WO2021089627A1 - Bodenabtragsvorrichtung und verfahren zum erstellen eines loches im boden - Google Patents

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WO2021089627A1
WO2021089627A1 PCT/EP2020/080970 EP2020080970W WO2021089627A1 WO 2021089627 A1 WO2021089627 A1 WO 2021089627A1 EP 2020080970 W EP2020080970 W EP 2020080970W WO 2021089627 A1 WO2021089627 A1 WO 2021089627A1
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soil
removal
tool
removal device
images
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PCT/EP2020/080970
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Inventor
Matthias Semel
Patrik Wenzl
Dominic Haidacher
Original Assignee
Bauer Spezialtiefbau Gmbh
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/18—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels
    • E02F3/20—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels
    • E02F3/205—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels with a pair of digging wheels, e.g. slotting machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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    • E02D13/06—Accessories for placing or removing piles or bulkheads, e.g. noise attenuating chambers for observation while placing
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
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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
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/002—Survey of boreholes or wells by visual inspection

Definitions

  • the invention relates to a soil removal device for creating a hole in the ground by means of a removal tool, which is designed and drivable to remove soil material, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for creating a hole in the ground, according to the preamble of claim 11.
  • each type of soil has a certain strength, for which the appropriate removal parameters, in particular with regard to cutting speed and feed, are to be set on a soil removal device.
  • the appropriate removal parameters in particular with regard to cutting speed and feed, are to be set on a soil removal device.
  • the ground is usually made up of different layers of soil. If, for example, machine parameters are set for a sand or clay soil, these parameters can be disadvantageous when removing rocky soil layers. In particular, excessive wear can occur on the removal tool if a cutting speed for removal teeth or a feed rate are set too high.
  • EP 3 536 900 A1 a method and a construction device for soil cultivation is known, in which a soil cultivation tool is driven in rotation. By means of a sound measuring device, the sound generated when working on the floor is recorded. A control and evaluation unit is used to determine the type of soil based on the recorded sound values. This can be used to control the construction equipment. Another method for cultivating the soil and determining the type of soil by means of sound measurement in a tunnel boring machine is known from DE 10 2007 005 560 A1.
  • a determination of the soil type based on the sound radiation of the soil during an action on it represents an indirect determination of the soil type.
  • a prerequisite for determining the soil type is that previous measurements are carried out on the basis of which the sound radiation behavior of the various soil types is determined.
  • the depth of the soil layer or the processing parameters of a machine or the Abtragsele elements themselves can have an impact on the sound radiation of the soil. This makes reliable and quick detection of the ground more difficult.
  • Press-fit probes with a sight glass which can be pressed into a floor are also known.
  • the surrounding soil can be observed through the sight glass by means of a camera arrangement.
  • a statement about the structure of the soil can be made from the images captured in this way.
  • tunnel bores emerge, such as those used, for example, for the construction of underground or road tunnels.
  • These have a drilling shield with a large number of roller bits, with the drilling shields being able to have a diameter of up to 10 meters and more.
  • a camera unit can be provided on the drilling shields.
  • the invention is based on the object of specifying a soil removal device and a method for creating a hole in the soil which enable soil material to be removed particularly efficiently.
  • the object is achieved according to the invention on the one hand by a soil removal device with the features of claim 1 and on the other hand by a method with the features of claim 11.
  • Preferred embodiments of the invention are specified in the respective dependent claims.
  • the soil removal device according to the invention is characterized in that at least one image acquisition unit is arranged on the removal tool, which is designed to create an image of the existing soil when the removal tool is introduced into the soil while removing soil material.
  • a basic idea of the invention can be seen in providing a Bodenabtragsvorrich device for creating a hole in the ground by removing soil material, i.e. crushing and conveying away soil material, with at least one image capture unit on the removal tool itself, with which one or more images , which can also form a film, when introducing the Abtragswerk tool into the ground and when digging the hole are created.
  • soil material i.e. crushing and conveying away soil material
  • at least one image capture unit on the removal tool itself with which one or more images , which can also form a film, when introducing the Abtragswerk tool into the ground and when digging the hole are created.
  • the pending soil can already be grasped while the soil material is being removed.
  • a direct, immediate recording of the existing soil is carried out. Images of the existing soil allow direct conclusions to be drawn, in particular about the type of soil, components in the soil and / or properties of the soil.
  • the image capture unit can capture the removed soil material.
  • the at least one image acquisition unit is arranged on the removal tool at a point at which the floor is directly adjacent.
  • a particularly precise soil detection can be carried out by detecting the soil that is as untreated as possible.
  • the image acquisition unit can be arranged on an outside of the removal tool, in particular in a lower or lateral area.
  • the image acquisition unit can have one or more electronic image acquisition sensors, in particular CCD sensors, which enable electronic image acquisition.
