EP4253718A1 - Vermeidung von störungen beim trockenbohren mit hammerbohrgeräten - Google Patents

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EP4253718A1
EP4253718A1 EP22165053.4A EP22165053A EP4253718A1 EP 4253718 A1 EP4253718 A1 EP 4253718A1 EP 22165053 A EP22165053 A EP 22165053A EP 4253718 A1 EP4253718 A1 EP 4253718A1
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EP
European Patent Office
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drilling
suction
air flow
suction air
event
Prior art date
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Pending
Application number
EP22165053.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
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.)
Bburg International & Co Kg GmbH
Original Assignee
Bburg International & Co Kg GmbH
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Publication date
Application filed by Bburg International & Co Kg GmbH filed Critical Bburg International & Co Kg GmbH
Priority to EP22165053.4A priority Critical patent/EP4253718A1/de
Publication of EP4253718A1 publication Critical patent/EP4253718A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/01—Arrangements for handling drilling fluids or cuttings outside the borehole, e.g. mud boxes
    • E21B21/015—Means engaging the bore entrance, e.g. hoods for collecting dust

Definitions

  • the invention relates to a solution for avoiding disruptions when using hammer drilling devices, which are equipped for dry drilling with a suction device for suctioning off material and dust that has been removed from the drilling base. It serves to ensure the drilling progress and to protect the drilling tool when drilling holes in earth or rock, which are carried out using such hammer drilling devices that have a drilling mast.
  • the invention relates to a corresponding method and a hammer drill suitable for carrying out this method.
  • Hammer drilling equipment is used to create earth holes and rock drillings, with the help of which corresponding drillings are created according to the operating principle of impact-rotary drilling.
  • a drilling tool in the form of a drill bit arranged at the end of a drill pipe is subjected to bursts of compressed air, the compressed air required for this being generated by means of a compressor arranged on a machine carriage.
  • the drill pipe is guided on or in a drilling mast that is articulated and positioned on the machine carriage with the aid of a boom.
  • drilling rigs which are used, for example, in mining and tunnel construction, in the construction of foundations, for rock extraction and for geological investigations, a distinction is essentially made between down-hole drilling rigs and top hammer drilling rigs.
  • the pneumatically operated percussion mechanism as part of the drill head is moved along the mast of the drilling device in the direction of the borehole during the drilling process, whereas in top hammer drilling devices the percussion mechanism remains in the area of the top of the mast throughout the entire drilling process.
  • the material that has been knocked out at the bottom of the drilling hole must be removed from the drilling hole.
  • the material is used for this purpose During wet drilling, it is flushed out using a rinsing liquid or, during dry drilling, it is sucked out using a suction device.
  • the solution presented relates to dry drilling and can be used with both down-hole drilling machines and top hammer drilling machines.
  • the machine operator of a hammer drill using the dry drilling method is therefore required to ensure that material is constantly discharged during the drilling process via a suction hose belonging to a suction device. If he notices an interruption in the material discharge, this is a sign that the drilling tool could get stuck on the drilling base. In order to avoid this, he will then briefly interrupt the drilling process by briefly raising the drilling tool and immediately lowering it again, i.e. repositioning the drilling tool, so to speak. This procedure requires a certain amount of experience and constant attention on the part of the machine operator so that he can intervene in a timely manner if necessary. In addition, against this background, the use of human labor, namely a machine operator, is essentially indispensable, so that automatic operation of generic drilling devices without special measures is out of the question.
  • the object of the invention is to provide a solution for securing the drilling progress and for protecting the drilling tool when using hammer drilling devices by dry drilling earth holes or rock drillings to relieve the burden on a machine operator operating the drilling rig or at least to make him unnecessary in this respect.
  • the proposed method solves the task of avoiding disruptions when using hammer drills with a suction device, that is, the task of ensuring the drilling progress and protecting the drilling tool, by sensing the suction air flow generated by the suction unit in the suction hose during a drilling process, namely by means of at least one Sensor unit is monitored.
  • This is done by means of a processing unit that evaluates at least one sensor signal from at least one sensor unit.
  • the at least one sensor unit can be a sensor unit with a sensor or several sensors integrated into a sensor unit that work according to the same principle, i.e. that detect the same physical quantity(s).
  • several sensors that detect different physical variables can also be combined in such a sensor unit.
  • the aforementioned processing unit activates the output of at least one warning signal and/or outputs a control signal to at least one actuator if the processing unit detects an interruption in the suction air flow from the borehole by evaluating the sensor signal(s) or, if the suction air flow is not interrupted, detects that via the suction hose for a maximum of a few seconds (1 to 3 seconds) There is no material discharge, at least in lumpy form when drilling rocks. If a control signal is output when there is no suction air flow or material discharge, this ensures that the at least one suitably controlled actuator prevents the drill from getting stuck in the drilling ground.
  • the proposed solution therefore relieves a machine operator operating an appropriately equipped drilling rig from having to constantly ensure that material broken out in the borehole at the drilling base is constantly being discharged via the suction hose.
  • Another advantage of this solution is that it will make automated drilling possible in the first place using an autonomously operating drilling device, since its use makes human control with regard to the success of material discharge from the borehole unnecessary.
