HIERFÜR

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden mit einem Bohrgerät, bei welchem eine Bohrstange drehend angetrieben wird, an dessen unte rem Ende ein erstes Bohrwerkzeug über eine Verbindungseinrichtung lösbar befes tigt ist, wobei mittels einer Messeinrichtung eine Bohrtiefe erfasst wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bohrgerät mit einem drehend antreibbaren Bohr gestänge und einem Bohrwerkzeug, welches über eine Verbindungseinrichtung an der Bohrstange befestigt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.

Bohrgeräte zum Erstellen einer Bohrung im Boden mit einem Bohrwerkzeug am un teren Ende einer Bohrstange sind seit langem bekannt. Eine Bestimmung einer Bohr tiefe erfolgt dabei üblicherweise durch Bestimmung eines Verfahrweges eines Bohr geräteschlittens entlang eines Mastes. Solange ein einheitliches Bohrwerkzeug ein gesetzt wird, lässt eine derartige Relativmessung des Verfahrweges des Bohrschlit tens einen weitgehend zuverlässigen Rückschluss auf eine Bohrtiefe zu. In vielen Fällen ist es beim Durchörtern von verschiedenen Bodenschichten mit unterschiedli chen Festigkeiten erforderlich, das Bohrwerkzeug im Verlauf des Erstellens einer Bohrung zu wechseln. Flierdurch kann eine Zuordnung des Verfahrweges zu einer Bohrtiefe weiter erschwert oder in erheblichem Maße verzerrt werden.

Die sich hieraus ergebenden Messungenauigkeiten wurden bei der Auslegung einer Bohrung durch Vorsehen ausreichender Auslegungssicherheiten berücksichtigt, also durch Vorsehen von bestimmten Überdimensionierungen.

Eine Überdimensionierung von Bohrungen und Gründungselementen führt zu einem erhöhten Arbeits- und Materielaufwand. Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden und ein Bohrgerät anzugeben, mit welchen eine Bohrung beson ders genau erstellt werden kann.

Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Bohrgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 13 ge löst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprü chen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerk zeug zu Beginn auf die Bodenoberfläche aufgesetzt wird und dass diese Position als eine Ausgangsposition für den Bezug der Messeinrichtung verwendet wird.

Ein Aspekt der Erfindung kann darin gesehen werden, zu Beginn einer Bohrung die Messeinrichtung auf Bezug zu setzen, wobei das Bohrwerkzeug an der Bohrstange definiert auf die Bodenoberfläche, also auf ein Planum aufgesetzt wird. Die Mess werte der Messeinrichtung können so zuverlässig auf eine vorgegebene feste Posi tion Bezug nehmen. Auf diese Weise kann eine besonders exakte Messung der Bohrtiefe im Verlauf des Bohrverfahrens erfolgen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Messeinrich tung mit einer Hubeinrichtung gekoppelt ist, durch welche die Bohrstange mit dem Bohrwerkzeug entlang einer Bohrrichtung bewegt wird. Ein Verstellweg der Hubein richtung kann so zur Bestimmung der Bohrlochtiefe genutzt werden. Die Hubeinrich tung kann einen Hubzylinder oder vorzugsweise eine Seilwinde aufweisen. Bei einer Seilwinde kann der Hubweg durch Erfassen einer Drehung einer Windentrommel erfolgen.

Besonders zweckmäßig ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass das Ver fahren diskontinuierlich durchgeführt wird, wobei das Bohrwerkzeug wiederholt in die Bohrung eingeführt und aus dieser wieder gezogen wird, insbesondere um das Bohrwerkzeug zu entleeren und/oder zu wechseln. Bei einem diskontinuierlichen Bohrverfahren ist eine Kalibrierung in Bezug auf die Bodenoberfläche besonders vor teilhaft, da bei einem Herausziehen des Bohrwerkzeugs aus dem Bohrloch Boden material aus der Bohrlochwandung auf die Bohrlochsohle fallen kann, sodass sich ein Niveau der Bohrlochsohle verändern und hierauf bezogene Messungen beein trächtigt werden können.