  • the light-sensitive sensors can be arranged directly on the removal tool or at a distance therefrom, in which case an image can be captured via optics and forwarded to the sensor with a light guide.
  • a lighting element can be provided on the image acquisition unit.
  • He captured images can preferably wirelessly or by means of a data line to a The corresponding evaluation unit is forwarded to the soil removal device.
  • a preferred embodiment of the invention consists in that the removal tool is designed as a drilling tool with a drilling axis, around which the drilling tool can be driven in rotation and along which the drilling tool can be advanced.
  • the drilling axis can be arranged essentially vertically, so that a drilling hole can be made vertically downwards from the ground surface, for example to create a foundation pile in the ground.
  • a feed drive can be provided to drive a Drehan drive and optionally.
  • the drilling tool can be a screw auger, a box drill or some other drilling tool.
  • the drilling tool is designed with a pilot tip at a lower end and that the at least one image acquisition unit is arranged in the area of the pilot tip.
  • a pilot tip is also referred to as a centering tip and is usually arranged at the lower end of the drilling tool in the center of the drilling axis.
  • the pilot tip is the lowest or foremost area of the drilling tool, which penetrates into the largely unprocessed soil. With an image acquisition unit in the area of the pilot tip, images of the immediate ground can be created with high reliability.
  • the pilot tip has a shaft, at the lower end of which at least one removal element is arranged, and that the at least one image acquisition unit is arranged on the shaft.
  • This front area is formed by one or more removal elements, in particular removal cutting edges or removal tips.
  • the at least one image capture unit is arranged on a preferably cylindrical shaft of the pilot tip.
  • the image capture unit is preferably covered and protected by a transparent protective element.
  • the transparent protective element can in particular be a hardened mineral glass.
  • the shaft has a corresponding receiving space for the entire image capturing unit or a part thereof, the image capturing unit being detachably held on the pilot tip.
  • the removal tool has at least one milling wheel and that the at least one image acquisition unit is arranged on the at least one milling wheel and / or on a gear shield on which the at least one milling wheel is mounted such that it can rotate.
  • At least part of the image acquisition unit can preferably be arranged on an outside of the milling wheel in its hub area.
  • the hub area can be stationary or rotating with the rotating milling wheel.
  • an image acquisition unit can also be arranged on the gearshield of the soil removal device, in particular a trench wall cutter, on which the at least one cutting wheel is rotatably mounted. Before preferably at least one pair of milling wheels on both sides of the gear plate or a total of two pairs are rotatably mounted on a gear plate.
  • the removal tool comprises gripper blades of a gripper.
  • at least one image acquisition unit can be arranged on an outer area of a gripper frame.
  • the soil removal device is designed as a drilling device, a trench cutter or a trench wall gripper, each of which includes a mobile Trä gerquette.
  • the carrier device can in particular alswei sen a crawler track on which the drilling tool, the milling cutter or the gripper are mounted, preferably vertically displaceable along a mast.
  • a computer unit which is connected to the at least one image acquisition unit and is designed to evaluate images that have been recorded by the image acquisition unit and, based on this, to evaluate a type of soil, constituent parts in the To determine soil and / or properties of the soil.
  • the computer unit is provided with appropriate evaluation software which can, for example, record a color of the soil, the consistency, sizes of pores, grain sizes of constituents of the soil and a distribution of constituents. In this way, for example, sand layers, gravel layers, clay layers or rocky soil layers can be recorded directly. The proportions of sand or gravel and their grain sizes can also easily be determined by appropriate evaluation software can be recorded and determined.
  • the software can have a database with existing images and assigned soil types, components in the soil and / or properties of the soil, so that, if necessary, a particularly precise determination of the soil is made possible by a comparison with stored data.
  • the computer unit is connected to a control by means of which at least one drive of the soil removal device can be controlled as a function of the evaluated images. If, for example, the computer unit determines that there is a transition from a layer of sand in the ground to a rocky layer of soil, the controller can use the evaluated images to change a drive for the soil removal device and adapt it to the new soil. In the case of a drilling device, for example, the rotational speed of the drilling tool can be reduced and a feed force on the drilling tool or the feed speed can be reduced.
  • the control sets the corresponding values, which are stored in a database for the respective soil type.
  • the method according to the invention is characterized in that the previously described soil removal device according to the invention is used, with one or more images of the pending soil being captured by means of the at least one image acquisition unit on the removal tool when the removal tool is brought into the ground and soil material is removed.
  • a preferred variant of the method of the invention consists in that the images captured by the at least one image capture unit are forwarded to a computer unit, which evaluates the captured images and based on the captured images a soil type, constituents in the soil and / or properties of the soil certainly.
  • the computer unit can preferably be arranged on a carrier device outside the hole in the floor.
  • the computer unit is connected to a controller which controls at least one drive of the soil removal device depending on the evaluated images.