  • the processing unit can activate the output of an acoustic warning signal via at least one loudspeaker.
  • the issue of a visual warning signal through at least one warning light and/or on at least one display should be considered.
  • both an acoustic and a visual warning signal can be issued.
  • actuators are activated by the processing device when the suction air flow is interrupted or there is no material discharge, one or more actuators are activated in such a way that the drilling tool is briefly raised and then - so to speak repositioning the drill bit - is lowered again.
  • the three terms drilling tool, drill bit and drill are used synonymously in the context of the description of the invention.
  • the drilling device proposed to solve the problem and therefore suitable for carrying out the method described above is a ground hole and rock drilling device designed as a hammer drilling device for dry drilling, which can be an in-hole drilling device or a top hammer drilling device.
  • this drilling device has a typically movable machine carriage, often designed as a vehicle with its own drive, with a compressor arranged thereon for generating compressed air for driving a drilling tool (drill bit), a machine connected to the machine carriage via a boom, respectively on this articulated drilling mast, a drill pipe guided on or in the drilling mast, at the free end of which the drilling tool operated with compressed air is arranged, as well as a suction device for suction of material knocked out at the drilling base.
  • a corresponding suction device consists of one on the drilling mast facing the borehole Suction bell arranged on the side and connected to a suction unit via a suction hose.
  • the drilling device that solves the task is equipped with a monitoring device for monitoring a suction air flow generated by the suction unit in the suction hose during a drilling process.
  • the monitoring device in question comprises at least one sensor unit and one processing unit.
  • the processing unit is designed to activate the output of at least one warning signal via an output means of the monitoring device provided for this purpose in the event of an interruption in the suction air flow from the borehole detected by means of the at least one sensor unit or, if there is an existing suction air flow, in the event of a lack of material discharge and/or to output a control signal for actuating at least one actuator of the monitoring device that counteracts the drill getting stuck in the drilling ground.
  • an actuator of the aforementioned type is considered part of the monitoring device in this description.
  • a heating element or a heating plate, can be arranged in the suction hose on its inside, which is combined with at least one infrared detector arranged opposite it in the suction hose.
  • the heating element and the at least one infrared detector are arranged slightly inclined (5 to 20°) against the suction air flow. This is intended to prevent excessive dust from being deposited on the surfaces of the heating plate and the infrared sensor, which could potentially distort the detection result.
  • a pressure sensor through which, if the suction air flow from the borehole is interrupted - mind you, only the air flow from the Borehole, but not an interruption of the suction process as such - an increasing negative pressure is detected in the suction hose.
  • ultrasonic sensors arranged in the suction hose are used instead of infrared monitoring (through a heat element and infrared sensor) to detect an interruption in the material discharge.
  • ultrasonic sensors offer the advantage that they are less sensitive to dust that accumulates on them.
  • this is ultimately always a question of evaluating the effort-benefit ratio - by means of suitable software executed by the processing unit, the signals from several sensors, in particular a combination of the aforementioned sensors to determine an interruption in the suction air flow or the material discharge.
  • the drilling device or rather its processing unit that evaluates the signal(s) from the sensor system, is designed to activate at least one warning signal when the material discharge is interrupted or even the suction air flow is interrupted, different options come into consideration for issuing a corresponding warning signal, as already stated with regard to the method.
  • the drilling device can be equipped with at least one loudspeaker for issuing an acoustic warning signal.
  • the drilling device can have at least one warning light and/or a display to issue a visual warning signal.
  • a suitable design of the monitoring device for the suction can also enable the automated or autonomous operation of a generic drilling device (at least during the drilling process).
  • the invention includes an autonomous drilling drilling device.
  • Such a drilling device is equipped with at least one actuator, which is controlled by the processing unit in the event of an interruption in the suction air flow or, in the case of an existing suction air flow, in the event of a lack of material discharge in the suction air flow, for example, to activate the drilling tool automatically - i.e. without human intervention - raise it briefly and then lower it back to the drilling ground.
  • the Fig. 1 shows an example of a hammer drilling device of the type described above, which is equipped with a sensor system (with at least one sensor unit 1) to monitor the material discharge from a borehole via a suction hose 8 in order to implement the solution according to the invention.
  • a sensor system with at least one sensor unit 1 to monitor the material discharge from a borehole via a suction hose 8 in order to implement the solution according to the invention.
  • the drilling rig essentially consists of a machine carriage 2 with a compressor arranged on it, a boom 4 with this machine carriage 2 connected drilling mast 3 with a drill pipe 5 guided on or in it, at the end of which the drilling tool 6 (drill bit) is located, and from a suction device for suction and discharge of the material loosened or broken out during a drilling process on the drilling base.
  • the machine carriage 2 of the drilling rig shown as an example is a self-propelled machine carriage 2 equipped with a driver's cab for the machine operator.
  • the drilling mast 3 is connected to this via a boom 4, the boom 4 being used to move and position the Drilling mast 3 is used.
  • a suction bell 7 of the suction device On the side of the drilling mast 3 facing the borehole to be created, a suction bell 7 of the suction device is arranged, which is placed over the opening of the borehole during a drilling process, largely sealing it.
  • the suction bell 7 is connected to a suction unit 9, which also functions as a dust separator, via a suction hose 8.
