(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削装置であって、
可動キャリヤ（２）と、
キャリヤ（２）の移動運転を実施するための軌道移動ユニット（ＴＲ）と、
キャリヤ（２）との関係において可動であり、掘削機（７）を含む掘削ユニット（ＤＲ）を備えた少なくとも１つの掘削ブーム（３）と、
掘削中に穿孔（１０）の洗浄に利用される加圧空気を生成するための少なくとも１つのコンプレッサ（ＣＯ）を含む洗浄システム（ＦＳ）と、
運動エネルギーを生成するための燃焼機関（ＤＩ）と、
燃焼機関（ＤＩ）により駆動されるように配置され、かつ電気システム（ＥＳ）に対する電気エネルギーを生成するように配置された少なくとも１つの発電機（ＧＥＮ）と、
電気システム（ＥＳ）に接続された少なくとも１つのエネルギー貯蔵器（ＢＡＴ）と、
を含む掘削装置において、
掘削装置が燃焼機関によって動作し、
掘削装置に必要な電気エネルギーが少なくとも一つの発電機によって作られ、
洗浄システム（ＦＳ）の少なくとも１つのコンプレッサ（ＣＯ）が、電気システム（ＥＳ）に接続された少なくとも１つの電動コンプレッサ駆動モータ（ＣＭ）を用いて駆動され、該電動コンプレッサ駆動モーター（ＣＭ）は、少なくとも１つの前記エネルギー貯蔵器（ＢＡＴ）に貯蔵された電気エネルギーを利用することによって駆動され、
工具（８）を有する電動式の前記掘削機が、前記電気システム（ＥＳ）に接続されており、
前記掘削機が動作する際に、前記電気システム（ＥＳ）に接続された１つ以上の前記エネルギー貯蔵器内に貯蔵された電気エネルギーが完全にまたは部分的に利用される
ことを特徴する掘削装置。
【請求項２】
掘削装置（１）が、洗浄システム（ＦＳ）の動作を制御するための少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）を含み、
制御ユニット（ＣＵ）が、掘削ユニット（ＤＲ）を監視するように配置され、
制御ユニット（ＣＵ）が、掘削プロセスに応じてコンプレッサ（ＣＯ）の運転速度および加圧空気の生成を調整するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
【請求項３】
掘削装置（１）が、洗浄システム（ＦＳ）の動作を制御するための少なくとも１つの制御ユニット（ＣＵ）を含み、
制御ユニット（ＣＵ）が、軌道移動ユニット（ＴＲ）を監視しキャリヤ（２）の移動運転を検出するように配置され、
制御ユニット（ＣＵ）が、移動運転の持続時間中、電動コンプレッサ駆動モーター（ＣＭ）をオフに切換えるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の掘削装置。
【請求項４】
電気システム（ＥＳ）が、電動コンプレッサ駆動モーター（ＣＭ）の回転を制御するための少なくとも１つの制御装置（ＣＤ）を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の掘削装置。
【請求項５】
軌道移動ユニット（ＴＲ）が、電気システム（ＥＳ）に接続され輸送運転のための電力を生成する少なくとも１つの電動軌道移動駆動モーター（ＴＭ）を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の掘削装置。
【請求項６】
掘削装置（１）が、油圧システム（ＨＳ）と、油圧システム（ＨＳ）に接続された油圧アクチュエータとを含み、
油圧システム（ＨＳ）が油圧を生成するための少なくとも１つの油圧ポンプ（ＨＰ）を含み、
油圧ポンプ（ＨＰ）が電気的に駆動され、電気システム（ＥＳ）に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の掘削装置。
【請求項７】
燃焼機関（ＤＩ）を備えた掘削装置のコンプレッサを駆動する方法であって、
モータを用いてコンプレッサ（ＣＯ）を駆動するステップと、
生成された加圧空気を洗浄システム（ＦＳ）まで導くステップと、
を含む方法において、
燃焼機関によって駆動される少なくとも一つの発電機によって、掘削装置の電気システムに対する必要な電気エネルギーを生成するステップと、
燃焼機関（ＤＩ）と機械的に独立した形で電動コンプレッサ駆動モータ（ＣＭ）を用いてコンプレッサ（ＣＯ）を駆動するステップであって、前記電動コンプレッサ駆動モーター（ＣＭ）を少なくとも１つのエネルギー貯蔵器（ＢＡＴ）に貯蔵された電気エネルギーを利用することによって駆動するステップと、
工具（８）を有する電動式の前記掘削機を前記電気システム（ＥＳ）に接続するステップと、
