EP4033032B1 - Verfahren und tiefbaugerät zur bodenbearbeitung - Google Patents

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EP4033032B1
EP4033032B1 EP21152819.5A EP21152819A EP4033032B1 EP 4033032 B1 EP4033032 B1 EP 4033032B1 EP 21152819 A EP21152819 A EP 21152819A EP 4033032 B1 EP4033032 B1 EP 4033032B1
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EP
European Patent Office
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calibration
setting parameters
ground working
evaluation unit
control
Prior art date
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EP21152819.5A
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English (en)
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EP4033032C0 (de
EP4033032A1 (de
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Ulli Wiedenmann
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Bauer Spezialtiefbau GmbH
Original Assignee
Bauer Spezialtiefbau GmbH
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Publication date
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Priority to US18/259,963 priority patent/US20240068352A1/en
Priority to CN202180090176.9A priority patent/CN116964276A/zh
Publication of EP4033032A1 publication Critical patent/EP4033032A1/de
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Publication of EP4033032C0 publication Critical patent/EP4033032C0/de
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    • E21B44/02—Automatic control of the tool feed
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    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool

Definitions

  • the invention relates to a method for soil cultivation with a civil engineering device, which has at least one rotary drive unit for driving a soil cultivation tool in rotation and at least one feed unit, with which the soil cultivation tool is introduced to create a hole in the ground, with a control and evaluation unit being provided which setting parameters are recorded and stored during tillage, at least one condition value resulting from tillage is detected and stored and the setting parameters are changed and set by the control and evaluation unit depending on the at least one detected condition value, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a civil engineering device for tilling soil according to such a method according to claim 12.
  • a generic method for tillage is from the EP 3 299 523 A1 out.
  • This known method is carried out by a construction device with a control and evaluation unit, by means of which at least one setting parameter as an input variable is related to a detected state value as the resulting output variable.
  • a tillage value is determined and saved.
  • a statement can be made about the strength of the soil and thus a statement about the type and structure of the soil by the control and evaluation unit whether there is sand, gravel, clay or rocky ground.
  • a soil profile are determined and stored, which can also be used for further control of tillage.
  • Prerequisite for the implementation of this method is the storage of the corresponding soil data in a database, so that, depending on the setting parameters and the resulting output variables, a concrete and correct statement can be made about the soil worked.
  • This known method is particularly advantageous when the soil is tilled with a defined soil profile, in which a uniform soil or a soil stratification with uniform soil layers is given.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a civil engineering device for soil cultivation with which efficient soil cultivation can be reliably carried out independently of knowledge or determination of a soil value and independently of the experience of a machine operator.
  • the method according to the invention is characterized in that an automatic calibration program is run by the control and evaluation unit at least at the start of tillage, with tillage in a first calibration section using a first calibration program specified by a calibration program set of setting parameters and is carried out at least in a further second calibration section with a second set of setting parameters specified by the calibration program, the resulting sets of setting parameters differing from one another, and that the control and evaluation unit then, depending on the state variables detected in the calibration sections, Setting parameters for further tillage sets.
  • a basic idea of the invention is to move away from determining a soil tillage value for the setting of the method parameters and to carry out, so to speak, an automatic calibration of the setting parameters largely independently of the soil type, preferably at the start of soil tillage.
  • soil tillage is first carried out with a fixed, predetermined set of setting parameters. This results in condition values or output variables during tillage.
  • At least one further calibration section is then carried out with a predetermined second set of setting parameters, with the predetermined sets of setting parameters of the individual calibration sections clearly differing from one another.
  • Second state variables or output variables then result in the second calibration section, which typically differ from the resulting first state variables or output variables of the first calibration section.
  • control and evaluation unit can make a decision about suitable setting parameters for further tillage.
  • the sets of setting parameters in the individual calibration sections are preferably selected in such a way that they are clearly apart. For example, a relatively low speed of a soil working tool can be provided in a first calibration section, while a relatively high speed is set in the further calibration section.
  • the control and evaluation unit can estimate whether the rotational speed of the soil cultivation tool is rather low or high useful for further tillage.
  • the feed force can be set as a setting parameter accordingly.
  • the feed unit can have hydraulic cylinders or a cable winch, with which a downward pressure force and/or an upward countertraction force can be brought about, for example when a desired feed force is smaller than a weight force acting on the soil cultivation tool.
  • a preferred embodiment variant of the method according to the invention consists in that more than two calibration sections with different sets of setting parameters are provided by the calibration program.
  • a calibration section can be a processing of up to a few minutes and preferably a processing depth of up to 1 meter and more. The more calibration sections are provided, the shorter the processing time can be in a calibration section. Calibration is preferably provided when drilling a hole up to a depth of 5 meters.
  • two calibration sections can be provided with two opposing extreme setting parameters, such as a relatively low speed and a relatively high speed.
  • An average speed can then be provided in the third calibration section, which lies between the two extreme speeds in the two other calibration sections.
  • the control and evaluation unit can determine whether the speed for suitable processing is higher or lower than the average speed and by what speed amount the value to be set differs from the average speed during calibration should.
