EP3299523B1 - Verfahren und baugerät zur baugrundbearbeitung - Google Patents

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EP3299523B1
EP3299523B1 EP16189878.8A EP16189878A EP3299523B1 EP 3299523 B1 EP3299523 B1 EP 3299523B1 EP 16189878 A EP16189878 A EP 16189878A EP 3299523 B1 EP3299523 B1 EP 3299523B1
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EP
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soil
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control
tool
unit
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Bauer Spezialtiefbau GmbH
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • E21B44/02—Automatic control of the tool feed
    • E21B44/04—Automatic control of the tool feed in response to the torque of the drive ; Measuring drilling torque
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/13—Foundation slots or slits; Implements for making these slots or slits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/22—Placing by screwing down
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    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/18—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels
    • E02F3/22—Component parts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D2250/00—Production methods
    • E02D2250/0038—Production methods using an auger, i.e. continuous flight type

Definitions

  • the invention relates to a method for soil cultivation with a construction device which has at least one rotary drive unit for rotatingly driving a soil cultivation tool and at least one feed unit with which the soil cultivation tool is introduced into the soil, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a construction device for soil cultivation with a rotary drive unit for rotatingly driving a soil cultivation tool and a feed unit with which the soil cultivation tool can be introduced into the soil in a driving direction, according to the preamble of claim 10.
  • Construction equipment for soil cultivation is, for example, drilling equipment for pile drilling or trench wall milling for producing diaphragm walls in the ground.
  • a drilling tool is driven in rotation via a drill drive and is usually introduced vertically into the ground by means of a feed unit.
  • a feed unit For an efficient creation of a borehole, it is essential that the speed and a feed rate are adjusted to one another.
  • drilling rigs are provided with an electronic control in which preselected programs are provided, which are provided by a drilling machine operator can be selected depending on the type of soil.
  • programs for example, a speed of rotation of the drilling tool and a feed rate can be specified for a certain type of soil.
  • the control will then use these setpoint values to set and regulate the torque and feed force on the drilling device.
  • the resulting actual values can be measured and compared with the setpoint values, so that a conventional control is provided.
  • the result is a trench wall cutter with a control system that records various parameters during operation, such as the position of the axes of rotation, the depth and the direction of advance.
  • the control is designed to use the determined parameters to control the milling machine in order to create a precisely positioned slot in the ground.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a construction device for soil cultivation with which efficient soil cultivation is made possible in a particularly reliable manner.
  • a control and evaluation unit is provided with which at least one input variable of the rotary drive unit and / or the feed unit is recorded and stored during soil cultivation, at least one resulting output variable is recorded and stored on the soil cultivation tool and the at least an input variable is related to the resulting output variable, a tillage value being determined and stored.
  • a basic idea of the invention is that at least one input variable and at least one output variable are recorded continuously or at regular intervals during soil cultivation by a control and evaluation unit and set in relation to one another. If, for example, a certain torque is applied to the rotary drive unit as an input variable, the rotational speed of the soil cultivation tool, such as a drilling tool or a milling wheel, which is set under the influence of the soil, allows conclusions to be drawn about the type of soil, such as whether it is firm or loose.
  • the control and evaluation unit can thus make a statement about the tillage capability by comparing the input variable and the resulting output variable, with a tillage value being determined.
  • This tillage value can be displayed to an implement operator or taken directly into account in the control for the further operation of the drive units and the feed units.
  • a statement can be made about the respective worked soil layer, which is helpful for more efficient setting of the input variables, i.e. the operating parameters, by the machine operator or by the control itself. Machining can thus take place with the most efficient or effective setting of the drive units, in particular the rotary drive unit and the feed unit.
  • a preferred development of the method according to the invention consists in that the at least one input variable and the at least one output variable are recorded and stored over time and / or the tunneling distance. If, for example, several bores or slots are to be created at a construction site, which are usually close to one another or not too far away, the stored input and output variables, which were recorded and saved over time or the tunneling route in one work step, can be used to create a Repeat program can be used. In particular, a profile with the respective soil cultivation values can be created over a tunneling section, that is to say a drilling depth or a slot depth, and a data record with preferred operating parameters for the input variables can be assigned to this.
  • a torque of the rotary drive unit, a feed force of the feed unit and / or a pressure or a volume in a hydraulic system for driving the rotary drive unit and / or the feed unit is selected as the input variable.
  • the rotary drive unit can be a drill drive or a milling wheel drive.
  • the torque can be recorded immediately.
  • the torque and thus the tapped power can be recorded indirectly via parameters in the hydraulic system, in particular a pressure or a volume flow in the hydraulic system.
  • the feed unit can take place via a winch or via actuating cylinders, which can also be operated with a hydraulic drive system.
