EP3819433B1 - Bodenabtragsvorrichtung und verfahren zum erstellen eines loches im boden - Google Patents

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EP3819433B1
EP3819433B1 EP19207440.9A EP19207440A EP3819433B1 EP 3819433 B1 EP3819433 B1 EP 3819433B1 EP 19207440 A EP19207440 A EP 19207440A EP 3819433 B1 EP3819433 B1 EP 3819433B1
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EP
European Patent Office
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ground
removal
removal device
soil
tool
Prior art date
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Active
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EP19207440.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3819433A1 (de
Inventor
Matthias Semel
Dominic Haidacher
Patrik Wenzl
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.)
Bauer Spezialtiefbau GmbH
Original Assignee
Bauer Spezialtiefbau GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2020/080970 priority patent/WO2021089627A1/de
Priority to CN202080025157.3A priority patent/CN113597492B/zh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • 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
    • E02D13/00—Accessories for placing or removing piles or bulkheads, e.g. noise attenuating chambers
    • E02D13/06—Accessories for placing or removing piles or bulkheads, e.g. noise attenuating chambers for observation while placing
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/13—Foundation slots or slits; Implements for making these slots or slits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/08—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging elements on an endless chain
    • 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 can be driven to remove soil material, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for making a hole in the ground, according to the preamble of claim 11.
  • Knowing the type of soil to be worked is essential for efficient soil removal.
  • Each type of soil has a certain strength, for which the appropriate removal parameters, in particular with regard to cutting speed and feed, must be set on a soil removal device.
  • the ground is usually made up of different soil layers. If, for example, machine parameters are set for sand or clay soil, these parameters can be disadvantageous when removing rocky soil layers. In particular, excessive wear on the removal tool can occur if a cutting speed for removal teeth or a feed are set too high.
  • EP 3 536 900 A1 like that EP 3 081 737 A2 a method and a construction device for tillage are known, in which a tillage tool is driven in rotation.
  • the noise produced when working the soil is recorded by means of a noise measuring device.
  • the type of soil is determined by means of a control and evaluation unit based on the recorded sound values. This can be used to control the construction equipment.
  • a determination of the soil type based on the sound radiation of the soil when it is affected 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 a sound radiation behavior of the different soil types is determined.
  • even small changes in the soil for example with regard to the water content of soil layers, the depth of the soil layer or the processing parameters of a machine or even the removal elements themselves, can have an impact on the noise emitted by the soil. This makes it difficult to reliably and quickly detect the ground.
  • press-in probes with a sight glass which can be pressed into a floor.
  • the surrounding soil can be observed through the sight glass by means of a camera arrangement.
  • the images recorded here can be used to make a statement about the structure of the soil.
  • tunnel bores such as those used to build underground or road tunnels. These have a drilling plate with a large number of roller bits, with the drilling plates having a diameter of up to 10 meters and more.
  • a camera unit can be provided on the drill shields.
  • the invention is based on the object of specifying a soil removal device and a method for creating a hole in the ground, which allow soil material to be removed particularly efficiently.
  • the object is achieved on the one hand by a soil removal device having the features of claim 1 and on the other hand by a method having the features of claim 11 .
  • Preferred embodiments of the invention are specified in the respective dependent claims.
  • the soil excavation device is characterized in that at least one image acquisition unit is arranged on the excavation tool, which is designed to create an image of the in-situ soil when the excavation tool is introduced into the soil while soil material is being removed.
  • a basic idea of the invention can be seen in a soil removal device for creating a hole in the ground while removing soil material, ie crushing and removing soil material, with at least one Image acquisition unit to be provided on the removal tool itself, with which one or more images, which can also form a film, are created when the removal tool is introduced into the ground and when the hole is dug.
  • the in-situ soil can already be recorded during the removal of soil material.
  • a direct, immediate recording of the in-situ soil is carried out. Images of the in-situ 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 acquisition unit can acquire the excavated soil material.
  • the at least one image acquisition unit is arranged on the excavation tool at a point which is directly adjacent to the ground.
  • a particularly accurate soil detection can be carried out by detecting the soil that is as uncultivated 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 capturing unit can have one or more electronic image capturing sensors, in particular CCD sensors, which enable electronic image capturing.