  • a further advantageous variant of the method can be seen in the fact that the computer unit creates a soil profile over the removal depth based on the evaluated images.
  • the soil profile can be stored in the computer unit and taken into account when creating further holes in the vicinity. Such a stored soil profile simplifies, in particular, the detection of a transition between soil layers during subsequent soil processing.
  • a further improvement in the evaluation can be achieved in that the computer unit is calibrated beforehand by entering images with an assigned soil type, constituents in the soil and / or properties of the soil.
  • a calibration can in particular be achieved using an existing and previously entered database.
  • a first test hole can be created at a processing location, for which a soil profile is then created, in which images the respective soil type, component in the soil and / or properties of the soil are assigned.
  • the soil removal device can essentially be reduced to the removal tool, or it can comprise a device with drive units.
  • Fig. 1 is a perspective view of a Bodenabtragsvor direction according to the invention
  • Fig. 2 is an enlarged view of the lower portion of the Bodenabtragsvorrich device of Fig. 1;
  • Fig. 3 is a side view of the soil removal device of Figure 1 on an enlarged scale ver;
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the soil removal device from FIG. 3.
  • a soil removal device 10 according to the invention is designed in its simplest form according to FIG. 1 as a removal tool 20, which is a drilling tool 21 in the illustrated Ausrete approximate example.
  • the removal tool 20 has on its upper side a connecting device 26 with which a connection to a drill rod, not shown, can be established, which can be driven by a rotary drive of a fundamentally known drilling device.
  • the drill rods (not shown) and the drilling device (not shown) can be part of the drilling device 10 according to the invention.
  • the drilling tool 21 is designed as a generally known box drill, which is also referred to as a drilling bucket. This has a cylindrical Aufnah me redesign 22, on the underside of which a base 40 is pivotably mounted on a rotary joint 44.
  • the base 40 is in a closed or locked position.
  • a locking device 46 is provided, which can be released from the top of the removal tool 20 via a release device 48, which is only partially shown.
  • the bottom 40 In the released position, the bottom 40 can be pivoted downward to empty the receiving body 22 of removed soil material.
  • the base 40 has a lockable base plate 41 on which a rotating base 42 is rotatably mounted, which is rotatable between a closed position and an opening position. In the open position, an opening 43 is exposed, so that soil material removed by removal teeth 45 attached to the ground can pass through the opening 43 into the inner cavity of the receiving body 22. When a certain degree of filling is reached, the rotating base 42 can be rotated and so the opening 43 can be closed. In this closed state, the filled drilling tool 21 can be pulled out of a borehole and moved to a drainage point.
  • the receiving body 22 is closed on its upper side with a cover plate 24 to which the connecting device 26 is attached.
  • a pilot tip 30 is arranged on the underside of the base 40.
  • the pilot tip 30 has an essentially cylindrical shaft 32, at the lower end of which removal elements 34 are formed, which in the illustrated embodiment, like the removal teeth 45, are designed as removal chisels.
  • an image capture unit 50 is arranged in the area of the shaft 32 of the pilot tip 30, at least part of an image capture unit 50 is arranged.
  • the image acquisition unit 50 is directed essentially radially in order to create preferably colored images of the existing soil and to forward these to a computer unit (not shown), which is spaced from the removal tool 20, in order to identify a soil type, constituents in the soil and / or own to record and determine properties of the soil.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bodenabtragsvorrichtung und ein Verfahren zum Erstellen eines Loches im Boden mittels eines Abtragswerkzeuges, welches zum Abtragen von Bodenmaterial ausgebildet und antreibbar ist. Nach der Erfindung ist an dem Abtragswerkzeug mindestens eine Bilderfassungseinheit angeordnet, welche zum Erstellen eines Bildes des anstehenden Bodens beim Einbringen des Abtragswerkzeuges in den Boden und Abtragen von Bodenmaterial ausgebildet ist.

Description

Bodenabtraqsvorrichtunq und Verfahren zum Erstellen eines Loches im Boden
Die Erfindung betrifft eine Bodenabtragsvorrichtung zum Erstellen eines Loches im Boden mittels eines Abtragswerkzeuges, welches zum Abtragen von Bodenmaterial ausgebildet und antreibbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erstellen eines Loches im Boden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11 .
Für ein effizientes Abtragen von Bodenmaterial ist es von wesentlicher Bedeutung, die Art des zu bearbeitenden Bodens zu kennen. Jede Bodenart weist eine bestimmte Festigkeit auf, für welche jeweils die passenden Abtragsparameter, insbesondere hin sichtlich Schnittgeschwindigkeit und Vorschub, an einer Bodenabtragsvorrichtung ein zustellen sind. Insbesondere bei einem vertikalen Niederbringen eines Loches in den Boden besteht ein Problem darin, dass der Boden üblicherweise aus verschiedenen Bodenschichten aufgebaut ist. Werden etwa Maschinenparameter für einen Sand- o- der Tonboden eingestellt, so können diese Parameter beim Abtragen von felsigen Bo denschichten nachteilig sein. Insbesondere kann sich ein übermäßiger Verschleiß am Abtragswerkzeug einstellen, wenn eine Schnittgeschwindigkeit für Abtragszähne oder ein Vorschub zu groß eingestellt sind.
