EP3530811B1 - Verfahren zum einstellen der pfahlneigung - Google Patents

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EP3530811B1
EP3530811B1 EP19159059.5A EP19159059A EP3530811B1 EP 3530811 B1 EP3530811 B1 EP 3530811B1 EP 19159059 A EP19159059 A EP 19159059A EP 3530811 B1 EP3530811 B1 EP 3530811B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inclination
cylinder
attachment
pipe
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP19159059.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3530811A1 (de
Inventor
Dr. Patrick JUSSEL
Nicola Schlatter
Maximilian Mendler
Sebastian Wedl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Werk Nenzing GmbH
Original Assignee
Liebherr Werk Nenzing GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Werk Nenzing GmbH filed Critical Liebherr Werk Nenzing GmbH
Publication of EP3530811A1 publication Critical patent/EP3530811A1/de
Application granted granted Critical
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Active legal-status Critical Current
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    • 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
    • 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
    • E02D7/26—Placing by using several means simultaneously
    • 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
    • E02D7/28—Placing of hollow pipes or mould pipes by means arranged inside the piles or pipes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
    • E21B3/025—Surface drives for rotary drilling with a to-and-fro rotation of the tool

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting the inclination of the pile in an attachment according to claim 1.
  • An attachment for inserting casing in the pile foundation, in particular a casing lathe or pipe lathe, with a table for clamping and rotating a pipe, is also described, with at least one actuator is provided for adjusting the inclination of the table relative to the horizontal.
  • the cable excavator includes a boom and a gripper attached to the cable for excavating a borehole within a casing that has been laid in the ground.
  • a casing machine is mounted on the dragline, which includes an adjustable table for receiving the casing. While the casing string is rotated, the pipe being taken up is fed through the casing stringing machine pressed into the ground. This interaction lowers the casing into the ground while the duty cycle crane excavates the soil in the casing using the grab.
  • the pile is constructed precisely vertically or at a precisely predetermined angle of inclination. Accordingly, the deviation of the inclination of the inserted casing from this specification must be kept to a minimum for the operator of the casing-making machine.
  • this vertical alignment is primarily accomplished by the attachment operator and a helper. To align or check the entry angle of the drill pipe, the machine cycle is stopped and the helper measures the pipe inclination using a spirit level. Based on this, appropriate instructions are given to the operator, who adjusts the attachment until the pipe is vertical or at the desired angle. The pipe is then screwed in further and the checking procedure is repeated after a while.
  • the JP S59 15125 already discloses an attachment for inserting a pipe, in which the inclination is detected by means of an inclinometer and a corrective intervention in the process is carried out by a controller.
  • the idea of the present invention consists in implementing the alignment and checking of the angle of inclination of the casing in an automated or semi-automated manner, in order thereby to optimize the overall machine operation. In particular, it is desirable to be able to carry out this operation during regular operation in order to avoid a lengthy machine stoppage.
  • the method for adjusting the pole inclination in an attachment to equip the attachment with at least one sensor for detecting the inclination of the table.
  • a computing unit is integrated, which is configured to align the clamped pipe at a defined target angle depending on the sensor values, in particular by appropriately controlling the at least one actuator for adjusting the inclination of the table.
  • the sensor is an acceleration sensor for detecting the acceleration forces on the table, with the computer unit being configured to calculate the table inclination, taking into account the gravitational acceleration detected and acting on the table.
  • the actual angle is adjusted as soon as the base plate has ground contact, ground contact of the base plate being detected by means of one or more pressure sensors integrated in at least one lifting cylinder or in the hydraulic circuit of the lifting cylinder.
  • the mechanism explained above for the initial setting of the angle of inclination or for later checking of the correct and desired angle of inclination can take place automatically, without a person having to enter the danger area of the attachment for this purpose.
  • this automated or semi-automated assistant runs independently on the processing unit of the attachment.
  • the attachment is intended for mounting on a base machine.
  • a cable excavator or another drilling device can be considered as the carrier machine.
  • a suitable additional sensor for detecting the inclination of the table is, for example, an inclination sensor that directly detects the inclination of the table.
  • the use of a two-axis inclination sensor, which measures the inclination of the table, is advantageous detected about two axes, in particular about two horizontal axes, which are, for example, at right angles to one another.
  • the senor is an acceleration sensor, in particular a multi-axis acceleration sensor.
  • the acceleration forces recorded in this way on the table can be calculated back to the actual table inclination using the computing unit.
  • the gravitational acceleration of the table inclination acting on the table is recorded and taken into account.
  • At least one actuator is a cylinder, in particular a hydraulic or pneumatic cylinder.
  • a first cylinder is mounted, which enables a table inclination about a first horizontal axis and at least a second cylinder is arranged for adjusting the table inclination about a second horizontal axis perpendicular to the first horizontal axis.
  • at least the at least one first and/or the at least one second cylinder is preferably controlled accordingly by the computing unit depending on the detected angle of inclination.
  • the attachment comprises a base plate whose distance from the table can be varied in the longitudinal direction of the clamped pipe by means of at least one lifting actuator.
  • a lifting cylinder is particularly preferably suitable as the lifting actuator.
  • at least two lifting cylinders are installed on opposite sides of the table or the base plate, which extend parallel to one another between the base plate and the table. The distance between the base plate and the table can be infinitely adjusted by a piston movement of the lifting cylinder. To adjust the distance, both lifting cylinders are usually operated synchronously. The inclination of the table relative to the horizontal is adjusted by deviating retraction or extension movements of the respective lifting cylinders, which is used to adjust the inclination angle of the piping.
  • the control unit is configured to automatically carry out or release an inclination adjustment when the floor panel comes into contact with the floor.
  • the table is connected to a fixed structure of the attachment via at least one fixed steering rod.
  • the fixed attachment is usually used to mount the attachment on the carrier device and is advantageously firmly connected to the base plate.
  • the steering rod can be articulated to the table as well as to the fixed structure of the attachment.
  • a steering actuator can be provided in order to influence the pivoting angle of the steering rod relative to the horizontal. Due to the articulated connection to the table, the table can be tilted using the steering rod. in particular about a horizontal axis which is perpendicular to the horizontal axis about which the table tilts when the lifting cylinders are actuated.
  • At least one steering cylinder is suitable as a steering actuator, which is attached in an articulated manner to the steering rod on the one hand and is connected in an articulated manner to the fixed structure of the attachment on the other hand.
  • the attachment described includes a rotary drive for generating the rotary motion of the clamped casing about its longitudinal axis.
  • a complete and usually continuous rotation of the pipework around its longitudinal axis is generated, in particular by means of a motorized rotary drive.
  • an oscillating rotational movement of the clamped drill pipe is generated instead.
  • Such an oscillating rotational movement about the longitudinal axis of the pipe can be brought about by one or more oscillating cylinders.
  • the cylinders in particular the cylinder rods, are preferably mounted on the end or corner areas of the table, while the opposite side of the cylinder, ie the cylinder jacket, is attached to the fixed structure of the attachment.
