EP4215717A1 - Baumaschine und verfahren zum betreiben einer baumaschine - Google Patents

Baumaschine und verfahren zum betreiben einer baumaschine Download PDF

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EP4215717A1
EP4215717A1 EP22152299.8A EP22152299A EP4215717A1 EP 4215717 A1 EP4215717 A1 EP 4215717A1 EP 22152299 A EP22152299 A EP 22152299A EP 4215717 A1 EP4215717 A1 EP 4215717A1
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EP
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electric motor
cable
construction machine
winch
controller
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EP4215717C0 (de
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Matthias Osterland
Marco Voigt
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Bauer Maschinen GmbH
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Bauer Maschinen GmbH
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    • E21B7/022—Control of the drilling operation; Hydraulic or pneumatic means for activation or operation

Definitions

  • the invention relates to a construction machine according to claim 1.
  • the invention also relates to a method for operating a construction machine according to claim 8.
  • Construction machines with a mast, along which a tool is movably mounted, which is suspended on a cable for raising and lowering the tool, have been known for a long time.
  • a cable winch is usually driven by a hydraulic motor, which is supplied with hydraulic fluid by a hydraulic pump.
  • the hydraulic pump is usually driven by an internal combustion engine, in particular a diesel engine.
  • the invention is based on the object of specifying a construction machine and a method for operating a construction machine which enable particularly economical, environmentally friendly and reliable operation.
  • the construction machine according to the invention which is designed in particular as a drilling device, comprises a mast, along which a tool device is movably mounted, the tool device being suspended from a cable which can be actuated to raise and lower the tool device by means of a cable winch, which is driven by an electric motor as a winch drive in a drive mode is driven, wherein the electric motor is designed to operate in a recuperation mode, in which the electric motor preferably generates and emits electrical energy when lowering the tool device, and a controller which is designed, depending on a predefinable setpoint value, to control the electric motor in such a way that the cable is tensioned both in the drive mode and in the recuperation mode of the electric motor.
  • a first aspect of the invention consists in using an electric motor to drive the cable winch, which can be operated both in a drive mode and in a recuperation mode.
  • an electric motor to drive the cable winch, which can be operated both in a drive mode and in a recuperation mode.
  • potential energy can be converted into electrical energy.
  • This electrical energy can be delivered to an energy store or an electrical energy consumer of the construction machine. In this way, the energy consumption of the machine can be reduced, which is economical and environmentally friendly.
  • the invention is not limited to the use of an electric motor that can be operated recuperatively for the cable winch.
  • a controller is provided with which the electric motor is operated both in the drive mode and in particular in the recuperation mode in such a way that a predetermined cable tension is ensured. For example, at certain operating times, such as when a tool suspended from a cable, such as a drilling tool, is lowered into a well filled with liquid, the tool can be slowed down when it hits the surface of the liquid and then sink at a lower rate of descent.
  • the controller ensures that the electric motor operated as a generator in recuperation mode is operated with a lower electromotive resistance, i.e. a lower braking resistance with reduced recuperation power, or if necessary with a certain retraction torque, when the tool device is lowered further, so that the desired rope tension is ensured.
  • a specified rope tension in every operating state ensures that no slack rope forms on the winch or the deflection pulleys. Through this Otherwise, the rope could jump out of coils or the pulleys, which could lead to increased rope wear, damage to the rope or an interruption in operation and repair of the construction machine.
  • the setpoint value for the electric motor is a predetermined cable pull.
  • a minimum cable pull can be set and specified directly via a controller.
  • the controller can correspondingly control the power or the electromotive resistance of the electric motor, particularly in recuperation mode.
  • a force-measuring device is provided for measuring the cable pull and that the force-measuring device is connected to the controller for controlling/regulating the electric motor depending on the measured cable pull.
  • the force measuring device With the force measuring device, the tensile force on the cable can be determined directly and used via the controller to control the electric motor. This feedback of the measured value can be used to control the electric motor depending on the cable pull force.
  • the force-measuring device can be designed in any suitable manner. According to one embodiment of the invention, it is particularly expedient for the force-measuring device to have a force-measuring bolt on a deflection roller of the cable or a force-measuring clip on a winch bracket of the cable winch.
  • a force can be detected directly, for example by a load cell or by force measuring strips.
  • a uniform cable pull can be set for different operating situations, in particular for raising and lowering the tool device.