  • the light-sensitive sensors can be arranged directly on the removal tool or at a distance therefrom, and in the latter case an image can be captured via optics and forwarded to the sensor with a light guide.
  • an illumination element can be provided on the image acquisition unit.
  • the captured images can preferably be forwarded wirelessly or by means of a data line to a corresponding evaluation unit on the soil removal device.
  • a preferred embodiment of the invention is that the removal tool is designed as a drilling tool with a drilling axis about 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 drill hole can be drilled vertically downwards from the ground surface, for example to create a foundation pile in the ground.
  • a Rotary drive and optionally a feed drive can be provided.
  • the drilling tool can be an auger, box drill or 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 point is also referred to as a centering point 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 uncultivated ground. 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 shank, 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 shank.
  • This front area is formed by one or more removal elements, in particular removal cutters or removal tips.
  • the at least one image acquisition unit is arranged on a preferably cylindrical shank of the pilot tip at the rear in a drilling advance direction.
  • the image acquisition unit is preferably covered and protected by a transparent protective element.
  • the transparent protective element can in particular be hardened mineral glass.
  • the shaft has a corresponding receiving space for the entire image acquisition unit or a part thereof, with the image acquisition unit being held detachably on the pilot tip.
  • the removal tool has at least one cutting wheel and that the at least one image acquisition unit is arranged on the at least one cutting wheel and/or on a transmission plate on which the at least one cutting wheel is mounted so that it can be driven in rotation.
  • At least part of the image acquisition unit can preferably be arranged on an outside of the cutting wheel in its hub area.
  • the hub area can be stationary or rotating with the rotary driven cutting wheel.
  • an image acquisition unit can also be arranged on the gear plate of the soil removal device, in particular a trench wall cutter, on which the at least one cutting wheel is rotatably mounted. At least one pair of milling wheels on both sides of the gear plate or a total of two pairs are preferably rotatably mounted on a gear plate.
  • the removal tool comprises gripper shovels of a gripper.
  • At least one image acquisition unit can preferably be arranged on an outer area of a gripper frame.
  • the soil removal device is designed as a drilling device, a trench wall cutter or a trench wall grab, each of which includes a mobile carrier device.
  • the carrier device can in particular have a crawler chassis on which the drilling tool, the milling machine or the gripper are mounted, preferably so that they can be moved vertically along a mast.
  • a further preferred embodiment of the invention consists in that a computer unit is provided which is connected to the at least one image acquisition unit and is designed to evaluate images which have been recorded by the image acquisition unit and based on this a type of soil, components in the soil and/or or to determine properties of the soil.
  • the computer unit is provided with appropriate evaluation software, which can record, for example, a color of the soil, the consistency, sizes of pores, grain sizes of components of the soil, and a distribution of components. In this way, for example, sand layers, gravel layers, clay layers or rocky soil layers can be detected directly. The proportions of sand or gravel and their grain sizes can also be easily recorded and determined by appropriate evaluation software. Based on this, it can also be determined whether layers contain water, are water-blocking or cohesive.
  • 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 controller, 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 sand layer in the ground to a rocky ground layer, the controller can use the evaluated images to change a drive of 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 feed rate can be reduced. Corresponding values are set by the controller, which are stored in a database for the respective soil type.
  • the method according to the invention is characterized in that the soil removal device according to the invention described above is used, with one or more images of the in-situ soil being captured by means of the at least one image acquisition unit on the excavation tool when the excavation tool is introduced into the soil and soil material is removed.
  • the in-situ soil is recorded immediately when soil material is removed. This enables control in real time, so that it is possible to react immediately to changes in soil layers when soil material is removed.
  • a preferred method variant of the invention is that the images captured by the at least one image capturing unit are forwarded to a computer unit which evaluates the captured images and based on the captured images determines a soil type, components in the soil and/or properties of the soil.
  • the computer unit can preferably be arranged outside the hole in the ground on a carrier device.
  • the computer unit is equipped with a controller is connected, 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 computer unit creating a soil profile over the excavation 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 recognition of a transition between soil layers during subsequent soil cultivation.
