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Title:
METHOD AND SYSTEM FOR ASCERTAINING A CRITICAL MATERIAL FATIGUE STATE IN UNDERGROUND CONSTRUCTION MACHINES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/217558
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for ascertaining a critical material fatigue state in underground construction machines having, as components, at least one undercarriage, a superstructure, a working tool for working the ground during an underground construction process, said working tool being mounted on a boom in order to raise and lower the working tool by means of a main cable along the boom, and/or a feed device for the working tool. In the process, data relating at least to forces arising on the main winch, forces arising on the feed device, or torques arising on the working tool is ascertained and recorded. Damage figures are ascertained from the data obtained in this manner using a rain-flow method, and the damage figures are cumulated over a period of time in order to form a current damage value. The current damage value is compared with an ascertained permissible damage value for at least one component, wherein when the current damage value approaches the ascertained permissible damage value, a critical material fatigue state is detected. The method additionally relates to a system which has an analysis device and an underground construction machine

Inventors:
EJTEHADI HESAM (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/061294
Publication Date:
November 16, 2023
Filing Date:
April 28, 2023
Export Citation:
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Assignee:
BAUER MASCHINEN GMBH (DE)
International Classes:
E02F9/26; G05B23/02
Foreign References:
US20180058046A12018-03-01
DE19709445A11998-09-17
DE10310116A12004-09-23
Other References:
PAWLUS WITOLD ET AL: "Mitigation of Fatigue Damage and Vibration Severity of Electric Drivetrains by Systematic Selection of Motion Profiles", IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 21, no. 6, 6 December 2016 (2016-12-06), pages 2870 - 2880, XP011633543, ISSN: 1083-4435, [retrieved on 20161109], DOI: 10.1109/TMECH.2016.2573587
Attorney, Agent or Firm:
WUNDERLICH & HEIM (DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Ermitteln eines kritischen Matenalermüdungszustandes bei Tiefbaumaschinen (10), welche als Bauteile einen Unterwagen (12), einen Oberwagen (14), einen Mast (20), ein, insbesondere am Mast (20) gelagertes, Arbeitsgerät (30) zur Bodenbearbeitung im Tiefbau, eine Hauptwinde (25) zum Heben und Senken des Arbeitsgeräts (30) mittels eines Hauptseils (36) entlang des Mastes (20) und/oder eine Vorschubeinrichtung (29) für das Arbeitsgerät (30) aufweist, wobei Daten mindestens zu

- an der Hauptwinde (25) auftretenden Kräften,

- an der Vorschubeinrichtung (29) auftretenden Kräften und/oder

- am Arbeitsgerät (30) auftretenden Drehmomenten ermittelt und aufgezeichnet werden, wobei aus den erhaltenen Daten mittels eines Rainflow-Verfahrens Schädigungszahlen ermittelt werden, wobei die Schädigungszahlen über einen Zeitraum zu einem aktuellen Schadenswert kumuliert werden, wobei der aktuelle Schadenswert mit einem ermittelten zulässigen Schadenswert für mindestens ein Bauteil verglichen wird und wobei beim Annähern des aktuellen Schadenswertes an den ermittelten zulässigen Schadenswert ein kritischer Materialermüdungszustand festgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zum Ermitteln der Schädigungszahlen pro Bauteil eine entsprechende Wöh- lerlinie berücksichtigt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte zulässige Schadenswert pro Bauteil für mindestens ein Bauteil mit Hilfe einer nichtlinearen Finite Elemente Methode ermittelt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten jeweils einzeln ausgewertet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten miteinander korreliert ausgewertet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens Daten zu einem Element aus folgender Gruppe ebenfalls ermittelt und aufgezeichnet werden:

