DE29623819U1 - Drill pipe magazine - Google Patents

Description

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13. Sept. 1999
43 387 K13 Sept 1999
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Tracto-Technik - Paul Schmidt Spezialmaschinen
Reiherstraße 2, 57368 LennestadtTracto-Technik - Paul Schmidt special machines
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"Bohraestänqemaaazin"" Drilling equipment "

Die Erfindung betrifft ein Bohrgestängemagazin, mit dem sich Gestängeelemente in eine Montage- oder Demontageposition bringen lassen.The invention relates to a drill rod magazine with which rod elements can be brought into an assembly or disassembly position.

Beim grabenlosen Herstellen unterirdischer Bohrungen verschwindet das Bohrgestänge mit dem Bohrfortschritt zunehmend im Erdreich. Daher ist es erforderlich, entsprechend dem Bohrfortschritt Gestängeelemente mit dem in die Bohrung eintretende Gestänge zu verbinden und so das Bohrgestänge ständig zu verlängern. Dazu werden in der Regel eine Vielzahl von Gestängeelemente im Bereich des Bohrgerätes gelagert.When drilling underground without trenches, the drill rod disappears more and more into the ground as the drilling progresses. It is therefore necessary to connect rod elements to the rod entering the borehole as the drilling progresses, thus constantly lengthening the drill rod. To do this, a large number of rod elements are usually stored in the area of the drilling rig.

Beim Vortrieb wird das in der Bohrachse fixierte Gestänge beispielsweise durch den Drehantrieb einer Lafette ins Erdreich eingebracht. Zur abschnittsweisen Verlängerung des Gestänges wird jeweils ein Gestängeelement zwischen dem hinteren Ende des im Erdreich befindlichen Gestänges und dem Drehantrieb montiert. Daraufhin wird das Gestänge um einen weiteren Abschnitt in das Erdreich eingebracht, bevor das nächste Gestängeelement mit dem aus dem Erdreich herausragende rückwärtigen Ende des Gestänges verbunden wird. Die Montage erfolgt beispielsweise im Gestängeschacht einer Bohrlafette. Dazu muß das Gestängeelement in dem Lafettenschacht positioniert werden.During the advance, the rods fixed in the drilling axis are inserted into the ground, for example by the rotary drive of a carriage. To extend the rods in sections, a rod element is mounted between the rear end of the rods in the ground and the rotary drive. The rods are then inserted into the ground by a further section before the next rod element is connected to the rear end of the rods protruding from the ground. The assembly takes place, for example, in the rod shaft of a drilling carriage. To do this, the rod element must be positioned in the carriage shaft.

Ein ähnlicher Vorgang findet - in umgekehrter Reihenfolge - beim Herausziehen eines Bohrgestänges aus dem Erdreich statt. So wird beispielsweise beim Aufweiten einer Pilotbohrung ein Aufweitkopf durch Zurückziehen des Bohrgestänges durch die Pilotbohrung bewegt. Dabei müssen die Gestängeelemente des mehr und mehr aus dem Erdreich heraustretenden Gestänges gelöst, aus der Bohrachse entfernt und beispielsweise in einem Magazin abgelegt werden. Bekannte Vorrichtungen bedienen sich hierbei der für das Einlegen der Gestängeelemente benutzten Mechanik.A similar process takes place - in reverse order - when pulling a drill rod out of the ground. For example, when expanding a pilot hole, an expansion head is moved through the pilot hole by pulling the drill rod back. The rod elements of the rod, which is emerging more and more from the ground, must be released, removed from the drilling axis and stored in a magazine, for example. Known devices use the mechanics used for inserting the rod elements.

Zur Erleichterung der Gestängepositionierung sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, bei denen sich in der Regel mehrere Gestängeelemente in einem Magazin befinden. Im Bereich des Magazins befindet sich ein Greifer, mit dessen Hilfe sich ein Gestängeelement aus dem Magazin entnehmen und am hinteren Ende des im Erdreich befindlichen Gestänges ansetzen läßt.To facilitate the positioning of the rods, various devices are known, which usually contain several rod elements in a magazine. In the area of the magazine there is a gripper, with the help of which a rod element can be removed from the magazine and attached to the rear end of the rod in the ground.