  • the predefinable cable tensioning force can be changed by the controller.
  • a corresponding input device for an operator or an automatic change according to a predetermined control program can be provided for this purpose.
  • the cable tension force can change depending on the operating mode. For example, when lowering the tool device, a different minimum cable pull force can be provided than when lifting.
  • the respective default value can be retrieved from a memory or entered by an operator.
  • the default value for the cable pull can also depend on the particular tool set-up selected and installed.
  • the construction machine can be designed in any suitable manner in which a tool device is raised and lowered on a mast by means of a cable.
  • the arrangement according to the invention for recuperating energy is particularly economical, in particular when the tool device is repeatedly raised and lowered along the mast.
  • This can be expedient, for example, with a ram, a vibrator or a trench wall cutter or a trench wall grab, such as are used in particular for civil engineering.
  • the construction machine is designed as a drilling device, on the mast of which a rotary drilling drive is adjustably mounted, which can be moved along the mast via at least one actuator.
  • the tool device can in particular be a telescoping Kelly bar with a drilling tool.
  • the inner rod of the Kelly linkage can be raised and lowered together with the drilling tool via the cable.
  • the drilling tool can be designed in any way, in particular as an auger or particularly preferably as a drilling bucket.
  • the invention is particularly economical in the case of discontinuous drilling in which the drilling tool is frequently withdrawn in order to empty it.
  • the mast can preferably be designed as a leader, in particular a telescopic leader.
  • the leader has a linear guide along its front side, on which a working carriage, for example, is guided so that it can move vertically as or for the tool device.
  • the term mast is to be understood in a general sense within the meaning of the invention, which should also include a cantilever arm.
  • the invention also includes a method for operating a construction machine with a mast, along which a tool device is movably mounted, the tool device being suspended from a cable which is actuated to raise and lower the tool device by means of a cable winch, which is driven by an electric motor as a winch drive in a drive mode, the electric motor being designed to operate in a recuperation mode, in which the electric motor preferably generates and emits electrical energy when the tool device is lowered, the electric motor being controlled by a controller depending on a predeterminable setpoint, so that the cable is tensioned both in the drive mode and in the recuperation mode of the electric motor.
  • the method according to the invention can be carried out in particular by the construction machine described above.
  • the advantages described above can be achieved with the method.
  • the electromotive resistance of the electric motor in the recuperation mode can be set and changed by the controller, so that a predetermined minimum value for the cable tension is ensured.
  • a preferred variant of the method consists in that the electric motor is controlled as a setpoint value as a function of a predefinable cable pull. In this way, a minimum cable pull force can be specified directly.
  • the cable force that can be specified is changed by the controller. This can be done directly by an operator via an input device or automatically in accordance with a predetermined control program as a function of specific operating parameters. For example, a different cable pull force can be specified for lifting than for lowering. The specified cable pull force can also change depending on the tool device used.
  • a particularly good process control is achieved according to one embodiment of the invention in that a cable pull is measured using a force measuring device, the force measuring device being connected to the controller, the electric motor being controlled or regulated as a function of the measured cable pull.
  • An actual cable pull force on the cable can be determined by means of the force measuring device.
  • This actual cable pull is compared with the specified target cable pull.
  • the drive of the cable winch can be controlled by the controller in such a way that at least the actual cable pull is not less than the specified target cable pull, which is specified as the minimum force for a desired cable tension.
  • the controller can also be designed so that through this the actual cable pull on the given target cable pull or at least a target range for the target cable pull is adjusted.
  • a maximum cable pull force can also be defined in the controller as an upper limit. If the actual cable pull reaches the maximum cable pull, the electric motor of the cable winch is controlled in such a way that the actual cable pull falls below the maximum cable pull value again.
  • the only drawing shows a side view of a construction machine 10 according to the invention with a carrier device 12.
  • the carrier device 12 comprises a crawler chassis as an undercarriage 14, on which an uppercarriage 16 is rotatably mounted.
  • a control 60 for the construction machine 10 is located in an operator's cabin of the superstructure 16.
  • a mast 20 is adjustably mounted on the superstructure 16 via a linkage mechanism 18, which mast has a substantially vertical position during operation.
  • the mast 20 can be designed as a leader 21 with a linear guide 24 on its front side.
  • a working carriage 38 with a rotary drilling drive 36 can be mounted so that it can move vertically along the linear guide 24 .
