DE2847128A1 - Axial position detector for percussion drill - indicates position w.r.t. horizontal using vibration-proofed reference level with electrical sensing and evaluation - Google Patents

Axial position detector for percussion drill - indicates position w.r.t. horizontal using vibration-proofed reference level with electrical sensing and evaluation

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DE2847128A1 DE19782847128 DE2847128A DE2847128A1 DE 2847128 A1 DE2847128 A1 DE 2847128A1 DE 19782847128 DE19782847128 DE 19782847128 DE 2847128 A DE2847128 A DE 2847128A DE 2847128 A1 DE2847128 A1 DE 2847128A1
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Abstract

A measurement device enabling determination of the position, w.r.t. the horizontal of the longitudinal axis of a percussion drill, e.g. a pneumatic drill, during use gives accurate indications at all times. It is simply constructed and proof against the associated vibrations. It is suitable for such accuracy as is required for drilling sewage holes etc. The device is mounted on an elastic drill section, has a natural frequency lower than the percussion frequency, and contains a vibration damper consisting of two elastically coupled masses. A measurement level (24) filled with conducting fluid has electrodes (30, 32, 34) projecting into the fluid in its middle and at both ends. These are connected in a bridge measurement circuit connected to an evaluation circuit (26). The level block (22) has guide pins (18, 20) sliding in bearings (17) with springs (19) between block and bearing plates (16).

Description

"Meßvorrichtung zum Bestimmen der Achslage eines im Boden bewegten Geräts Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zum Bestimmen der Achslage eines beispielsweise durch Stöße oder Schläge im Boden bewegten Gerätes, insbesondere eines selbstgetriebenen Rammbohrgerätes gegenüber der Horizontalen."Measuring device for determining the axis position of something moving in the ground Apparatus The invention relates to a measuring device for determining the axial position of a for example device moved by bumps or blows in the ground, in particular of a self-propelled ram drilling rig opposite the horizontal.

Rammbohrgeräte besitzen im allgemeinen eine gute Rchtungsstabilität, jedoch lassen sich beim Auftreffen auf manche Bodeneinschlüsse, und wenn weiche und harte Erdschichten geschnitten werden, geringfügige Abweichungen nicht ganz vermeiden. Geringe Abweichungen sind oft nicht von großer Bedeutung. Bei bestimmten Einsatzfällen kann es jedoch entscheidend darauf ankommen, daß die Bohrung ganz genau in der gewünschten Richtung verläuft, insbesondere bezüglich der Horizontalen. So benötigen Abwasserleitungen stets ein bestimmtes Gefälle, daß jedoch beim Erstellen der Bohrung mit einem herkömmlichen Rammbohrgerät oft nicht gewährleistet ist und sich auch nicht während des Fortschreitens des Rammbohrgeräts in der Bohrung kontrollieren läßt.Ram boring rigs generally have good directional stability, however, when hitting some soil inclusions, and if soft and hard layers of earth are cut, minor deviations not quite avoid. Small deviations are often not of great importance. With certain Applications, however, it can be crucial that the hole is completely runs exactly in the desired direction, especially with respect to the horizontal. So sewers always need a certain gradient, but that when creating drilling with a conventional ram drilling rig is often not guaranteed and Also do not check yourself while the ram drilling rig is advancing in the borehole leaves.