  • the feed unit can be a load or the weight of the trench wall cutter, which is suspended on a winch cable and reduces the load by a corresponding counterforce of the winch.
  • the load can be determined using appropriate force sensors or arithmetically using a winch torque, taking into account the weight of the trench wall cutter, and can be included in the calculation of the tillage value.
  • the output variables are in a functional relationship with an assigned input variable.
  • a rotational speed and / or a feed rate of the soil cultivation tool are selected as the output variable.
  • a torque on a rotary drive unit is related to the rotational speed of a soil cultivation tool, for example a drilling tool or a milling wheel.
  • a feed force or a surcharge is associated with a resulting feed rate.
  • a given feed force naturally results in a higher feed speed compared to a firmer floor.
  • the advance speed can also be referred to as the penetration or advance speed into the ground.
  • control unit can also specify a speed as an input variable, in which case an emerging torque or a power tap on the rotary drive unit is then recorded as the resulting output variable.
  • the control and evaluation unit has a database in which preferred input variables for certain soil cultivation values are stored.
  • the database can already be specified when a construction device is delivered or it can be uploaded by a control center during operation or provided with new or supplemented values and maintained.
  • the device driver or the control and evaluation unit itself to save preferred data sets, i.e. preferred input variables, possibly with output variables for certain tillage values, which are created for a respective construction site or for the respective device or have been determined.
  • the database can thus represent an expert system, with automatic improvement and modification of the stored data records also being possible on the basis of a preferably self-learning logic of the control and evaluation unit.
  • a current tillage value is compared with the tillage values stored in the database by the control and evaluation unit and that, depending on the comparison, a current input variable is changed or a change is recommended to a drill driver. If, for example, the control and evaluation unit recognizes through a comparison of the input variable, such as the torque, with a resulting output variable, i.e. an established speed of the drilling tool or the milling wheel, that a soil layer with a changed strength and thus with a different soil tillage value is being penetrated The control and evaluation unit change the input variables according to the currently determined soil tillage value.
  • the input variable such as the torque
  • control or evaluation unit can use the input variable according to the determined value Change the data record or display it to the operator on a monitor, for example.
  • the previous input variable can be replaced by the more suitable input variable for the tillage value.
  • an applied torque would be changed as a function of the established tillage value after evaluating the database.
  • a soil profile is determined and stored by the evaluation and control unit on the basis of the soil cultivation values determined during the soil cultivation over the tunneling section.
  • Correspondingly stored data in the database can be assigned a specific soil type, such as clay, sand, gravel, stone, etc., to a tillage value.
  • These values and thus also a soil profile can be queried from a control center via the control and evaluation unit via a remote data connection, which is preferably available.
  • construction equipment can not only be used for working the soil, but it can also be used as a probing or analysis tool for exploring a soil profile.
  • the control and evaluation unit determine preferred input variables for the ground profile via the tunneling route and store them as a data record in the database.
  • a sample data set can be created for a drilling at a construction site, for example a first torque and a first feed force up to a first drilling depth, then a second torque with a second feed force up to a second drilling depth, and so on.
  • Such a data record for a borehole or a slot can then be called up for a further borehole at the same construction site. It can be assumed here that a soil profile does not or hardly changes at a construction site, in particular when holes or slots are created close to one another. This is often the case when creating pile walls or diaphragm walls. Using the data of the sample hole or the sample slot, the further holes or slots can be created effectively even by less experienced equipment operators.
  • the control and evaluation unit determines and stores various data sets for a soil profile, which are preferably determined and differentiated with regard to fast propulsion or a speed that is gentle on wear. It is taken into account that there is no general optimal parameter setting for the input variables in soil cultivation. Rather, the preferred input variables depend on certain aspects or objectives in the cultivation of the soil. For example, particularly fast soil cultivation, that is to say rapid advance, may be desired, so that higher speeds or higher feed forces are to be provided in contrast to soil cultivation that is as low-wear or energy-saving as possible. Other objectives can also be specified, such as noise-friendly work. For an established tillage value, different data sets can therefore be stored for different objectives, which are categorized as efficient propulsion, particularly low-wear, energy-saving or low-noise, for example.
  • the method according to the invention can be used in the various soil cultivation variants.
  • a particularly preferred variant of the method consists in that drilling with a drilling tool is carried out as soil cultivation.
  • the drilling can be continuous drilling, for example with an endless worm, or discontinuous drilling, for example with a drilling bucket or a simple auger.
  • the method according to the invention can also be used in double-head drilling, in which at least two rotary drive units are provided.
  • a first rotary drive unit can be provided for an internal drilling tool, while a further rotary drive unit is arranged for an external drill pipe.
  • rock drilling is also included, which can be carried out, for example, with anchor or HDI drilling in an approximately vertical wall or even in the ceiling area in a tunnel.