Position des Arbeitsgerätes (30), Schwenkbeschleunigung des Oberwagens (14), Fahrbeschleunigung der Tiefbaumaschine (10), Zugkraft des Fahrwerkes des Unterwagens (12), an einer Hilfswinde auftretende Kräfte, Mastneigung, Ausladung, Drehwinkel zwischen Ober- (14) und Unterwagen (12), Planumsneigung, Verlauf der Bohrachse. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Daten zum Aufzeichnen drahtlos an einen externen Speicher übertragen werden, wobei die Übertragung kontinuierlich und/oder diskontinuierlich durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Daten lokal aufgezeichnet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem Annähern des aktuellen Schadenswertes an den ermittelten zulässigen Schadenswert eine Zeitperiode bis zum Erreichen des kritischen Matenalermüdungszustandes ermittelt wird und dass zumindest einer aus einer Gruppe aufweisend Benutzer, Bediener, Hersteller, Inhaber, Serviceunternehmen und Vermieter, eine festgelegte Zeitspanne vor dem Erreichen des kritischen Materialermüdungszustandes hiervon informiert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Annähern des aktuellen Schadenswertes an den ermittelten zulässigen Schadenswert die Tiefbaumaschine (10) für bestimmte Arbeitsverfahren, die einen besonders hohen Schadenwert verursachen, gesperrt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Matenalermüdungszustand eine Rissbildung in Stahlbaukomponenten der Tiefbaumaschine ist. System zum Ermitteln eines kritischen Matenalermüdungszustandes bei einer Tiefbaumaschine (10), aufweisend eine Tiefbaumaschine (10) mit einem Unterwagen (12), einem Oberwagen (14), einem Mast (20), einem, insbesondere am Mast (20) gelagerten, Arbeitsgerät (30) zur Bodenbearbeitung im Tiefbau, einer Hauptwinde (25) zum Heben und Senken des Arbeitsgerätes (30) mittels eines Hauptseils (36) entlang des Mastes (20) und/oder einer Vorschubeinrichtung (27), wobei an der Tiefbaumaschine (10) Sensoren vorgesehen sind, um Daten zumindest zu

- an der Hauptwinde (25) auftretenden Kräften,

- an der Vorschubeinrichtung (27) auftretenden Kräften und/oder

- am Arbeitsgerät (30) auftretenden Drehmomenten zu ermitteln, wobei eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, - aus den ermittelten Daten mittels eines Rainflow-Verfahrens Schädigungszahlen zu ermitteln,

- die Schädigungszahlen über einen Zeitraum zu einem aktuellen Schadenswert zu kumulieren,

- den aktuellen Schadenswert mit einem ermittelten zulässigen Schadenswert für mindestens ein Bauteil zu vergleichen, und

- beim Annähern des aktuellen Schadenswertes an den ermittelten zulässigen Schadenswert einen kritischen Materialermüdungszustand festzustellen. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung entfernt von der Tiefbaumaschine vorgesehen ist und dass die Daten direkt oder indirekt an die Auswerteeinrichtung übertragbar sind. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, eine festgelegte Zeitperiode vor dem Feststellen eines kritischen Materialermüdungszustandes zumindest einen aus einer Gruppe aufweisend Benutzer, Bediener, Hersteller, Inhaber, Serviceunternehmen und Vermieter, der Tiefbaumaschine hiervon zu informieren.

Description:
VERFAHREN UND SYSTEM ZUM ERMITTELN EINES KRITISCHEN MATERIALERMÜDUNGSZUSTANDES BEI TIEFBAUMASCHINEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines kritischen Matenalermüdungszustandes bei Tiefbaumaschinen, welche als Bauteile einen Unterwagen, einen Oberwagen, einen Mast, ein, insbesondere am Mast gelagertes, Arbeitsgerät zur Bodenbearbeitung im Tiefbau, eine Hauptwinde zum Heben und Senken des Arbeitsgerätes mittels eines Hauptseils entlang des Mastes und/oder einer Vorschubeinrichtung für das Arbeitsgerät aufweist. Ferner werden Daten zumindest zu an der Hauptwinde auftretenden Kräften, an der Vorschubeinrichtung auftretenden Kräften und/oder am Arbeitsgerät auftretenden Drehmomenten ermittelt und aufgezeichnet.

Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Ermitteln eines kritischen Materialermüdungszustandes bei einer Tiefbaumaschine, aufweisend eine Tiefbaumaschine mit einem Unterwagen, einem Oberwagen, einem Mast, einem, insbesondere am Mast gelagerten, Arbeitsgerät zur Bodenbearbeitung im Tiefbau, einer Hauptwinde zum Heben und Senken des Arbeitsgerätes mittels eines Hauptseils entlang des Mastes und/oder einer Vorschubeinrichtung. Ferner sind an der Tiefbaumaschine Sensoren vorgesehen, um Daten zumindest zu an der Hauptwinde auftretenden Kräften, an der Vorschubeinrichtung auftretenden Kräften und/oder am Arbeitsgerät auftretenden Drehmomenten zu ermitteln.