Weiterhin muß häufig, über größere Entfernungen zwischen vorhandenen Kabeln oder Leitungen hindurchgebohrt werden, ohne diese zu beschädigen. Zwar ist es möglich, mit einer entsprechenden Startvorrichtung einem Rammbohrgerät die gewünschte Anfangsrichtung zu geben, jedoch ist während des Fortschreitens der Bohrung nicht gewährleistet, daß das Rammbohrgerät diese Richtung auch beibehält. Vor allem ist es aber nicht möglich, zu kontrollieren, ob das Rammbohrgerät seine Richtung beibehält.Furthermore, must often, over greater distances between existing Cables or lines are drilled through, without damaging them. It is possible to use a ram drilling rig with a suitable starting device to give the desired initial direction, however, is during the progression of the Drilling does not guarantee that the ram drilling rig will maintain this direction. Above all, however, it is not possible to check whether the ram drilling rig is working Maintains direction.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die die axiale Lage des Rammbohrgerätes gegenüber der Horizontalen zu jeder Zeit genau anzeigt, einfach aufgebaut und gegenüber den starken Erschütterungen des Rammbohrgerätes unempfindlich ist. The invention is therefore based on the object of a measuring device of the type mentioned to create the axial position of the ram boring device shows exactly in relation to the horizontal at all times, simply structured and opposite is insensitive to the strong vibrations of the ram drilling rig.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine von dem Gerät mitgeführte, elastisch gelagerte MeßvDrrichtung. Infolge der Anordnung der Meßvorrichtung am Gerät ist es auf einfache Weise durch Fernübertragung möglich, sich jederzeit über die Lage des Geräts in bezug auf die Horizontale zu unterrichtenO Die elastische Lagerung vermeidet, daß die Erschütterungen des sich fort bewegenden Geräts die Meßvorrichtung beschädigen oder das Meßergebnis verfälschen. Bei der elastischen Lagerung der Meßvorrichtung kann deren Eigenfrequenz niedriger als die Stoß- bzw.This task is solved by an elastic one carried by the device mounted measuring device. As a result of the arrangement of the measuring device on the device it is possible in a simple manner by remote transmission to find out about the location at any time of the device in relation to the horizontal o The elastic mounting avoids the vibrations of the moving device the measuring device damage or falsify the measurement result. With the elastic mounting of the measuring device its natural frequency can be lower than the impact or

Schlagfrequenz des Geräts sein. Ist der Unterschied zwischen der Eigenfrequenz der elastisch gelagerten Meßvorrichtung gegenüber der Stoß- bzw. Schlagfrequenz genügend groß, so wird die Meßvorrichtung nur vernachlässigbar wenig durch die Erschütterungen des Geräts gestört. Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erreXhea, daß mit der elastisch gelagerten Meßvarichtung eine Masse elastisch gekoppelt ist, so daß beide Massen mit den entsprechenden Federkonstanten einen Schwingungstilger bilden. Bei einem Schwingungstilger schwingt bei entsprechender Abstimmung der Eigenfrequenzen nur die Zusatzmasse in Resonanz zur Stoß- bzw. Schlagfrequenz des Geräts, während die elastisch gelagerte Meßvorrichtung mit ihrer Masse in Ruhe verharrt.The impact frequency of the device. Is the difference between the natural frequency the elastically mounted measuring device with respect to the shock or impact frequency sufficiently large, the measuring device is only negligibly small due to the vibrations of the device disturbed. A further improvement can be achieved by using a mass is elastically coupled to the elastically mounted measuring device, so that both masses with the corresponding spring constants form a vibration damper form. In the case of a vibration damper, the natural frequencies oscillate with appropriate coordination only the additional mass in resonance with the shock or impact frequency of the device, while the elastically mounted measuring device remains at rest with its mass.

Vorteilhafterweise besteht die Meßvorrichtung aus einer mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllten Meßlibelle, mit je einer an jedem Ende und einer in der Mitte in die Flüssigkeit geführten Elektrode. Je nach der durch die Achslage des Geräts bestimmten Lage der Luftblase vermindert sich die Flüssigkeitsmenge zwischen der mittleren Elektrode und den äußeren Elektroden und damit auch der elektrische Widerstand der somit ein Maß für die Achslage ist. Vorteilhafterweise wird die Widerstandsänderung in einer Meßbrückenschaltung ausgenutzt, deren Auswerteelektronik mit der elastisch gelagerten Meßvorrichtung verbunden ist und nach außen nur eine Verbindungsleitung zu einem Anzeigegerät erfordert.The measuring device advantageously consists of one with one electrically conductive liquid-filled level, with one at each end and an electrode inserted in the middle of the liquid. Depending on the through The axial position of the device, determined by the position of the air bubble, reduces the amount of liquid between the middle electrode and the outer electrodes and thus also the electrical one Resistance which is therefore a measure of the axis position. The change in resistance is advantageously used in a measuring bridge circuit, the evaluation electronics with the elastic mounted measuring device is connected and to the outside only one connecting line to a display device required.