  • one of the sets of setting parameters from the calibration section is selected for the soil cultivation that follows the calibration.
  • the set of setting parameters can be selected that has achieved the best result compared to the other calibration sections, such as the greatest removal rate or the fastest processing progress.
  • the setting parameters for the soil tillage that follows the calibration are freely determined by the control and evaluation unit.
  • An algorithm can be stored in the control and evaluation unit, by means of which setting parameters which deviate from the setting parameters in the calibration sections are freely selected depending on the resulting state values.
  • the differences between the individual setting parameters in the calibration sections can be related to the differences between the resulting state values in the associated calibration sections.
  • the calibration process according to the invention can be carried out at any time during tillage. According to a development of the invention, it is particularly advantageous that the calibration is carried out at the beginning of the creation of a hole, with the calibration being provided up to a depth of 5 meters, preferably from 1 meter to 4 meters.
  • the resulting preferred setting parameters can be stored and retrieved, for example, when working the soil in adjacent areas.
  • the at least one setting parameter and/or the at least one state value are recorded and stored over time and/or the driving distance. In this way, in principle, over time or over the Working depth changed setting parameters for further tillage are provided.
  • any suitable setting parameter on a civil engineering device can be used to control the process.
  • 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 setting parameter.
  • any suitable status value that results from tilling the soil can be recorded and used as an output variable for controlling the method.
  • the control and evaluation unit it is particularly expedient for the control and evaluation unit to select the setting parameters for the soil cultivation that follows the calibration as a function of the lowest possible energy consumption, the lowest possible wear and tear and/or the lowest possible vibration/noise emissions. Therefore, not only a propulsion speed during tillage, but also an energy consumption and/or other values, such as the device vibration or noise emission, can be used and taken into account as a status value.
  • a vibration of the device that occurs during processing can be viewed as a measure of the wear and tear that the soil cultivation tool and the civil engineering device are exposed to, with a favorable ratio between high propulsion and low vibration being selected.
  • a target variable can therefore be the largest possible or fastest advance with a predetermined amount of vibration for the selection and definition of the setting parameters for the subsequent processing.
  • the method can be provided for any tillage with a civil engineering device.
  • it is particularly expedient for drilling to be carried out with a drilling tool as the tillage of the soil.
  • the drilling tool can be an auger, a rock drill, a displacement drill or a drill bucket.
  • milling with a trench wall cutter is carried out as soil processing.
  • the trench cutter preferably has two pairs of cutter wheels with horizontally directed axes of rotation, which remove soil material when a trench cutter is sunk into the ground.
  • the power of a feed pump can also be provided as a state variable or setting parameter, with which removed soil material is conveyed out of the hole.
  • the invention also includes a civil engineering device for soil cultivation for the method described above, with a rotary drive device for driving a soil cultivation tool in rotation and a feed unit with which the soil cultivation tool can be introduced into the ground in a forward direction, and with a control and evaluation unit which is designed carry out automatic calibration at least at the beginning of the tillage, carry out tillage in a first calibration section with a first predetermined set of setting parameters and at least in a further second calibration section with a predetermined set of setting parameters, the sets of setting parameters differing from one another, and depending on set the setting parameters for the soil tillage that follows the calibration using the condition values recorded during the calibration.
  • the civil engineering device 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 may be an auger, rock drill, drill bucket, displacement auger or other earth boring tool.
  • the civil engineering device is a trench cutter, in which cutter wheels are driven by means of the at least one rotary drive unit.
  • a first embodiment of a civil engineering device 10 according to the invention for creating a hole 60 with a borehole wall 62 is shown in 1 shown.
  • the civil engineering device 10 is designed as a drilling device 12 with a carrier unit.
  • the carrier unit comprises an undercarriage 16 and an uppercarriage 18 which is mounted on the undercarriage 16 so that it can rotate about a vertical axis of rotation and on which a mast 20 is attached.
  • the mast 20 is mounted pivotably on the superstructure 18 .
  • Guide rails 24 are provided along a mast axis 22 , on which a carriage 34 is movably guided to form a feed unit 30 .
  • a rotary drive device 32 is mounted on the carriage 34 .
  • a drill rod 36 at the lower end of which a drilling tool 39 is arranged as a soil working tool 40, can be driven in rotation by the rotary drive device 32.
  • a control and evaluation unit 28 is provided on the superstructure 18 in a driver's cab 14, with which the feed unit 30 and the rotary drive device 32 can be controlled. Furthermore, the control and evaluation unit 28 is connected to various measuring devices, such as a measuring device 26 on the rotary drive device 32, the feed unit 30 and other units and components of the civil engineering device 10.
  • a process sequence can be carried out with the control and evaluation unit 28, which is shown schematically in 3 is shown.
  • a calibration program stored in the control and evaluation unit 28 initially executes a first calibration section K1, with first setting parameters E1, for example for the feed unit 30 and/or the rotary drive device 32, being specified.
  • a first section of the hole 60 is created in the ground, with status values or output variables A1 being received by the control and evaluation unit 28 via the measuring devices.