Eine besonders vorteilhafte Verfahrensvariante der Erfindung kann darin gesehen werden, dass im Verlauf des Erstellens der Bohrung ein erstes Bohrwerkzeug ent fernt und mittels der Verbindungseinrichtung an der Bohrstange mindestens ein zwei tes Bohrwerkzeug befestigt wird, dessen axiale Länge einen Längenunterschied zu einer axialen Länge des ersten Bohrwerkzeuges aufweist, und dass ein Korrekturfak tor vorgesehen wird, durch welchen der Längenunterschied bei den Messungen durch die Messeinrichtung berücksichtigt wird. Ein Wechsel eines Bohrwerkzeuges ist insbesondere dann erforderlich, wenn verschiedene Bodenschichten durchörtert werden. So kann etwa für harte Bodenschichten der Einsatz eines Felsbohrers mit walzenförmigen Abtragswerkzeugen notwendig sein, während für sandige oder bin- dige Bodenschichten ein Bohrwerkzeug mit Abtragsschneiden benötigt wird. Durch eine Erfassung der unterschiedlichen Bohrwerkzeuge und der Erfassung eines Kor rekturfaktors zu unterschiedlichen Längen kann das Bohrverfahren durchgeführt werden, ohne dass das weitere Setzen eines Bezugs notwendig wird.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche mit einer Datenbank in Verbindung steht, in welcher zu den vorgegebenen Bohr werkzeugen deren axiale Längen hinterlegt sind. Die Datenbank kann dabei ein mo biler oder fest im Gerät eingebauter Datenspeicher oder eine hiervon entfernte Da tenbank sein, etwa in einer entfernten Zentrale, wobei eine Verbindung über eine Datenfernverbindung erfolgt. Durch die hinterlegten Längen kann durch eine ent sprechende Auswahl des jeweils eingesetzten Bohrwerkzeuges eine zuverlässige Längenkorrektur erfolgen.

Eine zweckmäßige Ausführungsvariante besteht darin, dass eine Anzeigeeinheit vorgesehen ist, mit welcher einem Bediener die vorgesehenen Bohrwerkzeuge an gezeigt werden und der Bediener mittels einer Eingabeeinrichtung bei einem Bohr werkzeugwechsel das einzuwechselnde Bohrwerkzeug auswählt. Hierdurch kann eine schnelle Anpassung und Korrektur erfolgen. Der Korrekturfehler kann durch die Steuereinheit automatisch bestimmt werden. Eine besonders zuverlässige Erfassung des aktuellen Bohrwerkzeuges wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, dass eine Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, durch welche ein Bohrwerkzeug automatisch erfasst und der Korrek turfaktor ermittelt wird. Die Werkzeugerfassung kann beispielsweise mittels einer Kamera mit einer zugehörigen Erkennungssoftware erfolgen. Besonders zweckmä ßig kann es sein, dass an dem Bohrwerkzeug eine Identifizierung angeordnet ist, etwa ein RFID-Chip, welcher automatisch abgefragt werden kann. Die Steuereinheit kann so selbstständig einen Werkzeugwechsel und das eingewechselte Werkzeug erkennen und selbstständig bei einer unterschiedlichen Werkzeuglänge eine Korrek tur für die Bohrtiefenmessung vorsehen.

Ein grundsätzlich eigenständiger Aspekt der Erfindung besteht darin, dass an der Bohrung eine Verrohrung mit mindestens einem Bohrrohr ausgebildet wird, wobei ein oberes Bohrrohr gegenüber der Bodenoberfläche nach oben übersteht, und dass durch Aufsetzen des Bohrwerkzeuges durch die Messeinrichtung der Überstand des Bohrrohres gegenüber der Bodenoberfläche gemessen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann so für eine exakte Erfassung der Verrohrung eingesetzt werden. Ins besondere kann so exakt bestimmt werden, wie weit ein eingebrachtes Bohrrohr ge genüber der Bodenoberfläche vorsteht, wodurch sich auch unmittelbar ableiten lässt, wie tief ein unteres Ende des Bohrrohres in den Boden eingebracht ist.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass in der Steuereinheit Daten über Anzahl und Länge der eingebrachten Bohrrohre eingebbar sind und dass durch die Steuereinheit anhand der eingegebenen Daten und des gemessenen Überstandes eine Tiefe der Verrohrung ermittelt wird. Durch Erfassung der Anzahl der eingebrachten Bohrrohre und deren jeweiligen Länge kann so auch zuverlässig eine relativ lange Verrohrung bestimmt werden.