  • suction unit 9 which also functions as a dust separator
  • the presence of a suction air flow and a continuous material discharge via the suction hose 8 is monitored by means of at least one sensor unit 1 (sensor system), the sensor signals of which are evaluated by a processing unit (not shown).
  • the sensor system, or sensor unit 1, which is only indicated here, is arranged inside the suction hose 8 and can, for example, consist of a pressure sensor and a combination of a heating element (heat plate) with at least one infrared sensor.
  • a possible interruption of the suction air flow from the borehole is detected by means of the pressure sensor, and in the event of such an interruption, an immediate, significant increase in the negative pressure generated in the suction hose 8 by means of the suction unit 9 is detected by means of the at least one sensor unit 1.
  • a warning signal is issued to the machine operator in acoustic or visual form via specified output means.
  • the machine operator will then counteract this by repositioning the drilling tool 6, or the drill bit, by briefly raising it and then lowering it again.
  • a maximum predetermined period of time for example 1 to 3 seconds.
  • the thermal radiation emitted by the heating element falls largely undamped on the infrared detector that determines this.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Sicherung des Bohrfortschritts und den Schutz des Bohrwerkzeugs (6) bei Erdloch- oder Gesteinsbohrungen, welche mittels eines einen Bohrmast (3) aufweisenden Hammerbohrgeräts ausgeführt werden, bei welchem zur Ausbildung einer Absaugvorrichtung für das Absaugen am Bohrgrund herausgeschlagenen Materials an dem Bohrmast (3) auf seiner dem Bohrloch zugewandten Seite eine über einen Saugschlauch (8) mit einem Saugaggregat (9) verbundene Absaugglocke (7) angeordnet ist. Gemäß der hierzu vorgeschlagenen Lösung wird während eines Bohrvorgangs der mittels des Saugaggregats (9) in dem Saugschlauch (8) erzeugte Saugluftstrom sensorisch, nämlich mittels mindestens einer Sensoreinheit, überwacht. Wird dabei durch eine mindestens ein Sensorsignal auswertende Verarbeitungseinheit eine Unterbrechung des Saugluftstroms aus dem Bohrloch oder, bei nicht unterbrochenem Saugluftstrom, das Fehlen eines Materialaustrags mit dem Saugluftstrom detektiert, so wird von der Verarbeitungseinheit die Ausgabe mindestens eines Warnsignals aktiviert oder/und an mindestens einen dazu ausgebildeten, einem Festlaufen des Bohrwerkzeugs (6) in dem Bohrgrund entgegenwirkenden Aktor ein Steuersignal ausgegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lösung zur Vermeidung von Störungen beim Einsatz von Hammerbohrgeräten, welche für das Trockenbohren mit einer Absaugvorrichtung zur Absaugung am Bohrgrund herausgeschlagenen Materials und von Staub ausgestattet sind. Sie dient der Sicherung des Bohrfortschritts und dem Schutz des Bohrwerkzeugs bei Erdloch- oder Gesteinsbohrungen, welche mittels derartiger, einen Bohrmast aufweisenden Hammerbohrgeräten ausgeführt werden. Gegenstände der Erfindung sind ein entsprechendes Verfahren sowie ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Hammerbohrgerät.
  • Zur Erzeugung von Erdloch- und Gesteinsbohrungen werden Hammerbohrgeräte eingesetzt, mit Hilfe welcher entsprechende Bohrungen nach dem Wirkprinzip des Schlag-Dreh-Bohrens erzeugt werden. Hierbei wird ein am Ende eines Bohrgestänges angeordnetes Bohrwerkzeug in Form einer Bohrkrone mit Druckluftstößen beaufschlagt, wobei die hierfür erforderliche Druckluft mittels eines auf einem Maschinenwagen angeordneten Kompressors erzeugt wird. Das Bohrgestänge ist an oder in einem mit Hilfe eines Auslegers an dem Maschinenwagen angelenkten und positionierten Bohrmast geführt.
  • Bei derartigen Bohrgeräten, welche beispielsweise im Berg- und Tunnelbau, bei der Errichtung von Fundamentgründungen, zur Gesteinsgewinnung und für erdgeologische Untersuchungen eingesetzt werden, unterscheidet man im Wesentlichen zwischen Imlochbohrgeräten und Tophammerbohrgeräten. Bei den Imlochbohrgeräten wird das pneumatisch betätigte Schlagwerk als Teil des Bohrkopfes mit diesem beim Bohrvorgang an dem Mast des Bohrgeräts entlang in Richtung des Bohrlochs verfahren, wohingegen das Schlagwerk bei Tophammerbohrgeräten während des gesamten Bohrvorgangs im Bereich der Mastspitze verbleibt.
  • Unabhängig von dieser Unterscheidung muss das am Bohrgrund herausgeschlagene Material aus dem Bohrloch entfernt werden. Dazu wird das Material beim Nassbohren mittels einer Spülflüssigkeit herausgespült oder beim Trockenbohren mit Hilfe einer Absaugvorrichtung abgesaugt. Die vorgestellte Lösung bezieht sich auf das Trockenbohren und kann hierbei sowohl bei Imlochbohrgeräten als auch bei Tophammerbohrgeräten eingesetzt werden.