In der Regel trägt das Hauptseil das Arbeitsgerät, welches nicht zwingend am Mast geführt ist. Am Mast kann ein Schlitten vorgesehen sein, der durch die Vorschubeinrichtung betätigbar, insbesondere entlang des Mastes verfahrbar, ist. Weist das Arbeitsgerät beispielsweise ein Kellygestänge und einen Kraftdrehkopf auf, so können diese daher unabhängig voneinander gehoben und gesenkt werden. Der Mast kann beispielsweise als Mäkler oder auch als Teleskopmäkler ausgeführt sein. Er kann auch schräg in Bezug auf den Oberwagen vorgesehen sein.

Um einen sicheren Betrieb von Tiefbaumaschinen, wie beispielsweise Spezialdrehbohrgeräten, Seilbaggern oder Rammgeräten, zu gewährleisten, müssen sicherheitsrelevante Bauteile der Tiefbaumaschine auf Rissentwicklung in Stahlbaukomponenten der gesamten Maschine überprüft werden. Diese Rissentwicklung tritt durch Materialermüdung ein. Üblicherweise werden hierzu pauschale Inspektionsintervalle basierend auf den Betriebsstunden der Tiefbaumaschine vorgeschrieben. Diese müssen jedoch so bemessen sein, dass auch bei hochbelasteten Maschinen ausreichend oft eine Überprüfung durchgeführt wird.

Die Belastung der Tiefbaumaschine hängt unter anderem von der Bodenbeschaffenheit, dem verwendeten Bohrverfahren, dem eingesetzten Bohrwerkzeug, aber auch von der funktionellen Beanspruchung durch Gerätefahrer ab. Hierbei ist beispielsweise zu berücksichtigen, dass eine Tiefbaumaschine, welche lediglich in weichen Materialien, wie sandigen Böden eingesetzt wird, deutlich weniger Belastungen ausgesetzt ist, als eine Tiefbaumaschine, welche harten Fels bearbeitet.

Aus der DE 197 09 445 A1 oder der DE 103 10 116 A1 sind Verfahren für KFZ bekannt, mit denen Matenalermüdungszustände oder Serviceintervalle bei Verschleiß oder Alterungsprozessen unterworfenen Komponenten abgeschätzt beziehungsweise ermittelt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein System anzugeben, welche eine effiziente Voraussage von Materialermüdung bei Tiefbaumaschinen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Ermitteln eines kritischen Matenalermüdungszustandes bei Tiefbaumaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein System zum Ermitteln eines kritischen Matenalermüdungszustandes bei einer Tiefbaumaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, in den Figuren und deren Erläuterungen angegeben. Entsprechend der Erfindung ist vorgesehen, dass aus den erhaltenen Daten mittels eines Rainflow-Verfahrens Schädigungszahlen ermittelt werden. Diese Schädigungszahlen werden über einen Zeitraum zu einem aktuellen Schadenswert kumuliert. Der aktuelle Schadenswert wird mit einem rechnerisch oder experimentell ermittelten zulässigen Schadenswert für mindestens ein Bauteil verglichen und beim Annähern des aktuellen Schadenswertes an den ermittelten zulässigen Schadenswert wird ein kritischer Matenalermüdungszustand festgestellt. Im Sinne der Erfindung kann unter zulässigen Schadenswert ein Schadenswert verstanden werden, der einen Zustand beschreibt, zu dem das Bauteil gerade noch ausreichend stabil ist.

Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, explizit Daten zu an der Hauptwinde auftretenden Kräften, an der Vorschubeinrichtung auftretenden Kräften und/oder am Arbeitsgerät auftretenden Drehmomenten zu ermitteln und aufzuzeichnen. Nach der Erfindung wurde erkannt, dass bereits alleine Daten aus einer dieser drei möglichen Quellen das zuverlässige Ermitteln von Schädigungszahlen, die einen Rückschluss auf Matenalermüdungszustände bei Tiefbaumaschinen ermöglichen, zulassen. Obwohl grundsätzlich eine deutlich größere Anzahl von Daten beim Betrieb einer Tiefbaumaschine ermittelt werden kann, wurde entsprechend der Erfindung erkannt, dass diese drei Datenquellen die relevantesten sind und sogar die Auswertung lediglich einer dieser Quellen ausreichend ist, um einen kritischen Materialermüdungszustand festzustellen.