  • the construction machine 10 can be designed as a drilling device. In the drawing, an upper position of the rotary drilling drive 36 and a lower position are shown with broken lines.
  • a cable 40 can be guided over a mast head 22 at the upper end of the mast 20 , at one end of which a preferably telescopic Kelly rod 32 with a drilling tool 34 is provided as the tool device 30 .
  • the Kelly bar 32 can be guided through a sleeve-shaped drive wheel of the rotary drilling drive 36 on the working carriage 38 so that a torque can be transmitted from the rotary drilling drive 36 to the Kelly rod 32 via driver strips (not shown).
  • a drilling tool 34 for creating a borehole in the ground is arranged at the lower end of the Kelly bar 32 .
  • the drilling tool 34 can in principle be of any desired design and in particular can have an auger or a drilling bucket.
  • the cable 40 is guided from the Kelly bar 32 via deflection rollers 26 on the mast head 22 along the mast 20 to a cable winch 46 in the superstructure 16 .
  • the cable winch 46 is driven by an electric motor 50, which can also be operated in a recuperation mode.
  • the Kelly bar 32 with the drilling tool 34 can be raised and lowered by means of the cable 40 via the cable winch 46 .
  • potential energy can be converted into electrical energy by the electric motor 50 and delivered to a storage device or an electrical consumer.
  • the working carriage 38 with the rotary drilling drive 36 can be pulled upwards via a further adjusting cable 29.
  • the actuator 28 can also be equipped with an electric motor, not shown, which can also be operated in recuperation mode.
  • the working slide 38 with the rotary drilling drive 36 can also be regarded as part of the tool device 30 .
  • a force measuring device 62 is preferably arranged on a deflection roller 26 on the mast head 22 .
  • the force-measuring device 62 can be designed, for example, as a force-measuring bolt, by means of which a cable pull force on the cable 40 can be detected.
  • the force measuring device 62 is connected to the controller 60 on the superstructure 16 .
  • the at least one electric motor 50 for operating the cable winch 46 and preferably also the further electric motor for operating the actuator 28 embodied as a winch are controlled via the controller 60 .
  • Electric motor 50 is actuated by controller 60 in such a way that, depending on a predefined setpoint for the cable pull, the at least one electric motor 50 is actuated in such a way that cable 40 has a specified minimum tension not only in the drive mode, but also in recuperation mode of electric motor 50.
  • an electromotive resistance of the at least one electric motor 50 can be controlled and changed by the controller 60, with the recuperation power of the electric motor 50 also changing accordingly.
  • the controller 60 is designed in such a way that a minimum tension of the cable 40 is guaranteed, even if this reduces the recuperation power of the electric motor 50 compared to a maximum possible value at least for a certain period of time.
  • Sufficient cable tension ensures that no slack cable forms, for example when the drilling tool 34 is braked when it is lowered into a fluid-filled borehole. In this way, the formation of slack rope with the risk of the rope 40 jumping out of the deflection roller 26 or a disorderly winding on the rope winch 46 is avoided.
  • the construction machine 10 according to the invention and the associated method according to the invention make it possible to achieve energy-saving and therefore more environmentally friendly and economical operation while continuing to operate safely.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baumaschine, insbesondere ein Bohrgerät, mit einem Mast, entlang welchem ein Werkzeug bewegbar gelagert ist, wobei das Werkzeug an einem Seil aufgehängt ist, welches zum Heben und Senken des Werkzeuges mittels einer Seilwinde betätigbar ist, welche von einem Elektromotor als Windenantrieb in einem Antriebsmodus angetrieben ist, wobei der Elektromotor zum Betreiben in einem Rekuperationsmodus ausgebildet ist, in welchem der Elektromotor vorzugsweise beim Senken des Werkzeugs elektrische Energie erzeugt und an einen Energiespeicher abgibt, und einer Steuerung, welche ausgebildet ist, abhängig von einem vorgebbaren Sollwert, den Elektromotor so anzusteuern, dass das Seil sowohl im Antriebsmodus als auch im Rekuperationsmodus des Elektromotors gespannt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Baumaschine gemäß dem Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Baumaschine nach dem Anspruch 8.
  • Baumaschinen mit einem Mast, entlang welchem ein Werkzeug bewegbar gelagert ist, welches an einem Seil zum Heben und Senken des Werkzeuges aufgehängt ist, sind seit langem bekannt.