  • a further improvement in the evaluation can be achieved in that the computer unit is previously calibrated by entering images with an associated type of soil, components in the soil and/or properties of the soil.
  • Such a calibration can be achieved in particular by 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.
  • a soil removal device 10 according to the invention is shown in the simplest form 1 formed as a removal tool 20, which is a drilling tool 21 in the illustrated embodiment.
  • the excavation tool 20 has a connecting device 26 on its upper side, with which a connection to a drill rod, not shown, can be established, which can be driven by a rotary drive of a basically known drill.
  • the drill rods (not shown) and the drilling device (not shown) can be part of the drilling device 10 according to the invention.
  • a base 40 is arranged with a downwardly projecting pilot tip 30, which is closer to the Figures 2 to 4 are shown.
  • the drilling tool 21 is designed as a fundamentally known box drill, which is also referred to as a drill bucket. This has a cylindrical receiving body 22 on the underside of which a base 40 is mounted via a swivel joint 44 so that it can be swung open.
  • the floor 40 is in a closed or locked position.
  • a locking device 46 is provided for locking, which can be released from the upper side of the removal tool 20 via a release device 48 which is only partially shown. In the released state, the base 40 can be pivoted downwards 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 can be rotated between a closed position and an open position. In the open position, an opening 43 is uncovered, so that soil material removed by excavation teeth 45 attached to the soil can pass through the opening 43 into the inner cavity of the receiving body 22 .
  • the rotating base 42 can be rotated and the opening 43 can be closed in this way. In this closed condition, the filled drilling tool 21 can be pulled out of a wellbore and moved to a dump location.
  • the receiving body 22 is closed at its top with a cover plate 24 to which the connecting device 26 is attached.
  • a pilot tip 30 is arranged on the underside of the floor 40 .
  • the pilot tip 30 has an essentially cylindrical shank 32, at the lower end of which removal elements 34 are formed, which in the illustrated exemplary embodiment, like the removal teeth 45, are designed as removal chisels.
  • Image acquisition unit 50 is arranged in the area of the shaft 32 of the pilot tip 30 .
  • Image acquisition unit 50 is directed essentially radially in order to create preferably colored images of the in-situ soil and to transmit these to a computer unit (not shown), which is at a distance from excavation tool 20, in order to determine a soil type, components in the soil and/or properties of the soil to record and determine soil.

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Description

  • 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 hinsichtlich Schnittgeschwindigkeit und Vorschub, an einer Bodenabtragsvorrichtung einzustellen 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- oder Tonboden eingestellt, so können diese Parameter beim Abtragen von felsigen Bodenschichten 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 wie auch der EP 3 081 737 A2 ist ein Verfahren und ein Baugerät zur Bodenbearbeitung bekannt, bei welchen ein Bodenbearbeitungswerkzeug drehend angetrieben wird. Mittels 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 durchgeführt 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 Abtragselementen 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 Kameraanordnung 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 können. An den Bohrschildern kann eine Kameraeinheit vorgesehen sein.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe 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 Abtragswerkzeuges in den Boden unter Abtragen von Bodenmaterial ausgebildet ist.
  • Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, eine Bodenabtragsvorrichtung zum Erstellen eines Loches im Boden unter Abtragen von Bodenmaterial, also einem Zerkleinern und Abfördern von Bodenmaterial, mit mindestens einer Bilderfassungseinheit an dem Abtragswerkzeug selbst zu versehen, mit welcher ein oder mehrere Bilder, welche auch einen Film bilden können, beim Einbringen des Abtragswerkzeuges in den Boden und beim Ausheben des Loches erstellt werden. Somit kann bereits während des Abtragens von Bodenmaterial der anstehende Boden erfasst werden. Dabei wird eine direkte, unmittelbare Erfassung des anstehenden Bodens durchgeführt. Bilder des anstehenden Bodens lassen einen unmittelbaren Rückschluss insbesondere auf die Bodenart, Bestandteile im Boden und/oder Eigenschaften des Bodens zu.