  • the hole 60 is drilled further in a second calibration section K2, with the control and evaluation unit 28 specifying a set of second setting parameters E2 that differs from the set of first setting parameters E1. This results in second state values or output variables A2, which are fed back to the control and evaluation unit 28 by the corresponding measuring devices.
  • any specified number of further calibration sections K N can be carried out with further different setting parameters E N , corresponding state values or output variables A N being fed back to the control and evaluation unit 28 .
  • control and evaluation unit 28 specifies a suitable set of setting parameters E B for further tillage B by the control and evaluation unit 28, depending on the calibration sections carried out in each case based on the respective setting parameters and the status values obtained in the process, where certain state values as Target values are expected.
  • the tillage can be carried out up to the intended final depth with these setting parameters E B .
  • the state values or output variables A B that result can be fed back to the control and evaluation unit 28 as actual values.
  • these actual values can be compared with the target values to be expected, on which the selection of the setting parameters E B for the selected optimized tillage was based.
  • control and evaluation unit 28 can change the setting parameters or, if necessary, carry out another automatic calibration, as has been described above.
  • the trench wall cutter 50 has an approximately cuboid cutter frame 52 on the underside of which two pairs of cutter wheels 54 are rotatably driven. Soil material is removed and a hole 60 is created in the soil by the cutting wheels 54, which are driven by a rotary drive device that is not shown.
  • a support cable 56 Arranged at the upper end of the cutter frame 52 is a support cable 56 with which the trench wall cutter 50 is suspended in a vertically movable manner on a carrier unit (not shown).
  • the previously described method for tilling the soil can be carried out in the same way, with a control and evaluation unit in the carrier unit applying different speeds for the cutting wheels 54 for the individual calibration steps and/or different loads by changing an upwardly directed tensile force the suspension cable 56 can be adjusted.
  • suitable final setting parameters for further milling of the hole 60 can then be determined by the control and evaluation unit.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einem Tiefbaugerät, welches mindestens eine Drehantriebseinheit zum drehenden Antreiben eines Bodenbearbeitungswerkzeuges und mindestens eine Vorschubeinheit aufweist, mit welcher das Bodenbearbeitungswerkzeug zum Erstellen eines Lochs in den Boden eingebracht wird, wobei eine Steuer- und Auswerteeinheit vorgesehen ist, mit welcher bei der Bodenbearbeitung Einstellparameter erfasst und gespeichert werden, mindestens sich ein bei der Bodenbearbeitung ergebender Zustandswert erfasst und gespeichert wird und durch die Steuer- und Auswerteeinheit die Einstellparameter abhängig von dem mindestens einen erfassten Zustandswert geändert und eingestellt werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Tiefbaugerät zur Bodenbearbeitung nach einem solchen Verfahren entsprechend dem Anspruch 12.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Bodenbearbeitung geht aus der EP 3 299 523 A1 hervor. Dieses bekannte Verfahren wird durch ein Baugerät mit einer Steuer- und Auswerteeinheit ausgeführt, durch welche mindestens ein Einstellparameter als Eingangsgröße in Bezug gesetzt wird zu einem erfassten Zustandswert als resultierende Ausgangsgröße. Hierbei wird ein Bodenbearbeitungswert ermittelt und gespeichert. Insbesondere kann durch Erfassen eines Drehmomentes des Drehantriebs oder einer Vorschubkraft als Eingangsgröße und Erfassen einer sich ergebenden Drehzahl oder einer sich ergebenden Vorschubgeschwindigkeit als Ausgangsgröße eine Aussage über die Festigkeit des Bodens und damit eine Aussage über Art und Aufbau des Boden durch die Steuer- und Auswerteeinheit getroffen werden, etwa ob Sand, Kies, Lehm oder ein Felsboden ansteht. Somit kann bei diesem Verfahren ein Bodenprofil ermittelt und gespeichert werden, welches auch zur weiteren Steuerung der Bodenbearbeitung eingesetzt werden kann.
  • Voraussetzung für die Durchführung dieses Verfahren ist die Hinterlegung entsprechenden Bodendaten in einer Datenbank, so dass abhängig von den Einstellparametern und den sich ergebenden Ausgangsgrößen eine konkrete und korrekte Aussage über den bearbeiteten Boden getroffen werden kann.
  • Dieses bekannte Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Bodenbearbeitung eines Bodens mit einem definierten Bodenprofil erfolgt, bei welchem ein einheitlicher Boden oder eine Bodenschichtung mit einheitlichen Bodenschichten gegeben ist.
  • In bestimmten Fällen ist eine Bodenbearbeitung eines Bodens erforderlich, bei welcher kein einheitlicher Bodenaufbau oder sich stark ändernde Bodenverhältnisse gegeben sind. Auch bei anderen speziellen Böden, zu welchen keine konkreten Bodenwerte mit geeigneten Einstellparametern hinterlegt sind, müssen die für das Verfahren notwendigen Einstellparameter üblicherweise von Hand durch den Maschinenbediener eingegeben werden. Eine sich dabei ergebende Effizienz des Verfahrens hängt stark von den Kenntnissen und der Erfahrung des jeweiligen Maschinenbedieners ab.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Tiefbaugerät zur Bodenbearbeitung anzugeben, mit welchen unabhängig von einer Kenntnis oder Bestimmung eines Bodenwertes eine effiziente Bodenbearbeitung unabhängig von der Erfahrung eines Maschinenbedieners zuverlässig durchgeführt werden kann.
  • Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Tiefbaugerät mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuer- und Auswerteeinheit zumindest zu Beginn einer Bodenbearbeitung ein automatisches Kalibrierprogramm ausgeführt wird, wobei eine Bodenbearbeitung in einem ersten Kalibrierabschnitt mit einem von einem Kalibrierprogramm vorgegebenen ersten Satz von Einstellparametern und mindestens in einem weiteren zweiten Kalibrierabschnitt mit einem durch das Kalibrierprogramm vorgegebenen zweiten Satz von Einstellparametern durchgeführt wird, wobei sich die ergebenden Sätze von Einstellparametern voneinander unterscheiden, und dass anschließend die Steuer- und Auswerteeinheit abhängig von den in den Kalibrierabschnitten erfassten Zustandsgrößen die Einstellparameter für eine weitere Bodenbearbeitung einstellt.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, von einer Bestimmung eines Bodenbearbeitungswertes für die Einstellung der Verfahrensparameter abzugehen und um weitgehend unabhängig von der Bodenart vorzugsweise zu Beginn der Bodenbearbeitung sozusagen ein automatisches Kalibrieren der Einstellparameter durchzuführen. Bei diesem Kalibrieren wird zunächst in einem ersten Kalibrierabschnitt eine Bodenbearbeitung mit einem fest vorgegebenen Satz von Einstellparametern durchgeführt. Hierbei ergeben sich Zustandswerte oder Ausgangsgrößen bei der Bodenbearbeitung. Anschließend wird mindestens ein weiterer Kalibrierabschnitt mit einem vorgegebenen zweiten Satz von Einstellparametern durchgeführt, wobei sich die vorgegebenen Sätze ein Einstellparametern der einzelnen Kalibrierabschnitte voneinander klar unterscheiden. Bei dem zweiten Kalibrierabschnitt ergeben sich dann zweite Zustands- oder Ausgangsgrößen, welche sich typischerweise von den sich ergebenden ersten Zustandsgrößen oder Ausgangsgrößen des ersten Kalibrierabschnitts unterscheiden.
  • Aufgrund der unterschiedlichen Sätze von Einstellparametern in den Kalibrierabschnitten und den sich hieraus ergebenden unterschiedlichen Zustandsgrößen beziehungsweise Ausgangsgrößen in den einzelnen Kalibrierabschnitten kann durch die Steuer- und Auswerteeinheit eine Entscheidung über geeignete Einstellparameter für die weitere Bodenbearbeitung erfolgen.
  • Vorzugsweise sind die Sätze von Einstellparametern in den einzelnen Kalibrierabschnitten so gewählt, dass sie deutlich auseinanderliegen. So kann beispielsweise in einem ersten Kalibrierabschnitt eine relativ geringe Drehzahl eines Bodenbearbeitungswerkzeuges vorgesehen sein, während in dem weiteren Kalibrierabschnitt eine relativ große Drehzahl eingestellt wird. Abhängig von den sich dabei einstellenden Zustandsgrößen kann durch die Steuer- und Auswerteeinheit abgeschätzt werden, ob eine eher geringe oder eine hohe Drehzahl des Bodenbearbeitungswerkzeuges für die weitere Bodenbearbeitung sinnvoll ist. Entsprechend kann mit der Einstellung der Vorschubkraft als Einstellparameter vorgegangen werden. Die Vorschubeinheit kann Hydraulikzylinder oder eine Seilwinde aufweisen, mit welchen eine Druckkraft nach unten und/oder eine Gegenzugkraft nach oben bewirkt werden kann, etwa wenn eine gewünschte Vorschubkraft kleiner als eine auf das Bodenbearbeitungswerkzeug wirkende Gewichtskraft ist.
  • Je mehr Kalibrierabschnitte mit unterschiedlichen Einstellparametern von dem Kalibrierprogramm durchgeführt werden umso genauer kann durch die Steuer- und Auswerteeinheit eine Aussage über besonders geeignete Einstellparameter für die weitere Bodenbearbeitung bei den anstehenden Bodenverhältnissen erfolgen. Aufgrund der automatischen Durchführung des Kalibrierens mittels eines Kalibrierprogramms mit vorgegebenen festen Sätzen von Einstellparametern wird eine effiziente Bodenbearbeitung für alle Maschinenbediener unabhängig von ihrer Erfahrung und auch unabhängig von der genauen Kenntnis des Bodens ermöglicht.
  • Eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mehr als zwei Kalibrierabschnitte mit unterschiedlichen Sätzen von Einstellparametern durch das Kalibrierprogramm vorgesehen werden. Ein Kalibrierabschnitt kann dabei eine Bearbeitung von bis zum einigen Minuten und vorzugsweise eine Bearbeitungstiefe von bis zu 1 Meter und mehr betragen. Je mehr Kalibrierabschnitte vorgesehen sind, umso kürzer kann die Bearbeitungsdauer in einem Kalibrierabschnitt ausfallen. Vorzugsweise wird ein Kalibrieren beim Erstellen einer Bohrung bis zu einer Tiefe von 5 Metern vorgesehen.