  • a guide element can be provided on the fixed structure of the attachment, which is slidably guided to the fixed structure. The guide element can be used to hold the steering rod and/or the oscillating cylinder so that they can also be displaced in the vertical direction.
  • the present description also relates to a carrier machine, in particular a cable excavator or a suitable drilling device, with at least one mounted attachment according to the present description. Accordingly, the same advantages and properties result for the carrier machine as have already been explained above with reference to the attachment described. For this reason, a repeated description is dispensed with.
  • the carrier machine includes suitable excavation equipment such as a grab for so-called grab drilling.
  • This process can be used when starting up the attachment for the initial alignment of the clamped pipe.
  • the method is also suitable for continuous monitoring and readjustment of the angle of inclination during the ongoing piling process.
  • the method according to the invention is carried out as soon as the floor panel comes into contact with the floor. This is usually the case at the beginning of the process, since after the pipe has been clamped in, the lifting cylinders are extended until the base plate is in contact with the ground. For the subsequent pipework operation, this is usually raised so that the weight of the base plate also acts on the pipe. As the penetration depth of the casing progresses, it also comes into contact with the ground while the casing is in operation. If this is the case, it is advantageous if the actual angle of the casing is checked at this point in time and if necessary the setpoint angle or actual angle is adjusted.
  • ground contact can be automatically detected by one or more pressure sensors that are integrated within at least one of the built-in lifting cylinders.
  • a rotational movement of the tube or an oscillating rotational movement of the table is suspended for a correction of the actual angle. This is particularly the case when the angle of inclination has to be adjusted using the lifting cylinder, since in this case the base plate must first be brought into contact with the ground.
  • the angle of inclination of the table is adjusted by appropriate control of the steering cylinder.
  • the steering cylinder is usually freewheeling during the oscillating movement of the table, because the rotary movement of the table also leads to a change in length of the steering cylinder.
  • the progressive penetration depth of the piping and the corresponding lowering of the table also influences the extension length of the piston rod of the steering cylinder, in particular this decreases with increasing penetration depth.
  • a momentary locking operation of the steering cylinder which is otherwise in freewheel, can temporarily apply a torque to the table (while the oscillating movement is ongoing), which causes a change in the table inclination angle brings about.
  • the duration of the locking time of the steering cylinder depends on the previously determined deviation of the actual angle from the target angle. In particular, the blocking time is proportional to the detected deviation.
  • the procedure described above is understood as passive adjustment of the actual angle.
  • the actual angle can also be actively adjusted by means of the steering cylinder.
  • An active adjustment is made by actively adjusting the steering cylinder, i.e. by actively pressurizing one of the cylinder chambers during the oscillating movement of the table in order to achieve an active length adjustment of the cylinder. This energy supply ideally takes place at the turning point of the oscillating movement.
  • an assistant When creating piles using a casing casing machine (VRM) in combination with a cable excavator (grab drilling), an assistant should enable the vertical alignment of the casing without a person having to be in the danger area of the machine. Furthermore, the adjustment of the vertical alignment should not only be possible in the static case of a stationary VRM (no oscillation), but also a possibility for correcting the vertical alignment during operation (while screwing in) should be created.
  • VRM mounted casing oscillator
  • FIG. 1 When grab drilling with a VRM, two independent devices work together to create a pile.
  • Attached to it is a casing-making machine consisting of a base plate 201 and a table 301, which can be adjusted vertically in relation to the base plate.
  • a casing 100 is now driven into the ground with this casing-making machine as follows:
  • the table 301 is clamped to the casing 100, for example with the aid of a clamping cylinder.
  • the bottom plate 201 is raised, whereby the weight of the casing 100, the table 301 and the bottom plate 201 acts vertically downward on the casing.
  • the table 301 is set in motion, for example in horizontal oscillations (so-called casing machines) or in a continuous rotation (so-called pipe lathes).
  • the casing 100 is lowered into the ground, while the cable excavator 1 dredges the soil in the casing by means of the gripper 3 .
  • FIGS. 2a, 2b 10 show the casing stringer with casing string 100 in side and plan views.
  • the table 301 can be clamped to the tube 100 by means of clamps, for example.
  • the base plate 201 can be raised between the connection points 211, 311 and 212, 312, for example by means of a lifting cylinder.
  • the table 301 can rotate relative to the base plate 201 by a synchronized movement of the two oscillator cylinders between the connection points 313/413 and 314/414.
  • the fixed steering rod mounted between connection points 321/421 can adjust the inclination of the casing about the y-axis by moving a cylinder pivoted at points 215/415.
  • the inclination of the casing 100 around the x-axis can be adjusted by different lifting heights of the two lifting cylinders.
  • the pivot points 413, 414 and 421 can be moved horizontally by means of a guide 401 relative to the structure 202, which is fixedly connected to the base plate.
  • a tilt sensor or angle encoder 502 installed on the handlebars can be used to detect the table position for a casing depth measurement.
  • the central element of an automated adjustment of the inclination of a casing is the sensor 501 mounted on the table 301, which measures the inclination of the table 301 relative to the horizontal ("electronic spirit level").
  • This can be a two-axis inclination sensor 501, for example, which can measure the inclination of the table 301 in two axes.
  • it can be a multi-axis acceleration sensor that can completely record the acceleration forces on the table 301.
  • the inclination can be derived according to the acting gravitational acceleration.
  • the clamping of the table 301 to the casing 100 now ensures that the table 301 is perpendicular to the direction of the casing 100 . For example, if a casing 100 is planned in the direction of the z-axis (standard method), then the table 301 should be parallel to the xy-plane.
  • an inclination of the upper pipe end around the x-axis is denoted by the angle ⁇ (an inclination in the positive y-direction corresponds to a positive angle a), an inclination around the y-axis by the angle ⁇ (in a positive x- direction corresponds to a positive angle ⁇ ).
  • the alignment of the casing 100 is to be solved in a partially automated manner. As a result, no one has to enter the danger area, both the operator of the VRM and the driver of the cable excavator 1 can see the inclination of the casing 100 directly on their respective displays. The driver still has to do the rough adjustment by moving the cable excavator 1 manually.
  • the base plate 201 of the VRM is set down on the ground, now the fine adjustment can begin in peace (without oscillation): if the base plate 201 of the VRM is on the ground with the casing 100 jammed, a easy adjustment of the inclination sensor 501 on the table 301 with the two lifting cylinders and the steering cylinder the tubing 100 can be adjusted to the desired angle.
  • the length of the steering cylinder is changed by a corresponding control and one of the two lifting cylinders is lengthened.
  • the operator of the VRM can begin to oscillate, the tube 100 is twisted in, and the next method begins to take effect.
  • the main advantage of an electronic spirit level in a VRM with an integrated controller is the possibility that the setting of the pipe inclination can be checked during operation and corrected in the event of deviations without interruption.
  • three methods are presented how the inclination can be adjusted automatically: Automated adjustment around x-axis: The procedure is in figure 3 Explained in more detail: a simple algorithm determines whether the floor panel 201 is on the ground. According to the invention, this can be done by pressure sensors in the lifting cylinders. In the method presented here, the inclination of the table 301 (and thus the casing 100) is recorded and the work operation is corrected fully automatically.