  • Grundsätzlich kann die Bilderfassungseinheit das abgetragene Bodenmaterial erfassen. Besonders bevorzugt ist es jedoch, dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit 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 Bilderfassungseinheit kann dabei an einer Außenseite des Abtragswerkzeuges, insbesondere in einem 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 lichtempfindlichen Sensoren können unmittelbar an dem Abtragswerkzeug oder beabstandet 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 erfassten Bilder können vorzugsweise drahtlos oder mittels einer Datenleitung zu einer entsprechenden Auswerteeinheit an der Bodenabtragsvorrichtung weitergeleitet werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Abtragswerkzeug als ein Bohrwerkzeug mit einer Bohrachse ausgebildet ist, um welche das Bohrwerkzeug drehend antreibbar und entlang welcher das Bohrwerkzeug vortreibbar ist. Die Bohrachse kann dabei im Wesentlichen vertikal angeordnet sein, so dass ein Bohrloch von der Bodenoberfläche vertikal nach unten etwa zur Erstellung eines Gründungspfahles im Boden eingebracht werden kann. Zum Antreiben können ein Drehantrieb 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 einem 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 vordringt. 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 werden, dass die Pilotspitze einen Schaft aufweist, an dessen unterem Ende mindestens ein Abtragselement angeordnet ist, und dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit an dem Schaft angeordnet ist. Damit befindet sich die Bilderfassungseinheit nicht im vorderen Bereich der Pilotspitze. Dieser vordere Bereich wird von einem oder mehreren Abtragselementen, insbesondere Abtragsschneiden oder Abtragsspitzen, gebildet. In einer Bohrvortriebsrichtung hintenliegend ist die mindestens eine Bilderfassungseinheit an einem vorzugsweise zylindrischen Schaft der Pilotspitze angeordnet. Die Bilderfassungseinheit ist dabei vorzugsweise von einem transparenten Schutzelement abgedeckt und geschützt. Das transparente Schutzelement kann insbesondere ein gehärtetes Mineralglas sein. Der Schaft weist dabei einen entsprechenden Aufnahmeraum 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 Getriebeschild 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 Nabenbereich kann dabei feststehend oder mitdrehend mit dem drehend angetriebenen Fräsrad sein. Alternativ oder ergänzend kann eine Bilderfassungseinheit auch am Getriebeschild der Bodenabtragsvorrichtung, insbesondere einer Schlitzwandfräse, angeordnet sein, an welchem das mindestens eine Fräsrad drehend gelagert ist. Vorzugsweise 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 Schlitzwandfräse oder ein Schlitzwandgreifer ausgebildet ist, welche jeweils ein mobiles Trägergerät umfassen. Das Trägergerät kann insbesondere ein Raupenfahrwerk aufweisen, 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 Rechnereinheit vorgesehen ist, welche mit der mindestens einen Bilderfassungseinheit in Verbindung steht und ausgebildet ist, Bilder, welche von der Bilderfassungseinheit aufgenommen worden sind, auszuwerten und basierend hierauf eine Bodenart, Bestandteile 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 Bodenschichten 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 Schichten 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, Bestandteilen im Boden und/oder Eigenschaften des Bodens aufweisen, so dass gegebenenfalls durch einen Vergleich mit hinterlegten Daten eine besonders genaue Bestimmung 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 Übergang von einer Sandschicht im Boden zu einer felsigen Bodenschicht vorliegt, so kann anhand der ausgewerteten Bilder durch die Steuerung ein Antrieb der Bodenabtragsvorrichtung geändert und entsprechend dem neuen Boden angepasst werden. Bei einem Bohrgerät kann beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des Bohrwerkzeuges reduziert und eine Vorschubkraft auf das Bohrwerkzeug oder Vorschubgeschwindigkeit herabgesetzt werden. Dabei werden durch die Steuerung entsprechende Werte eingestellt, welche in einer Datenbank für die jeweilige Bodenart hinterlegt sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die zuvor beschriebene, erfindungsgemäße Bodenabtragsvorrichtung eingesetzt wird, wobei mittels der mindestens einen Bilderfassungseinheit an dem Abtragswerkzeug beim Einbringen 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 werden kann.