Aus der EP 3 536 900 A1 ist ein Verfahren und ein Baugerät zur Bodenbearbeitung bekannt, bei welchen ein Bodenbearbeitungswerkzeug drehend angetrieben wird. Mit tels einer Schallmesseinrichtung wird der beim Bearbeiten des Bodens entstehende Schall erfasst. Mittels einer Steuer- und Auswerteeinheit wird anhand der erfassten Schallwerte die Art des Bodens bestimmt. Dies kann zur Steuerung des Baugeräts eingesetzt werden. Ein weiteres Verfahren zur Bodenbearbeitung und Bestimmung der Bodenart mittels Schallmessung bei einer Tunnelbohrmaschine sind aus der DE 10 2007 005 560 A1 bekannt.
Eine Bestimmung der Bodenart aufgrund der Schallabstrahlung des Bodens bei einer Einwirkung auf diesen stellt eine indirekte Ermittlung der Bodenart dar. Voraussetzung für eine Bestimmung der Bodenart ist dabei, dass vorausgehende Messungen durch geführt werden, anhand welcher ein Schallabstrahlungsverhalten der verschiedenen Bodenarten ermittelt ist. Allerdings können bereits kleine Änderungen am Boden, etwa hinsichtlich des Wassergehaltes von Bodenschichten, der Tiefe der Bodenschicht oder auch bei den Bearbeitungsparametern einer Maschine oder auch an den Abtragsele menten selbst einen Einfluss auf die Schallabstrahlung des Bodens haben. Hierdurch wird eine zuverlässige und schnelle Erkennung des Bodens erschwert.
Weiter sind Einpresssonden mit einem Schauglas bekannt, welche in einen Boden eingedrückt werden können. Durch das Schauglas kann mittels einer Kameraanord nung der umgebende Boden beobachtet werden. Über die hierbei erfassten Bilder kann eine Aussage über den Aufbau des Bodens getroffen werden.
Aus der KR 2015 0 139 108 A oder der EP 3 428 388 A1 gehen Tunnelbohrungen hervor, wie sie beispielsweise zum Bau von U-Bahn- oder Straßentunnels zum Einsatz kommen. Diese weisen ein Bohrschild mit einer Vielzahl von Rollenmeißeln auf, wobei die Bohrschilder einen Durchmesser von bis zu 10 Metern und mehr aufweisen kön nen. An den Bohrschildern kann eine Kameraeinheit vorgesehen sein.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Bodenabtragsvorrichtung und ein Verfahren zum Erstellen eines Loches im Boden anzugeben, welche ein besonders effizientes Abtragen von Bodenmaterial ermöglichen.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung zum einen durch eine Bodenabtragsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum andern durch ein Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Die erfindungsgemäße Bodenabtragsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abtragswerkzeug mindestens eine Bilderfassungseinheit angeordnet ist, welche zum Erstellen eines Bildes des anstehenden Bodens beim Einbringen des Abtrags werkzeuges in den Boden unter Abtragen von Bodenmaterial ausgebildet ist.
Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, eine Bodenabtragsvorrich tung zum Erstellen eines Loches im Boden unter Abtragen von Bodenmaterial, also einem Zerkleinern und Abfördern von Bodenmaterial, mit mindestens einer Bilderfas sungseinheit an dem Abtragswerkzeug selbst zu versehen, mit welcher ein oder meh rere Bilder, welche auch einen Film bilden können, beim Einbringen des Abtragswerk zeuges in den Boden und beim Ausheben des Loches erstellt werden. Somit kann bereits während des Abtragens von Bodenmaterial der anstehende Boden erfasst wer den. Dabei wird eine direkte, unmittelbare Erfassung des anstehenden Bodens durch geführt. Bilder des anstehenden Bodens lassen einen unmittelbaren Rückschluss ins besondere auf die Bodenart, Bestandteile im Boden und/oder Eigenschaften des Bo dens zu.