Die Meßvorrichtung befindet sich vorteilhafterweise in einem Schutzrohr mit Lagerschilden, in denen Führungszapfen gleitverschieblich gelagert sind An den Führungszapfen sind eine die Meßlibelle tragende Masse, sowie die Auswerteelektronik befestigt. Zwischen den Lagerschilden und der Masse befinden sich Federn. Auf diese Weise bildet die Meßvorrichtung eine Baueinheit, bei der die Libelle innerhalb des Schutzrohres elastisch, stoßgeschützt gelagert ist und somit von den Schlägen, Stößen und Erschütterungen unbeeinflußt bleibt.The measuring device is advantageously located in a protective tube with end shields in which guide pins are slidably mounted to the Guide pins are a mass supporting the measuring vial, as well as the evaluation electronics attached. There are springs between the end shields and the mass. To this Way, the measuring device forms a structural unit in which the level within the Protective tube is elastic, impact-protected and thus from the blows, bumps and vibrations remain unaffected.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele desnäheren erläutert.The invention is illustrated below with reference to two in the drawing Embodiments of the more detailed explained.

In der Zeichnung zeigen: Fig, 1 ein Rammbohrgerät mit Meßvorrichtung, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung und Fig. 3 eine andere Meßvorrichtung nach der Erfindung.In the drawing: FIG. 1 shows a ram boring machine with a measuring device, FIG. 2 shows a measuring device according to the invention and FIG. 3 shows another measuring device according to the invention.

Ein Rammbohrgerät 2, das mit über eine Druckluftleitung 4 zugeführter Druckluft betrieben wird, ist im hinteren Teil seines Gehäuses mit einer Meßvorrichtung 6 versehen.A ram boring machine 2, which is supplied with via a compressed air line 4 Compressed air is operated is in the rear part of its housing with a measuring device 6 provided.

Die von der Meßvorrichtung 6 ermittelten Meßwerte gelangen über eine Verbindungsleitung 8 zu einem Anzeigewinstrument 10, dessen Skala darauf geeicht ist, die Neigung des Rammbohrgeräts 2 gegenüber der Horizontalen anzuzeigen, Stromversorgungsleitungen 12 versorgen die Meßvorrichtung 6 und das Anzeigeinstrument 10 mit elektrischer Energie.The measured values determined by the measuring device 6 pass through a Connecting line 8 to a display instrument 10, the scale of which is calibrated thereon is to indicate the inclination of the ram drilling rig 2 relative to the horizontal, power supply lines 12 supply the measuring device 6 and the display instrument 10 with electrical Energy.

Die in Fig. 2 dargestellte Meßvorrichtung 6 besitzt ein allseitig geschlossenes Schutzrohr 14 mit im Abstand von ein ander angeordneten Lagerschilden 16 im Inneren. In diesen Lagerschilden 16 sind reibungsarme Kugelführungen für eine Masse 22 tragende Führungszapfen 18, 20 angeordnet. Konzentrisch zu den Führmngszapfen 18, 20 befindet sich zwischen den Lagerschilden 16 und der Masse 22 je eine zylindrische Schraubenfeder 19.The measuring device 6 shown in Fig. 2 has an all-round closed protective tube 14 with at a distance from one another arranged end shields 16 inside. In these end shields 16 are low-friction ball guides for a Mass 22 bearing guide pins 18, 20 are arranged. Concentric to the guide pin 18, 20 is a cylindrical each between the end shields 16 and the mass 22 Coil spring 19.