Eine für den Maschinenbediener besonders zweckmäßige Ausführungsvariante der Erfindung ergibt sich dadurch, dass eine Anzeigeeinheit vorgesehen ist, durch wel che eine aktuelle Bohrtiefe und/oder eine aktuelle Tiefe der Verrohrung angezeigt werden. Vorzugsweise werden die Bohrtiefe und die Tiefe der Verrohrung gemein sam angezeigt, sodass der Bediener stets eine zuverlässige Information darüber hat, ob das Bohrwerkzeug der Verrohrung voreilt oder nacheilt. Dies ist etwa zur Vermei dung eines Grundbruches beim Durchörtern lockerer, grundwasserführender Boden- schichten oder für ein Verschleißverhalten beim Durchörtern felsiger Bodenschichten von Bedeutung.

Weiterhin ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung bevorzugt, dass die Bohrung mit einer vorzugsweise aushärtbaren Masse verfüllt und ein Gründungs element erstellt wird. Das Gründungselement kann insbesondere ein Gründungspfahl sein, welcher mit einer Betonmasse gebildet ist.

Für eine umfassende Dokumentation des Bohrverfahrens ist es weiterhin vorteilhaft, dass über den Verlauf der Bohrung weitere Parameter, wie Drehzahl, Drehmoment, Vorschub, Zuführungsmängel an Bohrsuspension erfasst und abhängig von der Bohrtiefe gespeichert und/oder angezeigt werden. Die Daten können abhängig von der Zeit und/oder der Bohrtiefe erfasst werden.

Weiterhin umfasst die Erfindung ein Bohrgerät, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass dieses zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Das Bohrgerät kann insbesondere eine Trägervorrichtung mit einem etwa vertikal gerichteten Mast aufweisen, an welchem über einen Bohrantriebsschlitten eine Bohr stange mit dem Bohrwerkzeug drehend angetrieben und in Bohrrichtung verfahren werden kann.

Mit einem solchen Bohrgerät können die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt wer den.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen wei ter beschrieben, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bohrwerkzeu- ges vor Beginn einer Bohrung;

Fig. 2 eine Darstellung des Bohrwerkzeuges beim Setzen des Bezugs auf einer Bodenoberfläche;

Fig. 3 eine Darstellung des Bohrwerkzeuges bei Abschluss eines ersten Bohrschrittes mit der Darstellung auf ei nem Bildschirm; Fig. 4 eine Darstellung des Bohrwerkzeuges außerhalb des

Bohrlochs zum Entleeren;

Fig. 5 eine Darstellung des Bohrwerkzeuges bei Abschluss eines zweiten Bohrschrittes;

Fig. 6 eine Darstellung des Bohrwerkzeuges außerhalb des

Bohrlochs zum Entleeren;

Fig. 7 eine Darstellung gemäß Fig. 6 mit Angabe zur Länge des Bohrwerkzeuges;

Fig. 8 eine Darstellung bei einem Bohrwerkzeugwechsel;

Fig. 9 eine Seitenansicht eines eingewechselten zweiten

Bohrwerkzeuges mit unterschiedlicher Länge;

Fig. 10 eine schematische Darstellung zur Bestimmung des

Korrekturfaktors;

Fig. 11 eine schematische Ansicht der erstellten Bohrung mit einer Verrohrung;

Fig. 12 eine Ansicht der verrohrten Bohrung gemäß Fig. 11 mit Bestimmung eines Überstandes; und

Fig. 13 eine Ansicht der Bohrung mit Verrohrung gemäß Fig.

12 mit Ermittlung der Verrohrungstiefe.