前記掘削機を動作させる際に、前記電気システム（ＥＳ）に接続された１つ以上の前記エネルギー貯蔵器内に貯蔵された電気エネルギーを完全にまたは部分的に利用するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
掘削プロセスに応じて加圧空気の生成を調整するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
掘削プロセス中に掘削効率を決定するステップと、
掘削が最高の効率で実施されている場合に少なくとも１つのエネルギー貯蔵器（ＢＡＴ）への電気エネルギーの貯蔵を増大させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
燃焼機関（ＤＩ）の現在の負荷を決定するステップと、
燃焼機関（ＤＩ）の負荷の増加が検出された場合にそれに正比例して少なくとも１つのエネルギー貯蔵器（ＢＡＴ）内に貯蔵された電気エネルギーの消費を増大させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
圧縮空気の現在の使用量を決定するステップと、
圧縮空気が使用されていない場合、電動コンプレッサ駆動モーター（ＣＭ）をオフに切換えるステップと、
を含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削装置、特に掘削装置のコンプレッサを駆動するための装置に関する。
【０００２】
本発明はさらに、掘削装置のコンプレッサを駆動する方法に関する。
【０００３】
本発明の分野は、独立請求項の前段においてさらに具体的に定義されている。
【背景技術】
【０００４】
鉱山および他の作業現場においては、岩石表面に掘削孔を削孔するために掘削装置が使用される。典型的には、掘削装置は、必要とされるエネルギーを生成するために内燃エンジンを含む。さらに、掘削装置には、ブームとブーム内の掘削ユニットが具備されている。掘削手順中、掘削孔内に掘削物が形成される。掘削物は、洗浄媒体を用いて掘削孔から洗い出される。典型的には、洗浄には加圧空気が使用される。こうして、掘削装置は、必要とされる洗浄用空気を生成するためのコンプレッサを含む。洗浄システムが燃焼エンジンに対し有意な負荷を及ぼすことが指摘されてきた。
【０００５】
特許文献１は、一次エネルギー用の電気ネットワークに接続し、補助エネルギー用の予備のエネルギー源を有する鉱山用車両を開示する。更に、特許文献２は、燃焼機関及び遊星歯車によってコンプレッサを駆動する装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０８０３９２号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０３／０９３６９９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、コンプレッサを備えた新規で改良型の掘削装置およびコンプレッサの駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る掘削装置は、装置の独立請求項によって特徴づけられている。
【０００９】
本発明に係る方法は、方法の独立請求項によって特徴づけられている。
【００１０】
開示されている解決法の１つの考え方は、燃焼エンジン作動式の掘削装置に、１つ以上のコンプレッサを含む圧縮空気システムを具備する、というものである。コンプレッサは１つ以上の電動モーターによって駆動される。燃焼エンジン内で生成される運動エネルギーはコンプレッサに伝達されない。
【００１１】
開示されている解決法の利点は、掘削装置の燃焼エンジンとは機械的および物理的に独立した形でコンプレッサを駆動できるという点にある。コンプレッサは正確にかつ加圧空気のニーズに応じて駆動され得る。こうして、圧縮空気の不要な生成を回避することができ、かつ燃焼エンジンの燃料消費量を削減することができる。
【００１２】
一実施形態によると、電気エネルギーが１つ以上の電気エネルギー貯蔵器に充電され、貯蔵された電気エネルギーはコンプレッサの電動モーターを駆動するのに利用される。貯蔵された電気エネルギーを使用することによって、燃焼エンジンの負荷および燃料消費量を削減することができる。エネルギーの貯蔵により、燃焼エンジンの負荷の平衡を保つことが可能となり、こうしてより低出力容量の燃焼エンジンを使用することができる。
【００１３】
一実施形態によると、電動コンプレッサ駆動モーターは、唯一エネルギー貯蔵器から受けとる電気エネルギーのみを用いて駆動される。
【００１４】
一実施形態によると、電動コンプレッサ駆動モーターは、エネルギー貯蔵器および燃焼エンジンにより駆動される発電機から受けとる電気エネルギーを用いて駆動される。エネルギー貯蔵器の使用は、発電機および燃焼エンジンの負荷を減少させる。