Hierzu wird entsprechend der Erfindung, basierend auf den ermittelten Daten, ein Rainflow-Verfahren beziehungsweise eine Rainflow-Analyse durchgeführt, um so Schädigungszahlen zu ermitteln. Das Rainflow-Verfahren wird alternativ auch als Rainflow-Zählung oder Rainflow-Zählverfahren bezeichnet. Die so ermittelten Schädigungszahlen werden aufaddiert, so dass ein aktueller Schädigungswert, der momentan vorliegt, ermittelt werden kann. Dies kann grundsätzlich abhängig von den zugrunde liegenden Daten für jedes Bauteil separat durchgeführt werden. Es kann aber auch über eine Gruppe von Bauteilen oder über das gesamte Tiefbaugerät gemeinsam durchgeführt werden.

Der so ermittelte aktuell vorliegende Schadenswert wird mit einem zulässigen Schadenswert der Bauteile oder der Bauteilgruppe verglichen. Dieser zulässige Schadenswert kann beispielsweise ein Erfahrungswert oder ein experimentell bzw. rech- nerisch ermittelter Wert sein. Beim Annähern des aktuellen Schadenswertes an den zuvor ermittelten und/oder festgelegten zulässigen Schadenwert wird dann ein kritischer Materialermüdungszustand festgestellt.

Auf diese Weise wird erreicht, dass nicht mehr feste Überprüfungsintervalle eingehalten werden müssen, sondern das flexibel, basierend auf den auftretenden Schädigungen, ein Wartungszeitpunkt zum einen prognostiziert werden kann, zum anderen auch nur dann eine Überprüfung durchgeführt werden muss, wenn ein Schwellenwert einer kritischen Materialermüdung erreicht wird.

Vorteilhaft ist es, wenn zum Ermitteln der Schädigungszahl pro Bauteil eine entsprechende Wöhlerlinie oder Wöhlerkurve berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann aus den Schädigungszahlen ein Rückschluss auf die Schädigung des entsprechenden Bauteiles beziehungsweise einer entsprechenden Bauteilgruppe geschlossen werden. Grundlagen der im Maschinenbau üblichen Wöhlerkurve sind sogenannte Wöh- lerversuche, die Aussagen über insbesondere die Dauerfestigkeit und Zeitfestigkeit ermöglichen. Hierbei fließt unter anderem das Material der entsprechenden Baugruppe, aber auch weitere Details, wie beispielsweise das exakte Design, mit ein.

Der ermittelte zulässige Schadenswert, den ein Bauteil aufweisen darf, bevor ein Materialermüdungszustand festgestellt wird, kann auf beliebige Weise ermittelt werden. Dies kann beispielsweise durch Versuche erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist, ihn für jedes Bauteil mit Hilfe einer nichtlinearen Finite-Elemente-Methode zu ermitteln. Auf diese Weise kann, mit einem gewissen Rechenaufwand, für jedes beliebige Bauteil einer Tiefbaumaschine ein entsprechender Schwellenwert beziehungsweise zulässiger Schadenswert ermittelt werden, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann.

Grundsätzlich können die Daten, die beispielsweise zu Kräften, welche an der Hauptwinde, an der Vorschubeinrichtung und/oder zu Drehmomenten, die am Arbeitsgerät auftreten, ermittelt werden, jeweils separat oder miteinander korreliert ausgewertet werden. Vorteil einer separaten Auswertung ist, dass hierzu weniger Rechenleistung benötigt wird, jedoch die Ergebnisse auch ungenauer sind. Demgegenüber nimmt die benötigte Rechenzeit bei einer korrelierten Auswertung deutlich zu. Sie liefert demgegenüber jedoch genaue Schädigungszahlen. Anders ausgedrückt, kann die Schädigungszahlberechnung sowohl uniaxial oder multiaxial durchgeführt werden.