  • a further preferred variant of the method can be seen in the fact that milling with a trench wall cutter is carried out as soil cultivation.
  • a trench wall cutter has at least one pair, preferably two pairs, of cutting wheels driven in rotation.
  • the milling of a milling slot can be done in one One-phase, two-phase or a CSM® process can be carried out in which a soil mortar mixture is produced in-situ in the milling slot by the milling machine.
  • One or more cutting wheel drives can be provided.
  • control and evaluation unit can also take into account a supply of binding agent, rinsing and / or support suspension.
  • a supply of binding agent, rinsing and / or support suspension In the case of a CSM® milling process in particular, it may be useful to adapt the supply of support and binding agent suspension when the speed and the advance speed change.
  • the construction device according to the invention for soil cultivation is characterized in that a control and evaluation unit is provided which is designed to detect and store at least one input variable of the rotary drive unit and / or the feed unit during soil cultivation, and to detect at least one resulting output variable on the soil cultivation tool and to store and to relate the at least one input variable to the resulting output variable, wherein a soil cultivation device can be determined and stored.
  • a control and evaluation unit is provided which is designed to detect and store at least one input variable of the rotary drive unit and / or the feed unit during soil cultivation, and to detect at least one resulting output variable on the soil cultivation tool and to store and to relate the at least one input variable to the resulting output variable, wherein a soil cultivation device can be determined and stored.
  • a wide variety of construction equipment can be used for soil cultivation and, in particular, for soil removal.
  • a particularly preferred construction device according to the invention is that this is a drilling device in which a drilling tool is driven in rotation by means of the at least one rotary drive unit.
  • the drilling tool can be a drilling bucket or a screw auger, which can preferably be moved vertically along a mast or a leader.
  • the drilling device can also have a multi-axis adjustable drilling carriage in space, such as is used for anchor drilling or HDI drilling.
  • all drilling devices can be used, for example for double-head drilling or drilling devices with casing machines, in which drill pipes can be inserted into the ground.
  • this is a trench wall cutter, in which cutting wheels by means of the at least a rotary drive unit are driven.
  • the trench wall cutter has one or more pairs of cutting wheels at the lower end of a cutting frame.
  • the milling frame can be suspended from a rope and guided in the milling slot via corresponding guide plates on the milling frame.
  • the trench wall cutter can also be guided and movable on a guide rod.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einem Baugerät, welches mindestens eine Drehantriebseinheit zum drehenden Antreiben eines Bodenbearbeitungswerkzeugs und mindestens eine Vorschubeinheit aufweist, mit welcher das Bodenbearbeitungswerkzeug in den Boden eingebracht wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Baugerät zur Bodenbearbeitung mit einer Drehantriebseinheit zum drehenden Antreiben eines Bodenbearbeitungswerkzeugs und einer Vorschubeinheit, mit welcher das Bodenbearbeitungswerkzeug in einer Vortriebsrichtung in den Boden einbringbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
  • Baugeräte zur Bodenbearbeitung stellen beispielsweise Bohrgeräte zum Pfahlbohren oder Schlitzwandfräsen zum Herstellen von Schlitzwänden im Boden dar. Bei einem Bohrgerät wird ein Bohrwerkzeug über einen Bohrantrieb rotierend angetrieben und zumeist vertikal in einen Boden mittels einer Vorschubeinheit eingebracht. Für ein effizientes Erstellen eines Bohrloches ist es dabei von wesentlicher Bedeutung, dass die Drehzahl und eine Vorschubgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt eingestellt sind.
  • Bei einfachen Bohrgeräten werden die Drehzahl und eine Vorschubgeschwindigkeit manuell von einem Bohrgerätefahrer eingestellt. Die richtige Einstellung hängt somit stark von der Erfahrung des Bohrgerätefahrers ab, zumal die Einstellung auch von der Art des Bodens abhängt.
  • Es ist bekannt, dass Bohrgeräte mit einer elektronischen Steuerung versehen sind, in welcher vorausgewählte Programme vorgesehen sind, welche von einem Bohrgerätefahrer abhängig von der vorliegenden Bodenart ausgewählt werden können. Bei diesen Programmen können beispielsweise eine Drehzahl des Bohrwerkzeuges und eine Vorschubgeschwindigkeit für eine bestimmte Bodenart vorgegeben sein. Die Steuerung wird dann anhand dieser Sollwerte Drehmoment und Vorschubkraft an dem Bohrgerät einstellen und regeln. Die sich ergebenden Istwerte können gemessen und mit den Sollwerten verglichen werden, so dass eine herkömmliche Regelung gegeben ist.
