drilling rig operator. At all other points, a quick procedure can be carried out in high-speed mode in order to quickly telescope out or retract the Kelly boom.
  • the areas and points in time at which there is a switchover between a high-speed driving mode and a gentle driving mode can in principle be entered manually into the control device via an input device.
  • control device uses input values to determine when a process in high-speed mode or a process in slow-moving mode takes place. In particular, this can be done depending on the borehole depth and the position of the top drive to the upper end of the Kelly linkage, so that an adaptive control takes place.
  • the input values are at least partially automatically recorded by the control device using an input device.
  • Corresponding sensors or measured value recorders are provided for this purpose in order to automatically record the desired input values and forward them to the control device in a wired or wireless manner.
  • a work machine 10 according to the invention which is designed as a drill, has according to 1 a carrier vehicle 12 with a crawler chassis and a rotating superstructure.
  • a vertical mast 14 is pivoted to the carrier device 12, along which a carriage 18 with a top drive 20 is movably mounted.
  • a feed winch is arranged on the back of the mast 14 as an adjusting device 22.
  • 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 through the ring-shaped top drive 20 and is suspended from a cable 50 via a cable suspension 49 .
  • the rope 50 is guided over the mast head 16 to a rear main rope winch 30 .
  • the Kelly linkage 40 has an outer Kelly rod 42 with an upper tubular collar 44 which is designed with a larger diameter for resting on the top drive 20 .
  • a torque of the top drive 20 can be transmitted to the outer kelly rod 42 and thus the kelly linkage 40 via entrainment strips, which are not shown in detail.
  • An inner kelly rod 46 is slidably mounted within the tubular outer kelly rod 42 and the cable suspension 49 is attached to the upper end of the inner kelly rod.
  • a damper pot 48 is arranged at the lower end of the inner kelly rod 46, to which a soil working tool 60 designed as a drilling bucket is attached in a rotationally fixed manner.
  • the Kelly linkage 40 is telescoped in, with the inner Kelly rod 46 being retracted into the interior of the tubular outer Kelly rod 42 .
  • the Kelly linkage 40 is automatically telescoped in and out by a control device 70 shown schematically.
  • the control device 70 can be operated by a device driver using actuators 74, such as footrests, joysticks or GUI.
  • actuators 74 such as footrests, joysticks or GUI.
  • the cable 50 is first lowered via the main cable winch 30 until the pipe collar 44 touches down on the outer kelly rod 42 on the upper side of the top drive 20 .
  • a further lowering of the Kelly linkage 40 can be carried out by moving the top drive 20 by means of the adjusting device 22, the top drive 20 being moved downwards along the mast 14 by means of the carriage 18.
  • the outer kelly rod 42 and the inner kelly rod 46 are thereby moved simultaneously.
  • the outer kelly rod 42 can be locked to the top drive 20 and thus fixed axially.
  • the cable 50 can be further lowered via the main cable winch 30 , with the inner kelly rod 46 being extended out of the outer kelly rod 42 .
  • the control device 70 receives values for the position of the top drive 20, the outer kelly rod 42 and the inner kelly rod 46 via corresponding incremental transmitters and sensors.
  • the control device 70 can also query data from a data memory 72, for example about the size and length of the kelly linkage 40, the dimensioning of the soil cultivation tool 60 or the rotary head 20. Depending on these data, the process of the Kelly linkage 40 and in particular the inner Kelly rod 46 is controlled automatically. Basically, a method of moving the Kelly bar elements in a high-speed mode with a high first speed is provided. In certain travel ranges, for example immediately before the tubular collar 44 touches down on the top drive 20 or the tillage tool 60 hits the ground or when two Kelly bar elements are passed, the control device 70 switches from the fast travel mode to a gentle travel mode, in which the speed is reduced. The speed can be reduced abruptly to a low second speed value or preferably gradually to a reduced speed amount or down to the value 0.
  • a possible speed profile of the rope speed of the rope 50 over a borehole depth is shown schematically in 2 shown.
  • the control device 70 initiates a switchover to a gentle travel mode at a braking point 1 .
  • the rope speed is gradually reduced from a first maximum value to a second minimum value. If the critical area is passed, such as passing through locking pockets, which are arranged along the Kelly bar elements and in particular at their beginning and end, the control device 70 can switch back to the high-speed mode.
  • 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 configured as an adaptive learning system, with the braking point being changed from a first braking point 1 to a later second braking point 2, for example, in order to keep the traversing times short.

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 6, 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 7.
  • 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 7 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 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, und 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.
  • 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 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 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 (11)

  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 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, und
    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.
  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. Verfahren zum Bearbeiten eines Bodens mit einer Arbeitsmaschine (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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 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, und
    wobei 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 verfahren werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Innenkellystange (46) alleine oder zusammen mit anderen Stangenelementen des Kellygestänges (40) verfahren wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
    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.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (70) anhand von Eingabewerten ermittelt, wann ein Verfahren im Schnellfahrmodus oder ein Verfahren im Schonfahrmodus erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Eingabewerte zumindest teilweise von der Steuereinrichtung (70) mittels einer Eingabeeinrichtung automatisch erfasst werden.
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