  • Während eines Bohrvorgangs ist es zur Vermeidung von Störungen unerlässlich, dass ein fortwährender Materialaustrag aus dem Bohrloch erfolgt. Andernfalls besteht die Gefahr, dass sich das Bohrwerkzeug im Untergrund oder Gestein "festfrisst". Durch ein Festlaufen des Bohrwerkzeugs wird in jedem Falle der Bohrfortschritt beeinträchtigt. Darüber hinaus kann es aber außerdem zu einer Beschädigung des Bohrwerkzeugs, respektive der Bohrkrone kommen. Dies gilt es selbstverständlich zu meiden.
  • Der Maschinenführer eines nach dem Trockenbohrverfahren arbeitenden Hammerbohrgeräts ist daher gehalten, darauf zu achten, dass über einen zu einer Absaugvorrichtung gehörenden Saugschlauch während des Bohrvorgangs stetig Material ausgetragen wird. Stellt er eine Unterbrechung des Materialaustrags fest, so ist dies für ihn ein Zeichen, dass sich das Bohrwerkzeug am Bohrgrund festlaufen könnte. Um dies zu vermeiden, wird er dann den Bohrvorgang kurzzeitig unterbrechen, indem er das Bohrwerkzeug kurz anhebt und sofort wieder absenkt, also das Bohrwerkzeug gewissermaßen neu ansetzt. Diese Vorgehensweise setzt eine gewisse Erfahrung und eine ständige Aufmerksamkeit des Maschinenführers voraus, damit dieser erforderlichenfalls rechtzeitig eingreifen kann. Darüber hinaus ist vor diesem Hintergrund der Einsatz menschlicher Arbeitskraft, nämlich eines Maschinenführers, im Grunde unentbehrlich, so dass ein automatischer Betrieb gattungsgemäßer Bohrgeräte ohne spezielle Maßnahmen nicht in Betracht kommt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zur Sicherung des Bohrfortschritts und zum Schutz des Bohrwerkzeugs bei mittels Hammerbohrgeräten im Wege des Trockenbohrens von Erdloch- oder Gesteinsbohrungen zu gewährleisten und hierbei einen das Bohrgerät bedienenden Maschinenführer zu entlasten oder ihn jedenfalls in dieser Hinsicht gar entbehrlich zu machen.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein die Aufgabe lösendes, zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Bohrgerät wird durch den ersten Sachanspruch charakterisiert. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die jeweiligen Unteransprüche gegeben.
  • Das vorgeschlagene Verfahren löst die Aufgabe des Vermeidens von Störungen beim Einsatz von Hammerbohrgeräten mit Absaugvorrichtung, das heißt die Aufgabe der Sicherung des Bohrfortschritts und des Schutzes des Bohrwerkzeugs, indem der mittels des Saugaggregats in dem Saugschlauch erzeugte Saugluftstrom während eines Bohrvorgangs sensorisch, nämlich mittels mindestens einer Sensoreinheit, überwacht wird. Dies geschieht mittels einer mindestens ein Sensorsignal mindestens einer Sensoreinheit auswertenden Verarbeitungseinheit. Was die mindestens eine Sensoreinheit anbelangt, so kann es sich dabei um eine Sensoreinheit mit einem Sensor oder mehrere in eine Sensoreinheit integrierte, nach demselben Prinzip arbeitende, also dieselbe oder dieselben physikalische(n) physikalische(n) Größe(n) erfassende Sensoren handeln. Jedoch können auch mehrere, unterschiedliche physikalische Größen detektierende Sensoren in einer solchen Sensoreinheit zusammengefasst sein. Schließlich besteht, je nach konkreter Implementierung des Verfahrens, auch noch die Möglichkeit der Verwendung mehrerer jeweils Sensoren derselben oder unterschiedlicher Art aufweisender Sensoreinheiten.
  • Gemäß dem Verfahren wird dabei von der vorgenannten Verarbeitungseinheit die Ausgabe mindestens eines Warnsignals aktiviert oder/und an mindestens einen Aktor ein Steuersignal ausgegeben, sofern die Verarbeitungseinheit durch Auswertung des oder der Sensorsignale eine Unterbrechung des Saugluftstroms aus dem Bohrloch feststellt oder, bei nicht unterbrochenem Saugluftstrom, erkennt, dass über den Saugschlauch für maximal wenige Sekunden (1 bis 3 Sekunden) kein, zumindest bei Gesteinsbohrungen stückiger, Materialaustrag erfolgt. Im Falle der Ausgabe eines Steuersignals bei fehlendem Saugluftstrom oder Materialaustrag wird hierdurch bewirkt, dass durch den mindestens einen in geeigneter Weise angesteuerten Aktor ein Festlaufen des Bohrers in dem Bohrgrund verhindert wird.
  • Die vorgeschlagene Lösung entlastet mithin einen ein entsprechend ausgestattetes Bohrgerät bedienenden Maschinenführer davon, sich ständig versichern zu müssen, dass in dem Bohrloch am Bohrgrund ausgebrochenes Material fortwährend über den Saugschlauch ausgetragen wird. Ein Vorteil dieser Lösung besteht weiterhin darin, dass diese perspektivisch ein automatisiertes Bohren mit mittels eines autonom arbeitenden Bohrgeräts überhaupt erst möglich macht, da durch ihren Einsatz eine menschliche Kontrolle hinsichtlich des Erfolgens eines Materialaustrags aus dem Bohrloch entbehrlich wird.