  • Jedoch ist auch bei derartigen Vorauswahlprogrammen weiter eine entsprechende Erfahrung des Bohrgerätefahrers notwendig. Es muss zunächst das richtige Programm ausgewählt werden. Selbst bei der Auswahl eines richtigen Programms, etwa für sandigen Boden, kann es vorkommen, dass im Verlauf der abzuteufenden Bohrung verschiedene Schichten des Bodens zu durchdringen sind, welche andere Festigkeiten und Bindigkeiten aufweisen können. So können eine Drehzahl und eine Vorschubgeschwindigkeit, welche für einen sandigen Boden effizient sind, bei einer felsigen oder lehmigen Bodenschicht zu einem übermäßigen Werkzeugverschleiß, einem erhöhten Energieverbrauch oder zu einer Minderung des Bohrfortschritts führen.
  • Aus der JP 09 089 563 A geht eine Schlitzwandfräse mit einer Steuerung hervor, welche im Betrieb verschiedene Parameter erfasst, wie die Lage der Drehachsen, die Tiefe und die Vortriebsrichtung. Die Steuerung ist dabei ausgebildet, anhand der ermittelten Parameter die Fräse zu steuern, um so einen positionsgenauen Schlitz im Boden zu erstellen.
  • Aus der gattungsbildenden EP 1942 247 A1 geht ein Verfahren zum Verdrängungsbohren hervor, bei dem eine Eingangsgröße und eine Ausgangsgröße erfasst werden, aus welchen noch beim Bohren eine Tragfähigkeit des durchörterten Bodens bestimmt wird.
  • Ein ähnliches Verfahren ist aus der EP 1 229 172 A1 bekannt. Bei Erreichen eines gewünschten Tragfähigkeitswertes kann ein Abbohren automatisch bewirkt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Baugerät zur Bodenbearbeitung anzugeben, mit welchen in besonders zuverlässiger Weise eine effiziente Bodenbearbeitung ermöglicht werden.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise mit einem Baugerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass eine Steuer- und Auswerteeinheit vorgesehen ist, mit welcher bei der Bodenbearbeitung mindestens eine Eingangsgröße der Drehantriebseinheit und/oder der Vorschubeinheit erfasst und gespeichert wird, mindestens eine resultierende Ausgangsgröße an dem Bodenbearbeitungswerkzeug erfasst und gespeichert wird und die mindestens eine Eingangsgröße in Bezug gesetzt wird mit der resultierenden Ausgangsgröße, wobei ein Bodenbearbeitungswert ermittelt und abgespeichert wird.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass durch eine Steuer- und Auswerteeinheit mindestens eine Eingangsgröße und mindestens eine Ausgangsgröße bei der Bodenbearbeitung kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen erfasst und in Bezug zueinander gesetzt werden. Liegt etwa an der Drehantriebseinheit ein bestimmtes Drehmoment als Eingangsgröße an, so läßt die sich hieraus unter Einfluss des Bodens einstellende Drehzahl an dem Bodenbearbeitungswerkzeug, etwa einem Bohrwerkzeug oder einem Fräsrad, Rückschlüsse auf die Art des Bodens zu, etwa ob dieser fest oder locker ist. Die Steuerungs- und Auswerteeinheit kann so durch einen Vergleich von Eingangsgröße und resultierender Ausgangsgröße eine Aussage über die Bodenbearbeitbarkeit treffen, wobei ein Bodenbearbeitungswert ermittelt wird. Dieser Bodenbearbeitungswert kann einem Gerätefahrer angezeigt oder unmittelbar in der Steuerung für den weiteren Betrieb der Antriebseinheiten und der Vorschubeinheiten berücksichtigt werden. Insbesondere beim Durchörtern tieferliegender Bodenschichten, welche für einen Gerätefahrer nicht erkennbar sind, kann so eine Aussage über die jeweils bearbeitete Bodenschicht getroffen werden, was für eine effizientere Einstellung der Eingangsgrößen, also der Betriebsparameter, durch den Gerätefahrer oder durch die Steuerung selbst hilfreich ist. Es kann so eine Bearbeitung mit einer möglichst effizienten oder effektiven Einstellung der Antriebseinheiten, insbesondere der Drehantriebseinheit und der Vorschubeinheit erfolgen.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die mindestens eine Eingangsgröße und die mindestens eine Ausgangsgröße über die Zeit und/oder die Vortriebsstrecke erfasst und gespeichert werden. Sind etwa an einer Baustelle mehrere Bohrungen oder Schlitze zu erstellen, welche üblicherweise nahe beieinander oder nicht allzu weit entfernt liegen, so können die abgespeicherten Eingangs- und Ausgangsgrößen, welche über die Zeit oder die Vortriebsstrecke bei einem Arbeitsgang erfasst und gespeichert wurden, zur Erstellung eines Wiederholprogramms verwendet werden. Insbesondere kann über eine Vortriebsstrecke, also eine Bohrtiefe oder eine Schlitztiefe, ein Profil mit den jeweiligen Bodenbearbeitungswerten erstellt und hierzu jeweils ein Datensatz mit bevorzugten Betriebsparametern für die Eingangsgrößen zugeordnet werden.