【００１５】
一実施形態によると、燃焼エンジンの出力容量の規模は、電気貯蔵器から取り込まれる電力およびコンプレッサが電動式であることによる低い電力ニーズを考慮に入れることによって決定される。燃焼エンジンの規模はこのとき、より低い出力容量を有するように決定されてよく、こうしてエンジンはよりサイズが小さく安価なものになり得る。
【００１６】
一実施形態によると、電気エネルギー貯蔵器は１つのバッテリーかまたは複数のバッテリーを含むバッテリーパッケージである。
【００１７】
一実施形態によると、燃焼エンジンはディーゼルエンジンである。
【００１８】
一実施形態によると掘削装置は、洗浄システムの動作を制御するための制御ユニットを含む。制御ユニットは掘削ユニットを監視し、加圧空気のニーズを検出する。監視に基づいて、制御ユニットは、コンプレッサの運転速度を自動的に調整するように構成されている。このようにして、加圧空気すなわち圧力および流れの生成は、掘削プロセスおよび加圧空気の消費量に応じて調整される。
【００１９】
一実施形態によると、掘削装置は、洗浄システムの動作を制御するための制御ユニットを含む。制御ユニットは、軌道移動ユニットを監視し、キャリヤが移動運転されているか否かを検出する。監視に基づいて、制御ユニットは、検出された移動運転の持続時間中電動コンプレッサ駆動モーターを自動的にオフに切換えるように構成されている。このようにして、移動運転中に加圧空気の不必要な生成が回避される。
【００２０】
一実施形態によると、オペレータは、掘削装置の移動運転の持続時間中、電動コンプレッサ駆動モーターをオフに切換える。さらに、コンプレッサは、掘削手順における他の任意の中断の間および加圧空気に対するニーズが全く無い状況の持続時間中、停止され得る。こうすることで、加圧空気の不必要な生成が回避され、エネルギーが節約される。
【００２１】
一実施形態によると、電気システムは、電動コンプレッサ駆動モーターの回転を制御するための少なくとも１つの制御装置を含む。コンプレッサ駆動モーターの駆動は、無段制御可能である。電動モーターの運転を制御するための制御装置は、インバータまたはＤＣ／ＡＣ変換器などの周波数変換器であり得る。この実施形態により、コンプレッサの出力容量を汎用的かつ効果的な形で調整することができ、さらに、制御は正確なものにもなる。あるいは、コンプレッサ駆動モーターの駆動を、既定のステップまたはランプで制御することができる。
【００２２】
一実施形態によると、軌道移動ユニットは、電気システムに接続され輸送運転用の電力を生成する１つ以上の電動軌道移動駆動モーターを含む。軌道移動モーターを運転させる場合、１つ以上の電気エネルギー貯蔵器内に貯蔵された電気エネルギーを、完全にまたは部分的に利用することができる。貯蔵された電気エネルギーを使用するため、燃焼エンジンの負荷および燃料消費量を削減することができる。
【００２３】
一実施形態によると、掘削機は、電動式であり電気システムに接続されている。掘削機を運転させる場合、１つ以上の電気エネルギー貯蔵器内に貯蔵された電気エネルギーを完全にまたは部分的に利用することができる。貯蔵された電気エネルギーを使用するため、燃焼エンジンの負荷および燃料消費量を削減することができる。
【００２４】
一実施形態によると、掘削装置は、電動式である少なくとも１つの補助ユニットを含む。補助ユニットは、例えば油圧ユニットであってよい。油圧ユニットは、ブームの油圧シリンダおよび油圧補助アクチュエータのために必要とされる油圧を生成し得る。油圧ユニットは、電動式であり電気システムに接続されている油圧ポンプを含む。油圧ポンプを運転させる場合、１つ以上の電気エネルギー貯蔵器内に貯蔵された電気エネルギーを、完全にまたは部分的に利用することができる。貯蔵された電気エネルギーを使用するため、燃焼エンジンの負荷および燃料消費量を削減することができる。
【００２５】
一実施形態によると、掘削装置は、掘削プロセス中の掘削効率を決定するように構成されている制御ユニットを含む。制御ユニットは、掘削が最高の効率で実施される場合にエネルギー貯蔵器への電気エネルギーの貯蔵を増大させるように電気システムを制御してよい。こうして、掘削ユニットに必要な出力が比較的少なく、燃焼エンジンの容量に余裕がある場合、発電機がさらに多くの電気エネルギーを生成し、その後エネルギー貯蔵器内にそれを貯蔵することができる。考えられる余剰の容量をバッテリーの充電に使用することができる。
【００２６】