  • Eine bevorzugte Verfahrensvariante der Erfindung besteht darin, dass die von der mindestens einen Bilderfassungseinheit 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 Bodens bestimmt. Die Rechnereinheit kann dabei vorzugsweise außerhalb des Loches im Boden an einem Trägergerät angeordnet sein.
  • Für eine unmittelbare Steuerung der Bodenabtragsvorrichtung ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Rechnereinheit mit einer Steuerung verbunden ist, welche mindestens einen Antrieb der Bodenabtragsvorrichtung abhängig 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 abgespeichert und bei der Erstellung weiterer Löcher im Nahbereich berücksichtigt werden. Ein derartiges abgespeichertes Bodenprofil vereinfacht bei einer nachfolgenden Bodenbearbeitung insbesondere das Erkennen eines Überganges zwischen Bodenschichten.
  • Eine weitere Verbesserung der Auswertung kann nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass die Rechnereinheit vorausgehend durch Eingeben von Bildern mit einer zugeordneten Bodenart, Bestandteilen im Boden und/oder Eigenschaften 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 Abtragswerkzeug reduziert sein, oder ein Gerät mit Antriebseinheiten umfassen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter beschrieben, welches schematisch in den beigefügten Figuren dargestellt ist. In den Figuren zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bodenabtragsvorrichtung;
    Fig. 2
    eine vergrößerte Ansicht des unteren Bereiches der Bodenabtragsvorrichtung von Fig. 1;
    Fig. 3
    eine Seitenansicht der Bodenabtragsvorrichtung von Fig. 1 in einem vergrößerten Maßstab;
    Fig. 4
    eine Querschnittsansicht der Bodenabtragsvorrichtung von Fig. 3.
  • Eine erfindungsgemäße Bodenabtragsvorrichtung 10 ist in der einfachsten Form gemäß Fig. 1 als ein Abtragswerkzeug 20 ausgebildet, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Bohrwerkzeug 21 ist. Das Abtragswerkzeug 20 weist an seiner Oberseite 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 erfindungsgemäßen 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 Aufnahmekörper 22 auf, an dessen Unterseite ein Boden 40 über ein Drehgelenk 44 aufschwenkbar 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 Verriegelungseinrichtung 46 vorgesehen, welche über eine nur teilweise dargestellte Löseinrichtung 48 von der Oberseite des Abtragswerkzeuges 20 gelöst werden kann. Im gelösten Zustand 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 Öffnungsposition 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 bewegt 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 Bilderfassungseinheit 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 Abtragswerkzeug 20 ist, zu leiten, um eine Bodenart, Bestandteile im Boden und/oder Eigenschaften des Bodens zu erfassen und zu bestimmen.

Claims (15)

  1. Bodenabtragsvorrichtung zum Erstellen eines Loches im Boden mittels eines Abtragswerkzeuges (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 Trägergerät 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 Bodenmaterial ausgebildet ist.
  2. Bodenabtragsvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit (50) an dem Abtragswerkzeug (20) an einer Stelle angeordnet ist, an welcher der Boden unmittelbar angrenzt.
  3. Bodenabtragsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Abtragswerkzeug (20) als ein Bohrwerkzeug (21) mit einer Bohrachse (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 ausgebildet ist und
    dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit (50) im Bereich der Pilotspitze (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 mindestens ein Abtragselement (34) angeordnet ist, und
    dass die mindestens eine Bilderfassungseinheit (50) an dem Schaft (32) angeordnet 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 mindestens 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 Bohrwerkzeug, 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 Bilderfassungseinheit (50) in Verbindung steht und ausgebildet ist, Bilder, welche von der Bilderfassungseinheit (50) aufgenommen worden sind, auszuwerten und basierend 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 mindestens ein Antrieb der Bodenabtragsvorrichtung (10) abhängig von den ausgewerteten Bildern steuerbar ist.
  11. Verfahren zum Erstellen eines Loches im Boden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Bodenabtragsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingesetzt wird,
    wobei mittels der mindestens einen Bilderfassungseinheit (50) an dem Abtragswerkzeug (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 Bodenprofil 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 zugeordneten Bodenart, Bestandteilen im Boden und/oder Eigenschaften des Bodens kalibriert wird.
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