  • Bei dem Vorsehen von drei Kalibrierabschnitten können zwei Kalibrierabschnitte mit zwei gegensätzlichen extremen Einstellparametern vorgesehen sein, etwa einer relativ geringen Drehzahl und einer relativ hohen Drehzahl. In dem dritten Kalibrierabschnitt kann dann eine mittlere Drehzahl vorgesehen sein, welche zwischen den zwei extremen Drehzahlen in den zwei anderen Kalibrierabschnitten liegt. Abhängig von den sich dabei jeweils ergebenden Zustandswerten beziehungsweise Ausgangsgrößen kann durch die Steuer- und Auswerteeinheit ermittelt werden, ob für eine geeignete Bearbeitung die Drehzahl höher oder geringer als die mittlere Drehzahl ist und um welchen Drehzahlbetrag sich der einzustellende Wert von der mittleren Drehzahl beim Kalibrieren unterscheiden soll.
  • Insbesondere bei der Verwendung von mehreren Kalibrierabschnitten, insbesondere vier, fünf oder mehr Kalibrierabschnitten, ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass für die sich an das Kalibrieren anschließende Bodenbearbeitung einer der Sätze von Einstellparametern aus dem Kalibrierabschnitt ausgewählt wird. Dabei kann beispielsweise der Satz von Einstellparametern ausgewählt werden, der gegenüber den anderen Kalibrierabschnitten das beste Ergebnis erzielt hat, etwa die größte Abtragsleistung oder den schnellsten Bearbeitungsfortschritt.
  • Nach einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Einstellparameter für die sich an das Kalibrieren anschließende Bodenbearbeiten von der Steuer- und Auswerteeinheit frei bestimmt werden. In der Steuer- und Auswerteeinheit kann ein Algorithmus hinterlegt sein, durch welchen abhängig von den sich ergebenden Zustandswerten Einstellparameter frei ausgewählt werden, welche von den Einstellparametern in den Kalibrierabschnitten abweichen. Dabei können die Differenzen zwischen den einzelnen Einstellparametern in den Kalibrierabschnitten in Bezug gesetzt werden zu den Differenzen zwischen den sich ergebenden Zustandswerten in den zugehörigen Kalibrierabschnitten. Hierdurch kann im Ergebnis eine besonders effiziente Bodenbearbeitung erreicht werden.
  • Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Kalibriervorgang zu jedem Zeitpunkt während einer Bodenbearbeitung durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass das Kalibrieren zu Beginn des Erstellens eines Lochs durchgeführt wird, wobei das Kalibrieren bis zu einer Tiefe von 5 Metern, vorzugsweise von 1 Meter bis 4 Meter, vorgesehen wird. Die sich dabei ergebenden bevorzugten Einstellparameter können gespeichert und beispielsweise bei Bodenbearbeitungen in angrenzenden Bereichen abgerufen werden. Grundsätzlich ist es möglich, bei jeder einzelnen Bodenbearbeitung einen eigenen Kalibriervorgang durchzuführen. Dies ist insbesondere bei stark wechselnden Bodenverhältnissen sinnvoll.
  • Für eine effiziente Bodenbearbeitung ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, dass der mindestens eine Einstellparameter und/oder der mindestens eine Zustandswert über die Zeit und/oder die Vortriebsstrecke erfasst und gespeichert werden. Auf diese Weise kann grundsätzlich auch eine über die Zeit oder über die Bearbeitungstiefe sich veränderte Einstellparameter für die weitere Bodenbearbeitung vorgesehen werden.
  • Grundsätzlich kann jeder geeignete Einstellparameter an einem Tiefbaugerät zur Verfahrenssteuerung herangezogen werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei nach einer Ausgestaltung der Erfindung, dass als Einstellparameter 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.
  • In entsprechender Weise kann auch jeder geeignete Zustandswert, welcher sich bei der Bodenbearbeitung ergibt, etwa einer Vortriebsgeschwindigkeit, erfasst und als Ausgangsgröße zur Steuerung des Verfahrens herangezogen werden. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass für die sich an das Kalibrieren anschließende Bodenbearbeitung die Einstellparameter durch die Steuer- und Auswerteeinheit abhängig von einem möglichst geringen Energieverbrauch, einem möglichst geringen Verschleiß und/oder eine möglichst geringen Schwingung/Schallabstrahlung ausgewählt werden. Als Zustandswert kann daher nicht allein eine Vortriebsgeschwindigkeit bei der Bodenbearbeitung, sondern auch ein Energieverbrauch und/oder weitere Werte, wie die Geräteschwingung oder Schallabstrahlung, herangezogen und berücksichtigt werden. So kann etwa eine sich beim Bearbeiten ergebende Schwingung des Gerätes als ein Maß dafür angesehen werden, welchem Verschleiß das Bodenbearbeitungswerkzeug und das Tiefbaugerät insgesamt ausgesetzt sind, wobei etwa ein günstiges Verhältnis zwischen hohem Vortrieb und geringer Schwingung gewählt wird.