一実施形態によると、掘削装置は燃焼エンジンの現在の負荷を決定するように構成されている制御ユニットを含む。制御ユニットは、燃焼エンジンの負荷の増加が検出された場合にそれに正比例してエネルギー貯蔵器内に貯蔵された電気エネルギーの消費を増大させるように、電気システムを制御してよい。このようにして、バッテリーの電気エネルギーは、燃焼エンジンの負荷が大きい状況において、電気システムに接続された異なる電動モーターを駆動するためにより一層多く使用される。この実施形態は、燃焼エンジンの負荷の平衡を保つ。
【００２７】
一実施形態によると、開示された解決法は、トップハンマー掘削において利用される。掘削ユニットは、ドリルビットとの関係において掘削工具の反対側の端部にあるトップハンマータイプの打撃装置を含む。
【００２８】
一実施形態によると、開示された解決法は、ダウンザホール（ＤＴＨ）掘削において利用される。掘削ユニットは、掘削工具のドリルビットと同じ端部にあるダウンザホールタイプの打撃装置を含む。
【００２９】
一実施形態によると、開示された解決法は、回転掘削において利用される。掘削ユニットは、打撃装置を全く有していないが、代りに掘削工具が回転装置を用いて回転させられる。
【００３０】
一実施形態によると、開示されたコンプレッサおよび手順は、露天掘り鉱山および他の作業現場、例えば道路、建設および他の請負作業の現場における地上での掘削向けに設計された地表掘削装置用に意図されている。
【００３１】
一実施形態によると、開示された制御手順は、専用に設計された１つ以上のソフトウェアまたはコンピュータプログラムを実行することによって実施される。コンピュータプログラムは、コンピュータ上で実行された場合に、開示された活動およびステップを実施するように構成されたプログラムコード手段を含む。
【００３２】
以上で開示した実施形態を組合せて、必要な特徴を備えた好適な解決法を形成することが可能である。
【００３３】
添付図面中で、一部の実施形態がさらに詳細に説明される。
明瞭さを期して、図は、簡略化した形で開示された解決法の一部の実施形態を示している。図中、同じ参照番号は同じ要素を識別している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】地表作業現場のための掘削装置を示す概略的側面図である。
【図２】ダウンザホール掘削の原理を示す概略図である。
【図３】地下作業現場用の掘削装置を示す概略的側面図である。
【図４】掘削装置の制御システムの制御ブロック図を示す。
【図５】掘削装置の電気システムを示す簡易チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、掘削ユニットＤＲを装備した１本以上のブーム３が具備された可動キャリヤを含む実現可能な掘削装置１を示す。掘削ユニットＤＲは、送り装置６を用いて送りビーム５上を移動できる掘削機７を備えた送りビーム５を含んでいてよい。掘削機７は、工具８上に衝撃パルスを生成するための打撃装置および工具８を回転させるための回転装置を含んでいてよい。さらに、装置１は、洗浄流路９を通って掘削機７までそして工具８内を通って掘削孔１０まで搬送されてよい圧縮空気を生成するための１つ以上のコンプレッサＣＯを含む洗浄システムＦＳを含む場合がある。
【００３６】
さらに、掘削装置１は、油圧ポンプＨＰ、油圧流路、タンクおよび必要な制御手段、例えばバルブなどを含む油圧システムを含んでいてよい。さらに、１つ以上の油圧アクチュエータを油圧システムに接続してもよい。
【００３７】
掘削装置１は同様に、掘削装置１のシステムを制御するように配置された１つ以上の制御ユニットＣＵをも含んでいる。制御ユニットＣＵは、プロセッサ、プログラマブル論理回路または用途に適した他の任意の制御装置を含むコンピュータまたは対応する制御装置であってよく、これによって少なくとも１つの制御戦略を設定することが可能であり、この戦略にしたがって制御ユニットが独立してまたはオペレータと協働して制御を実施する。
【００３８】
掘削現場では、掘削ユニットＤＲを用いて１つ以上の掘削孔が掘削される。掘削作業の後、装置１は次の掘削現場または位置まで移動させられる。掘削装置１には、チェーントラックまたはホイールなどの可動部材１２に対し回転運動を伝えるためのトランスミッション１１を含む駆動機器が具備されている。キャリヤ２上には、ディーゼルエンジンであってよい燃焼エンジンＤＩも存在する。燃焼エンジンＤＩは、必要とされる運動エネルギーを生成するためのパワーユニットとして役立つ。動力エネルギーは、トランスミッション１１を介して可動部材１２まで、そしてさらには必要とされる電気エネルギーを生成するための１つ以上の発電機まで伝達され得る。電気エネルギーは、バッテリーまたはバッテリーパッケージなどの１つ以上のエネルギー貯蔵器ＢＡＴ内に貯蔵され得る。コンプレッサＣＯおよび油圧ポンプＨＰは、本特許出願中に記載される原理にしたがって制御可能である。さらに、輸送運転のために必要とされる運動出力は、同じく以上で開示されている通りに制御されてよい１つ以上の電動軌道移動駆動モーターを用いて形成され得る。