So beschreibt die deutsche Auslegeschrift 27 21 342 eine Magazinier- und Handhabungsvorrichtung für Bohrgestängeelemente, bei der ein Greifer in einem Magazin befindliche Bohrgestängeelemente mittels eines Armes erfaßt, heraushebt und in die vorgesehene Position bringt.For example, the German patent application 27 21 342 describes a magazine and handling device for drill rod elements, in which a gripper grasps drill rod elements located in a magazine by means of an arm, lifts them out and brings them into the intended position.

Die bekannten Vorrichtungen besitzen eine mehr oder weniger aufwendige Zufuhr- und Entnahmemechanik, die die Gestängeelemente entweder mechanisch oder durch das Bedienungspersonal manuell vom Rohrmagazin in die - und aus der - Bohrachse bewegen; sie sind teuer und platzaufwendig. Dies wirkt sich insbesondere bei mobilen Bohrgeräten negativ aus; diese müssen leicht transportierbar, manövrierfähig und möglichst wenig sperrig sein.The known devices have a more or less complex feed and removal mechanism that moves the rod elements either mechanically or manually by the operating personnel from the pipe magazine into and out of the drilling axis; they are expensive and take up a lot of space. This has a particularly negative effect on mobile drilling equipment; these must be easy to transport, maneuverable and as unbulky as possible.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Magazin zum Zuführen von Bohrgestängeelemente zu schaffen, welches das Ansetzen eines Bohrge-The invention is based on the problem of creating a magazine for feeding drill rod elements, which enables the attachment of a drill

stängeelementes an ein im Erdreich befindliches Bohrgestänge auf technisch einfacher Weise ermöglicht.rod element to a drill rod located in the ground in a technically simple manner.

Die Lösung des Problems basiert auf dem Gedanken, die Gestängeelemente in einem Magazin im Bereich der Gestängemontage bzw. - demontage in einer Weise bereitzustellen, die ein besonderes Positionieren des einzelnen Gestängeelements überflüssig macht und dessen Handhabung in wenigen Schritten ohne aufwendige Steuerung erlaubt.The solution to the problem is based on the idea of providing the rod elements in a magazine in the area of rod assembly or disassembly in a way that makes special positioning of the individual rod element superfluous and allows its handling in a few steps without complex control.

Im einzelnen wird das Problem durch ein Bohrgestängemagazin mit einem verfahrbaren Gestängefach und einer Gestängeübergabe gelöst. Das Gestängefach kann auf Schienen verfahrbar sein und sich als ganzes in seine Arbeitsstellung im Bereich der Bohrachse verfahren lassen, um ein in der Übergabe befindliches Gestängeelement in die Bohrachse zu bringen bzw. ein in der Bohrachse befindliches Gestängeelement in das Magazin aufzunehmen.In detail, the problem is solved by a drill rod magazine with a movable rod compartment and a rod transfer. The rod compartment can be moved on rails and can be moved as a whole into its working position in the area of the drilling axis in order to bring a rod element in the transfer into the drilling axis or to take a rod element located in the drilling axis into the magazine.

Das Gestängemagazin kann aus einem die Gestänge aufnehmenden Schacht bestehen und erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Bohrachse. Das in der Übergabe befindliche Gestängeelement wird durch verfahrbare Gestängehalter vorzugsweise durch Federelemente in seiner Lage gehalten. Bei der Montage des Gestängeelements wird das Gestängemagazin verfahren, bis sich das in der Übergabe befindliche Gestängeelement in der vorgesehenen Montageposition und damit in der Bohrachse befindet. Alsdann wird das Gestängeelement zwischen dem im Erdreich befindlichen Bohrgestänge und der Antriebswelle einer Bohrlafette fixiert und das Gestängemagazin wieder zurückgefahren, wobei das mit dem Bohrgestänge verbundene Gestängeelement von den Federelementen automatisch freigegeben wird und in der Bohrachse verbleibt.The rod magazine can consist of a shaft that holds the rods and preferably extends parallel to the drilling axis. The rod element in the transfer is held in position by movable rod holders, preferably by spring elements. When assembling the rod element, the rod magazine is moved until the rod element in the transfer is in the intended assembly position and thus in the drilling axis. The rod element is then fixed between the drill rod in the ground and the drive shaft of a drilling rig and the rod magazine is moved back again, whereby the rod element connected to the drill rod is automatically released by the spring elements and remains in the drilling axis.