  • Wie vorstehend durch die Formulierung "oder/und" bereits zum Ausdruck gebracht, ist es je nach Konfiguration und Implementierung des Verfahrens selbstverständlich auch möglich, dass im Falle eines mittels der Sensorik festgestellten Ausbleibens von Materialaustrag sowohl ein Warnsignal ausgegeben als auch mindestens ein Aktor - nähere Ausführungen über das Wirken eines solchen mindestens einen Aktors sollen später erfolgen - angesteuert wird. Zum einen kann hierdurch eine Bedienperson (Maschinenführer) durch ein entsprechendes Warnsignal auf den fehlenden Materialaustrag aufmerksam gemacht, aber dennoch durch eine entsprechende Automatik des Bohrgeräts darin unterstützt werden, ein Festlaufen des Bohrwerkzeugs (der Bohrkrone, respektive des Bohrers) zu verhindern. Zum anderen können auch im Falle eines autonomen Bohrens Personen, welche zwar nicht unmittelbar das Bohrgerät bedienen, aber in dessen Nähe andere damit zusammenhängende Aufgaben ausführen, auf eventuell bestehende Probleme aufmerksam gemacht werden.
  • Für die Ausgabe eines oder mehrerer Warnsignale im Falle eines unterbrochenen Saugluftstroms oder Materialaustrags kommen unterschiedliche Möglichkeiten in Betracht, welche gegebenenfalls auch kumulativ zum Einsatz gelangen können. So kann im vorgenannten Fall durch die Verarbeitungseinheit die Ausgabe eines akustischen Warnsignals über mindestens einen Lautsprecher aktiviert werden. Ferner ist an die Ausgabe eines visuellen Warnsignals durch mindestens eine Warnleuchte und/oder an mindestens einem Display zu denken. Selbstverständlich können je nach Implementierung des Verfahrens und Ausstattung des Bohrgeräts auch sowohl eine akustisches als auch ein visuelles Warnsignal ausgegeben werden.
  • Was die schon wiederholt angesprochene Möglichkeit einer Verfahrensgestaltung anbelangt, gemäß welchem bei unterbrochenen Saugluftstrom oder Fehlen eines Materialaustrags durch die Verarbeitungseinrichtung Aktoren angesteuert werden, so werden hierbei ein oder mehrerer Aktoren derart angesteuert, dass das Bohrwerkzeug kurz angehoben und dann - gewissermaßen die Bohrkrone neu ansetzend - wieder abgesenkt wird. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die drei Begriffe Bohrwerkzeug, Bohrkrone und Bohrer im Kontext der Beschreibung der Erfindung synonym verwendet werden.
  • Das zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene und somit zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignete Bohrgerät ist ein als Hammerbohrgerät ausgebildetes Erdloch- und Gesteinsbohrgerät für das Trockenbohren, bei dem es sich um ein Imlochbohrgerät oder um ein Tophammerbohrgerät handeln kann. Dem sowie den vorstehenden Ausführungen folgend, weist dieses Bohrgerät einen typischerweise beweglichen, häufig auch als Fahrzeug mit eigenem Antrieb ausgebildeten Maschinenwagen mit einem darauf angeordneten Kompressor für die Erzeugung von Druckluft zum Antreiben eines Bohrwerkzeugs (Bohrkrone), einen über einen Ausleger mit dem Maschinenwagen verbundenen, respektive an diesem angelenkten Bohrmast, ein an oder in dem Bohrmast geführtes Bohrgestänge, an dessen freiem Ende das mit Druckluft betriebene Bohrwerkzeug angeordnet ist, sowie eine Absaugvorrichtung zur Absaugung am Bohrgrund herausgeschlagenen Materials auf. Eine entsprechende Absaugvorrichtung besteht aus einer an dem Bohrmast auf einer dem Bohrloch zugewandten Seite angeordneten, über einen Saugschlauch mit einem Saugaggregat verbundenen Absaugglocke.
  • Darüber hinaus ist das die Aufgabe lösende Bohrgerät mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines mittels des Saugaggregats in dem Saugschlauch erzeugten Saugluftstroms während eines Bohrvorgangs ausgestattet. Die betreffende Überwachungseinrichtung umfasst mindestens eine Sensoreinheit und eine Verarbeitungseinheit. Die Verarbeitungseinheit ist dazu ausgebildet, im Falle einer mittels der mindestens einen Sensoreinheit detektierten Unterbrechung des Saugluftstroms aus dem Bohrloch oder, bei bestehendem Saugluftstrom, im Falle des Fehlens eines Materialaustrags die Ausgabe mindestens eines Warnsignals über ein hierfür vorgesehenes Ausgabemittel der Überwachungseinrichtung zu aktivieren oder/und ein Steuersignal zur Betätigung mindestens eines, einem Festlaufen des Bohrers in dem Bohrgrund entgegenwirkenden Aktors der Überwachungseinrichtung auszugeben. Sofern vorhanden, wird ein Aktor der vorgenannten Art in dieser Beschreibung als Teil der Überwachungseinrichtung aufgefasst. Was die Anordnung, respektive den Einsatz mindestens einer Sensoreinheit betrifft, so gilt hierfür das dazu bereits schon bei der Darstellung des Verfahrens Gesagte.