  • the oscillation is stopped briefly and the corresponding lifting cylinder is raised until the angle of inclination is correct. Thereafter, the two lift cylinders are contracted to raise the bottom plate 201 and the oscillation is continued.
  • the lifting cylinders are only slightly retracted, so that ground contact is detected more frequently and the procedure for correcting the angle of inclination is carried out with a higher frequency. In this way, no intervention by the operator is necessary and no one has to go into the danger zone of the machine.
  • the procedure is in figure 4 shown in more detail: during ongoing oscillation, the measured angle of inclination around the y-axis is considered. If a deviation is found, this can be corrected by adjusting the steering cylinder.
  • the pivot point 321 of the steering rod moves on a segment of a circle when viewed from above, and the steering cylinder (215/415) is adjusted accordingly during the ongoing oscillation operation.
  • a change in length due to the lowering of the table 301 is added to this change in length.
  • the behavior of the steering cylinder is in detail in figure 6 clarifies: during the screwing in, the tube 100 and thus also the table 301 move downwards, shown in figure 6 .
  • the steering cylinder is freewheeling during the oscillation and changes its length in an oscillating manner, as shown in Figure 6b is shown.
  • the length of the steering cylinder can alternatively also be actively influenced by hydraulic fluid being supplied to one of the two cylinder chambers of the steering cylinder. This supply can happen at any time, this supply is optimal at the turning point of the oscillating movement (corresponds to the local minima and maxima of the curve Figure 6b ).
  • a cable excavator 1 drives to a point where a pile is being founded using casing.
  • the cable excavator 1 lifts the first section of the casing 100 into the VRM and roughly aligns the verticality using a cable.
  • the table 301 is clamped in relation to the pipe section 100 by means of hydraulics.
  • the pipe is placed in the x and y direction by means of differential GPS, and now the verticality adjustment begins: the operator of the VRM puts down the base plate 201 of the VRM and starts the automatic alignment at rest.
  • the control unit determines an inclination in the x-direction and y-direction.
  • One of the two lifting cylinders is raised until the verticality around the x-axis (or inclination in the y-direction) is fixed.
  • the length of the steering cylinder is changed until the verticality around the y-axis (inclination in the x-direction) is approximately correct. A more precise setup is not necessary at this point, since the verticality can still fluctuate in the first few meters.
  • the screwing-in process now begins with an automated set-up assistant: the table 301 is clamped to the casing 100 with the aid of the clamping cylinder, the two lifting cylinders lift the table 301 a few centimetres, the two oscillating cylinders set the table in rotary motion, the dead weight of the casing 100 plus the additional weight the VRM push the tube 100 into the ground.
  • an inclination around the x-axis is automatically measured and corrected in the event of deviations (according to the "automated adjustment around the x-axis" method). Irrespective of this, the inclination around the y-axis is continuously measured during the first 2-6 meters and continuously corrected (according to the active or passive method).
  • the verticality of the pipe 100 is fixed, it cannot be changed further either by the screwing process or by the cylinders, the adjustment is complete.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Pfahlneigung bei einem Anbaugerät gemäß Anspruch 1. Beschrieben wird auch ein Anbaugerät zum Einbringen einer Verrohrung bei der Pfahlgründung, insbesondere eine Verrohrungs- oder Rohrdrehmaschine, mit einem Tisch zum Einspannen und Rotieren eines Rohres, wobei wenigstens ein Aktor zur Neigungsverstellung des Tisches gegenüber der Horizontalen vorgesehen ist.
  • Beim Erstellen von Pfählen mittels des gattungsgemäßen Anbaugerätes in Kombination mit einer Trägermaschine, insbesondere einem Seilbagger, arbeiten zwei an und für sich unabhängige Geräte gemeinsam. Der Seilbagger umfasst einen Ausleger und einen am Seil befestigten Greifer für das Ausgraben eines Bohrloches innerhalb einer in das Erdreich eingebrachten Verrohrung. Zur in etwa gleichzeitigen Einbringung der Verrohrung ist am Seilbagger eine Verrohrungsmaschine montiert, die einen verstellbaren Tisch zur Aufnahme der Verrohrung umfasst. Unter gleichzeitiger Rotation der Verrohung wird das aufgenommene Rohr durch die Verrohrungsmaschine in den Boden gepresst. Durch dieses Zusammenspiel senkt sich die Verrohrung in den Boden, während der Seilbagger das Erdreich in der Verrohrung mittels des Greifers ausbaggert.
  • Bei der Erstellung eines Pfahls ist eines der wichtigsten Qualitätsmerkmale, dass der Pfahl präzise vertikal bzw. mit einem präzise vorher bestimmten Neigungswinkel erstellt wird. Für den Bediener der Verrohrungsmaschine ist dementsprechend die Abweichung der Neigung der eingebrachten Verrohrung von dieser Vorgabe minimal zu halten. Bei konventionellen, gemäß dem Stand der Technik verfügbaren Verrohrungsmaschinen wird diese vertikale Ausrichtung hauptsächlich durch den Bediener des Anbaugerätes sowie einem Helfer gelöst. Für die Ausrichtung bzw. Überprüfung des Eintrittswinkels des Bohrrohres wird der Maschinenablauf gestoppt und der Helfer misst mittels Wasserwaage die Rohrneigung. Darauf basierend werden entsprechende Anweisungen an den Bediener erteilt, dieser das Anbaugerät solange einstellt, bis das Rohr vertikal bzw. im gewünschten Winkel ausgerichtet ist. Anschließend wird das Rohr weiter eingedreht, und die Überprüfungsprozedur nach einiger Zeit wiederholt.
  • Nachteilig an diesem Vorgehen ist jedoch, dass die Genauigkeit der Justierung stark von der Erfahrung des Bedieners sowie des Helfers abhängt. Für das Sicherstellen der vertikalen Ausrichtung muss die Maschine jedes Mal gestoppt werden, da ein Helfer sich in den Gefahrenbereich der Maschine begeben muss. Zudem ist diese Messung zeitaufwendig und die Maschine kann erst nach Abschluss der Messung wieder ihren Betrieb aufnehmen.
  • Die JP S59 15125 offenbart bereits ein Anbaugerät zum Einbringen eines Rohres, bei diesem die Neigung mittels Neigungsmesser erkannt und ein korrigierender Eingriff in den Prozess durch eine Steuerung erfolgt.