Bei der Übernahme eines Gestängeelementes aus der Bohrachse, beispielsweise beim Aufweiten einer Pilotbohrung, wird das Magazin wie bei derWhen taking over a rod element from the drilling axis, for example when expanding a pilot hole, the magazine is opened as in the

Gestängeübergabe in den Bereich der Bohrachse verfahren, so daß das in der Bohrachse befindliche äußerste Gestängeelement gegen die Federelemente gedrückt wird und diese auseinanderbewegt, bis es in die Übergabe zu liegen kommt.Move the rod transfer into the area of the drilling axis so that the outermost rod element in the drilling axis is pressed against the spring elements and moves them apart until it comes to rest in the transfer.

Vorzugsweise besteht das Gestängemagazin aus einem Karussell, bei dem die Bohrgestängeelemente in radial verlaufenden Fächern liegen. Die Fächer können offen sein, wenn das Karussell von einem Mantel mit einer Übergabeöffnung umgeben ist, vor der sich verfahrbare Gestängehalter befinden. Wenn ein Fach in seine Übergabeposition gedreht ist, befindet sich die Übergabeöffnung in dem Mantel für die im Fach befindlichen Gestängeelemente unmittelbar vor der Fachöffnung. Das Karussell kann sich neben der Bohrlafette befinden und mit einem einfachen Antrieb auf quer zur Bohrachse verlaufenden Schienen zwischen der Übergabeposition und einer Ruheposition verfahrbar sein.Preferably, the rod magazine consists of a carousel in which the drill rod elements are arranged in radially extending compartments. The compartments can be open if the carousel is surrounded by a casing with a transfer opening in front of which movable rod holders are located. When a compartment is rotated to its transfer position, the transfer opening in the casing for the rod elements in the compartment is located immediately in front of the compartment opening. The carousel can be located next to the drill carriage and can be moved between the transfer position and a rest position with a simple drive on rails running transversely to the drilling axis.

Eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem schachtartigen, ebenfalls verfahrbaren Gestängefach, das eine Öffnung in der Länge eines Gestängeelements besitzt, aus der die Gestängeelemente in der bereits beschriebenen Weise vom Gestänge selbst herausgenommen werden. Die schmale Öffnung, die nicht viel breiter ist als der Rohrdurchmesser, zwingt die Gestängeelemente, sich einreihig anzuordnen, so daß die Gestängeelemente einzeln hintereinanderliegen. Die Sicherung und die Freigabe der Gestängeelemente geschieht wieder über Federelemente, die durch die vom Gestänge auf das zu handhabende Gestängeelement ausgeübte Kraft überwunden werden, oder durch axial verschiebbare, in die Gestängeelemente eingreifende Sicherungsstifte, die mechanisch verschoben werden.Another device according to the invention consists of a shaft-like rod compartment, which is also movable and has an opening the length of a rod element, from which the rod elements are removed from the rod itself in the manner already described. The narrow opening, which is not much wider than the pipe diameter, forces the rod elements to be arranged in a single row, so that the rod elements lie one behind the other. The rod elements are secured and released again by spring elements, which are overcome by the force exerted by the rod on the rod element to be handled, or by axially displaceable locking pins which engage in the rod elements and are moved mechanically.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing. In the drawing:

Fjg. 1 die Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Gestängemagazins, Fig. 1 shows the front view of a rod magazine according to the invention,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gestängemagazins der Fig. 1 mit einer Lafette und Fig. 2 is a side view of the rod magazine of Fig. 1 with a carriage and

Fig. 3 eine Stirnansicht zu Fig. 2. Fig. 3 is a front view of Fig. 2.