  • Was die eine Unterbrechung des Saugluftstroms oder das Fehlen eines Materialaustrags mit dem Saugstrom detektierende Sensorik anbelangt, so kommen hierfür unterschiedliche Möglichkeiten in Betracht. Entsprechend einer ersten dieser Möglichkeiten kann hierfür in dem Saugschlauch auf seiner Innenseite ein Heizelement, respektive eine Wärmeplatte, angeordnet werden, welche mit mindestens einem, ihr in dem Saugschlauch gegenüber angeordneten Infrarotdetektor kombiniert ist. Je nach Konstruktion der Absaugglocke und der hierdurch gegebenen Dichtheit der beim Bohrvorgang auf der Bohrlochöffnung aufsitzenden Absaugglocke ist es dabei grundsätzlich denkbar, dass mit einer Sensorik der vorgenannten Art (Heizelement/Wärmeplatte und Infrarotdetektor) sogar grundsätzlich Störungen oder Unterbrechungen des Saugluftstroms aus dem Bohrloch dadurch festgestellt werden, dass durch den Infrarotdetektor, aufgrund des Fehlens eines entsprechend starken Saugluftstroms, eine verminderte Kühlung der Heizplatte registriert wird. Jedenfalls wird aber wird davon ausgegangen, dass ein fehlender Materialaustrag dadurch erkannt wird, dass die von dem Heizelement ausgehende Wärmestrahlung, anders als beim Bestehen eines Materialstroms, nahezu ungedämpft auf den der Heizplatte gegenüber angeordneten Infrarotdetektor auftrifft.
  • Vorzugsweise werden hierbei das Heizelement und der mindestens eine Infrarotdetektor leicht gegen den Saugluftstrom geneigt (5 bis 20°) angeordnet. Hierdurch soll verhindert werden, dass sich auf den Oberflächen der Heizplatte und des Infrarotsensors übermäßig viel Staub ablagert, durch welchen möglicherweise das Detektionsergebnis verfälscht werden könnte.
  • Was indes die Frage des Detektierens eines unterbrochenen Saugluftstroms anbelangt, so ist es zu bevorzugen, neben einer aus mindestens einem Heizelement und einem Infrarotdetektor bestehenden Sensorik zusätzlich einen Drucksensor anzuordnen, durch welchen bei einer Unterbrechung des Saugluftstroms aus dem Bohrloch - wohlgemerkt nur des Luftstroms aus dem Bohrloch, nicht aber einer Unterbrechung des Saugvorgangs als solches - ein sich in dem Saugschlauch verstärkender Unterdruck festgestellt wird.
  • Der Kombination mit einem entsprechenden Drucksensor bedarf es in jedem Falle, wenn - wie ebenfalls denkbar - statt einer Infrarotüberwachung (durch Wärmeelement und Infrarotsensor) zur Detektion einer Unterbrechung des Materialaustrags ein oder mehrere in dem Saugschlauch angeordnete Ultraschallsensoren eingesetzt werden. Andererseits bieten jedoch Ultraschallsensoren den Vorteil, dass sie weniger empfindlich gegenüber sich an ihnen ablagerndem Staub sind. Selbstverständlich kommt es darüber hinaus in Betracht - dies ist letztlich immer eine Frage der Bewertung des Aufwand-Nutzen-Verhältnisses - mittels einer dafür geeigneten, von der Verarbeitungseinheit ausgeführten Software die Signale mehrerer, insbesondere einer Kombination der vorgenannten Sensoren zur Feststellung einer Unterbrechung des Saugluftstroms oder des Materialaustrags auszuwerten.
  • Soweit das Bohrgerät, respektive dessen das oder die Signale der Sensorik auswertende Verarbeitungseinheit zur Aktivierung mindestens eines Warnsignals bei unterbrochenem Materialaustrag oder gar unterbrochenem Saugluftstrom ausgebildet ist, kommen, wie schon zum Verfahren ausgeführt, zur Ausgabe eines entsprechenden Warnsignals unterschiedliche Möglichkeiten in Betracht. Demgemäß kann das Bohrgerät hierfür mindestens mit einem Lautsprecher zur Ausgabe eines akustischen Warnsignals ausgestattet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Bohrgerät zur Ausgabe eines visuellen Warnsignals über mindestens eine Warnleuchte und/oder über ein Display verfügen.
  • Wie bereits zum Verfahren ausgeführt, kann eine geeignete Ausgestaltung der Überwachungseinrichtung für die Absaugung auch den automatisierten, respektive den (zumindest während des Bohrvorgangs) autonomen Betrieb eines gattungsgemäßen Bohrgeräts ermöglichen. Demgemäß ist von der Erfindung, wie beansprucht, ein autonom bohrendes Bohrgerät umfasst. Ein solches Bohrgerät ist mit mindestens einem Aktor ausgestattet, der durch die Verarbeitungseinheit im Falle einer Unterbrechung des Saugluftstroms oder, bei bestehendem Saugluftstrom, im Falle des Fehlens eines Materialaustrags in dem Saugluftstrom zum Beispiel dazu angesteuert wird, das Bohrwerkzeug selbsttätig - also ohne menschliches Eingreifen - kurz anzuheben und es dann wieder auf den Bohrgrund abzusenken.