Wie bereits beschrieben, reicht es für das erfindungsgemäße Verfahren aus, Daten zu an der Hauptwinde auftretenden Kräften, Daten zu an der Vorschubeinrichtung auftretenden Kräften und/oder Daten zu am Arbeitsgerät auftretenden Drehmomenten für die weitere Auswertung heranzuziehen. Eine noch genauere Ermittlung der Schädigungszahlen und damit des Auftretens eines Matenalermüdungszustandes kann jedoch erreicht werden, wenn weitere Daten verwendet werden. Diese können sich beispielsweise auf die Position des Arbeitsgerätes, insbesondere zum Mast, die Schwenkbeschleunigung des Oberwagens, die Fahrbeschleunigung der Tiefbaumaschine, die Zugkraft des Fahrwerkes des Unterwagens, an einer Hilfswinde auftretende Kräfte, die Mastneigung, die Ausladung, den Drehwinkel zwischen Ober- und Unterwagen, die Planumsneigung und den Verlauf der Bohrachse beziehen. Anders ausgedrückt können Daten zu einem der aufgezählten Elemente oder zu mehrerer sowie aller der aufgezählten Elemente für eine weitere Auswertung herangezogen werden. Die Hauptwinde, die Vorschubeinrichtung sowie die Hilfswinde können jeweils getrennt voneinander betätigt werden.

Grundsätzlich können die ermittelten Daten beliebig aufgezeichnet werden. Vorteilhaft ist es, wenn diese zum Aufzeichnen drahtlos an einen externen Speicher übertragen werden, wobei die Übertragung kontinuierlich und/oder diskontinuierlich durchgeführt wird. Es ist jedoch auch eine drahtgebundene Übertragung möglich. Bevorzugt wird aber eine drahtlose Übertragung, da so die Daten zu beliebigen Zeitpunkten ermittelt werden können und damit auch das Erreichen eines kritischen Matenalermüdungszustandes möglichst genau vorhergesagt werden kann.

Die Daten selbst können auch lokal in der Tiefbaumaschine aufgezeichnet werden und in festen Intervallen drahtlos übertragen werden oder mittels einer Ausleseeinrichtung ausgelesen werden. Die Auswertung der Daten kann sowohl von einer in der Tiefbaumaschine vorgesehene Recheneinheit als auch von einer entfernt von der Tiefbaumaschine vorgesehenen Recheneinheit durchgeführt werden. Auch eine kombinierte Auswertung ist möglich. In einer Weiterbildung kann basierend auf dem Annähern des aktuellen Schadenswertes an den ermittelten zulässigen Schadenswert eine Zeitperiode bis zum Erreichen des kritischen Materialermüdungszustandes ermittelt beziehungsweise prognostiziert werden. Hierbei ist es ferner möglich, dass zumindest einer aus einer Gruppe aufweisend, einen Benutzer oder Bediener, einen Inhaber, einen Hersteller, ein Serviceunternehmen und einen Vermieter der Tiefbaumaschine eine festgelegte Zeitspanne vor dem Erreichen des kritischen Materialermüdungsstandes hiervon informiert wird. Anders ausgedrückt kann über den Verlauf der Entwicklung des Schadenswertes eine Prognose getroffen werden, wie lange es noch dauert, bis der kritische Materialermüdungszustand erreicht. Rechtzeitig, bevor dieser erreicht wird, kann dann beispielsweise der entsprechende Fahrzeugführer hiervon informiert. Es können jedoch auch andere Personen beziehungsweise Organisationen informiert werden. Beispielsweise kann der Hersteller der Tiefbaumaschine, welcher für die Wartung zuständig ist, der Vermieter oder auch ein Serviceunternehmen hiervon informiert werden. Welche Zeitspanne dies ist, kann einerseits beispielsweise durch den Hersteller der Tiefbaumaschine im Vorhinein festgelegt werden, Es ist jedoch auch möglich, dass die Zeitspanne individuell definiert werden kann. Individuell kann hierbei bedeuten, dass die Zeitspanne pro Bauteil jedoch auch beispielsweise pro Einsatzbereich festgelegt werden kann.