Das Magazin besteht aus einem Karussell 1, das über eine Konsole 2 in zwei Schienen 3 verfahrbar gelagert und mit konzentrisch angeordneten radialen Gestängefächern 4 versehen ist. In den Gestängefächern 4 befinden sich Gestängeelemente 5. Dabei können je nach Umfang des Karussells im Gestängefach 4 mehrere Gestängeelemente 5 hintereinander angeordnet sein. Die Schiene 4 ist auf einer Lafette 6 gelagert und verläuft quer zur Bohrachse, so daß sich durch Querverfahren des Karussells 1 ein in einem Gestängefach 4 außenliegendes Gestängeelement 5 in die Bohrachse 7 bringen läßt.The magazine consists of a carousel 1, which is mounted on a bracket 2 so that it can move in two rails 3 and is provided with concentrically arranged radial rod compartments 4. Rod elements 5 are located in the rod compartments 4. Depending on the size of the carousel, several rod elements 5 can be arranged one behind the other in the rod compartment 4. The rail 4 is mounted on a carriage 6 and runs transversely to the drilling axis, so that by moving the carousel 1 transversely, a rod element 5 located outside in a rod compartment 4 can be brought into the drilling axis 7.

Das Karussell 1 ist von einem Mantel 8 mit einem der Länge der Gestängeelemente 5 entsprechenden Übergabeschlitz 9 umgeben. Parallel zur Bohrachse befinden sich vor dem Übergabeschlitz Gestängehalter in Gestalt von einander gegenüberliegenden Federelementen 10 zum Sichern und Freigeben der Gestängeelemente 5. Die Gestängeelemente können auch formschlüssig mittels einander gegenüberliegenden Schiebern oder Fingern oder mittels eines Sicherungsrings (nicht dargestellt), der auf dem Umfang des Karussells 1 angeordnet ist und die Gestängeelemente 5 mechanisch beispielsweise durch Freigabe eines Öffnungsspaltes entläßt, in ihren Fächern 4 gehalten werden.The carousel 1 is surrounded by a casing 8 with a transfer slot 9 corresponding to the length of the rod elements 5. Parallel to the drilling axis, in front of the transfer slot, there are rod holders in the form of opposing spring elements 10 for securing and releasing the rod elements 5. The rod elements can also be held in their compartments 4 in a form-fitting manner by means of opposing slides or fingers or by means of a locking ring (not shown) which is arranged on the circumference of the carousel 1 and releases the rod elements 5 mechanically, for example by releasing an opening gap.

Auf der Achse des Karussells 1 ist ein Antriebsritzel 11 angeordnet, welches das Karussell 1 gegen eine Eigendrehung infolge Gewichtsverlagerung sichert und gleichzeitig als Schrittschaltwerk zum schrittweisen WeiterdrehenA drive pinion 11 is arranged on the axis of the carousel 1, which secures the carousel 1 against rotation due to weight shifting and at the same time acts as a stepping mechanism for step-by-step rotation.

des Karussells um jeweils einen Fachabstand dient; dies geschieht mit Hilfe einer Schubstange 12.of the carousel by one compartment spacing at a time; this is done by means of a push rod 12.

Das Karussell 1 läßt sich mit Hilfe eines einfachen Antriebs entlang den Schienen 3 senkrecht zur Bohrachse verfahren, um so die Gestängeübergabe 9 in die Bohrachse 7 zu verlagern.The carousel 1 can be moved along the rails 3 perpendicular to the drilling axis with the aid of a simple drive in order to shift the rod transfer 9 into the drilling axis 7.