  • Die Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Ausrichten und Überprüfen des Neigungswinkels der Verrohrung automatisiert bzw. teilautomatisiert umzusetzen, um dadurch den Maschinenbetrieb insgesamt zu optimieren. Insbesondere ist es wünschenswert, diesen Vorgang während des regulären Betriebs ausführen zu können, um einen langwierigen Maschinenstopp zu vermeiden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß wird für das Verfahren zum Einstellen der Pfahlneigung bei einem Anbaugerät vorgeschlagen, das Anbaugerät mit wenigstens einem Sensor zur Erfassung der Tischneigung auszustatten. Darüber hinaus wird eine Recheneinheit integriert, die konfiguriert ist, das eingespannte Rohr in Abhängigkeit der Sensorwerte in einem definierten Sollwinkel auszurichten, dies insbesondere durch entsprechende Ansteuerung des wenigstens einen Aktors zur Neigungsverstellung des Tisches. Erfindungsgemäß ist der Sensor ein Beschleunigungssensor zur Erfassung der Beschleunigungskräfte am Tisch, wobei die Rechnereinheit so konfiguriert ist, die Tischneigung unter Berücksichtigung der erfassten und am Tisch wirkenden Erdbeschleunigung zu berechnen. Weiter Erfindungsgemäß erfolgt eine Anpassung des Ist-Winkels, sobald die Bodenplatte Bodenkontakt hat, wobei ein Bodenkontakt der Bodenplatte mittels eines oder mehreren in wenigstens einem Hubzylinder bzw. im Hydraulikkreis des Hubzylinders integrierten Drucksensoren festgestellt wird.
  • Dementsprechend kann der vorstehend erläuterte Mechanismus zum erstmaligen Einstellen des Neigungswinkels bzw. zur späteren Überprüfung des korrekten und gewünschten Neigungswinkels automatisiert ablaufen, ohne dass sich hierfür eine Person in den Gefahrenbereich des Anbaugerätes begeben muss. Idealerweise läuft dieser automatisierte bzw. teilautomatisierte Assistent autark auf der Recheneinheit des Anbaugerätes ab. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Funktion dieser Automatisierung bzw. zumindest Teilfunktionen des Verfahrens auf das Trägergerät auszulagern.
  • Das Anbaugerät ist für eine Montage an einer Trägermaschine gedacht. Als Trägermaschine kommt insbesondere ein Seilbagger oder ein sonstiges Bohrgerät in Betracht.
  • Als passender zusätzlicher Sensor für die Erfassung der Tischneigung dient beispielsweise ein Neigungssensor, der die Neigung des Tisches unmittelbar erfasst. Von Vorteil ist der Einsatz eines zweiachsigen Neigungssensors, der die Tischneigung um zwei Achsen, insbesondere um zwei Horizontalachsen erfasst, die bspw. im rechten Winkel zueinander liegen.
  • Erfindungsgemäß ist der Sensor ein Beschleunigungssensor, insbesondere ein mehrachsiger Beschleunigungssensor. Die hierdurch erfassten Beschleunigungskräfte am Tisch können mittels der Recheneinheit auf die tatsächliche Tischneigung zurückgerechnet werden. Insbesondere wird hierbei die am Tisch wirkende Erdbeschleunigung der Tischneigung erfasst und berücksichtigt.
  • Wenigstens ein Aktor ist ein Zylinder, insbesondere ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder. Für die Verstellung der Tischneigung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein erster Zylinder montiert ist, der eine Tischneigung um eine erste Horizontalachse ermöglicht und wenigstens ein zweiter Zylinder zur Verstellung der Tischneigung um eine senkrecht zur ersten Horizontalachse liegenden zweiten Horizontalachse angeordnet ist. Für die Neigungseinstellung des Tisches bzw. Sollwinkeleinstellung des Rohres wird in Abhängigkeit der erfassten Neigungswinkel vorzugsweise durch die Recheneinheit zumindest der wenigstens eine erste und/oder der wenigstens eine zweite Zylinder entsprechend angesteuert.
  • Gemäß einer konkreten Umsetzung kann vorgesehen sein, dass das Anbaugerät eine Bodenplatte umfasst, deren Abstand zum Tisch in Längsrichtung des eingespannten Rohres mittels wenigstens eines Hubaktors variierbar ist. Als Hubaktor ist besonders bevorzugt ein Hubzylinder geeignet. Denkbar ist es ebenso, dass wenigstens zwei Hubzylinder auf gegenüberliegenden Seiten des Tisches bzw. der Bodenplatte installiert sind, die sich parallel zueinander zwischen Bodenplatte und Tisch erstrecken. Durch eine Kolbenbewegung der Hubzylinder lässt sich der Abstand zwischen Bodenplatte und Tisch stufenlos einstellen. Zur Einstellung des Abstands werden üblicherweise beide Hubzylinder synchron betätigt. Durch abweichende Einfahr- bzw. Ausfahrbewegungen der jeweiligen Hubzylinder wird die Neigung des Tisches gegenüber der Horizontalen verstellt, was zur Einstellung des Neigungswinkels der Verrohrung genutzt wird.
  • Für die Einstellung der Tischneigung mittels der Hubzylinder ist es zweckmäßig, wenn die Bodenplatte Bodenkontakt hat. Insbesondere ist die Steuereinheit konfiguriert, eine Neigungseinstellung bei einem Bodenkontakt der Bodenplatte automatisch auszuführen bzw. freizugeben. Nach erfolgter Ausrichtung der Verrohrung wird die Bodenplatte wieder angehoben und der Verrohrungsprozess fortgesetzt.
  • Gemäß weiterer Ausführungsform eines Anbaugerätes kann vorgesehen sein, dass der Tisch über wenigstens eine feste Lenkstange mit einem feststehenden Aufbau des Anbaugerätes verbunden ist. Der feststehende Anbau dient in der Regel zur Montage des Anbaugerätes am Trägergerät und ist vorteilhafterweise fest mit der Bodenplatte verbunden. Die Lenkstange kann gelenkig mit dem Tisch als auch mit dem feststehenden Aufbau des Anbaugerätes verbunden sein. Ergänzend kann ein Lenkaktor vorgesehen sein, um den Schwenkwinkel der Lenkstange gegenüber der Horizontalen zu beeinflussen. Durch die gelenkige Anbindung am Tisch kann mittels der Lenkstange eine Neigung des Tisches bewirkt werden. insbesondere um eine Horizontalachse, die senkrecht zu der Horizontalachse steht, um die sich der Tisch bei Betätigung der Hubzylinder neigt. Als Lenkaktor eignet sich wenigstens ein Lenkzylinder, der einerseits gelenkig an der Lenkstange angebracht und andererseits gelenkig mit dem feststehenden Aufbau des Anbaugerätes verbunden ist.
  • Das beschriebene Anbaugerät umfasst einen Rotationsantrieb zur Erzeugung der Rotationsbewegung der eingespannten Verrohrung um deren Längsachse. Bei Rohrdrehmaschinen wird eine vollständige und meist kontinuierliche Umdrehung der Verrohrung um ihre Längsachse erzeugt, insbesondere mittels eines motorischen Drehantriebes. Bei Verrohrungsmaschinen wird stattdessen eine oszillierende Rotationsbewegung des eingespannten Bohrrohres erzeugt. Eine solche oszillierende Drehbewegung um die Rohrlängsachse kann durch ein oder mehrerer Oszillationszylinder bewirkt werden. Diese greifen seitlich versetzt am Tisch an und erzeugen durch abwechselnde Stangenbewegungen eine oszillierende Rotationsbewegung des Tisches um eine Vertikalachse. Vorzugsweise sind die Zylinder, insbesondere die Zylinderstangen, an End- bzw. Eckbereichen des Tisches montiert, während die gegenüberliegende Zylinderseite, d.h. der Zylindermantel, am feststehenden Aufbau des Anbaugerätes befestigt ist. Weiterhin kann ein Führungselement am feststehenden Aufbau des Anbaugerätes vorgesehen sein, das verschiebbar zum feststehenden Aufbau geführt ist. Das Führungselement kann zur Aufnahme der Lenkstange und/oder der Oszillierzylinder dienen, um diese ebenfalls in Vertikalrichtung versetzen zu können.