Gemäß Fig. 1 ist ein als Bohreimer oder Kastenbohrer ausgebildetes erstes Bohr werkzeug 24 gezeigt, welches über eine Verbindungseinrichtung 23 an einer Bohr stange 22 eines nicht näher dargestellten Bohrgerätes 20 lösbar befestigt ist.

Zum Setzen des Bezugs einer Messeinrichtung wird das erste Bohrwerkzeug 24 auf eine Bodenoberfläche 7 eines Bodens 5 flächig aufgesetzt. Dabei kann eine Schnei deinrichtung zumindest teilweise in den Boden 5 eingebracht sein, wie Fig. 2 zu ent nehmen ist. Durch Drehung des ersten Bohrwerkzeuges 24 wird Bodenmaterial abgetragen und in dem ersten Bohrwerkzeug 24 aufgenommen, wobei in einem ersten Schritt eine Bohrung 10 im Boden 5 erstellt wird, wie Fig. 3 zu entnehmen ist. In dem gezeigten Beispiel weist der erste Bohrschritt eine Tiefe von 0,5 m auf, was auf einer Anzeige einheit 30 angegeben wird.

Nach diesem ersten Bohrschritt wird das erste Bohrwerkzeug 24 wieder aus der Boh rung 10 rückgezogen und zu einer beabstandeten Entleerposition verfahren, wie in Fig. 4 angedeutet ist. Über die nicht dargestellte Flubeinrichtung zum vertikalen Ver fahren der Bohrstange 22 an dem Bohrgerät 20 wird mittels einer Messeinrichtung die erreichte Bohrtiefe des ersten Bohrschrittes gemessen und an der Anzeigeeinheit 30 einem Maschinenbediener angezeigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel be trägt die Bohrtiefe nach dem ersten Bohrschritt 0,5 m. Gleichzeitig kann in der Anzei geeinheit 30 gemäß Fig. 4 auch die von der Messeinrichtung erfasste aktuelle Höhe des Bohrwerkzeuges 24 über der Bodenoberfläche 7 angezeigt werden, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel 0,8 m beträgt.

Gemäß Fig. 5 kann das erste Bohrwerkzeug 24 zur Durchführung eines weiteren Bohrschrittes wieder zurück in die Bohrung 10 bewegt werden, um einen zweiten Bohrschritt von weiteren 0,5 m durchzuführen. Dieser weitere Bohrschritt mit 0,5 m wird ebenfalls in der Anzeigeeinheit 30 einem Bediener angezeigt, zusammen mit der aktuellen Lage der Unterkante Bohrkrone von 1 m.

In der Anzeigeeinheit 30 sind ein Feld für die Bohrtiefe nach vorangegangenem Bohrschritt 31 , ein Feld für den aktuellen Bohrfortschritt 32, ein Feld für die Lage Un terkante Bohrwerkzeug zum Baustellenbezug 33 und ein Feld für die Lage Unterkan te Bohrwerkzeug nach wechselndem Bezug 34 angegeben. Weiter wird in Feld 36 eine Lage des Bohrwerkzeugs im Bohrloch grafisch dargestellt.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, kann dann das erste Bohrwerkzeug 24 wieder aus der Bohrung 10 rückgezogen und zu einer Entleerposition bewegt werden. Nun wird in der Anzeigeeinheit 30 die erreichte Gesamtbohrtiefe von -1 m bezogen auf die Bo denoberfläche 7 angezeigt. In Fig. 7 ist neben der Höhe des Bohrwerkzeuges von 0,8 m über der Bodenoberflä che 7 auch die Länge des ersten Bohrwerkzeuges 24 mit einem Betrag von 1 m dar gestellt.

Gemäß Fig. 8 ist das erste Bohrwerkzeug 24 von der Bohrstange 22 durch Lösen der Verbindungseinrichtung 23 entfernt. Der Bezug der Messeinrichtung mit der Höhe der Bohrstange 22 bleibt dabei in der Steuereinheit erhalten.