  • Bei derartigen Baumaschinen wird eine Seilwinde üblicherweise mit einem Hydraulikmotor angetrieben, welcher von einer Hydraulikpumpe mit Hydraulikfluid versorgt wird. Die Hydraulikpumpe wird üblicherweise über einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, angetrieben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baumaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Baumaschine anzugeben, welche einen besonders wirtschaftlichen, umweltschonenden und zuverlässigen Betrieb ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird zum einen durch eine Baumaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Baumaschine, welche insbesondere als ein Bohrgerät ausgebildet ist, umfasst einen Mast, entlang welchem eine Werkzeugeinrichtung bewegbar gelagert ist, wobei die Werkzeugeinrichtung an einem Seil aufgehängt ist, welches zum Heben und Senken der Werkzeugeinrichtung mittels einer Seilwinde betätigbar ist, welche von einem Elektromotor als Windenantrieb in einem Antriebsmodus angetrieben ist, wobei der Elektromotor zum Betreiben in einem Rekuperationsmodus ausgebildet ist, in welchem der Elektromotor vorzugsweise beim Senken der Werkzeugeinrichtung elektrische Energie erzeugt und abgibt, und einer Steuerung, welche ausgebildet ist, abhängig von einem vorgebbaren Sollwert, den Elektromotor so anzusteuern, dass das Seil sowohl im Antriebsmodus als auch im Rekuperationsmodus des Elektromotors gespannt ist.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung besteht darin, zum Antreiben der Seilwinde einen Elektromotor einzusetzen, welcher sowohl in einem Antriebsmodus als auch in einem Rekuperationsmodus betreibbar ist. Somit kann insbesondere bei einem Senken der Werkzeugeinrichtung, welche etwa ein Tiefbauwerkzeug, ein Bohrantrieb, eine Ramme oder ein Rüttler sein kann, Lageenergie in elektrische Energie umgesetzt werden. Diese elektrische Energie kann an einen Energiespeicher oder einen elektrischen Energieverbraucher der Baumaschine abgegeben werden. Auf diese Weise kann der Energieverbrauch der Maschine reduziert werden, was wirtschaftlich und umweltschonend ist.
  • Die Erfindung erschöpft sich jedoch nicht in der Verwendung eines rekuperativ betreibbaren Elektromotors für die Seilwinde. Vielmehr ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Steuerung vorgesehen, mit welcher der Elektromotor sowohl in dem Antriebsmodus als auch insbesondere im Rekuperationsmodus so betrieben wird, dass eine vorgegebenen Seilspannung gewährleistet ist. Beispielsweise kann es zu bestimmten Betriebszeitpunkten, etwa wenn ein am Seil aufgehängtes Werkzeug, etwa ein Bohrwerkzeug, in ein mit Flüssigkeit gefülltes Bohrloch abgelassen wird, beim Auftreffen auf die Flüssigkeitsoberfläche dazu kommen, dass das Werkzeug abgebremst wird und anschließend mit einer geringeren Sinkgeschwindigkeit absinkt. Beispielsweise in einem solchen Betriebszustand wird durch die Steuerung sichergestellt, dass der als Generator im Rekuperationsmodus betriebene Elektromotor bei einem weiteren Absenken der Werkzeugeinrichtung mit einem geringeren elektromotorischen Widerstand, also einem geringeren Bremswiderstand mit verringerter Rekuperationsleistung, oder nötigenfalls mit einem gewissen Rückzugsdrehmoment betrieben wird, so dass die gewünschte Seilspannung sichergestellt ist.
  • Durch eine vorgegebene Seilspannung in jedem Betriebszustand ist gewährleistet, dass sich kein Schlappseil an der Seilwinde oder den Umlenkrollen bildet. Hierdurch könnte das Seil ansonsten aus Windungen oder den Umlenkrollen springen, was zu einem erhöhten Seilverschleiß, einer Beschädigung des Seils oder zu einer Betriebsunterbrechung mit Reparatur der Baumaschine führen könnte.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es besonders zweckmäßig, dass der Sollwert für den Elektromotor eine vorgegebene Seilzugkraft ist. Hierdurch kann über eine Steuerung direkt eine Mindestseilzugkraft eingestellt und vorgegeben werden. Die Steuerung kann entsprechend die Leistung oder den elektromotorischen Widerstand des Elektromotors insbesondere im Rekuperationsbetrieb steuern.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass eine Kraftmesseinrichtung zum Messen der Seilzugkraft vorgesehen ist und dass die Kraftmesseinrichtung mit der Steuerung zum Steuern/Regeln des Elektromotors abhängig von der gemessenen Seilzugkraft in Verbindung steht. Mit der Kraftmesseinrichtung kann unmittelbar die Zugkraft an dem Seil ermittelt und über die Steuerung zum Steuern des Elektromotors eingesetzt werden. Durch dieses Rückkoppeln des Messwertes kann mit der Steuerung ein Regeln des Elektromotors abhängig von der Seilzugkraft erreicht werden.