Die Masse 22 enthält eine mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 28 gefüllte und an ihren Enden je eine äußere Elektrode 32, 34 sowie eine Nittelelektrode 30 aufweisende Meßlibelle 24. Die Elektroden 30, 32, 34 ragen in die elektrisch leitende Flüssigkeit 28 in der Meßlibelle 24 und sind mit einer Auswerteelektronik 26 am freien Ende is Führungszapfens 20 verbunden. Von der Auswerteelektronik 26 führen Verbindungsleitungen 8 zu einem Anzeigeinstrument 10. Liegt an den Elektroden 30, 32, 34 eine Spannung an, so fließt aufgrund des sich mit der Neigung der Libelle 24 ändernden Widerstandes zwischen den Elektroden 30, 32 einerseits und 30, 34 andererseits ein unterschiedlicher Strom, der in einer Meßbrücke gemessen wird und ein Maß für die Neigung des Rammbohrgerätes 2 gegenüber der Horizontalen ist. Nach einem entsprechenden Eichen der Skala des Anzeigenistrumentes 10 läßt sich diese Neigung direkt ablesen.The mass 22 contains one with an electrically conductive liquid 28 filled and one outer electrode 32, 34 and a central electrode at each end 30 having measuring level 24. The electrodes 30, 32, 34 protrude into the electrical conductive liquid 28 in the measuring level 24 and are connected to evaluation electronics 26 at the free end is guide pin 20 connected. From the evaluation electronics 26th lead connecting lines 8 to a display instrument 10. Located on the electrodes 30, 32, 34 a voltage, then flows due to the inclination of the level 24 changing resistance between the electrodes 30, 32 on the one hand and 30, 34 on the other hand a different current that is measured in a measuring bridge and a measure for is the inclination of the ram boring machine 2 relative to the horizontal. After a corresponding Calibrating the scale of the display instrument 10, this inclination can be read off directly.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 werden infolge der elastischen Lagerung der Masse 22 mit der Libelle 24 gegenüber dem am Rammbohrgerät 2 befestigten Schutzrohr 14 auf die Libelle 24 nur noch ganz geringfügige Störungen übertragen, deren Meßschwankungen sich ohne weiteres elektronisch abgleichen lassen, so daß sich eine eindeutige Meßanzeige ergibt. Um beim Betrieb des Rammbohrgerätes einen Quasistillstand der Masse 22 gegenüber dem Schutzrohr 14 zu erreichen, muß die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems aus der Masse 22 und den Federn 19 möglichst niedrig sein und unterhalb der Schlag- bzw. Stoßfrequenz des Geräts liegen.In the embodiment according to FIG. 2, as a result of the elastic mounting the mass 22 with the level 24 opposite the protective tube attached to the ram boring device 2 14 transfer only very slight disturbances to the level 24, their measurement fluctuations can easily be adjusted electronically, so that a clear measurement display results. In order to achieve a quasi-standstill of the mass 22 during the operation of the ram boring machine To reach the protective tube 14, the natural frequency of the oscillatable system must be as low as possible from the mass 22 and the springs 19 and below the impact or the shock frequency of the device.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Meßvorrichtung wird ein Schwingungstilger dazu benutzt, um die Masse 22 in bezug auf das Schutzrohr 14-ruhigzustellen. Bei dieser Ausführung befindet sich am freien Ende des Führungszapfens 18 eine weitere gleitverschiebbare Masse 36. Diese Masse 36 stützt sich beidseitig über Elindrische Schraubenfedern 38 an in Nuten 42 des Führungszapfens 18 eingesetzten Sprengringen 40 ab.In the measuring device shown in Fig. 3, a vibration damper used to immobilize the mass 22 with respect to the protective tube 14-. at this embodiment is at the free end of the guide pin 18 another Slidable mass 36. This mass 36 is supported on both sides via Elindrische Helical springs 38 on snap rings inserted into grooves 42 of the guide pin 18 40 from.