  • Somit kann als eine Zielgröße ein möglichst großer oder schneller Vortrieb bei einem vorgegebenen Maß von Schwingungen zur Auswahl und Festlegung der Einstellparameter für die anschließende Bearbeitung sein.
  • Insbesondere bei stark schwankenden Bodenverhältnissen oder bei größeren Lochtiefen kann es nach einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig sein, dass während des Abteufens des Lochs in den Boden ein Kalibrieren mehrfach ausgeführt wird. Somit kann insbesondere bei größeren Lochtiefen ein mehrfaches Kalibrieren der Einstellparameter sinnvoll sein. Insbesondere kann durch die Steuer- und Auswerteeinheit ein erneutes Kalibrieren angezeigt werden, wenn durch die Steuer- und Auswerteeinheit festgestellt wird, dass die nach einem ersten Kalibrieren eingestellten Einstellparameter nicht oder nicht mehr zu den Zustandswerten oder Ausgangsgrößen führen, welche als Soll-Werte zu erwarten sind.
  • Grundsätzlich kann das Verfahren bei jeder Bodenbearbeitung mit einem Tiefbaugerät vorgesehen werden. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass als Bodenbearbeitung ein Bohren mit einem Bohrwerkzeug durchgeführt wird. Das Bohrwerkzeug kann dabei eine Bohrschnecke, ein Felsbohrer, ein Verdrängungsbohrer oder ein Bohreimer sein.
  • Alternativ ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als Bodenbearbeitung ein Fräsen mit einer Schlitzwandfräse durchgeführt wird. Die Schlitzwandfräse weist dabei vorzugsweise zwei Paare von Fräsrädern mit horizontal gerichteten Drehachsen auf, welche beim Abteufen einer Schlitzwandfräse in den Boden Bodenmaterial abtragen.
  • Neben einer Drehzahl und eines Vorschubs kann als Zustandsgröße oder Einstellparameter auch eine Leistung einer Förderpumpe vorgesehen sein, mit welcher abgetragenes Bodenmaterial aus dem Loch abgefördert wird.
  • Die Erfindung umfasst weiter ein Tiefbaugerät zur Bodenbearbeitung für das zuvor beschriebene Verfahren, mit einer Drehantriebseinrichtung zum drehenden Antreiben eines Bodenbearbeitungswerkzeuges und einer Vorschubeinheit, mit welcher das Bodenbearbeitungswerkzeug in einer Vortriebsrichtung im Boden einbringbar ist, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, welche ausgebildet ist, zumindest zu Beginn der Bodenbearbeitung ein automatisches Kalibrieren auszuführen, eine Bodenbearbeitung in einem ersten Kalibrierabschnitt mit einem ersten vorgegebenen Satz von Einstellparametern und mindestens in einem weiteren zweiten Kalibrierabschnitt mit einem vorgegeben Satz von Einstellparametern durchzuführen, wobei sich die Sätze von Einstellparametern voneinander unterscheiden, und abhängig von den beim Kalibrieren erfassten Zustandswerten die Einstellparameter für die sich an das Kalibrieren anschließende Bodenbearbeitung einzustellen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Tiefbaugerät können die zuvor beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Es können dabei die beschriebenen Vorteile erzielt werden.
  • Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass das Tiefbaugerät ein Bohrgerät ist, bei welchem ein Bohrwerkzeug mittels der mindestens einen Drehantriebseinheit drehend angetrieben ist. Das Bohrwerkzeug kann eine Bohrschnecke, ein Felsbohrer, ein Bohreimer, ein Verdrängungsbohrer oder ein sonstiges Erdbohrwerkzeug sein.
  • Alternativ ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Tiefbaugerät eine Schlitzwandfräse ist, bei welcher Fräsräder mittels der mindestens einen Drehantriebseinheit angetrieben sind.
  • Die Erfindung wird anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, welche schematisch dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1:
    eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
    Fig. 2:
    eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung und
    Fig. 3:
    ein Ablaufdiagramm zu dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tiefbaugeräts 10 zum Erstellen eines Loches 60 mit Bohrlochwandung 62 ist in Fig. 1 dargestellt. Das Tiefbaugerät 10 ist als Bohrgerät 12 mit einer Trägereinheit ausgebildet. Die Trägereinheit umfasst in der dargestellten Ausführungsform einen Unterwagen 16 und einen an dem Unterwagen 16 um eine vertikale Drehachse drehbar gelagerten Oberwagen 18, an dem ein Mast 20 angebracht ist.
  • Der Mast 20 ist an dem Oberwagen 18 schwenkbar gelagert. Entlang einer Mastachse 22 sind Führungsschienen 24 vorgesehen, an welchen ein Schlitten 34 zum Bilden einer Vorschubeinheit 30 verfahrbar geführt ist. An dem Schlitten 34 ist eine Drehantriebseinrichtung 32 gelagert. Ein Bohrgestänge 36, an dessen unterem Ende ein Bohrwerkzeug 39 als Bodenbearbeitungswerkzeug 40 angeordnet ist, ist durch die Drehantriebseinrichtung 32 drehend antreibbar.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist an dem Oberwagen 18 in einer Fahrerkabine 14 eine Steuer- und Auswerteeinheit 28 vorgesehen, mit welcher die Vorschubeinheit 30 sowie die Drehantriebseinrichtung 32 gesteuert werden können. Weiterhin ist die Steuer- und Auswerteeinheit 28 mit verschiedenen Messeinrichtungen, etwa einer Messeinrichtung 26 an der Drehantriebseinrichtung 32, der Vorschubeinheit 30 sowie weiteren Aggregaten und Komponenten des Tiefbaugerätes 10 verbunden.