  • Neben dem beschriebenen Anbaugerät betrifft die vorliegende Beschreibung zudem eine Trägermaschine, insbesondere einen Seilbagger oder ein geeignetes Bohrgerät, mit wenigstens einem montierten Anbaugerät gemäß der vorliegenden Beschreibung. Dementsprechend ergeben sich für die Trägermaschine dieselben Vorteile und Eigenschaften, wie sie bereits vorstehend anhand des beschriebenen Anbaugerätes erläutert wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet. Die Trägermaschine umfasst ein geeignetes Aushubgerät wie einen Greifer zum sogenannten Greiferbohren.
  • Beansprucht wird ein Verfahren zum Einstellen der Pfahlneigung bei einem Anbaugerät gemäß Anspruch 1. Dieses Verfahren setzt sich im Wesentlichen aus den folgenden Schritten zusammen:
    • Festlegen eines Sollwinkels eines eingespannten Rohres in dem dies in den Boden eingebracht werden soll. Üblicherweise wird das Rohr mit vertikaler Ausrichtung senkrecht in den Boden eingebracht. Anwendungsabhängig kann jedoch auch eine zur Horizontalen geneigte Einbringung der Verrohrung gewünscht sein.
    • Gemäß einem weiteren Schritt wird der Ist-Winkel der Verrohung mit Hilfe wenigstens eines der installierten Sensoren erfasst, insbesondere mittels des Neigungssensors bzw. Beschleunigungssensors. Mithilfe der Sensoren lässt sich die Tischneigung gegenüber der Horizontalen und entsprechend der Neigungswinkel des eingespannten Rohres bestimmen.
    • Durch Vergleich des Ist-Winkels mit dem Sollwinkel wird eine Abweichung bestimmt. Liegt diese außerhalb eines entsprechenden Toleranzwertes, so kommt es zu einer Ansteuerung wenigstens eines Aktors zur Neigungsverstellung des Tisches, um den Ist-Winkel an den Sollwinkel heranzuführen.
    • Eine Anpassung des Ist-Winkels erfolgt, sobald die Bodenplatte Bodenkontakt hat, wobei ein Bodenkontakt der Bodenplatte mittels eines oder mehreren in wenigstens einem Hubzylinder bzw. im Hydraulikkreis des Hubzylinders integrierten Hubsensoren festgestellt wird.
  • Dieser Vorgang kann bei der Inbetriebnahme des Anbaugerätes zur initialen Ausrichtung des eingespannten Rohres zum Einsatz kommen. Ferner eignet sich das Verfahren auch zur kontinuierlichen Überwachung und Nachjustierung des Neigungswinkels während des laufenden Pfahlungsvorgangs.
  • Damit eine nachträgliche bzw. initiale Ausrichtung des Rohres mithilfe der Hubzylinder erfolgen kann, ist ein Bodenkontakt der Bodenplatte notwendig. Demzufolge wird das Verfahren erfindungsgemäß dann ausgeführt, sobald die Bodenplatte in Bodenkontakt kommt. Dies ist üblicherweise zu Beginn des Verfahrens der Fall, da hierbei nach dem Einspannen des Rohres die Hubzylinder soweit ausgefahren werden, bis die Bodenplatte Bodenkontakt hat. Für den nachfolgenden Verrohrungsbetrieb wird diese üblicherweise angehoben, sodass die Gewichtskraft der Bodenplatte zusätzlich auf das Rohr wirkt. Bei fortschreitender Eindringtiefe der Verrohrung kommt diese auch während des laufenden Verrohrungsbetriebs in Bodenkontakt. Ist dies der Fall, ist es vorteilhaft, wenn zu diesem Zeitpunkt der Ist-Winkel der Verrohrung kontrolliert wird und gegebenenfalls eine Anpassung des Soll-Winkels bzw. Ist-Winkels erfolgt.
  • Eine automatische Erkennung des Bodenkontaktes kann erfindungsgemäß durch ein oder mehrere Drucksensoren erfolgen, die innerhalb wenigstens einem der verbauten Hubzylinder integriert sind.
  • Ferner ist es vorteilhaft, dass für eine Korrektur des Ist-Winkels eine Rotationsbewegung des Rohres bzw. eine oszillierende Drehbewegung des Tisches ausgesetzt wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn eine Anpassung des Neigungswinkels mithilfe der Hubzylinder zu erfolgen hat, da in diesem Fall die Bodenplatte zunächst in Bodenkontakt verbracht werden muss.
  • Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, den Neigungswinkel des Rohres bzw. des Tisches während des regulären Verrohrungsbetriebs, d.h. auch bei einer rotierenden Bewegung des Rohres vorzunehmen. Hierbei wird durch eine passende Ansteuerung des Lenkzylinders der Neigungswinkel des Tisches justiert. Der Lenkzylinder befindet sich üblicherweise im Freilauf während der oszillierenden Bewegung des Tisches, denn die Drehbewegung des Tisches führt gleichzeitig zu einer Längenveränderung des Lenkzylinders. Auch die fortschreitende Eindringtiefe der Verrohrung und das entsprechende Absenken des Tisches nimmt Einfluss auf die Ausfahrlänge der Kolbenstange des Lenkzylinders, insbesondere nimmt diese mit zunehmender Eindringtiefe ab. Wird im laufenden Betrieb festgestellt, dass der Ist-Winkel der Verrohrung vom Soll-Winkel abweicht, kann durch eine kurzzeitige Sperroperation des ansonsten im Freilauf befindlichen Lenkzylinders temporär ein Drehmoment auf den Tisch aufgebracht werden (bei laufender oszillierender Bewegung), das eine Änderung des Tischneigungswinkels herbei führt. Die Dauer der Sperrzeit des Lenkzylinders hängt von der zuvor bestimmten Abweichung des Ist-Winkels vom Soll-Winkel ab. Insbesondere verhält sich die Sperrzeit proportional zur festgestellten Abweichung.