Grundsätzlich kann die Bilderfassungseinheit das abgetragene Bodenmaterial erfas sen. Besonders bevorzugt ist es jedoch, dass die mindestens eine Bilderfassungsein heit an dem Abtragswerkzeug an einer Stelle angeordnet ist, an welcher der Boden unmittelbar angrenzt. Durch eine Erfassung des möglichst unbearbeiteten Bodens lässt sich eine besonders genaue Bodenerkennung durchführen. Die Bilderfassungs einheit kann dabei an einer Außenseite des Abtragswerkzeuges, insbesondere in ei nem unteren oder seitlichen Bereich angeordnet sein. Die Bilderfassungseinheit kann dabei einen oder mehrere elektronische Bilderfassungssensoren, insbesondere CCD- Sensoren aufweisen, welche eine elektronische Bilderfassung ermöglichen. Die licht empfindlichen Sensoren können unmittelbar an dem Abtragswerkzeug oder beab- standet hierzu angeordnet sein, wobei im letzteren Fall über eine Optik ein Bild erfasst und mit einem Lichtleiter an den Sensor weitergeleitet werden kann. Zusätzlich kann an der Bilderfassungseinheit ein Beleuchtungselement vorgesehen sein. Dieses kann ein natürliches Licht oder ein spezielles Licht, etwa ein farbiges und/oder polarisiertes Licht, aussenden, welches für die Bilderfassung und Auswertung geeignet ist. Die er fassten Bilder können vorzugsweise drahtlos oder mittels einer Datenleitung zu einer entsprechenden Auswerteeinheit an der Bodenabtragsvorrichtung weitergeleitet wer den.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Abtragswerk zeug als ein Bohrwerkzeug mit einer Bohrachse ausgebildet ist, um welche das Bohr werkzeug drehend antreibbar und entlang welcher das Bohrwerkzeug vortreibbar ist. Die Bohrachse kann dabei im Wesentlichen vertikal angeordnet sein, so dass ein Bohr loch von der Bodenoberfläche vertikal nach unten etwa zur Erstellung eines Grün dungspfahles im Boden eingebracht werden kann. Zum Antreiben können ein Drehan trieb und gegebenenfalls ein Vorschubantrieb vorgesehen sein. Das Bohrwerkzeug kann eine Bohrschnecke, ein Kastenbohrer oder ein sonstiges Bohrwerkzeug sein.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass das Bohrwerkzeug mit einer Pilotspitze an ei nem unteren Ende ausgebildet ist und dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit im Bereich der Pilotspitze angeordnet ist. Eine Pilotspitze wird auch als Zentrierspitze bezeichnet und ist üblicherweise am unteren Ende des Bohrwerkzeuges mittig zur Bohrachse angeordnet. Die Pilotspitze ist dabei der unterste oder vorderste Bereich des Bohrwerkzeuges, welches in den noch weitgehend unbearbeiteten Boden vor dringt. Mit einer Bilderfassungseinheit im Bereich der Pilotspitze können so Bilder des unmittelbar anstehenden Bodens mit hoher Zuverlässigkeit erstellt werden.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kann darin gesehen wer den, dass die Pilotspitze einen Schaft aufweist, an dessen unterem Ende mindestens ein Abtragselement angeordnet ist, und dass die mindestens eine Bilderfassungsein heit an dem Schaft angeordnet ist. Damit befindet sich die Bilderfassungseinheit nicht im vorderen Bereich der Pilotspitze. Dieser vordere Bereich wird von einem oder meh reren Abtragselementen, insbesondere Abtragsschneiden oder Abtragsspitzen, gebil det. In einer Bohrvortriebsrichtung hintenliegend ist die mindestens eine Bilderfas sungseinheit an einem vorzugsweise zylindrischen Schaft der Pilotspitze angeordnet. Die Bilderfassungseinheit ist dabei vorzugsweise von einem transparenten Schutzele ment abgedeckt und geschützt. Das transparente Schutzelement kann insbesondere ein gehärtetes Mineralglas sein. Der Schaft weist dabei einen entsprechenden Auf nahmeraum für die gesamte Bilderfassungseinheit oder einen Teil hiervon auf, wobei die Bilderfassungseinheit lösbar an der Pilotspitze gehaltert ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Abtragswerkzeug mindestens ein Fräsrad aufweist und dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit an dem mindestens einen Fräsrad und/oder an einem Getriebe schild angeordnet ist, an welchem das mindestens eine Fräsrad drehend antreibbar gelagert ist. Zumindest ein Teil der Bilderfassungseinheit kann dabei vorzugsweise an einer Außenseite des Fräsrades in dessen Nabenbereich angeordnet sein. Der Naben bereich kann dabei feststehend oder mitdrehend mit dem drehend angetriebenen Fräsrad sein. Alternativ oder ergänzend kann eine Bilderfassungseinheit auch am Ge triebeschild der Bodenabtragsvorrichtung, insbesondere einer Schlitzwandfräse, an geordnet sein, an