  • Grundsätzlich kann die Kraftmesseinrichtung in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Ausführung der Erfindung, dass die Kraftmesseinrichtung einen Kraftmessbolzen an einer Umlenkrolle des Seiles oder eine Kraftmesslasche an einem Windenbock der Seilwinde aufweist. Es kann dabei eine unmittelbare Erfassung einer Kraft, etwa durch eine Kraftmessdose oder durch Kraftmessstreifen, erreicht werden.
  • Grundsätzlich kann eine einheitliche Seilzugkraft für verschiedene Betriebssituationen eingestellt werden, insbesondere für das Heben und Senken der Werkzeugeinrichtung. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass die vorgebbare Seilspannkraft durch die Steuerung veränderbar ist. Hierfür kann eine entsprechende Eingabeeinrichtung für eine Bedienperson oder eine automatische Veränderung nach einem vorgegebenen Steuerprogramm vorgesehen sein. Insbesondere kann sich die Seilspannkraft abhängig vom Betriebsmodus ändern. Beispielsweise kann beim Senken der Werkzeugeinrichtung eine andere Mindestseilzugkraft vorgesehen sein als beim Heben. Der jeweilige Vorgabewert kann dabei aus einem Speicher abgerufen oder durch eine Bedienperson eingegeben werden. Der Vorgabewert für die Seilzugkraft kann auch von der jeweils ausgewählten und angebauten Werkzeugeinrichtung abhängen.
  • Grundsätzlich kann die Baumaschine in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein, bei welcher an einem Mast eine Werkzeugeinrichtung mittels eines Seiles gehoben und abgesenkt wird. Insbesondere bei einem wiederholten Anheben und Absenken der Werkzeugeinrichtung entlang des Mastes ist die erfindungsgemäße Anordnung zur Rekuperation von Energie besonders wirtschaftlich. Dies kann beispielsweise bei einer Ramme, einem Rüttler oder einer Schlitzwandfräse oder einem Schlitzwandgreifer, wie sie insbesondere für den Tiefbau eingesetzt werden, zweckmäßig sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung, dass die Baumaschine als ein Bohrgerät ausgebildet ist, an dessen Mast ein Drehbohrantrieb verstellbar gelagert ist, welcher über mindestens einen Stellantrieb entlang des Mastes verfahrbar ist. Die Werkzeugeinrichtung kann dabei insbesondere eine teleskopierbare Kellystange mit einem Bohrwerkzeug sein. Über das Seil kann die innere Stange des Kellygestänges zusammen mit dem Bohrwerkzeug gehoben und abgesenkt werden. Das Bohrwerkzeug kann dabei beliebig ausgebildet sein, insbesondere als eine Bohrschnecke oder besonders bevorzugt als ein Bohreimer.
  • Insbesondere bei einem diskontinuierlichen Bohren mit einem häufigen Rückziehen des Bohrwerkzeuges zu dessen Entleerung ist die Erfindung besonders wirtschaftlich.