【００３９】
図２は、掘削機７の回転装置１に対して工具８の反対側の端部に打撃装置１３が配置されるような形で、図１中に示されたトップハンマー掘削とは異なっているダウンザホールＤＴＨ掘削用の掘削ユニットＤＲの基本原理を例示している。同様に、掘削機が打撃装置を全く含まないことも可能であり、こうしてそれは回転掘削と呼ばれる。以上で開示した洗浄システムおよび制御原理は、ＤＴＨと同様回転掘削にも適用可能である。
【００４０】
図３は、トンネルおよび岩石空洞を掘削する場合と同様、原鉱を採掘する場合の、地下掘削向けに好適な掘削装置１を開示している。以上で開示した原理および実施形態は、このタイプの掘削にも同様にあてはまる。
【００４１】
図４は、１つ以上の制御ユニットＣＵおよび制御ユニットＣＵに制御データおよびコマンドを送るための入力手段１６を含む制御システム１５を示す。入力手段は、制御装置１７例えばジョイスティック、ならびに入力装置１８、例えばキーパッドを含んでいてよく、この入力装置を用いてオペレータ１９は制御ユニットＣＵと通信することができる。さらに制御ユニットＣＵは、１つ以上のメモリーユニット２０からのデータを読取ると同時にデータをその中に記憶する場合がある。制御ユニットＣＵには、洗浄システムＦＳおよび場合によっては掘削装置の他の電気システム、例えば牽引システムおよび補助システムなどをも制御するための作動原理および指針を含む１つ以上の制御戦略２１が提供されてよい。制御戦略２１は、電動コンプレッサ駆動モーターＣＭを自動制御するためのアルゴリズムを含んでいてよい。制御データおよびパラメータは、メモリーユニットまたは媒体２０中に記憶されてよい。監視情報および測定データは、電気システムに接続されたシステムおよびアクチュエータからセンサーまたは測定装置を用いて収集されてよい。同様に、燃焼エンジンＤＩの動作も監視可能である。監視または検知データを制御ユニットＣＵに伝達することができる。制御ユニットＣＵは、制御アルゴリズムを含むソフトウェアプログラムを実行するのと同時に制御情報を生成するために測定データを処理することもできる適切なプロセッサが装備されたコンピュータであってよい。測定データ、手動制御コマンドおよび制御戦略に基づいて、制御ユニットＣＵは、開示されたシステムのための制御コマンドを生成し、以上で提示した原理にしたがって、開示した制御を可能にする。
【００４２】
図５では、掘削装置の電気システムＥＳの簡易チャートが示されている。燃焼エンジンＤＩは発電機ＧＥＮを駆動し、電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーを用いて、掘削装置の電気システムが駆動される。掘削ユニットＤＲ、軌道移動ユニットＴＲおよび補助ユニット、例えば油圧システムＨＳは、発電機ＧＥＮによって生成されたエネルギーによって駆動可能である。さらに、生成されたエネルギーを用いて、エネルギー貯蔵器ＢＡＴを充電することができる。発電機とエネルギー貯蔵器の間には、変圧装置が存在してよい。洗浄システムＦＳは、エネルギー貯蔵器ＢＡＴ内に貯蔵されたエネルギーを用いて駆動され得る。代替的には、電気エネルギーを２つの供給源から、すなわちエネルギー貯蔵器ＢＡＴおよび発電機ＧＥＮから洗浄システムＦＳに誘導することができる。
【００４３】
洗浄システムＦＳはさらに、周波数変換器を含んでいてよい制御装置ＣＤを含む場合があり、これにより電動コンプレッサ駆動モーターＣＭの回転を無段制御することができる。制御装置ＣＭの動作は制御ユニットＣＵによって制御されてもよい。
【００４４】
図面および関連する記述は、本発明の考え方を例示することのみを意図したものである。本発明は、その詳細において、特許請求の範囲内で変更してよい。
【符号の説明】
【００４５】
１    掘削装置
２    可動キャリヤ
７    掘削機
１０    穿孔
ＢＡＴ    エネルギー貯蔵器
ＣＭ    電動コンプレッサ駆動モーター
ＣＯ    コンプレッサ
ＣＵ    制御ユニット
ＤＩ    燃焼機関
ＤＲ    掘削ユニット
ＥＳ    電気システム
ＦＳ    洗浄システム
ＧＥＮ    発電機
ＴＲ    軌道移動ユニット
【図１】
0005819882.tif 000002
【図２】
0005819882.tif 000003
【図３】
0005819882.tif 000004
【図４】
0005819882.tif 000005
【図５】
0005819882.tif 000006