welchem das mindestens eine Fräsrad drehend gelagert ist. Vor zugsweise sind an einem Getriebeschild mindestens ein Paar Fräsräder zu beiden Seiten des Getriebeschildes oder insgesamt zwei Paare drehbar gelagert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Abtragswerkzeug Greiferschaufeln eines Greifers umfasst. Vorzugsweise kann wenigstens eine Bilderfassungseinheit an einem Außenbereich eines Greiferrahmens angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist die Bodenabtragsvorrichtung als ein Bohrgerät, eine Schlitz wandfräse oder ein Schlitzwandgreifer ausgebildet ist, welche jeweils ein mobiles Trä gergerät umfassen. Das Trägergerät kann insbesondere ein Raupenfahrwerk aufwei sen, an welchem das Bohrwerkzeug, die Fräse oder der Greifer vorzugsweise vertikal verfahrbar entlang eines Mastes gelagert sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass eine Rech nereinheit vorgesehen ist, welche mit der mindestens einen Bilderfassungseinheit in Verbindung steht und ausgebildet ist, Bilder, welche von der Bilderfassungseinheit auf genommen worden sind, auszuwerten und basierend hierauf eine Bodenart, Bestand teile im Boden und/oder Eigenschaften des Bodens zu bestimmen. Die Rechnereinheit ist mit einer entsprechenden Auswertesoftware versehen, welche beispielsweise eine Farbe des Bodens, die Konsistenz, Größen von Poren, Korngrößen von Bestandteilen des Bodens sowie eine Verteilung von Bestandteilen erfassen kann. Auf diese Weise können beispielsweise Sandschichten, Kiesschichten, Tonschichten oder felsige Bo denschichten unmittelbar erfasst werden. Auch können ohne Weiteres Anteile von Sand oder Kies und deren Korngrößen von einer entsprechenden Auswertesoftware erfasst und bestimmt werden. Basierend hierauf lässt sich auch feststellen, ob Schich ten wasserhaltig, wassersperrend oder bindig sind. Auch sonstige physikalische und chemische Eigenschaften des Bodens können bestimmt werden. Die Software kann dabei eine Datenbank mit bestehenden Bildern und zugeordneten Bodenarten, Be standteilen im Boden und/oder Eigenschaften des Bodens aufweisen, so dass gege benenfalls durch einen Vergleich mit hinterlegten Daten eine besonders genaue Be stimmung des Bodens ermöglicht wird.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Rechnereinheit mit einer Steuerung verbunden ist, durch welche mindestens ein Antrieb der Bodenabtragsvorrichtung abhängig von den ausgewerteten Bildern steuerbar ist. Wird beispielsweise durch die Rechnereinheit festgestellt, dass ein Über gang von einer Sandschicht im Boden zu einer felsigen Bodenschicht vorliegt, so kann anhand der ausgewerteten Bilder durch die Steuerung ein Antrieb der Bodenabtrags vorrichtung geändert und entsprechend dem neuen Boden angepasst werden. Bei ei nem Bohrgerät kann beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des Bohrwerkzeuges re duziert und eine Vorschubkraft auf das Bohrwerkzeug oder Vorschubgeschwindigkeit herabgesetzt werden. Dabei werden durch die Steuerung entsprechende Werte ein gestellt, welche in einer Datenbank für die jeweilige Bodenart hinterlegt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die zuvor be schriebene, erfindungsgemäße Bodenabtragsvorrichtung eingesetzt wird, wobei mit tels der mindestens einen Bilderfassungseinheit an dem Abtragswerkzeug beim Ein bringen des Abtragswerkzeuges in den Boden und Abtragen von Bodenmaterial ein oder mehrere Bilder des anstehenden Bodens erfasst werden.
Es erfolgt eine unmittelbare Erfassung des anstehenden Bodens beim Abtragen von Bodenmaterial. Hierdurch ist eine Steuerung in Echtzeit möglich, so dass unmittelbar auf Änderungen von Bodenschichten beim Abtragen von Bodenmaterial reagiert wer den kann.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante der Erfindung besteht darin, dass die von der min destens einen Bilderfassungseinheit erfassten Bilder an eine Rechnereinheit weiter geleitet werden, welche die erfassten Bilder auswertet und basierend auf den erfassten Bildern eine Bodenart, Bestandteile im Boden und/oder Eigenschaften des Bodens bestimmt. Die Rechnereinheit kann dabei vorzugsweise außerhalb des Loches im Bo den an einem Trägergerät angeordnet sein.
Für eine unmittelbare Steuerung der Bodenabtragsvorrichtung ist es nach einer Wei terbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Rechnereinheit mit einer Steuerung verbunden ist, welche mindestens einen Antrieb der Bodenabtragsvorrichtung abhän gig von den ausgewerteten Bildern steuert.