Gemäß Fig. 9 kann an die Verbindungseinrichtung 23 der Bohrstange 22 ein zweites Bohrwerkzeug 26 lösbar angebracht werden. Das zweite Bohrwerkzeug 26 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Schneckenbohrer. Das zweite Bohrwerkzeug 26 weist dabei eine Gesamtlänge von 0,6 m auf, was gegenüber der axialen Länge des ersten Bohrwerkzeuges 24 einen Längenunterschied von 0,4 m darstellt.

Die axialen Längen des ersten Bohrwerkzeuges 24 und des zweiten Bohrwerkzeu ges 26 sind in einer Datenbank einer Steuereinheit des Bohrgerätes 20 hinterlegt, wie schematisch in Fig. 10 dargestellt ist. Der Werkzeugwechsel kann in der Steuer einheit von Hand von einem Maschinenbediener oder automatisch durch die Steuer einheit selbst bei Vorhandensein einer entsprechenden Erkennungs- oder Erfas sungseinrichtung der Bohrwerkzeuge 24, 26 durchgeführt werden. Anhand der ein gegebenen Werte kann auf Grundlage des Längenunterschiedes von 0,4 m ein Kor rekturfaktor für die Messeinrichtung und damit auch für die Anzeige an der Anzeige einheit 30 bestimmt werden. Gemäß Fig. 10 wird dann nach eingesetztem zweiten Bohrwerkzeug 26 in der Anzeigeeinheit 30 eine korrigierte Höhe des zweiten Bohr werkzeuges 26 gegenüber der Bodenoberfläche 7 von 1 ,2 m angezeigt.

Auf diese Weise wird stets auch bei geänderten Bohrwerkzeugen 24, 26 mit unter schiedlichen axialen Längen eine genaue Messung der Bohrtiefe und der Position des jeweiligen Bohrwerkzeuges 24, 26 in Bezug auf die Bodenoberfläche 7 ange zeigt und berücksichtigt.

Gemäß einem weiteren Verfahren kann in die Bohrung 10 eine Verrohrung durch Einbringen mindestens eines Bohrrohres 14 erfolgen, wie anschaulich in Fig. 11 dar gestellt ist. Das Bohrrohr 14 kann dabei durch eine nicht dargestellte Verrohrungs maschine in die Bohrung 10 eingedreht werden. Zur Bestimmung der Bohrrohrtiefe kann das erste Bohrwerkzeug 24, mit welchem der Bezug gesetzt worden ist, auf eine Oberseite des Bohrrohres 14 aufgesetzt werden, welches gegenüber der Bo denoberfläche 7 vorsteht, wie anschaulich in Fig. 12 dargestellt ist. Damit gibt die Position und Höhenangabe des ersten Bohrwerkzeuges 24 gleichzeitig die Höhe des Überstandes des Bohrrohres 14 gegenüber der Bodenoberfläche 7 an.

Hieraus kann gemäß Fig. 13 anhand einer eingegebenen oder abgespeicherten In formation zur Länge des Bohrrohres 14 bestimmt werden, wie tief das Bohrrohr 14 in den Boden 5 eingebracht ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 ist dies 1 ,50 m. Gleichzeitig kann in der Anzeigeeinheit 30 auch eine Angabe der Bohr tiefe der Bohrung 10 erfolgen, so dass für einen Bediener des Bohrgerätes 20 unmit telbar zu entnehmen ist, ob eine Verrohrung bis zur Sohle der Bohrung 10 erfolgt ist oder wie in diesem Beispiel das Bohrrohr 14 um 0,50 m tiefer eingedreht ist als die Bohrsohle. Wird wie im Stand der Technik der Bezug neu gesetzt, hier auf Oberkante Bohrrohr, so zeigt das Feld 34 die Lage der Unterkante Bohrwerkzeug auf den neuen Bezug an. Man sieht also die neue Höhe, die im gezeigten Beispiel um 1 ,50 m von der eigentlichen Höhe abweicht, während in Feld 33 nach wie vor die korrekte Höhe des Bohrwerkzeugs 24 angezeigt wird. Weiter ist ein Feld für die Voreilung des Bohr rohrs 35 gegeben.