Ferner kann beim Annähern des aktuellen Schadenswertes an den ermittelten zulässigen Schadenswert die Tiefbaumaschine für bestimmte Arbeitsverfahren gesperrte werden. Dies kann bedeuten, dass das Ausführen dieser Verfahren über die Steuerung der Tiefbaumaschine verhindert wird oder nur nach einer zu bestätigenden Warnung möglich ist. Derartige Arbeitsverfahren können insbesondere Arbeitsverfahren sein, die erfahrungsgemäß einen besonders hohen Schadenwert verursachen, wie Bohren in harten Fels. Derartige Verfahren können beispielsweise durch Messung des erforderlichen Drehmoments oder die Auswahl bestimmter Werkzeuge erkannt werden, die am Gerät montiert werden. Die Sperre kann beispielsweise erst aufgehoben werden, wenn eine Überprüfung stattgefunden hat. Während der Sperre kann aber das Ausführen anderer Arbeitsverfahren mit zu erwartenden geringeren Schadenwerten weiterhin möglich sein. Bei dem kritischen Materialermüdungszustand handelt es sich insbesondere um eine Rissbildung in Stahlbaukomponenten der Tiefbaumaschine. Eine Materialermüdung ist hierbei eindeutig von Wartungszuständen, wie dem notwendigen Austauschen des Öls eines Motors, eines Getriebeöls oder eines Hydrauliköls zu unterscheiden.

Bei einem erfindungsgemäßen System ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, welche ausgebildet ist, aus den ermittelten Daten mittels eines Rainflow-Verfahrens Schädigungszahlen zu ermitteln, die Schädigungszahlen über einen Zeitraum zu einem aktuellen Schadenswert zu kumulieren, den aktuellen Schadenswert mit einem ermittelten und/oder hinterlegten zulässigen Schadenswert für mindestens ein Bauteil zu vergleichen und beim Annähern des aktuellen Schadenswertes an den ermittelten zulässigen Schadenswert einen kritischen Materialermüdungszustand festzustellen.

Anders ausgedrückt betrifft das erfindungsgemäße System eine Tiefbaumaschine, die entsprechende Sensoren aufweist, um Daten zu an der Hauptwinde auftretenden Kräften, Daten zu an der Vorschubeinrichtung auftretenden Kräften und/oder Daten zu am Arbeitsgerät auftretenden Drehmomenten zu ermitteln.

Ferner hat das System eine Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, um so einen kritischen Matenalermüdungszustand vor dessen Eintritt festzustellen.

Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Auswerteeinrichtung entfernt von der Tiefbaumaschine vorgesehen ist und wenn die Daten direkt oder indirekt an die Auswerteeinrichtung übertragbar sind. Beispielsweise kann sich die Auswerteeinrichtung auf zentralen Servern eines Serviceunternehmens oder des Herstellers der Tiefbaumaschine befinden. Hierdurch ist es möglich, mit einer Auswerteeinrichtung mehrere Tiefbaumaschinen zu betreuen, also entsprechende Schadenswerte und kritische Matenalermüdungszustände festzustellen. Es ist aber auch möglich, dass die Auswerteeinrichtung in der Tiefbaumaschine integriert vorgesehen ist, so dass die Daten nicht weiter übertragen werden müssen.

Die von der Auswerteeinrichtung hierfür benötigte Daten können direkt von der Tiefbaumaschine über ein entsprechendes Kommunikationsnetzwerk an die Auswerteeinrichtung geschickt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass diese Da- ten in einer Datenbank, die zu anderen Zwecken für die entsprechende Tiefbaumaschine vorhanden ist, aktiv von der Auswerteeinrichtung abgefragt werden.

In einer Weiterbildung ist die Auswerteeinrichtung ausgelegt, eine festgelegte Zeitperiode vor dem Feststellen eines kritischen Materialermüdungszustandes mindestens einen aus einer Gruppe aufweisend einen Benutzer, einen Bediener, einen Hersteller, einen Inhaber, ein Serviceunternehmen und einen Vermieter der Tiefbaumaschine hiervon zu informieren. Wesentlich ist hierbei, dass zumindest eine, ein Großteil oder alle in Bezug auf die Wartung beziehungsweise Betriebssicherheit der Tiefbaumaschine relevante Personen oder Organisationen informiert werden, dass bald ein kritischer Materialermüdungszustand eintritt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass eine notwendige Wartung erst dann durchgeführt wird, wenn auch der kritische Materialermüdungszustand beinahe erreicht ist und nicht nach vorher festgelegten Intervallen, die aus Sicherheitsgründen meist zu kurz bemessen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Tiefbaumaschine; sowie