  • Die Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Hammerbohrgerät der zuvor beschriebenen Art, welches zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung mit einer Sensorik (mit mindestens einer Sensoreinheit 1) zur Überwachung des über einen Saugschlauch 8 erfolgenden Materialaustrags aus einem Bohrloch ausgestattet ist.
  • Das Bohrgerät besteht im Wesentlichen aus einem Maschinenwagen 2 mit einem darauf angeordneten Kompressor, einem über einen Ausleger 4 mit diesem Maschinenwagen 2 verbundenen Bohrmast 3 mit einem daran oder darin geführten Bohrgestänge 5, an dessen Ende sich das Bohrwerkzeug 6 (Bohrkrone) befindet, und aus einer Absaugeinrichtung zum Absaugen und Austragen des bei einem Bohrvorgang am Bohrgrund gelösten, respektive herausgebrochenen Materials. Bei dem Maschinenwagen 2 des beispielhaft gezeigten Bohrgeräts handelt es sich um einen selbstfahrenden, mit einem Führerhaus für den Maschinenführer ausgestatteten Maschinenwagen 2. Mit diesem ist, wie gesagt, über einen Ausleger 4 der Bohrmast 3 verbunden, wobei der Ausleger 4 zur Bewegung und Positionierung des Bohrmastes 3 dient. Auf der dem zu erzeugenden Bohrloch zugewandten Seite des Bohrmastes 3 ist eine Absaugglocke 7 der Absaugeinrichtung angeordnet, welche während eines Bohrvorgangs über der Öffnung des Bohrlochs, dieses weitgehend abdichtend, platziert wird. Über einen Saugschlauch 8 ist die Absaugglocke 7 mit einem auch als Staubabscheider fungierenden Saugaggregat 9 verbunden. Während eines Bohrvorgangs wird durch das Wirken der Absaugvorrichtung über deren Saugschlauch 8 fortwährend Material aus dem Bohrloch ausgetragen. Ein ständiger Austrag des am Bohrgrund herausgebrochenen Material ist, wie bereits ausgeführt, erforderlich, um zu verhindern, dass das Bohrwerkzeug 6, respektive die Bohrkrone, sich im Bohrgrund festläuft.
  • Gemäß der Erfindung wird mittels mindestens einer Sensoreinheit 1 (Sensorik), deren Sensorsignale durch eine (nicht dargestellte) Verarbeitungseinheit ausgewertet werden, das Vorhandensein eines Saugluftstroms und eines fortwährenden Materialaustrags über den Saugschlauch 8 überwacht. Die Sensorik, respektive Sensoreinheit 1, welche hier nur angedeutet ist, ist im Inneren des Saugschlauchs 8 angeordnet und kann beispielsweise aus einem Drucksensor sowie aus einer Kombination eines Heizelements (Wärmeplatte) mit mindestens einem Infrarotsensor bestehen. Mittels des Drucksensors wird eine eventuelle Unterbrechung des Saugluftstroms aus dem Bohrloch detektiert, wobei im Falle einer solchen Unterbrechung mittels der mindestens einen Sensoreinheit 1 eine sofortige deutliche Erhöhung des in dem Saugschlauch 8 mittels des Saugaggregats 9 erzeugten Unterdrucks festgestellt wird.
  • In einem solchen Fall wird an den Maschinenführer ein Warnsignal über dafür vorgegebene Ausgabemittel in akustischer oder visueller Form ausgegeben. Der Maschinenführer wird dem dann entgegenwirken, indem er das Bohrwerkzeug 6, respektive die Bohrkrone, durch kurzes Anheben und erneutes Absenken neu positioniert. Entsprechendes gilt für den Fall, dass mittels der mindestens einen Sensoreinheit 1 und der mit ihr gekoppelten Verarbeitungseinheit festgestellt wird, dass zwar der Saugluftstrom nicht unterbrochen ist, jedoch für einen maximal vorgegebenen Zeitraum (beispielsweise 1 bis 3 Sekunden) kein Materialaustrag aus dem Bohrloch erfolgt. In einem solchen Fall fällt die von dem Heizelement emittierte Wärmestrahlung weitgehend ungedämpft auf den dies feststellenden Infrarotdetektor.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Sicherung des Bohrfortschritts und zum Schutz des Bohrwerkzeugs (6) bei Erdloch- oder Gesteinsbohrungen, welche mittels eines einen Bohrmast (3) aufweisenden Hammerbohrgeräts ausgeführt werden, bei welchem zur Ausbildung einer Absaugvorrichtung für das Absaugen am Bohrgrund herausgeschlagenen Materials an dem Bohrmast (3) auf seiner dem Bohrloch zugewandten Seite eine über einen Saugschlauch (8) mit einem Saugaggregat (9) verbundene Absaugglocke (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Bohrvorgangs der mittels des Saugaggregats (9) in dem Saugschlauch (8) erzeugte Saugluftstrom sensorisch überwacht wird und sofern dabei durch eine mindestens ein Sensorsignal auswertende Verarbeitungseinheit eine Unterbrechung des Saugluftstroms aus dem Bohrloch oder, bei nicht unterbrochenem Saugluftstrom, das Fehlen eines Materialaustrags mit dem Saugluftstrom detektiert wird, von der Verarbeitungseinheit die Ausgabe mindestens eines Warnsignals aktiviert oder/und an mindestens einen dazu ausgebildeten, einem Festlaufen des Bohrwerkzeugs (6) in dem Bohrgrund entgegenwirkenden Aktor ein Steuersignal ausgegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Unterbrechung des Saugluftstroms (8) oder des Fehlens von Materialaustrag bei bestehendem Saugluftstrom durch die Verarbeitungseinheit die Ausgabe eines akustisches Warnsignals über mindestens einen Lautsprecher aktiviert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Unterbrechung des Saugluftstroms oder des Fehlens von Materialaustrag bei bestehendem Saugluftstrom durch die Verarbeitungseinheit die Ausgabe eines visuellen Warnsignals durch mindestens eine Warnleuchte und/oder an mindestens einem Display aktiviert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Unterbrechung des Saugluftstroms oder des Fehlens von Materialaustrag bei bestehendem Saugluftstrom durch die Verarbeitungseinheit mindestens ein Aktor für ein kurzes Anheben und erneutes Absenken des Bohrwerkzeugs (6) angesteuert wird.