  • Grundsätzlich ist eine Vielzahl verschiedener Eingangsgrößen einzeln und in Kombination erfassbar. Je mehr Eingangsgrößen berücksichtigt werden, desto aussagekräftiger sind die Rückschlüsse auf den Boden und umso genauer ist ein Bodenbearbeitungswert und damit die Aussage über die Bearbeitbarkeit des Bodens. Besonders bevorzugt ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung, dass als Eingangsgröße ein Drehmoment der Drehantriebseinheit, eine Vorschubkraft der Vorschubeinheit und/oder ein Druck oder ein Volumen in einem hydraulischen System zum Antreiben der Drehantriebseinheit und/oder der Vorschubeinheit ausgewählt wird. Die Drehantriebseinheit kann dabei ein Bohrantrieb oder ein Fräsradantrieb sein. Das Drehmoment kann dabei unmittelbar erfasst werden. Bei einem hydraulischen Antriebssystem kann das Drehmoment und damit die abgegriffene Leistung indirekt über Parameter in dem hydraulischen System, insbesondere ein Druck oder einem Volumenstrom in dem hydraulischen System erfasst werden.
  • Entsprechendes gilt für eine Vorschubeinheit, welche über eine Winde oder über Stellzylinder erfolgen kann, welche ebenfalls mit einem hydraulischen Antriebssystem betrieben werden können. Die Vorschubeinheit kann aber etwa bei einer Schlitzwandfräse eine Auflast oder das Gewicht der Schlitzwandfräse sein, welche an einem Windenseil aufgehängt ist und die Auflast durch eine entsprechende Gegenkraft der Winde reduziert. Die Auflast kann so über entsprechende Kraftsensoren oder rechnerisch über ein Windendrehmoment unter Berücksichtigung des Gewichtes der Schlitzwandfräse ermittelt und bei der Bestimmung des Bodenbearbeitungswertes eingerechnet werden.
  • Entsprechendes gilt bei der Auswahl der Ausgangsgrößen. Die Ausgangsgrößen stehen dabei in einem Wirkzusammenhang mit einer zugeordneten Eingangsgröße. Nach der Erfindung ist es dabei besonders bevorzugt, dass als Ausgangsgröße eine Drehzahl und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit des Bodenbearbeitungswerkzeugs ausgewählt werden. Beispielsweise steht ein Drehmoment an einer Drehantriebseinheit im Bezug zur Drehzahl eines Bodenbearbeitungswerkzeugs, etwa einem Bohrwerkzeug oder einem Fräsrad. Bei einer Vorschubeinheit steht eine Vorschubkraft oder eine Auflast in Verbindung mit einer sich ergebenden Vorschubgeschwindigkeit. Bei einem weicheren Boden ergibt sich naturgemäß bei einer vorgegebenen Vorschubkraft eine höhere Vorschubgeschwindigkeit im Vergleich zu einem festeren Boden. Die Vorschubgeschwindigkeit kann auch als Eindring- oder Vortriebsgeschwindigkeit in den Boden bezeichnet werden.
  • Die genannten Eingangs- und Ausgangsgrößen sind lediglich bevorzugte Parameter. Diese können auch vertauscht werden. So kann durch die Steuereinheit etwa auch eine Drehzahl als Eingangsgröße vorgegeben sein, wobei dann als resultierende Ausgangsgröße ein sich einstellendes Drehmoment oder ein Leistungsabgriff an der Drehantriebseinheit erfasst wird.
  • Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuer- und Auswerteeinheit eine Datenbank aufweist, in welcher bevorzugte Eingangsgrößen für bestimmte Bodenbearbeitungswerte hinterlegt werden. Die Datenbank kann bereits bei der Auslieferung eines Baugerätes vorgegeben sein oder im Betrieb von einer Zentrale aufgespielt oder mit neuen oder ergänzten Werten versehen und gepflegt werden. Weiterhin ist es nach einer Variante der Erfindung möglich, dass seitens des Gerätefahrers oder von der Steuer- und Auswerteeinheit selbst bevorzugte Datensätze, das heißt bevorzugte Eingangsgrößen gegebenenfalls mit Ausgangsgrößen für bestimmte Bodenbearbeitungswerte, abgespeichert werden, welche für eine jeweilige Baustelle oder für das jeweilige Gerät erstellt oder ermittelt worden sind. Die Datenbank kann so ein Expertensystem darstellen, wobei auch eine automatische Verbesserung und Änderung der hinterlegten Datensätze aufgrund einer vorzugsweise selbstlernenden Logik der Steuer- und Auswerteeinheit vorgesehen sein können.
  • Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass durch die Steuer- und Auswerteeinheit ein aktueller Bodenbearbeitungswert mit in der Datenbank hinterlegten Bodenbearbeitungswerten verglichen wird und dass abhängig von dem Vergleich eine aktuelle Eingangsgröße geändert oder eine Änderung einem Bohrgerätefahrer empfohlen wird. Erkennt beispielsweise die Steuer- und Auswerteeinheit durch einen Vergleich der Eingangsgröße, etwa des Drehmomentes, mit einer resultierenden Ausgangsgröße, also einer sich einstellenden Drehzahl des Bohrwerkzeuges oder des Fräsrades, dass eine Bodenschicht mit geänderter Festigkeit und damit mit einem anderen Bodenbearbeitungswert durchörtert wird, kann die Steuer- und Auswerteeinheit entsprechend dem aktuell ermittelten Bodenbearbeitungswert die Eingangsgrößen ändern. Wird dabei ein Datensatz mit einem gleichen oder ähnlichen Bodenbearbeitungswert in der Datenbank ermittelt, so kann die Steuer- oder Auswerteeinheit die Eingangsgröße entsprechend dem festgestellten Datensatz ändern, oder dem Gerätefahrer beispielsweise an einem Monitor anzeigen. In einem Automatikmodus kann die bisherige Eingangsgröße durch die geeignetere Eingangsgröße für den Bodenbearbeitungswert ersetzt werden. In diesem Fall würde also ein anliegendes Drehmoment abhängig von dem festgestellten Bodenbearbeitungswert nach Auswertung der Datenbank geändert werden.
  • Insbesondere beim Durchörtern eines Bodens mit verschiedenen Bodenschichten ist es nach einer Verfahrensvariante der Erfindung vorteilhaft, dass anhand der bei der Bodenbearbeitung über die Vortriebsstrecke ermittelten Bodenbearbeitungswerte ein Bodenprofil durch die Auswerte- und Steuereinheit ermittelt und gespeichert wird. Dabei kann entsprechend hinterlegten Daten in der Datenbank einem Bodenbearbeitungswert eine bestimmte Bodenart, etwa Lehm, Sand, Kies, Gestein etc. zugeordnet werden. Über eine vorzugsweise vorhandene Datenfernverbindung können diese Werte und damit auch ein Bodenprofil über die Steuer- und Auswerteeinheit von einer Zentrale aus abgefragt werden. Damit kann ein Baugerät nicht nur zum Bearbeiten des Bodens verwendet werden, sondern es kann auch als ein Sondierungs- oder Analysewerkzeug zum Erkunden eines Bodenprofils eingesetzt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass durch die Steuer- und Auswerteeinheit für das Bodenprofil bevorzugte Eingangsgrößen über die Vortriebsstrecke ermittelt und als ein Datensatz in der Datenbank hinterlegt werden. So kann beispielsweise ein Musterdatensatz für eine Bohrung an einer Baustelle erstellt werden, wobei beispielsweise bis zu einer ersten Bohrtiefe ein erstes Drehmoment und eine erste Vorschubkraft, anschließend bis zu einer zweiten Bohrtiefe ein zweites Drehmoment mit einer zweiten Vorschubkraft und so weiter abgespeichert werden. Ein derartiger Datensatz für eine Bohrung oder einen Schlitz kann dann für eine weitere Bohrung an der gleichen Baustelle abgerufen werden. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass an einer Baustelle sich ein Bodenprofil nicht oder kaum ändert, insbesondere wenn Bohrungen oder Schlitze nahe beieinander erstellt werden. Dies ist häufig beim Erzeugen von Pfahlwänden oder Schlitzwänden der Fall. Anhand der Daten der Musterbohrung oder des Musterschlitzes können so effektiv die weiteren Bohrungen oder Schlitze auch von weniger erfahrenen Geräteführern erstellt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuer- und Auswerteeinheit für ein Bodenprofil verschiedene Datensätze ermittelt und speichert, welche vorzugsweise hinsichtlich einem schnellen Vortrieb oder einer verschleißschonenden Drehzahl ermittelt und unterschieden werden. Dabei ist berücksichtigt, dass es bei der Bodenbearbeitung keine allgemeine optimale Parametereinstellung für die Eingangsgrößen gibt. Vielmehr hängen die bevorzugten Eingangsgrößen von bestimmten Gesichtspunkten oder Zielsetzungen bei der Bodenbearbeitung ab. Es kann etwa eine besonders schnelle Bodenbearbeitung, also ein schneller Vortrieb, erwünscht sein, so dass höhere Drehzahlen oder höhere Vorschubkräfte vorzusehen sind im Gegensatz zu einer möglichst verschleißarmen oder energiesparenden Bodenbearbeitung. Es können auch andere Zielsetzungen vorgegeben sein, etwa ein lärmschonendes Arbeiten. Für einen festgestellten Bodenbearbeitungswert können also unterschiedliche Datensätze für unterschiedliche Zielsetzungen abgespeichert werden, welche etwa unter effizientem Vortrieb, besonders verschleißarm, energiesparend oder lärmemissionsarm kategorisiert sind.
  • Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren bei den verschiedenen Bodenbearbeitungsvarianten einsetzbar. Eine besonders bevorzugte Verfahrensvariante besteht darin, dass als Bodenbearbeitung ein Bohren mit einem Bohrwerkzeug durchgeführt wird. Das Bohren kann dabei ein kontinuierliches Bohren, etwa mit einer Endlosschnecke, oder ein diskontinuierliches Bohren, etwa mit einem Bohreimer oder einer einfachen Bohrschnecke sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch beim Doppelkopfbohren einsetzbar, bei welchem mindestens zwei Drehantriebseinheiten vorgesehen sind. Dabei kann eine erste Drehantriebseinheit für ein innenliegendes Bohrwerkzeug vorgesehen sein, während eine weitere Drehantriebseinheit für ein außenliegendes Bohrrohr angeordnet ist. Bei einem Bohren in den Boden ist auch ein Gesteinsbohren mit umfasst, welches etwa bei einem Anker- oder HDI-Bohren in eine etwa vertikale Wand oder sogar am Deckenbereich in einem Tunnel durchgeführt werden kann.
  • Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante kann darin gesehen werden, dass als Bodenbearbeitung ein Fräsen mit einer Schlitzwandfräse durchgeführt wird. Eine Schlitzwandfräse weist mindestens ein Paar, vorzugsweise zwei Paare, von drehend angetriebenen Fräsrädern auf. Das Fräsen eines Frässchlitzes kann dabei in einem Einphasen-, Zweiphasen- oder einem CSM®-Verfahren durchgeführt werden, bei welchem in-situ in dem Frässchlitz durch die Fräse eine Bodenmörtelmischung hergestellt wird. Es können ein oder mehrere Fräsradantriebe vorgesehen sein.
  • Beim Bohren oder Fräsen kann bei der erfindungsgemäßen Steuer- und Auswerteeinheit auch eine Zuführung von Bindemittel-, Spül- und/oder Stützsuspension mit berücksichtigt sein. Insbesondere bei einem CSM®-Fräsverfahren kann bei einer Änderung der Drehzahl und der Vortriebsgeschwindigkeit eine Anpassung der Zuführung von Stütz- und Bindemittelsuspension zweckmäßig sein.
  • Das erfindungsgemäße Baugerät zur Bodenbearbeitung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und Auswerteeinheit vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, bei der Bodenbearbeitung mindestens eine Eingangsgröße der Drehantriebseinheit und/oder der Vorschubeinheit zu erfassen und zu speichern, mindestens eine resultierende Ausgangsgröße an dem Bodenbearbeitungswerkzeug zu erfassen und zu speichern und die mindestens eine Eingangsgröße in Bezug zu setzen mit der resultierenden Ausgangsgröße, wobei ein Bodenbearbeitungsgerät ermittelbar und abspeicherbar ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Baugerät kann insbesondere das zuvor beschriebene Verfahren zur Bodenbearbeitung durchgeführt werden. Es können dabei die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden.