  • Mit der Steuer- und Auswerteeinheit 28 kann ein Verfahrensablauf durchgeführt werden, welcher schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Durch ein in der Steuer- und Auswerteeinheit 28 hinterlegtes Kalibrierprogramm wird zunächst ein erster Kalibrierabschnitt K1 ausgeführt, wobei erste Einstellparameter E1, etwa für die Vorschubeinheit 30 und/oder die Drehantriebseinrichtung 32, vorgegeben werden. Dabei wird ein erster Abschnitt des Loches 60 im Boden erstellt, wobei über die Messeinrichtungen Zustandswerte oder Ausgangsgrößen A1 von der Steuer- und Auswerteeinheit 28 empfangen werden.
  • Nach dem ersten Kalibrierabschnitt K1 wird das Loch 60 weiter in einem zweiten Kalibrierabschnitt K2 abgeteuft, wobei durch die Steuer- und Auswerteeinheit 28 ein Satz von zweiten Einstellparametern E2 vorgegeben wird, welcher sich von dem Satz von ersten Einstellparametern E1 unterscheidet. Dabei ergeben sich zweite Zustandswerte oder Ausgangsgrößen A2, welche von den entsprechenden Messeinrichtungen an die Steuer- und Auswerteeinheit 28 rückgeleitet werden.
  • Abhängig von der Vorgabe des Kalibrierprogramms können eine beliebig vorgegebene Zahl weiterer Kalibrierabschnitt KN mit weiteren unterschiedlichen Einstellparametern EN durchgeführt werden, wobei entsprechende Zustandswerte oder Ausgangsgrößen AN an die Steuer- und Auswerteeinheit 28 rückgeleitet werden.
  • Abhängig von den jeweils durchgeführten Kalibrierabschnitten basierend auf den jeweiligen Einstellparametern und den dabei erhaltenen Zustandswerten wird zum Abschluss des Kalibrierprogramms von der Steuer- und Auswerteeinheit 28 ein geeigneter Satz von Einstellparametern EB für die weitere Bodenbearbeitung B durch die Steuer- und Auswerteeinheit 28 vorgegeben, wobei bestimmte Zustandswerte als Soll-Werte erwartet werden. Die Bodenbearbeitung kann dabei bis zu der vorgesehenen Endtiefe mit diesen Einstellparametern EB durchgeführt werden.
  • Während der Bodenbearbeitung können die sich dabei ergebenden Zustandswerte oder Ausgangsgrößen AB als Ist-Werte an die Steuer- und Auswerteeinheit 28 rückgeführt werden. In der Steuer- und Auswerteeinheit 28 können diese Ist-Werte mit den zu erwartenden Soll-Werten verglichen werden, welche der Auswahl der Einstellparameter EB für die ausgewählte optimierte Bodenbearbeitung zugrunde gelegt worden sind.
  • Bei einer zu großen Abweichung der Ist-Werte von den Soll-Werten kann durch die Steuer- und Auswerteeinheit 28 eine Änderung der Einstellparameter erfolgen oder nötigenfalls ein weiteres automatisches Kalibrieren durchgeführt werden, wie dies zuvor beschrieben wurde.
  • Gemäß Fig. 2 ist eine alternative Gestaltung des Tiefbaugerätes 10 mit einer Schlitzwandfräse 50 stark schematisiert dargestellt. Die Schlitzwandfräse 50 weist einen etwa quaderförmigen Fräsenrahmen 52 auf, an dessen Unterseite zwei Paare von Fräsrädern 54 drehend antreibbar gelagert sind. Durch die von einer nicht dargestellten Drehantriebseinrichtung angetriebenen Fräsräder 54 als Bodenbearbeitungswerkzeug wird Bodenmaterial abgetragen und so ein Loch 60 im Boden erstellt.
  • Am oberen Ende des Fräsenrahmens 52 ist ein Tragseil 56 angeordnet, mit welchem die Schlitzwandfräse 50 an einer nicht dargestellten Trägereinheit vertikal bewegbar aufgehängt ist.