Die Übergabe eines Gestängeelements 5 und dessen Montage am freien bzw. rückwärtigen Ende des im Erdreich befindlichen Bohrgestänges läuft in folgenden Schritten ab.The transfer of a rod element 5 and its assembly at the free or rear end of the drill rod located in the ground takes place in the following steps.

Zunächst wird das Karussell 1 so weit abgesenkt, daß sich das am Übergabeschlitz 9 des Karussells befindliche Gestängeelement 5 in der Bohrachse befindet. In dieser Position wird das Gestängeelement 5 mit Hilfe eines Rotationsantriebs mit dem rückwärtigen Ende des im Erdbereich befindlichen Gestänges über ein Gewinde verschraubt. Das Gestängeelement 5 ist dann mit dem Bohrgestänge fest verbunden.First, the carousel 1 is lowered so far that the rod element 5 located at the transfer slot 9 of the carousel is in the drilling axis. In this position, the rod element 5 is screwed to the rear end of the rod in the ground area via a thread using a rotary drive. The rod element 5 is then firmly connected to the drill rod.

Anschließend wird das Karussell 1 in seine Ausgangsstellung zurückgefahren. Die Federelemente 10 öffnen sich maulartig und geben das mit dem Bohrgestänge verschraubte Gestängeelement 5 beim Zurückfahren des Karussells 1 automatisch frei, da es in der Bohrachse fixiert ist und die Federelemente von dem Gestängeelement auseinandergedrückt werden. Anschließend ist die Übergabe 9,10 frei und kann das im Gestängefach 4 nächstfolgende Gestängeelement 5 bis auf die Federelemente 10 abrutschen. Das Karussell 1 wird bei jeder Gestängeentnahme mit Hilfe der Schubstange 12 und des Ritzels 11 um einen Fachabstand weitergedreht, um eine gleichmäßige Gestängeentnahme über den Umfang des Karussells zu erreichen.The carousel 1 is then returned to its starting position. The spring elements 10 open like a mouth and automatically release the rod element 5 screwed to the drill rod when the carousel 1 is returned, since it is fixed in the drilling axis and the spring elements are pressed apart by the rod element. The transfer 9,10 is then free and the next rod element 5 in the rod compartment 4 can slide down to the spring elements 10. The carousel 1 is rotated one compartment spacing each time rod is removed using the push rod 12 and the pinion 11 in order to achieve uniform rod removal over the circumference of the carousel.

Bei einer Gestängeaufnahme, die beispielsweise beim Aufweitbohren erforderlich ist, bei der ein im Erdreich befindliches Bohrgestänge Stück um StückIn the case of a rod take-up, which is required for example in reaming drilling, where a drill rod located in the ground is pulled out piece by piece

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verkürzt wird, fährt das Karussell 1 mit seiner Gestängeübergabe 9,10 in die Bohrachse 7, in der sich ein noch mit dem Bohrgestänge verbundenes Gestängeelement 5 befindet. Dieses Gestängeelement wird dabei von den sich automatisch auseinanderbewegenden Federelementen 10 überfahren. Das aufzunehmende Gestängeelement drückt dabei das an der Gestängeübergabe 9,10 befindliche Gestängeelement in das dahinterliegende Gestängefach 4 des Karussells 1 zurück und nimmt selbst dessen Position ein. Das in das Gestängefach 4 eingebrachte Gestängeelement wird dann von dem im Erdreich befindlichen Bohrgestänge gelöst und das Karussell 1 in seine Ausgangsposition zurückgefahren. Dabei wird das Karussell um einen Fachabstand weitergedreht, wodurch ein gleichmäßiges Auffüllen der Gestängefächer gewährleistet ist.is shortened, the carousel 1 moves with its rod transfer 9,10 into the drilling axis 7, in which a rod element 5 still connected to the drill rod is located. This rod element is then moved over by the spring elements 10 which move apart automatically. The rod element to be picked up pushes the rod element located at the rod transfer 9,10 back into the rod compartment 4 of the carousel 1 behind it and takes up its position itself. The rod element introduced into the rod compartment 4 is then released from the drill rod in the ground and the carousel 1 is moved back to its starting position. The carousel is rotated by one compartment spacing, which ensures that the rod compartments are filled evenly.