  • Vorzugsweise kann der Mast als ein Mäkler, insbesondere ein Teleskopmäkler, ausgebildet sein. Der Mäkler weist entlang seiner Vorderseite eine Linearführung auf, an welcher etwa ein Arbeitsschlitten als oder für die Werkzeugeinrichtung vertikal bewegbar geführt ist. Grundsätzlich ist der Begriff des Mastes im Sinne der Erfindung allgemein zu verstehen, wobei auch ein Auslegerarm umfasst sein soll.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Baumaschine mit einem Mast, entlang welchem eine Werkzeugeinrichtung bewegbar gelagert ist, wobei die Werkzeugeinrichtung an einem Seil aufgehängt ist, welches zum Heben und Senken der Werkzeugeinrichtung mittels einer Seilwinde betätigt wird, welche von einem Elektromotor als Windenantrieb in einem Antriebsmodus angetrieben wird, wobei der Elektromotor zum Betreiben in einem Rekuperationsmodus ausgebildet ist, in welchem der Elektromotor vorzugsweise beim Senken der Werkzeugeinrichtung elektrische Energie erzeugt und abgibt, wobei der Elektromotor durch eine Steuerung abhängig von einem vorgebbaren Sollwert angesteuert wird, so dass das Seil sowohl im Antriebsmodus als auch im Rekuperationsmodus des Elektromotors gespannt ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere durch die zuvor beschriebene Baumaschine durchgeführt werden. Es können mit dem Verfahren die zuvor beschriebenen Vorteile erreicht werden. Durch die Steuerung ist der elektromotorische Widerstand des Elektromotors im Rekuperationsmodus einstellbar und veränderbar, so dass ein vorgegebener Mindestwert für die Seilspannung sichergestellt ist.
  • Eine bevorzugte Verfahrensvariante besteht nach der Erfindung darin, dass der Elektromotor abhängig von einer vorgebbaren Seilzugkraft als Sollwert angesteuert wird. Es kann so eine Mindestseilzugkraft unmittelbar vorgegeben werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht nach der Erfindung darin, dass die vorgebbare Seilkraft durch die Steuerung verändert wird. Dies kann über eine Eingabeeinrichtung unmittelbar durch eine Bedienperson oder automatisch entsprechend einem vorgegebenen Steuerprogramm abhängig von bestimmten Betriebsparametern erfolgen. So kann etwa beim Heben eine andere Seilzugkraft vorgegeben werden als beim Senken. Auch kann sich die vorgegebene Seilzugkraft abhängig von der eingesetzten Werkzeugeinrichtung ändern.
  • Eine besonders gute Verfahrenssteuerung wird nach einer Ausführungsvariante der Erfindung dadurch erzielt, dass eine Seilzugkraft mittels einer Kraftmesseinrichtung gemessen wird, wobei die Kraftmesseinrichtung mit der Steuerung in Verbinddung steht, wobei der Elektromotor abhängig von der gemessenen Seilzugkraft gesteuert oder geregelt wird. Mittels der Kraftmesseinrichtung kann so eine Ist-Seilzugkraft am Seil ermittelt werden. Diese Ist-Seilzugkraft wird mit der vorgegebenen Soll-Seilzugkraft verglichen. Abhängig von der sich ergebenden Differenz kann durch die Steuerung der Antrieb der Seilwinde so angesteuert werden, dass zumindest die Ist-Seilzugkraft nicht geringer als die vorgegebene Soll-Seilzugkraft ist, welche als Mindestkraft für eine gewünschte Seilspannung vorgegeben ist.
  • Grundsätzlich kann die Steuerung auch so ausgelegt sein, dass durch diese die Ist-Seilzugkraft auf die gegebene Soll-Seilzugkraft oder zumindest einen Sollbereich für die Soll-Seilzugkraft eingeregelt wird. Dabei kann in der Steuerung auch als eine obere Grenze eine maximale Seilzugkraft festgelegt werden. Erreicht die Ist-Seilzugkraft die maximale Seilzugkraft, wird der Elektromotor der Seilwinde derart angesteuert, bis die Ist-Seilzugkraft den maximalen Seilzugkraftwert wieder unterschreitet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben, welches schematisch in der Zeichnung dargestellt ist.
  • Die einzige Zeichnung zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Baumaschine 10 mit einem Trägergerät 12. Das Trägergerät 12 umfasst ein Raupenfahrwerk als Unterwagen 14, auf welchem drehbar ein Oberwagen 16 gelagert ist. In einer Bedienkabine des Oberwagens 16 befindet sich eine Steuerung 60 für die Baumaschine 10. Über einen Anlenkmechanismus 18 ist an dem Oberwagen 16 verstellbar ein Mast 20 gelagert, welcher im Betrieb eine im Wesentlichen vertikale Position aufweist.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Mast 20 als ein Mäkler 21 mit einer Linearführung 24 an seiner Vorderseite ausgebildet sein. Entlang der Linearführung 24 kann ein Arbeitsschlitten 38 mit einem Drehbohrantrieb 36 vertikal verfahrbar gelagert sein. Hierdurch kann die Baumaschine 10 als ein Bohrgerät ausgeführt werden. In der Zeichnung ist eine obere Position des Drehbohrantriebes 36 sowie eine untere Position mit unterbrochener Linienführung dargestellt.