Fig. 2 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen des erfindungsgemäßen Verfahrens

Eine Tiefbaumaschine 10, welche insbesondere als ein Bohrgerät ausgebildet ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Oberwagen 14 ist vorzugsweise drehbar an einem Unterwagen 12 mit einem Fahrwerk gelagert, welches als ein Raupenfahrwerk ausgebildet sein kann. An dem Oberwagen 14 mit einer Bedienkabine 16 kann an einer Vorderseite über einen Anlenkmechanismus 22 ein Mast 20 angeordnet sein. Der Mast 20 kann als ein Mäkler mit einer vorderen Linearführung 24 ausgebildet sein, entlang welcher ein Schlitten 26 mit einem Bohrantrieb 28 mittels einer Vorschubeinrichtung 29, die als Vorschubwinde 27 ausgeführt sein kann, und/oder einer Hauptwinde 25 vertikal verfahrbar und geführt sein kann.

Zum Bilden eines Arbeitsgerätes 30 ist vorzugsweise ein Bohrwerkzeug 34 an der Unterseite einer Kellystange 32 angeordnet. Die Kellystange 32 ist insbesondere über den Bohrantrieb 28 drehend antreibbar und über ein Seil 36 vertikal verstellbar am Mast 20 gehalten. Am Heck 40 des Oberwagens 14 können Gegengewichte 15 angeordnet werden.

Die Ausbildung einer Tiefbaumaschine 10 als ein Bohrgerät gemäß Fig. 1 ist lediglich beispielhaft, wobei die Tiefbaumaschine 10 auch in anderer Weise ausgestaltet sein kann, insbesondere mit anderen Arbeitsgeräten 30 zum Tiefbau, etwa mit einer Schlitzwandfräse, einer Ramme oder einem Rüttler.

Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm nach Fig. 2 wird nun das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines kritischen Matenalermüdungszustandes bei Tiefbaumaschinen näher erläutert.

Hierbei wird in Schritt 1 mit dem Betrieb der Tiefbaumaschine 10, bei der es sich beispielsweise um ein Bohrgerät oder ein Rammgerät handeln, begonnen.

Während des Betriebes werden in Schritt 2 Daten zu Betriebsparametern ermittelt. Bei den Daten kann es sich um Daten zu an der Hauptwinde 25 auftretenden Kräften, beispielsweise beim Anheben oder Absenken des Arbeitsgerätes 30 oder zu an der Vorschubeinrichtung 29 auftretenden Kräften, beispielsweise beim Aufbringen von Druck auf das Arbeitsgerät, handeln. Es können auch Daten zu Drehmomenten, die am Arbeitsgerät beispielsweise aufgrund der Rotation gegen die Widerstände im Boden beim Bohren auftreten, gemessen und aufgezeichnet werden. Die Vorschubeinrichtung 29 kann eine Vorschubwinde (27) oder eine Zylindereinrichtung aufweisen, so dass es sich bei den auftretenden Kräften sowohl um Zug- als auch bei einer Zylindereinrichtung um Druckkräfte handeln kann. Diese Kraft kann mittels einer Kraftmessachse, beispielsweise an einer Umlenkrolle des Seils, ermittelt werden.

Sofern Drehmomente ermittelt werden sollen, kann dies beispielsweise durch einen Drehmomentmessflansch erfolgen.

Ferner können auch zusätzlich oder alternativ Daten zu der Position des Kraftdrehkopfes des Arbeitsgerätes 30, der Schwenkbeschleunigung des Oberwagens 14 beim Schwenken, der generellen Fahrtbeschleunigung der Tiefbaumaschine 10, insbesondere der Losfahr- und Bremsbeschleunigung, der auftretenden Fahrzeugzugkraft, welche auch als Fahrwerkzugkraft am Unterwagen bezeichnet werden kann, der Zugkräfte an einer Hilfswinde, der absoluten Mastneigung, der Ausladung, dies bedeutet, die Mastposition relativ zum Unterwagen 12, der Drehposition des Oberwagens 14 zum Unterwagen 12, insbesondere zu dem Drehwinkel zwischen diesen beiden, der Planumsneigung, welche als absolute Oberwagenneigung zur Horizontalen definiert sein kann, der Bohrachse, insbesondere in Bezug auf den Mast sowie dem aktuell verwendeten Bodenbearbeitungsverfahren ermittelt und aufzeichnet werden. Grundsätzlich ist es möglich, einige, alle oder eine beliebige Kombination dieser Daten zu verwenden.