Insgesamt lassen sich sowohl die Gestängeabgabe als auch die Gestängeaufnahme durch eine kontinuierliche Folge von Schritten durchführen, die sich - neben dem Lösen oder Befestigen der Gestängeelemente bezüglich der im Erdreich befindlichen Bohrgestänge - in einer Abwärts- und einer Aufwärtsbewegung des Karussells erschöpft und einen äußerst geringen Aufwand an Steuerung und Mechanik erfordert.Overall, both the rod release and the rod pickup can be carried out by a continuous sequence of steps which - in addition to loosening or fastening the rod elements with respect to the drill rods in the ground - is limited to a downward and an upward movement of the carousel and requires extremely little effort in terms of control and mechanics.

Die mit der Erfindung verbundene konstruktive Vereinfachung basiert auf dem Prinzip, das Magazin bzw. das Gestängefach an das Bohrgestänge heranzufahren und - nach dem Verschrauben eines Gestängeelements mit dem Bohrgestänge - das Bohrgestänge selbst anstatt beispielsweise eines Greifers dazu zu benutzen, das Gestängeeiement aus dem Magazin herauszunehmen bzw. umgekehrt vor dem Abschrauben das betreffende Gestängeelement in das Magazin einzubringen. Dies ermöglicht der maulartige Verschluß des Gestängefachs in Gestalt der Federelemente.The structural simplification associated with the invention is based on the principle of moving the magazine or the rod compartment up to the drill rod and - after screwing a rod element to the drill rod - using the drill rod itself instead of, for example, a gripper to remove the rod element from the magazine or, conversely, to insert the rod element in question into the magazine before unscrewing it. This is made possible by the mouth-like closure of the rod compartment in the form of the spring elements.

Claims (7)

1. Bohrgestängemagazin mit 1. einem verfahrbaren Gestängefach (4, 13) und 2. einer Gestängeübergabe (9, 10). 1. Drill rod magazine with 1. a movable rod compartment ( 4 , 13 ) and 2. a rod transfer ( 9 , 10 ). 2. Bohrgestängemagazin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestängefach (4) längs mindestens einer Schiene (3) verfahrbar ist. 2. Drill rod magazine according to claim 1, characterized in that the rod compartment ( 4 ) is movable along at least one rail ( 3 ). 3. Bohrgestängemagazin nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein quer zur Bohrachse verfahrbares Karussell (1) mit radial angeordneten Gestängefächern (4) und einem die Fächer verschließenden Mantel (8) mit einem Übergabeschlitz (9). 3. Drill rod magazine according to claim 1 or 2, characterized by a carousel ( 1 ) which can be moved transversely to the drilling axis and has radially arranged rod compartments ( 4 ) and a casing ( 8 ) closing the compartments with a transfer slot ( 9 ). 4. Bohrgestängemagazin nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Peripherie des Karussells (1) verschiebbare Gestängehalter (10) angeordnet sind. 4. Drill rod magazine according to one of claims 1 to 3, characterized in that displaceable rod holders ( 10 ) are arranged on the periphery of the carousel ( 1 ). 5. Bohrgestängemagazin nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängehalter aus einander gegenüberliegenden Federelementen (10) bestehen. 5. Drill rod magazine according to claim 4, characterized in that the rod holders consist of opposing spring elements ( 10 ). 6. Bohrgestängemagazin nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Karussell (1) einen Drehantrieb (11, 12) zum schrittweisen Drehen um jeweils einen Gestängefachabstand besitzt. 6. Drill rod magazine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the carousel ( 1 ) has a rotary drive ( 11 , 12 ) for step-by-step rotation by one rod compartment spacing at a time. 7. Bohrgestängemagazin nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Drehsperre (12) für das Karussell (1). 7. Drill rod magazine according to one of claims 1 to 6, characterized by a rotary lock ( 12 ) for the carousel ( 1 ).