  • Die vorbeschriebene Vorgehensweise wird als passive Anpassung des Ist-Winkels verstanden. Alternativ dazu kann auch eine aktive Anpassung des Ist-Winkels mittels des Lenkzylinders erfolgen. Eine aktive Anpassung erfolgt durch aktive Verstellung des Lenkzylinders, d.h. durch aktive Druckbeaufschlagung einer der Zylinderkammern während der oszillierenden Bewegung des Tisches, um eine aktive Längenverstellung des Zylinders zu erreichen. Diese Energiezuführung erfolgt idealerweise im Wendepunkt der Oszillationsbewegung.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine schematische Darstellung einer Trägermaschine mit montiertem Anbaugerät für die Pfahlgründung;
    Figuren 2a, 2b:
    Detailansichten des beschriebenen Anbaugerätes in einer Seiten- und Draufsicht;
    Figur 3:
    ein Ablaufdiagramm zum automatisierten Einstellen des Neigungswinkels der Verrohrung in Y-Richtung;
    Figur 4:
    ein Ablaufdiagramm zum automatisierten Einstellen des Neigungswinkels der Verrohrung in X-Richtung gemäß dem Passiv-Verfahren;
    Figur 5:
    ein Ablaufdiagramm zum automatisierten Einstellen des Neigungswinkels der Verrohrung in X-Richtung gemäß der aktiven Vorgehensweise und
    Figuren 6a, 6b:
    eine Diagrammdarstellung des Verlaufs der Rohrtiefe während dem Eindrehen sowie eine weitere Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung der Ausfahrlänge des Lenkzylinders über die Zeit.
  • Beim Erstellen von Pfählen mittels einer Verrohrungsmaschine (VRM) in Kombination mit einem Seilbagger (Greiferbohren) soll durch einen Assistenten die vertikale Ausrichtung der Verrohrung ermöglicht werden, ohne dass sich eine Person im Gefahrenbereich der Maschine aufhalten muss. Des Weiteren soll die Einstellung der vertikalen Ausrichtung nicht nur im statischen Fall einer ruhenden VRM (keine Oszillation) möglich sein, sondern auch eine Möglichkeit für das Korrigieren der vertikalen Ausrichtung im laufenden Betrieb (während dem Eindrehen) geschaffen werden.
  • Vorab werden einige Details des grundlegenden Aufbaus der Trägermaschine, hier ein Seilbagger, sowie der montierten Verrohrungsmaschine (VRM) beschrieben.
  • Beim Greiferbohren mit einer VRM arbeiten zwei an und für sich unabhängige Geräte gemeinsam am Erstellen eines Pfahls. Wie in Figur 1 beispielhaft dargestellt übernimmt der Seilbagger 1 mit einem drehbaren Oberwagen, einem Ausleger 2 und einem Greifer 3 das Ausgraben eines Lochs. Daran befestigt ist eine Verrohrungsmaschine, bestehend aus einer Bodenplatte 201 und einem gegenüber der Bodenplatte im Vertikalabstand verstellbaren Tisch 301.
  • Mit dieser Verrohrungsmaschine wird nun eine Verrohrung 100 folgendermaßen in den Boden eingetrieben: Der Tisch 301 wird beispielweise mit Hilfe eines Spannzylinders mit der Verrohrung 100 verklemmt. Anschließend wird die Bodenplatte 201 angehoben, wodurch die Gewichtskraft der Verrohrung 100, des Tisches 301 und der Bodenplatte 201 vertikal nach unten auf die Verrohrung wirkt. Um die Haftreibung zu überwinden, wird in einem weiteren Schritt der Tisch 301 in Bewegung versetzt, beispielsweise in horizontale Oszillationen (sogenannte Verrohrungsmaschinen) oder auch in eine kontinuierliche Rotation (sogenannte Rohrdrehmaschinen). Durch dieses Zusammenspiel senkt sich die Verrohrung 100 in den Boden, während der Seilbagger 1 das Erdreich in der Verrohrung mittels des Greifers 3 ausbaggert.
  • Weitere Details der Verrohrungsmaschine sind den Figuren 2a, 2b zu entnehmen, welche die Verrohrungsmaschine mit Verrohrung 100 in einer Seiten- und Draufsicht zeigen. Der Tisch 301 kann beispielsweise mittels Klemmen mit dem Rohr 100 verklemmt werden. Die Bodenplatte 201 kann bei verklemmtem Rohr 100 beispielsweise über Hubzylinder zwischen den Verbindungsstellen 211, 311 und 212, 312 angehoben werden. Durch eine synchronisierte Bewegungen der beiden Oszillatorzylinder zwischen den Verbindungsstellen 313/413 und 314/414 kann der Tisch 301 gegenüber der Bodenplatte 201 Drehbewegungen durchführen. Die fixe Lenkstange, die zwischen den Verbindungspunkten 321/421 montiert ist, kann durch Bewegung eines an den Punkten 215/415 angelenkten Zylinders die Neigung der Verrohrung um die y-Achse einstellen. Durch unterschiedliche Hubhöhe der beiden Hubzylinder kann die Neigung der Verrohrung 100 um die x-Achse eingestellt werden.
  • Die Drehpunkte 413, 414 und 421 lassen sich mittels einer Führung 401 horizontal gegenüber dem fix mit der Bodenplatte verbundenen Aufbau 202 verschieben. Ein an der Lenkstange installierter Neigungssensor oder Winkelgeber 502 kann bspw. zur Erfassung der Tischposition für ene Messung der Verrohrungstiefe genutzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung der Neigung des Pfahls soll nachfolgend eingehend beschrieben werden. Bei der Erstellung eines Pfahls ist eines der wichtigsten Qualitätsmerkmale, dass der Pfahl präzise vertikal (bzw. mit einem präzise vorher bestimmten Neigungswinkel) erstellt wird. Für den Bediener der Maschine ist die Abweichung von dieser Vorgabe minimal zu halten. In den folgenden Absätzen wird eine Methode beschrieben, wie bei einer intelligenten Verrohrungsmaschine gemäß der vorliegenden Beschreibung und wie sie bereits anhand der Figuren 1, 2a, 2b beschrieben wurde die Einstellung eines Neigungswinkels automatisiert während des laufenden Betriebs durchgeführt werden kann.
  • Zentrales Element einer automatisierten Einstellung der Neigung einer Verrohrung ist der auf dem Tisch 301 montierte Sensor 501, der die Neigung des Tisches 301 gegenüber der Horizontalen misst ("Elektronische Wasserwaage"). Dabei kann es sich beispielsweise um einen zweiachsigen Neigungssensor 501 handeln, der die Neigung des Tisches 301 in zwei Achsen messen kann. Oder es kann sich etwa um einen mehrachsigen Beschleunigungsgeber handeln, der die Beschleunigungskräfte am Tisch 301 vollständig erfassen kann, die Neigung lässt sich in diesem Fall entsprechend der wirkenden Erdbeschleunigung ableiten. Durch das Verklemmen des Tisches 301 mit der Verrohrung 100 ist nun gewährleistet, dass der Tisch 301 senkrecht zur Richtung der Verrohrung 100 ist. Ist beispielsweise eine Verrohrung 100 in Richtung der z-Achse geplant (Standardverfahren), so sollte der Tisch 301 parallel zur xy-Ebene sein.