Eine weitere vorteilhafte Verfahrensvariante kann darin gesehen werden, dass durch die Rechnereinheit basierend auf den ausgewerteten Bildern ein Bodenprofil über die Abtragstiefe erstellt wird. Das Bodenprofil kann dabei in der Rechnereinheit abgespei chert und bei der Erstellung weiterer Löcher im Nahbereich berücksichtigt werden. Ein derartiges abgespeichertes Bodenprofil vereinfacht bei einer nachfolgenden Bodenbe arbeitung insbesondere das Erkennen eines Überganges zwischen Bodenschichten.
Eine weitere Verbesserung der Auswertung kann nach einer Weiterbildung der Erfin dung dadurch erzielt werden, dass die Rechnereinheit vorausgehend durch Eingeben von Bildern mit einer zugeordneten Bodenart, Bestandteilen im Boden und/oder Ei genschaften des Bodens kalibriert wird. Eine derartige Kalibrierung kann insbesondere durch eine bestehende und vorab eingegebene Datenbank erreicht werden. Weiter kann an einem Bearbeitungsort ein erstes Probeloch erstellt werden, zu welchem dann ein Bodenprofil erstellt wird, bei welchem Bilder die jeweilige Bodenart, Bestandteil im Boden und/oder Eigenschaften des Bodens zugeordnet werden.
Nach der Erfindung kann die Bodenabtragsvorrichtung im Wesentlichen auf das Ab tragswerkzeug reduziert sein, oder ein Gerät mit Antriebseinheiten umfassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wei ter beschrieben, welches schematisch in den beigefügten Figuren dargestellt ist. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bodenabtragsvor richtung;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des unteren Bereiches der Bodenabtragsvorrich tung von Fig. 1 ; Fig. 3 eine Seitenansicht der Bodenabtragsvorrichtung von Fig. 1 in einem ver größerten Maßstab;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Bodenabtragsvorrichtung von Fig. 3.
Eine erfindungsgemäße Bodenabtragsvorrichtung 10 ist in der einfachsten Form ge mäß Fig. 1 als ein Abtragswerkzeug 20 ausgebildet, welches im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ein Bohrwerkzeug 21 ist. Das Abtragswerkzeug 20 weist an seiner Ober seite eine Verbindungseinrichtung 26 auf, mit welcher eine Verbindung zu einem nicht dargestellten Bohrgestänge herstellbar ist, welches von einem Drehantrieb eines grundsätzlich bekannten Bohrgerätes angetrieben werden kann. Das nicht dargestellte Bohrgestänge und das nicht dargestellte Bohrgerät können Teil der erfindungsgemä ßen Bohrvorrichtung 10 sein.
An einem unteren Ende des Abtragswerkzeuges 20 ist ein Boden 40 mit einer nach unten vorstehenden Pilotspitze 30 angeordnet, welche näher in den Figuren 2 bis 4 dargestellt sind.
Das Bohrwerkzeug 21 ist als ein grundsätzlich bekannter Kastenbohrer ausgebildet, welcher auch als Bohreimer bezeichnet wird. Dieser weist einen zylindrischen Aufnah mekörper 22 auf, an dessen Unterseite ein Boden 40 über ein Drehgelenk 44 auf schwenkbar gelagert ist.
In der Darstellung gemäß den Figuren 2 bis 4 befindet sich der Boden 40 in einer geschlossenen oder verriegelten Position. Zum Verriegeln ist eine Verriegelungsein richtung 46 vorgesehen, welche über eine nur teilweise dargestellte Löseinrichtung 48 von der Oberseite des Abtragswerkzeuges 20 gelöst werden kann. Im gelösten Zu stand kann der Boden 40 zum Entleeren des Aufnahmekörpers 22 von abgetragenem Bodenmaterial nach unten aufgeschwenkt werden.
Der Boden 40 weist eine verriegelbare Bodenplatte 41 auf, an welcher verdrehbar ein Drehboden 42 gelagert ist, welcher zwischen einer Verschlussposition und einer Öff nungsposition drehbar ist. In der Öffnungsposition ist eine Öffnung 43 freigegeben, so dass von am Boden angebrachten Abtragszähnen 45 abgetragenes Bodenmaterial durch die Öffnung 43 in den inneren Hohlraum des Aufnahmekörpers 22 gelangen kann. Bei Erreichen eines bestimmten Füllgrades kann der Drehboden 42 verdreht und so die Öffnung 43 geschlossen werden. In diesem geschlossenen Zustand kann das gefüllte Bohrwerkzeug 21 aus einem Bohrloch gezogen und zu einer Entleerstelle be wegt werden. Der Aufnahmekörper 22 ist an seiner Oberseite mit einer Deckplatte 24 abgeschlossen, an welcher die Verbindungseinrichtung 26 angebracht ist.
An der Unterseite des Bodens 40 ist eine Pilotspitze 30 angeordnet. Die Pilotspitze 30 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Schaft 32 auf, an dessen unterem Ende Abtragselemente 34 ausgebildet sind, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenso wie die Abtragszähne 45 als Abtragsmeißel ausgeführt sind.