  • Mit der Schlitzwandfräse 50 kann das zuvor beschriebene Verfahren zur Bodenbearbeitung in gleicher Weise durchgeführt werden, wobei durch eine Steuer- und Auswerteeinheit in der Trägereinheit für die einzelnen Kalibrierschritte unterschiedliche Drehzahlen für die Fräsräder 54 und/oder unterschiedliche Auflasten durch Veränderung einer nach oben gerichteten Zugkraft an dem Tragseil 56 eingestellt werden können. Abhängig von den sich ergebenden Zustandswerten aus den einzelnen Kalibrierabschnitten können dann durch die Steuer- und Auswerteeinheit geeignete finale Einstellparameter für ein weiteres Fräsen des Loches 60 ermittelt werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einem Tiefbaugerät (10), welches mindestens eine Drehantriebseinheit (32) zum drehenden Antreiben eines Bodenbearbeitungswerkzeugs (40) und mindestens eine Vorschubeinheit (30) aufweist, mit welcher das Bodenbearbeitungswerkzeug zum Erstellen eines Lochs (60) in den Boden eingebracht wird,
    wobei eine Steuer- und Auswerteeinheit (28) vorgesehen ist, mit welcher
    - bei der Bodenbearbeitung Einstellparameter erfasst und gespeichert werden,
    - mindestens ein sich bei der Bodenbearbeitung ergebender Zustandswert erfasst und gespeichert wird und
    - durch die Steuer- und Auswerteeinheit (28) die Einstellparameter abhängig von dem mindestens einen erfassten Zustandswert abgeändert und eingestellt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass durch die Steuer- und Auswerteeinheit (28) zumindest zu Beginn einer Bodenbearbeitung ein automatisches Kalibrieren ausgeführt wird, wobei eine Bodenbearbeitung in einem ersten Kalibrierabschnitt mit einem von einem Kalibrierprogramm vorgegebenen ersten Satz von Einstellparametern und mindestens in einem weiteren zweiten Kalibrierabschnitt mit einem durch das Kalibrierprogramm vorgegebenen zweiten Satz von Einstellparametern durchgeführt wird, wobei sich die vorgegebenen Sätze von Einstellparametern voneinander unterscheiden, und
    - dass anschließend die Steuer- und Auswerteeinheit (28) abhängig von den in den Kalibrierabschnitten erfassten Zustandsgrößen die Einstellparameter für eine weitere Bodenbearbeitung einstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehr als zwei Kalibrierabschnitte mit unterschiedlichen Sätzen von Einstellparametern durch das Kalibrierprogramm vorgesehen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für die sich an das Kalibrieren anschließende Bodenbearbeitung einer der Sätze von Einstellparametern aus einem Kalibrierabschnitt ausgewählt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Einstellparameter für die sich an das Kalibrieren anschließende Bodenbearbeitung von der Steuer- und Auswerteeinheit (28) frei bestimmt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kalibrieren zu Beginn des Erstellens des Lochs (60) durchgeführt wird, wobei das Kalibrieren bis zu einer Tiefe von 5 m, vorzugsweise von 1 m bis 4 m, vorgesehen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Einstellparameter und/oder der mindestens eine Zustandswert über die Zeit und/oder die Vortriebsstrecke erfasst und gespeichert werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Einstellparameter ein Drehmoment der Drehantriebseinheit (32), eine Vorschubkraft der Vorschubeinheit (30) und/oder ein Druck oder ein Volumen in einem hydraulischen System zum Antreiben der Drehantriebseinheit (32) und/oder der Vorschubeinheit (30) ausgewählt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für die sich an das Kalibrieren anschließende Bodenbearbeitung die Einstellparameter durch die Steuer- und Auswerteeinheit (28) abhängig von einem möglichst geringen Energieverbrauch, einem möglichst geringen Verschleiß und/oder einer möglichst geringen Schwingung/Schallabstrahlung ausgewählt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass während des Abteufens des Lochs (60) in den Boden ein Kalibrieren mehrfach ausgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Bodenbearbeitung ein Bohren mit einem Bohrwerkzeug (39) durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Bodenbearbeitung ein Fräsen mit einer Schlitzwandfräse (50) durchgeführt wird.
  12. Tiefbaugerät zur Bodenbearbeitung nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    mit einer Drehantriebseinrichtung (32) zum drehenden Antreiben eines Bodenbearbeitungswerkzeuges (40) und einer Vorschubeinheit (30), mit welcher das Bodenbearbeitungswerkzeug (40) in einer Vortriebsrichtung in den Boden einbringbar ist, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (28), welche ausgebildet ist,
    - zumindest zu Beginn der Bodenbearbeitung ein automatisches Kalibrieren auszuführen,
    - eine Bodenbearbeitung in einem ersten Kalibrierabschnitt mit einem ersten vorgegebenen Satz von Einstellparametern und mindestens in einem weiteren zweiten Kalibrierabschnitt mit einem vorgegebenen zweiten Satz von Einstellparametern durchzuführen, wobei sich die Sätze von Einstellparametern voneinander unterscheiden, und
    - abhängig von den beim Kalibrieren erfassten Zustandswerten die Einstellparameter für die sich an das Kalibrieren anschließende Bodenbearbeitung einzustellen.
  13. Tiefbaugerät nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dieses ein Bohrgerät (12) ist, bei welchem ein Bohrwerkzeug (39) mittels der mindestens einen Drehantriebseinheit (28) drehend angetrieben ist.
  14. Tiefbaugerät nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dieses eine Schlitzwandfräse (50) ist, bei welcher Fräsräder (54) mittels der mindestens einen Drehantriebseinheit (28) angetrieben sind.
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