  • Über einen Mastkopf 22 am oberen Ende des Mastes 20 kann ein Seil 40 geführt sein, an dessen einem Ende eine vorzugsweise teleskopierbare Kellystange 32 mit einem Bohrwerkzeug 34 als Werkzeugeinrichtung 30 vorgesehen ist. Die Kellystange 32 kann durch ein hülsenförmiges Antriebsrad des Drehbohrantriebes 36 am Arbeitsschlitten 38 geführt sein, so dass ein Drehmoment von dem Drehbohrantrieb 36 über nicht dargestellte Mitnehmerleisten auf die Kellystange 32 übertragen werden kann. Am unteren Ende der Kellystange 32 ist ein Bohrwerkzeug 34 zum Erstellen eines Bohrloches im Boden angeordnet. Das Bohrwerkzeug 34 kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein und insbesondere eine Bohrschnecke oder einen Bohreimer aufweisen.
  • Von der Kellystange 32 aus ist das Seil 40 über Umlenkrollen 26 am Mastkopf 22 entlang des Mastes 20 bis zu einer Seilwinde 46 im Oberwagen 16 geführt. Die Seilwinde 46 ist erfindungsgemäß über einen Elektromotor 50 angetrieben, welcher auch in einem Rekuperationsmodus betrieben werden kann. Über die Seilwinde 46 kann mittels des Seiles 40 die Kellystange 32 mit dem Bohrwerkzeug 34 gehoben und gesenkt werden. Beim Senken kann Lageenergie durch den Elektromotor 50 in elektrische Energie umgewandelt und an eine Speichereinrichtung oder einen elektrischen Verbraucher abgegeben werden.
  • Über einen Stellantrieb 28 mit Winde am Mast 20 kann über ein weiteres Stellseil 29 der Arbeitsschlitten 38 mit dem Drehbohrantrieb 36 nach oben gezogen werden. Durch entsprechendes Antreiben des Stellantriebes 28 in die gegengesetzte Richtung kann der Arbeitsschlitten 38 mit dem Drehbohrantrieb 36 auch nach unten abgelassen werden. Der Stellantrieb 28 kann ebenfalls mit einem nicht dargestellten Elektromotor ausgestattet sein, welcher ebenso im Rekuperationsmodus betrieben werden kann. Der Arbeitsschlitten 38 mit dem Drehbohrantrieb 36 kann ebenfalls als Teil der Werkzeugeinrichtung 30 angesehen werden.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise an einer Umlenkrolle 26 am Mastkopf 22 eine Kraftmesseinrichtung 62 angeordnet. Die Kraftmesseinrichtung 62 kann beispielsweise als ein Kraftmessbolzen ausgebildet sein, durch welchen eine Seilzugkraft am Seil 40 erfasst werden kann. Die Kraftmesseinrichtung 62 steht mit der Steuerung 60 an Oberwagen 16 in Verbindung.
  • Über die Steuerung 60 wird der mindestens eine Elektromotor 50 zum Betreiben der Seilwinde 46 und vorzugsweise auch der weitere Elektromotor zum Betreiben des als Winde ausgebildeten Stellantriebes 28 angesteuert. Die Ansteuerung des Elektromotors 50 durch die Steuerung 60 erfolgt dabei so, dass abhängig von einem vorgegebenen Sollwert für die Seilzugkraft der mindestens eine Elektromotor 50 so angesteuert wird, dass das Seil 40 nicht nur im Antriebsmodus, sondern auch im Rekuperationsmodus des Elektromotors 50 eine vorgesehene Mindestspannung aufweist. Insbesondere kann durch die Steuerung 60 ein elektromotorischer Widerstand des mindestens einen Elektromotors 50 angesteuert und verändert werden, wobei sich auch entsprechend die Rekuperationsleistung des Elektromotors 50 verändert. Die Steuerung 60 ist insgesamt so ausgelegt, dass eine Mindestspannung des Seiles 40 gewährleistet ist, auch wenn sich hierdurch die Rekuperationsleistung des Elektromotors 50 gegenüber einem maximal möglichen Wert zumindest für eine gewisse Zeitspanne verringert. Durch eine ausreichende Seilspannung wird sichergestellt, dass sich kein Schlappseil bildet, etwa wenn ein Abbremsen des Bohrwerkzeuges 34 bei einem Ablassen in ein mit Flüssigkeit gefülltes Bohrloch erfolgt. Hierdurch wird das Bilden von Schlappseil mit der Gefahr eines Herausspringens des Seiles 40 aus der Umlenkrolle 26 oder einer ungeordneten Wicklung auf der Seilwinde 46 vermieden.
