TY - THES

T1 - Entwicklung einer neuartigen Erdbohrmaschine mit elektrohydraulischer Steuerung

AU - Leitner, Wolfgang Manfred

N1 - gesperrt bis 07-11-2027

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Infolge der stetig steigenden Energiepreise werden alternative Heizsysteme immer beliebter. Auch der immer stärker werdende Umweltschutzgedanke trägt seinen Teil dazu bei, dass ein regelrechter Boom auf mit erneuerbaren Energien betriebene Heizsysteme ausgebrochen ist. Ein Gutteil dieses Booms konzentriert sich dabei auf jegliche Arten von Wärmepumpen, im speziellen Erdwärmepumpen mit Tiefensonden. Der gestiegene Bedarf an Tiefenbohrungen für die Tiefensonden infolge dieses Booms führt zu hohen Wartezeiten und auch hohen Kosten aufgrund der geringen Anzahl an Anbietern für Erdbohrungen. Um das Angebot für Erdwärmebohrungen am Markt zu erhöhen und die Wartezeiten und die Kosten für eine Erdwärmebohrung zu senken, werden sowohl mehr Erdbohrmaschinen als auch eine erhöhte Gesamtzahl an Anbietern benötigt. Um den Einstieg in den Markt der Erdbohrungen hier auch für wenig erfahrene Erdbauunternehmen wie Installateure zu erleichtern, wurde im Zuge dieser Arbeit eine neuartige Erdbohrmaschine entwickelt. Die Bohrmaschine wurde mit einer elektro-hydraulischen und softwareunterstützten Steuerung ausgestattet, um auch den Betrieb für wenig geübte Bediener so einfach wie möglich zu gestalten. Im Zuge dieser Arbeit wurde ebenfalls ein Matlab-Skript für die Berechnung der Anforderungen des Erdreiches an die Bohrmaschine geschrieben, welches später zu einer eigenen Softwareapplikation weiterentwickelt werden soll.Die entwickelte Bohrmaschine ist kleiner, leichter und vor allem günstiger als die am Markt verfügbaren Bohrmaschinen. Um trotz der geringen Abmessungen, welche bei der Bohrmaschine angestrebt werden, auch zu den großen Bohrmaschinen konkurrenzfähig zu sein, wurden vor der Entwicklung der einzelnen Baugruppen vorab die Leistungsanforderungen festgelegt. Diese Anforderungen entsprechen dabei in etwa jenen der großen Bohrmaschinen. Begleitend zur konstruktiven Entwicklung mit dem 3D-CAD Programm Solid-Edge wurden die einzelnen Bauteile und Baugruppen vom Autor dieser Arbeit auch mit dem im CAD-Programm enthaltenen FEM-Simulationsprogramm simuliert. In der ersten Entwicklungsstufe wurde die Bohrmaschine noch mit Zukaufteilen konstruiert. Im Laufe der Entwicklung wurden mehrere Entwicklungsschritte durchgeführt, da sich aufgrund äußerer Einflüsse Probleme ergaben, welche vorab nicht absehbar waren. Infolge dieser Probleme wurden über die Entwicklungsstufen hinweg immer mehr Baugruppen selbst entwickelt. Als ein klarer Vorteil dieser fortschreitenden Eigenentwicklung ergab sich, dass die Gewichtseinsparungsmaßnahmen intensiviert und so das Gesamtgewicht der Bohrmaschine auf nahezu 1.500 kg gesenkt werden konnte.Ein besonderes Augenmerkt wurde auch auf die Transportlogistik gelegt, welche soweit verfeinert wurde, dass ein Transport der Bohrmaschine lediglich mit einem PKW und daran angehängtem Einachsanhänger möglich ist. Für dieses PKW-Anhänger-Gespann ist seitens des Bedieners nur ein Führerschein der Klasse E zu B nötig. Jegliche gesetzliche Einschränkungen, welche mit dem Transport durch einen LKW einhergehen, wurden somit umgangen.Auch hinsichtlich Sicherheitstechnik wurden Überlegungen angestellt, um einen möglichst gefahrenfreien Betrieb für den Bediener und auch den umliegenden Personen zu ermöglichen. Dafür wurden bereits während der Konstruktion sicherheitstechnische Maßnahmen zur Gefahrenvermeidung integriert. Nach erfolgter technischer Entwicklung wurden außerdem in der Software der Steuerung weitere Maßnahmen vorgenommen, um einen sicheren Betrieb zu ermöglichen.Nach absolvieren von mehreren Testbohrungen der Bohrmaschine ist es geplant, eine CE-Zertifizierung der Maschine vorzunehmen. Danach soll die Maschine in Serie gebaut und verkauft werden. Deshalb ist bereits bei der Konstruktion darauf geachtet worden, dass sowohl Herstellung als auch Montage schnell, einfach und kostengünstig möglich sind.