Im Bereich des Schaftes 32 der Pilotspitze 30 ist zumindest ein Teil einer Bilderfas sungseinheit 50 angeordnet. Die Bilderfassungseinheit 50 ist dabei im Wesentlichen radial gerichtet, um vorzugsweise farbige Bilder vom anstehenden Boden zu erstellen und diese an eine nicht gezeigte Rechnereinheit, welche beabstandet zu dem Abtrags werkzeug 20 ist, zu leiten, um eine Bodenart, Bestandteile im Boden und/oder Eigen schaften des Bodens zu erfassen und zu bestimmen.

Claims

Patentansprüche
1. Bodenabtragsvorrichtung zum Erstellen eines Loches im Boden mittels eines Ab tragswerkzeuges (20), welches zum Abtragen von Bodenmaterial ausgebildet und antreibbar ist, wobei die Bodenabtragseinrichtung (10) als ein Bohrgerät, eine Schlitzwandfräse oder ein Schlitzwandgreifer ausgebildet ist, welche jeweils ein mobiles T rägergerät umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abtragswerkzeug (20) mindestens eine Bilderfassungseinheit (50) angeordnet ist, welche zum Erstellen eines Bildes des anstehenden Bodens beim Einbringen des Abtragswerkzeuges (20) in den Boden unter Abtragen von Boden material ausgebildet ist.
2. Bodenabtragsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit (50) an dem Abtragswerk zeug (20) an einer Stelle angeordnet ist, an welcher der Boden unmittelbar an grenzt.
3. Bodenabtragsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragswerkzeug (20) als ein Bohrwerkzeug (21) mit einer Bohr achse (28) ausgebildet ist, um welche das Bohrwerkzeug (21) drehend antreibbar und entlang welcher das Bohrwerkzeug (21) vortreibbar ist.
4. Bodenabtragsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug (21 ) mit einer Pilotspitze (30) an einem unteren Ende aus gebildet ist und dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit (50) im Bereich der Pilot spitze (30) angeordnet ist.
5. Bodenabtragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotspitze (30) einen Schaft (32) aufweist, an dessen unterem Ende min destens ein Abtragselement (34) angeordnet ist, und dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit (50) an dem Schaft (32) angeord net ist.
6. Bodenabtragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragswerkzeug (20) mindestens ein Fräsrad aufweist und dass die mindestes eine Bilderfassungseinheit (50) an dem mindestens einen Fräsrad und/oder an einem Getriebeschild angeordnet ist, an welchem das min destens eine Fräsrad drehend antreibbar gelagert ist.
7. Bodenabtragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragswerkzeug (20) Greiferschaufeln eines Greifers umfasst.
8. Bodenabtragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrgerät, die Schlitzwandfräse oder der Schlitzwandgreifer ein Bohr werkzeug, eine Fräse beziehungsweise einen Greifer aufweisen, welche vertikal verfahrbar entlang eines Mastes gelagert sind.
9. Bodenabtragsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechnereinheit vorgesehen ist, welche mit der mindestens einen Bilder fassungseinheit (50) in Verbindung steht und ausgebildet ist, Bilder, welche von der Bilderfassungseinheit (50) aufgenommen worden sind, auszuwerten und ba sierend hierauf eine Bodenart, Bestandteile im Boden und/oder Eigenschaften des Bodens zu bestimmen.
10. Bodenabtragsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit mit einer Steuerung verbunden ist, durch welche mindes tens ein Antrieb der Bodenabtragsvorrichtung (10) abhängig von den ausgewerte ten Bildern steuerbar ist.
11. Verfahren zum Erstellen eines Loches im Boden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bodenabtragsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ein gesetzt wird, wobei mittels der mindestens einen Bilderfassungseinheit (50) an dem Abtrags werkzeug (20) beim Einbringen des Abtragswerkzeuges (20) in den Boden und Abtragen von Bodenmaterial ein oder mehrere Bilder des anstehenden Bodens erfasst werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die von der mindestens einen Bilderfassungseinheit (50) erfassten Bilder an eine Rechnereinheit weitergeleitet werden, welche die erfassten Bilder auswertet und basierend auf den erfassten Bildern eine Bodenart, Bestandteile im Boden und/oder Eigenschaften des Boden bestimmt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit mit einer Steuerung verbunden ist, welche mindestens einen Antrieb der Bodenabtragsvorrichtung (10) abhängig von den ausgewerteten Bildern steuert.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rechnereinheit basierend auf den ausgewerteten Bildern ein Bo denprofil über die Abtragstiefe erstellt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit vorausgehend durch Eingeben von Bildern mit einer zu geordneten Bodenart, Bestandteilen im Boden und/oder Eigenschaften des Bo dens kalibriert wird.
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