  • Zwei Prozesse stellen nun den Winkel der Verrohrung ein:
    1. a) der Neigungswinkel um die x-Achse kann nur eingestellt werden, wenn die Bodenplatte 201 am Boden aufliegt. Durch Längenänderung von einem der beiden Hubzylinder (während der andere Zylinder blockiert ist) wird ein Drehmoment auf das Rohr 100 ausgeübt. Wenn das Rohr 100 noch nicht zu tief eingedreht ist, kann so die Neigung in y-Richtung verändert werden: Der an den Verbindungspunkten 211/311 befestigte Hubzylinder wird ausgefahren und der an den Punkten 212/312 angelenkte Hubzylinder wird blockiert. Hierdurch neigt sich das obere Ende des Rohrs 100 in negativer y-Richtung. Wird hingegen der Hubzylinder zwischen den Punkten 211/311 blockiert und der Hubzylinder zwischen den Verbindungspunkten 212/312 stattdessen ausgefahren, so neigt sich das obere Ende des Rohrs 100 in positiver y-Richtung.
    2. b) der Neigungswinkel der Verrohrung 100 um die y-Achse kann durch eine Längenänderung des Lenkzylinders (Zylinder zwischen den Punkten 215/415) verändert werden. Wird der Lenkzylinder verkürzt, so wird die zwischen den Punkten 321/421 befestigte Lenkstange zum Bagger 1 herangezogen (negative x Richtung) und der obere Teil des Rohrs 100 neigt sich entsprechend. Wird der Lenkzylinder verlängert, schiebt sich das obere Ende des Rohrs 100 vom Bagger 1 weg (positive x Richtung).
  • In weiterer Folge wird eine Neigung des oberen Rohrendes um die x-Achse mit dem Winkel α bezeichnet (eine Neigung in positiver y-Richtung entspricht einem positiven Winkel a), eine Neigung um die y-Achse mit dem Winkel β (in positiver x-Richtung entspricht positivem Winkel β).
    • Methode zum Teil-automatisierten initialen Einstellen des Neigungswinkels der Verrohrung
  • In der hier vorgestellten Methode soll das Ausrichten der Verrohrung 100 teilautomatisiert gelöst werden. Dadurch muss keine Person mehr den Gefahrenbereich betreten, sowohl der Bediener der VRM als auch der Fahrer des Seilbaggers 1 sehen direkt auf ihren jeweiligen Anzeigen die Neigung der Verrohrung 100. Die grobe Einstellung durch Verfahren des Seilbaggers 1 hat weiterhin manuell der Fahrer zu erledigen. Sobald das Rohr 100 grob eingerichtet ist, wird die Bodenplatte 201 der VRM am Boden abgesetzt, nun kann die feine Einstellung in Ruhe (ohne Oszillation) beginnen: wenn sich bei verklemmter Verrohrung 100 die Bodenplatte 201 der VRM am Boden befindet, so kann durch einen einfachen Abgleich des Neigungssensors 501 am Tisch 301 mit den beiden Hubzylindern sowie dem Lenkzylinder die Verrohrung 100 entsprechend dem gewünschten Winkel eingestellt werden. Dazu wird durch eine entsprechende Ansteuerung die Länge des Lenkzylinders verändert sowie einer der beiden Hubzylinder verlängert.
  • Nach dieser Einstellung bei ruhender VRM kann der Bediener der VRM mit dem Oszillieren beginnen, das Rohr 100 wird eingedreht, und die nächste Methode beginnt zu greifen.
    • Methode zum Automatisierten Einstellen bei fahrender VRM
  • Der hauptsächliche Vorteil einer elektronischen Wasserwaage in einer VRM mit einer integrierten Steuerung ist die Möglichkeit, dass die Einstellung der Rohrneigung im laufenden Betrieb kontrolliert und bei Abweichungen auch ohne Unterbrechung korrigiert werden kann. In den folgenden Absätzen werden drei Methoden vorgestellt, wie die Neigung automatisiert eingestellt werden kann:
    Automatisierte Einstellung um x-Achse:
    Das Verfahren ist in Figur 3 genauer erläutert: ein einfacher Algorithmus bestimmt, ob sich die Bodenplatte 201 am Boden befindet. Dies kann erfindungsgemäß durch Drucksensoren in den Hubzylindern geschehen. In der hier vorgestellten Methode wird die Neigung des Tisches 301 (und damit der Verrohrung 100) erfasst und vollautomatisch werden des Arbeitsbetriebes korrigiert. Falls es eine Abweichung des Winkels gibt, so wird das Oszillieren kurz gestoppt, der entsprechende Hubzylinder wird so lange angehoben, bis der Neigungswinkel stimmt. Im Anschluss werden die beiden Hubzylinder eingefahren, um die Bodenplatte 201 anzuheben, und das Oszillieren wird fortgesetzt. Um zu Beginn ein regelmäßiges ausrichten um die x-Achse zu gewährleisten, werden die Hubzylinder nur geringfügig eingefahren, so dass häufiger ein Bodenkontakt erkannt und das Verfahren zur Korrektur des Neigungswinkel mit höherer Frequenz zur Ausführung kommt. Auf diese Weise ist kein Eingreifen durch den Bediener notwendig und kein Mensch muss sich in den Gefahrenbereich der Maschine begeben.
    • Automatisierte Einstellung um v-Achse, passives Verfahren:
  • Das Verfahren ist in Figur 4 genauer dargestellt: beim laufenden Oszillieren wird der gemessene Neigungswinkel um die y-Achse betrachtet. Falls eine Abweichung festgestellt wird, kann diese durch verstellen des Lenkzylinders korrigiert werden. Während des Oszillierens bewegt sich der Anlenkpunkt 321 der Lenkstange von oben gesehen auf einem Kreissegment, entsprechend verstellt sich der Lenkzylinder (215/415) im laufenden Oszillationsbetrieb. Zu dieser Längenänderung kommt eine Längenänderung aufgrund des Absenkens des Tisches 301 hinzu. Das Verhalten des Lenkzylinders ist im Detail in Figur 6 verdeutlicht: während dem Eindrehen bewegt sich das Rohr 100 und damit auch der Tisch 301 nach unten, dargestellt in Figur 6. Der Lenkzylinder ist während dem Oszillieren im Freilauf und verändert oszillierend seine Länge, wie dies in Figur 6b gezeigt ist.
  • Beim passiven Verfahren wird nun durch entsprechende Algorithmen und/oder Sensoren festgestellt, ob die Länge des Lenkzylinders größer oder kleiner wird. Wird nun entsprechend der Logik gemäß dem Ablaufdiagramm der Figur 4 zum entsprechenden Zeitpunkt der Lenkzylinder hydraulisch gesperrt (Zeitdauer der Sperre ist proportional zur festgestellten Winkelabweichung), so übt die Lenkstange ein Drehmoment auf die Verrohrung 100 aus und der Winkel kann korrigiert werden. Typischerweise werden Verrohrungen 100 senkrecht erstellt (βs = 0), es gibt allerdings auch Fälle, bei denen ein kleiner Sollwinkel βs vorgegeben ist (geneigtes Rohr).
    • Automatisierte Einstellung um y-Achse aktives Verfahren:
  • Im Unterschied zum passiven Verfahren kann alternativ auch die Länge des Lenkzylinders aktiv beeinflusst werden, indem Hydraulikflüssigkeit einer der beiden Zylinderkammern des Lenkzylinders zugeführt wird. Diese Zufuhr kann zu jedem Zeitpunkt geschehen, optimal ist diese Zufuhr im Wendepunkte der Oszillationsbewegung (entspricht den lokalen Minima und Maxima der Kurve gemäß Figur 6b).