Bei entsprechender Abstimmung der Eigenfrequenz des aus der Masse 22 mit den Federn 19 bestehenden schwitungsfähigen Systems und der Eigenfrequenz des aus der Masse 36 und den Federn 38 bestehenden schwingungsfähigen Systems auf die Schlag- bzw. Stoßfrequenz des Rammbohrgerätes läßt sich eine völlige Schwingungstilgung für die Masse 22 mit der Libelle 24 und damit ein völliger Stillstand erreichen, während die Masse 36 in Resonanz schwingt. Diese Meßvorrichtung mit gekoppelten Schwingungen ist ein Schwingungstilger und gestattet es, auf rein mechanischer Weise Schwingungen von der Meßlibelle 24 fernzuhalten. Da auch die elektrisch leitende Flüssigkeit 28 in der Meßlibelle 24 ein schwingungsfähiges System bildet, darf dessen Eigenfrequenz keine Anregung in der Resonanzfrequenz bewirken.With appropriate coordination of the natural frequency of the mass 22 with the springs 19 existing switchable system and the natural frequency of the mass 36 and the Springs 38 existing vibratory System on the impact or shock frequency of the ram drilling rig can be a complete Vibration damping for the mass 22 with the level 24 and thus a complete standstill reach while the mass 36 oscillates in resonance. This measuring device with coupled Vibrations is a vibration damper and allows it to be done in a purely mechanical way Keep vibrations away from the measuring level 24. Since also the electrically conductive Liquid 28 in the measuring vial 24 forms an oscillatory system, its Natural frequency do not cause any excitation in the resonance frequency.

Claims (6)

Patentansprüche: 1. Meßvorrichtung zum Bestimmen der Lage der Achslage eines im Boden bewegten Gerätes gegenüber der Horizontalen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine elastische Lagerung im Gerät (2). Claims: 1. Measuring device for determining the position of the axis position of a device moving in the ground in relation to the horizontal, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h an elastic mounting in the device (2). 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine niedrigere Eigenfrequenz als die Stoß-bzw. Schlagfrequenz des Geräts (2).2. Measuring device according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a lower natural frequency than the shock or. Beat frequency of the device (2). 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen aus zwei elastisch gekoppelten Massen (24, 36) bestehenden Schwingungstilger.3. Measuring device according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a vibration damper consisting of two elastically coupled masses (24, 36). 4o Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit (28) gefüllte Meßlibelle (24) und je eine an den Enden und einer in der Mitte der Meßlibelle (24) in die Flüssigkeit (28) geführte Elektrode (30, 32, 34).4o measuring device according to one or more of claims 1 to 3, G e k e n n n z e i c h n e t d u r c h one with an electrically conductive liquid (28) filled measuring level (24) and one at each end and one in the middle of the Measuring level (24) in the liquid (28) guided electrode (30, 32, 34). 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Meßbrückenschaltung unter Einbeziehung der MpLibelle (24) und eine Auswerteelektronik (26).5. Measuring device according to claim 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a measuring bridge circuit including the MpLibelle (24) and evaluation electronics (26). 6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Schutzrohr (14) mit in Lagerschilden (16) gleitverschieblich gelagerten, axialen Führungszapfen (18, 20) mit die Meßlibelle (24) tragender Masse (22) und Auswerteelektronik (26) und Federn (19) zwischen den Lagerschilden (16) und der Masse (22)6. Measuring device according to claim 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a protective tube (14) with slidably mounted in end shields (16), axial guide pin (18, 20) with the measuring vial (24) bearing mass (22) and Evaluation electronics (26) and springs (19) between the end shields (16) and the Mass (22)
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