  5. Bohrgerät, nämlich als Hammerbohrgerät ausgebildetes Erdloch- und Gesteinsbohrgerät, mit
    - einem Maschinenwagen (2) und einem darauf angeordneten Kompressor für die Erzeugung von Druckluft zum Antreiben eines Bohrwerkzeugs (6),
    - einem über einen Ausleger (4) mit dem Maschinenwagen (2) verbundenen Bohrmast (3),
    - einem an oder in dem Bohrmast (3) geführten Bohrgestänge (5), an dessen freiem Ende das mit Druckluft betriebene Bohrwerkzeug (6) in Form einer Bohrkrone angeordnet ist,
    - einer Absaugvorrichtung zur Absaugung am Bohrgrund herausgeschlagenen Materials, bestehend aus einer an dem Bohrmast (3) auf seiner dem Bohrloch zugewandten Seite angeordneten, über einen Saugschlauch (8) mit einem Saugaggregat (9) verbundenen Absaugglocke (7),
    dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgerät mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines mittels des Saugaggregats (9) in dem Saugschlauch (8) erzeugten Saugluftstroms während eines Bohrvorgangs ausgestattet ist, welche mindestens eine Sensoreinheit (1) und eine Verarbeitungseinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, im Falle einer mittels der mindestens einen Sensoreinheit (1) detektierten Unterbrechung des Saugluftstroms aus dem Bohrloch oder, bei bestehendem Saugluftstrom, im Falle des Fehlens eines Materialaustrags mit dem Saugluftstrom die Ausgabe mindestens eines Warnsignals über ein Ausgabemittel der Überwachungseinrichtung zu aktivieren oder/und ein Steuersignal zur Betätigung mindestens eines einem Festlaufen des Bohrers in dem Bohrgrund entgegenwirkenden Aktors der Überwachungseinrichtung auszugeben.
  6. Bohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens Sensoreinheit (1) mindestens ein an der Innenwand in dem Saugschlauch (8) angeordnetes Heizelement und mindestens einen diesem gegenüber in dem Saugschlauch (8) angeordneten Infrarotdetektor aufweist.
  7. Bohrgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement und der mindestens eine Infrarotdetektor dem in dem Saugschlauch (8) erzeugten Saugluftstrom entgegengeneigt angeordnet sind.
  8. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens Sensoreinheit (1) mindestens einen Drucksensor zur Feststellung eines Unterdrucks in dem Saugschlauch (8) umfasst
  9. Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1) mindestens einen an der Innenseite des Saugschlauchs (8) angeordneten Ultraschallsensor umfasst.
  10. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mindestens mit einem Lautsprecher zur Ausgabe eines akustischen Warnsignals im Falle einer Unterbrechung des Saugluftstroms oder, bei bestehendem Saugluftstrom, im Falle des Fehlens eines Materialaustrags mit dem Saugluftstrom ausgestattet ist.
  11. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mit mindestens einer Warnleuchte und/oder mit mindestens einem Display zur Ausgabe eines visuellen Warnsignals im Falle einer Unterbrechung des Saugluftstroms oder, bei bestehendem Saugluftstrom, im Falle des Fehlens eines Materialaustrags mit dem Saugluftstrom ausgestattet ist.
  12. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mit mindestens einem Aktor ausgestattet ist, welcher durch die Verarbeitungseinheit im Falle einer Unterbrechung des Saugluftstroms oder, bei bestehendem Saugluftstrom, im Falle des Fehlens eines Materialaustrags mit dem Saugluftstrom dazu angesteuert wird, das Bohrwerkzeug (6) kurz anzuheben und es dann wieder auf den Bohrgrund abzusenken.
  13. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei diesem um ein automatisiertes, autonom bohrendes Bohrgerät handelt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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