    • Praktisches Anwendungsbeispiel
  • Ein Seilbagger 1 fährt mit angehängter VRM an einen Punkt, an dem mittels Verrohrung ein Pfahl gegründet wird. Der Seilbagger 1 hebt das erste Teilstück der Verrohrung 100 in die VRM und richtet mittels Seil grob die Vertikalität aus. Mittels Hydraulik wird der Tisch 301 gegenüber dem Rohrteilstück 100 verklemmt. Mittels differentiellem GPS wird das Rohr in x- und y-Richtung platziert, nun beginnt die Vertikalitätseinstellung: der Bediener der VRM setzt die Bodenplatte 201 der VRM ab und startet das automatische Ausrichten in Ruhe. Die Steuerungseinheit stellt eine Neigung in x-Richtung und y-Richtung fest. Einer der beiden Hubzylinder wird so lange angehoben, bis die Vertikalität um die x-Achse (bzw. Neigung in y-Richtung) feststeht. Parallel dazu wird auch der Lenkzylinder in seiner Länge verändert, bis auch die Vertikalität um die y-Achse (Neigung in x-Richtung) ungefähr stimmt. Ein genaueres Einrichten ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht notwendig, da die Vertikalität in den ersten Metern noch schwanken kann.
  • Nun beginnt der Eindrehprozess mit einem automatisierten Einrichteassistenten: der Tisch 301 ist mithilfe des Klemmzylinders mit der Verrohrung 100 verklemmt, die beiden Hubzylinder heben den Tisch 301 wenige Zentimeter an, die beiden Oszillierzylinder versetzen den Tisch in Drehbewegungen, das Eigengewicht der Verrohrung 100 plus das Zusatzgewicht der VRM drücken das Rohr 100 in den Boden. Nachdem die Bodenplatte 201 wieder den Boden erreicht hat wird automatisch eine Neigung um die x-Achse gemessen und im Falle von Abweichungen korrigiert (entsprechend Verfahren "Automatisierte Einstellung um x-Achse"). Unabhängig davon wird während der ersten 2-6 Meter laufend die Neigung um die y-Achse gemessen und laufend korrigiert (entsprechend dem aktiven oder passiven Verfahren). Nachdem das Rohr 100 einige Meter eingedreht wurde steht die Vertikalität des Rohres 100 fest, sie kann weder durch den Eindrehprozess noch durch die Zylinder weiter verändert werden, das Einstellen ist beendet.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Einstellen der Pfahlneigung bei einem Anbaugerät, wobei das Anbaugerät einen Tisch (301) zum Einspannen und Rotieren eines Rohres (100) und eine im Vertikalabstand gegenüberliegende Bodenplatte (201) aufweist, wobei wenigstens ein Aktor zur Neigungsverstellung des Tisches (301) gegenüber der Horizontalen vorgesehen ist,
    wobei wenigstens ein Sensor (501) zur Erfassung der Tischneigung am Anbaugerät installiert ist und eine Rechnereinheit des Anbaugerätes vorgesehen ist, die konfiguriert ist, das Rohr (100) in Abhängigkeit der Sensorwerte in einem definierten Soll-Winkel auszurichten,
    wobei der Sensor (501) ein Beschleunigungssensor zur Erfassung der Beschleunigungskräfte am Tisch (301) ist, wobei die Rechnereinheit konfiguriert ist, unter Berücksichtigung der erfassten und am Tisch (301) wirkenden Erdbeschleunigung die Tischneigung zu berechnen,
    und wobei der Tisch (301) über wenigstens eine Lenkstange mit einem feststehenden Aufbau (202) des Anbaugerätes fest verbunden ist, wobei eine Schwenkbewegung der Lenkstange über wenigstens einen Lenkzylinder als Lenkaktor ausführbar ist wobei das Verfahren folgende Schritte enthält:
    a. Festlegen eines Soll-Winkels mit diesem das Rohr (100) in den Boden eingebracht werden soll,
    b. Erfassen des Ist-Winkels des Rohres anhand des erfassten Tischneigungswinkels gegenüber der Horizontalen und
    c. Ansteuern wenigstens eines Aktors zur Neigungsverstellung des Tisches (301), sofern der Soll-Winkel des Rohres (100) vom bestimmten Ist-Winkel abweicht,
    und wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
    dass eine Anpassung des Ist-Winkels erfolgt, sobald die Bodenplatte (201) Bodenkontakt hat, wobei ein Bodenkontakt der Bodenplatte (201) mittels eines oder mehreren in wenigstens einem Hubzylinder bzw. im Hydraulikkreis des Hubzylinders integrierten Drucksensoren festgestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Korrektur des Ist-Winkels eine Rotationsbewegung des Rohres (100) bzw. eine oszillierende Drehbewegung des Tisches (301) unterbrochen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lenkzylinder während der oszillierenden Bewegung des Tisches (301) im Freilauf ist und eine Anpassung des Ist-Winkels während des Pfahlvorgangs durch ein kurzzeitiges Sperren des Freilaufs während einer oszillierenden Bewegung des Tisches (301) erfolgt, wobei die Zeitdauer der Sperre idealerweise proportional zur Abweichung des Ist-Winkels vom Soll-Winkel ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung des Ist-Winkels durch eine aktive Energiezuführung zum Lenkzylinder während der oszillierenden Bewegung des Tisches (301) erfolgt, insbesondere kann Hydraulik- oder Pneumatikmedium auf einer der beiden Zylinderseiten zugeführt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr im Wendepunkt der Oszillationsbewegung erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Anbaugerät als zusätzlicher Sensor (501) ein Neigungssensor vorgesehen ist, insbesondere ein zweiachsiger Neigungssensor, der eine Tischneigung um zwei Achsen erfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Anbaugerät wenigstens ein Aktor ein Zylinder, insbesondere Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, ist, wobei vorzugsweise wenigstens ein erster Zylinder vorgesehen ist, der eine Tischneigung um eine erste Horizontalachse (x-Achse) und wenigstens ein zweiter Zylinder zur Tischneigung um eine senkrecht zur ersten Horizontalachse (x-Achse) liegenden zweiten Horizontalachse (y-Achse) angeordnet ist, und wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, zur Neigungseinstellung des Tisches (301) bzw. Soll-Winkeleinstellung des Rohres (100) wenigstens den ersten und/oder den zweiten Zylinder anzusteuern.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Anbaugerät der Abstand von der Bodenplatte (201) zum Tisch (301) mittels wenigstens eines Hubaktors, insbesondere mittels wenigstens eines Hubzylinders, einstellbar ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Anbaugerät wenigstens ein Rotationsantrieb vorgesehen ist, um das eingespannte Rohr (100) um seine Längsachse in Rotation zu versetzen, insbesondere in Form ein oder mehrere Oszillationszylinder zum Ausführen einer oszillierenden Drehbewegung des Tisches.
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