  • Es können die verschiedensten Baugeräte zur Bodenbearbeitung und insbesondere zum Bodenabtrag eingesetzt werden. Ein besonders bevorzugtes Baugerät nach der Erfindung ist es, dass dieses ein Bohrgerät ist, bei welchem ein Bohrwerkzeug mittels der mindestens einen Drehantriebseinheit drehend angetrieben ist. Das Bohrwerkzeug kann dabei ein Bohreimer oder eine Bohrschnecke sein, welche vorzugsweise vertikal entlang eines Mastes oder eines Mäklers verfahrbar sind. Das Bohrgerät kann auch eine im Raum mehrachsig verstellbare Bohrlafette aufweisen, etwa wie es beim Ankerbohren oder beim HDI-Bohren zur Anwendung kommt. Grundsätzlich sind alle Bohrgeräte anwendbar, etwa zum Doppelkopfbohren oder Bohrgeräte mit Verrohrungsmaschine, bei welcher Bohrrohre in den Boden einbringbar sind.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass dieses eine Schlitzwandfräse ist, bei welcher Fräsräder mittels der mindestens einen Drehantriebseinheit angetrieben sind. Die Schlitzwandfräse weist dabei ein oder mehrere Fräsradpaare am unteren Ende eines Fräsrahmens auf. Der Fräsrahmen kann an einem Seil aufgehängt und über entsprechende Führungsplatten am Fräsrahmen im Frässchlitz geführt sein. Alternativ kann die Schlitzwandfräse auch an einer Führungsstange geführt und bewegbar sein.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einem Baugerät, welches mindestens eine Drehantriebseinheit zum drehenden Antreiben eines Bodenbearbeitungswerkzeugs und mindestens eine Vorschubeinheit aufweist, mit welcher das Bodenbearbeitungswerkzeug in den Boden eingebracht wird,
    wobei eine Steuer- und Auswerteeinheit vorgesehen ist, mit welcher
    - bei der Bodenbearbeitung mindestens eine Eingangsgröße der Drehantriebseinheit und/oder der Vorschubeinheit erfasst und gespeichert wird,
    - mindestens eine resultierende Ausgangsgröße an dem Bodenbearbeitungswerkzeug erfasst und gespeichert wird und
    - die mindestens eine Eingangsgröße in Bezug gesetzt wird mit der resultierenden Ausgangsgröße, wobei ein Bodenbearbeitungswert ermittelt und abgespeichert wird.,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuer- und Auswerteeinheit eine Datenbank aufweist, in welcher bevorzugte Eingangsgrößen für bestimmte Bodenbearbeitungswerte hinterlegt werden,
    dass durch die Steuer- und Auswerteeinheit ein aktueller Bodenbearbeitungswert mit in der Datenbank hinterlegten Bodenbearbeitungswerten verglichen wird und dass abhängig von dem Vergleich eine aktuelle Eingangsgröße geändert oder eine Änderung einem Gerätefahrer empfohlen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mindestens eine Eingangsgröße und/oder die mindestens eine Ausgangsgröße über die Zeit und/oder die Vortriebsstrecke erfasst und gespeichert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Eingangsgröße ein Drehmoment der Drehantriebseinheit, eine Vorschubkraft der Vorschubeinheit und/oder ein Druck oder ein Volumen in einem hydraulischen System zum Antreiben der Drehantriebseinheit und/oder der Vorschubeinheit ausgewählt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Ausgangsgröße eine Drehzahl und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit des Bodenbearbeitungswerkzeugs ausgewählt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass anhand der bei der Bodenbearbeitung über die Vortriebsstrecke ermittelten Bodenbearbeitungswerte ein Bodenprofil durch die Auswerte- und Steuereinheit ermittelt und gespeichert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch die Steuer- und Auswerteeinheit für das Bodenprofil bevorzugte Eingangsgrößen über die Vortriebsstrecke ermittelt und als ein Datensatz in der Datenbank hinterlegt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuer- und Auswerteeinheit für das Bodenprofil verschiedene Datensätze ermittelt und gespeichert werden, welche vorzugsweise hinsichtlich einem schnellen Vortrieb oder einer verschleißschonenden Drehzahl ermittelt und unterschieden werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Bodenbearbeitung ein Bohren mit einem Bohrwerkzeug durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Bodenbearbeitung ein Fräsen mit einer Schlitzwandfräse durchgeführt wird.
  10. Baugerät zur Bodenbearbeitung nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Drehantriebseinheit zum drehenden Antreiben eines Bodenbearbeitungswerkzeuges und einer Vorschubeinheit, mit welcher das Bodenbearbeitungswerkzeug in einer Vortriebsrichtung in den Boden einbringbar ist, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit,
    wobei die Steuer- und Auswerteeinheit zum Ermitteln eines Bodenbearbeitungswerts ausgebildet ist, wobei
    - bei der Bodenbearbeitung mindestens eine Eingangsgröße der Drehantriebseinheit und/oder der Vorschubeinheit erfasst und gespeichert wird,
    - mindestens eine resultierende Ausgangsgröße an dem Bodenbearbeitungswerkzeug erfasst und gespeichert wird, und
    - die mindestens eine Eingangsgröße in Bezug gesetzt wird mit der resultierenden Ausgangsgröße, wobei der Bodenbearbeitungswert ermittelt und abgespeichert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuer- und Auswerteeinheit eine Datenbank aufweist, in welcher bevorzugte Eingangsgrößen für bestimmte Bodenbearbeitungswerte hinterlegt sind, dass die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, einen aktuellen Bodenbearbeitungswert mit in der Datenbank hinterlegten Bodenbearbeitungswerten zu vergleichen und abhängig von dem Vergleich eine aktuelle Eingangsgröße zu ändern oder eine Änderung einem Gerätefahrer zu empfehlen.
  11. Baugerät nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dieses ein Bohrgerät ist, bei welchem ein Bohrwerkzeug mittels der mindestens einen Drehantriebseinheit drehend angetrieben ist.
  12. Baugerät nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dieses eine Schlitzwandfräse ist, bei welcher Fräsräder mittels der mindestens einen Drehantriebseinheit angetrieben sind.
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