AB - Infolge der stetig steigenden Energiepreise werden alternative Heizsysteme immer beliebter. Auch der immer stärker werdende Umweltschutzgedanke trägt seinen Teil dazu bei, dass ein regelrechter Boom auf mit erneuerbaren Energien betriebene Heizsysteme ausgebrochen ist. Ein Gutteil dieses Booms konzentriert sich dabei auf jegliche Arten von Wärmepumpen, im speziellen Erdwärmepumpen mit Tiefensonden. Der gestiegene Bedarf an Tiefenbohrungen für die Tiefensonden infolge dieses Booms führt zu hohen Wartezeiten und auch hohen Kosten aufgrund der geringen Anzahl an Anbietern für Erdbohrungen. Um das Angebot für Erdwärmebohrungen am Markt zu erhöhen und die Wartezeiten und die Kosten für eine Erdwärmebohrung zu senken, werden sowohl mehr Erdbohrmaschinen als auch eine erhöhte Gesamtzahl an Anbietern benötigt. Um den Einstieg in den Markt der Erdbohrungen hier auch für wenig erfahrene Erdbauunternehmen wie Installateure zu erleichtern, wurde im Zuge dieser Arbeit eine neuartige Erdbohrmaschine entwickelt. Die Bohrmaschine wurde mit einer elektro-hydraulischen und softwareunterstützten Steuerung ausgestattet, um auch den Betrieb für wenig geübte Bediener so einfach wie möglich zu gestalten. Im Zuge dieser Arbeit wurde ebenfalls ein Matlab-Skript für die Berechnung der Anforderungen des Erdreiches an die Bohrmaschine geschrieben, welches später zu einer eigenen Softwareapplikation weiterentwickelt werden soll.Die entwickelte Bohrmaschine ist kleiner, leichter und vor allem günstiger als die am Markt verfügbaren Bohrmaschinen. Um trotz der geringen Abmessungen, welche bei der Bohrmaschine angestrebt werden, auch zu den großen Bohrmaschinen konkurrenzfähig zu sein, wurden vor der Entwicklung der einzelnen Baugruppen vorab die Leistungsanforderungen festgelegt. Diese Anforderungen entsprechen dabei in etwa jenen der großen Bohrmaschinen. Begleitend zur konstruktiven Entwicklung mit dem 3D-CAD Programm Solid-Edge wurden die einzelnen Bauteile und Baugruppen vom Autor dieser Arbeit auch mit dem im CAD-Programm enthaltenen FEM-Simulationsprogramm simuliert. In der ersten Entwicklungsstufe wurde die Bohrmaschine noch mit Zukaufteilen konstruiert. Im Laufe der Entwicklung wurden mehrere Entwicklungsschritte durchgeführt, da sich aufgrund äußerer Einflüsse Probleme ergaben, welche vorab nicht absehbar waren. Infolge dieser Probleme wurden über die Entwicklungsstufen hinweg immer mehr Baugruppen selbst entwickelt. Als ein klarer Vorteil dieser fortschreitenden Eigenentwicklung ergab sich, dass die Gewichtseinsparungsmaßnahmen intensiviert und so das Gesamtgewicht der Bohrmaschine auf nahezu 1.500 kg gesenkt werden konnte.Ein besonderes Augenmerkt wurde auch auf die Transportlogistik gelegt, welche soweit verfeinert wurde, dass ein Transport der Bohrmaschine lediglich mit einem PKW und daran angehängtem Einachsanhänger möglich ist. Für dieses PKW-Anhänger-Gespann ist seitens des Bedieners nur ein Führerschein der Klasse E zu B nötig. Jegliche gesetzliche Einschränkungen, welche mit dem Transport durch einen LKW einhergehen, wurden somit umgangen.Auch hinsichtlich Sicherheitstechnik wurden Überlegungen angestellt, um einen möglichst gefahrenfreien Betrieb für den Bediener und auch den umliegenden Personen zu ermöglichen. Dafür wurden bereits während der Konstruktion sicherheitstechnische Maßnahmen zur Gefahrenvermeidung integriert. Nach erfolgter technischer Entwicklung wurden außerdem in der Software der Steuerung weitere Maßnahmen vorgenommen, um einen sicheren Betrieb zu ermöglichen.Nach absolvieren von mehreren Testbohrungen der Bohrmaschine ist es geplant, eine CE-Zertifizierung der Maschine vorzunehmen. Danach soll die Maschine in Serie gebaut und verkauft werden. Deshalb ist bereits bei der Konstruktion darauf geachtet worden, dass sowohl Herstellung als auch Montage schnell, einfach und kostengünstig möglich sind.

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