  • Durch die erfindungsgemäße Baumaschine 10 und das zugehörige erfindungsgemäße Verfahren können ein energiesparender und damit umweltschonender und wirtschaftlicher Betrieb bei einem weiterhin sicheren Betriebsablauf erreicht werden.

Claims (10)

  1. Baumaschine, insbesondere Bohrgerät, mit
    einem Mast (20), entlang welchem eine Werkzeugeinrichtung (30) bewegbar gelagert ist, wobei die Werkzeugeinrichtung (30) an einem Seil (40) aufgehängt ist, welches zum Heben und Senken der Werkzeugeinrichtung (30) mittels einer Seilwinde (46) betätigbar ist, welche von einem Elektromotor (50) als Windenantrieb in einem Antriebsmodus angetrieben ist,
    wobei der Elektromotor (50) zum Betreiben in einem Rekuperationsmodus ausgebildet ist, in welchem der Elektromotor (50) vorzugsweise beim Senken der Werkzeugeinrichtung (30) elektrische Energie erzeugt und abgibt, und
    einer Steuerung (60), welche ausgebildet ist, abhängig von einem vorgebbaren Sollwert, den Elektromotor (50) so anzusteuern, dass das Seil (40) sowohl im Antriebsmodus als auch im Rekuperationsmodus des Elektromotors (50) gespannt ist.
  2. Baumaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Sollwert für den Elektromotor (50) eine vorgegebene Seilzugkraft ist.
  3. Baumaschine nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Kraftmesseinrichtung (62) zum Messen der Seilzugkraft vorgesehen ist und dass die Kraftmesseinrichtung (62) mit der Steuerung (60) zum Steuern/Regeln des Elektromotors (50) abhängig von der gemessenen Seilzugkraft in Verbindung steht.
  4. Baumaschine nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kraftmesseinrichtung (62) einen Kraftmessbolzen an einer Umlenkrolle (26) des Seiles (40) oder eine Kraftmesslasche an einem Windenbock der Seilwinde (46) aufweist.
  5. Baumaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die vorgebbare Seilspannkraft durch die Steuerung (60) veränderbar ist.
  6. Baumaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Baumaschine (10) als ein Bohrgerät ausgebildet ist, an dessen Mast (20) ein Drehbohrantrieb (36) verstellbar gelagert ist, welcher über mindestens einen Stellantrieb (28) entlang des Mastes (20) verfahrbar ist.
  7. Verfahren zum Betreiben einer Baumaschine (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Mast (20), entlang welchem eine Werkzeugeinrichtung (30) bewegbar gelagert ist, wobei die Werkzeugeinrichtung (30) an einem Seil (40) aufgehängt ist, welches zum Heben und Senken der Werkzeugeinrichtung (30) mittels einer Seilwinde (46) betätigt wird, welche von einem Elektromotor (50) als Windenantrieb in einem Antriebsmodus angetrieben wird, wobei der Elektromotor (50) zum Betreiben in einem Rekuperationsmodus ausgebildet ist, in welchem der Elektromotor (50) vorzugsweise beim Senken der Werkzeugeinrichtung (30) elektrische Energie erzeugt und abgibt,
    wobei der Elektromotor (50) durch eine Steuerung (60) abhängig von einem vorgebbaren Sollwert angesteuert wird, so dass das Seil (40) sowohl im Antriebsmodus als auch im Rekuperationsmodus des Elektromotors (50) gespannt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Elektromotor (50) abhängig von einer vorgegebenen Seilzugkraft als Sollwert angesteuert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die vorgebbare Seilspannkraft durch die Steuerung (60) oder einen Bediener verändert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Seilzugkraft mittels einer Kraftmesseinrichtung (62) gemessen wird, wobei die Kraftmesseinrichtung (62) mit der Steuerung (60) in Verbindung steht, wobei der Elektromotor (50) abhängig von der gemessenen Seilzugkraft gesteuert oder geregelt wird.
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