Anschließend werden in Schritt 3 die ermittelten Daten an eine Auswerteeinrichtung übertragen. Diese kann in oder an der Tiefbaumaschine 10 integriert ausgeführt sein. Es ist jedoch auch möglich, sie extern von dieser vorzusehen. An eine externe Auswerteeinrichtung kann die Datenübertragung bevorzugt drahtlos durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Daten in der Tiefbaumaschine 10 zwischenzuspeichern und periodisch mittels eines zumindest teilweise drahtgebundenen Datentransfers an die Auswerteeinrichtung zu übertragen.

In Schritt 4 wird in der Auswerteeinrichtung ein aktueller Schadenswert zu ausgewählten Bauteilen der Tiefbaumaschine 10 berechnet. Hierbei wird bevorzugt aus den Daten mittels eines Rainflow-Verfahrens eine Schädigungszahl ermittelt, die anschließend über einen Zeitraum des Betriebes addiert wird, um einen aktuellen Schadenwert zu erhalten.

In Schritt 5 wird in der Auswerteeinheit ein Vergleich zwischen dem aktuellen Schadenswert und einem vorab festgestellten zulässigen Schadenswert für das Bauteil durchgeführt. Dieser zulässige Schadenswert kann beispielsweise aufgrund von Erfahrungswerten bzw. Versuche ermittelt werden oder auch über eine Berechnung beispielsweise mit Hilfe einer nichtlinearer Finite-Elemente-Methode.

In Schritt 6 wird das Ergebnis des Vergleiches zwischen dem ermittelten aktuellen Schadenswert und dem zulässigen Schadenswert bewertet. Ist der zulässige Schadenswert noch nicht erreicht, so wird das Verfahren an Schritt 2 fortgesetzt. Ist er erreicht oder nähert sich der ermittelte aktuelle Schadenswert dem zulässigen Schadenswert an, so wird das Verfahren in Schritt 7 fortgesetzt. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass der zulässige Schadenswert bereits erreicht ist, sondern es ist auch möglich, die Entscheidungen entsprechend zu treffen, wenn noch ein gewisser Sicherheitswert zwischen dem aktuellen Schadenswert und dem zulässigen Schadenswert vorhanden ist, so dass ausreichend Zeit besteht, entsprechende War- tungs- und Kontrollschritte durchzuführen.

Hierzu wird in Schritt 7 ein Benutzer, ein Bediener, ein Inhaber, ein Betreiber, der Hersteller, ein Vermieter, ein Serviceunternehmen oder eine andere relevante Person oder Organisation informiert. Grundsätzlich können auch mehrere Personen oder Organisationen gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig vom Erreichen des kritischen Materialermüdungszustandes, welcher durch Vergleich des aktuellen Schadenswertes mit dem zulässigen Schadenswert bestimmt werden kann, informiert werden. Dies kann beispielsweise durch eine elektronische Nachricht erfolgen. Dies kann auch zusätzlich oder ausschließlich in der Bedienerkabine angezeigt werden, z. B. gemeinsam mit einer kalkulierten Restdauer bis zum Erreichen des kritischen Matenalermüdungszustands.

Es ist auch möglich, dass die Tiefbaumaschine für bestimmte Arbeitsverfahren, die erwartungsgemäß einen besonders hohen Schadenwert verursachen, gesperrt wird, bis eine Überprüfung stattgefunden hat, während andere Arbeitsverfahren, die erfahrungsgemäß geringe Schadenwerte verursachen, weiter freigegeben sind.

Anschließend wird in Schritt 8 veranlasst, dass die Tiefbaumaschine auf Materialermüdungen wie Risse, insbesondere an Stahlbauteilen, überprüft wird.

Somit kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Systems ein kritischer Materialermüdungszustand prognostiziert werden und rechtzeitig eine entsprechende Überprüfung durchgeführt werden, ohne dass die Überprüfung viel zu früh stattfindet.