DE3642387A1 - Einrichtung zum indrehungsetzen und axialen bewegen von bohrrohrstraengen - Google Patents
Einrichtung zum indrehungsetzen und axialen bewegen von bohrrohrstraengenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Indrehung
setzen und axialen Bewegen von Bohrrohrsträngen.
Tiefere Bohrlöcher müssen mit Bohrrohren ausgekleidet
werden, um ein Nachrutschen von Erdreich zu verhindern.
Mit fortschreitender Tiefe der Bohrung muß die Verrohrung
auch entsprechend in die Tiefe fortgeführt werden. Hierzu
werden an einzelne Bohrrohre sukzessive weitere Bohrrohre
angesetzt, und der so erhaltene Bohrrohrstrang wird ins
gesamt tiefer in das Erdreich hineingedrückt. Um diese
Bewegung zu erleichtern, wird der gesamte Bohrrohrstrang
in Drehung versetzt.
Die einzelnen Bohrrohre haben eine Höhe von typischerweise
etwa 6 m. Wird ein neues Bohrrohr auf das Ende des Bohr
rohrstranges aufgesetzt, so mußte bisher ein Arbeiter
das obere Ende des neu angesetzten Bohrrohres mechanisch
mit dem Antriebsteil verbinden, welches auf den Bohrrohr
strang arbeitet. Diese Verbindung erfolgte bisher unter
Verwendung von Gewindebolzen genauso wie die Verbindung
der Bohrrohre im Strang untereinander.
Da die Verbindungsstelle zwischen Antriebsteil und neu
angesetztem Bohrrohr etwa 6 m über dem Erdboden liegt,
muß jeweils ein Arbeiter an einer Leiter nach oben zur
Verbindungsstelle steigen und die Schraubbolzen eindrehen.
Da die Bohrrohre typischerweise einen Durchmesser von
600 bis 1200 mm haben, muß die Leiter zum Eindrehen der
verschiedenen Schraubbolzen mehrmals angestellt werden.
Das Herstellen der mechanischen Verbindung zwischen neu
angesetztem Bohrrohr und Antriebsteil ist somit zeitraubend
und gefährlich. Wird eine Bohrung beendet, so wird der
Bohrrohrstrang unter Drehen und Ziehen des Antriebsteiles
wieder aus dem Bohrloch herausgezogen, und sowie ein Bohr
rohr völlig über dem Erdreich liegt, wird es vom darunter
liegenden Strangteil wieder abgetrennt. Hernach muß dann
die Verbindung zwischen dem Bohrrohrende und dem Antriebs
teil wieder in großer Höhe gelöst werden, analog wie oben
für das Herstellen der Verbindung zwischen Bohrrohrende
und Antriebsteil beschrieben. Auch diese Arbeit ist somit
zeitraubend und gefährlich.
Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Einrichtung
zum Indrehungversetzen und axialen Bewegen von Bohrrohr
strängen geschaffen werden, bei welcher die Herstellung
und Aufhebung der mechanischen Verbindung zwischen oberem
Bohrrohrende und Antriebsteil automatisch erfolgen kann.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Ein
richtung gemäß Anspruch 1.
Bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist eine
ferngesteuert betätigbare spezielle Riegelkupplung zwischen
dem Antriebsteil und dem oberen Bohrrohrende vorgesehen.
Diese Riegelkupplung umfaßt Kupplungsstifte, die durch
eine Servoantriebseinrichtung gemeinsam in fluchtende
Löcher am unteren Ende des Antriebsteiles bzw. am oberen
Bohrrohrende im wesentlichen spielfrei eingeführt werden
können. Da diese Stifte somit die im Betrieb auftretenden
Kräfte in Umfangsrichtung und axialer Richtung vollständig
aufnehmen, wird auf die Servoantriebseinrichtung im Betrieb
keine große Kraft ausgeübt.
Durch die Erfindung läßt sich die Zeit, die zum Aufbauen
oder Auseinanderbrechen eines Bohrrohrstranges erforder
lich ist, erheblich verkürzen. Insbesondere auch dann,
wenn ein Bohrloch schräg geneigt abgeteuft wird und die
Bohrlochverrohrung entsprechend schräg geneigt eingebracht
werden muß, entfällt das Problem des schwierigen Zuganges
zu einigen der Verbindungsstellen zwischen Antriebsteil
und Bohrrohrende.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter
ansprüchen angegeben.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist im
Hinblick auf besonders exaktes Führen der Kupplungsstifte,
auf die sichere Aufnahme etwa doch noch auf die Kupp
lungsstifte ausgeübter Restkräfte und auch im Hinblick
auf ein einfaches Austauschen der Kupplungsstifte von
Vorteil.
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird
erreicht, daß die Kupplungsstifte auch bezüglich ihrer
eigenen Längsachse verdrehsicher geführt sind.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist im
Hinblick auf eine einfache Herstellung der feststehenden
Führungswände und im Hinblick auf einen einfachen Zugang
zu den Kupplungsstiften zur Wartung und zum Ersatz von
Vorteil.
Eine Führungseinrichtung, wie sie im Anspruch 5 angegeben
ist, hat mechanisch sehr einfachen Aufbau und läßt sich
auch verhältnismäßig einfach an schon vorhandenen Antriebs
teilen nachrüsten.
Dabei wird mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß An
spruch 6 erreicht, daß der Kupplungsstift nur geringfügig
bogenförmig abgenommen werden muß, um sein Hinein- und
Herausbewegen aus der Kupplungsöffnung des Rohrendes zu
ermöglichen. Ein möglichst spielfreier Sitz des Kupplungs
stiftes in den fluchtenden Kupplungsöffnungen von Antriebs
teil und Bohrrohrende ist aber im Hinblick auf eine mög
lichst gute Kraftübertragung vom Antriebsteil zum Bohrrohr
strang unter Betriebsbedingungen von Vorteil.
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird
erreicht, daß die beim Drehen des Bohrrohrstranges auf
die Kupplungsstifte allenfalls noch ausgeübten Restkräfte
nicht zu einem Verschwenken der Führungshebel um deren
Schwenkachse führen können.
Bei einer Einrichtung gemäß Anspruch 9 sind Betätigungs
teile, die den einzelnen Kupplungsstiften zugeordnet sind,
mechanisch zusammengeschaltet. Es reicht also aus, wenn
die Servoantriebseinrichtung eine einzige Stellbewegung
bereitstellt, durch welche dann sämtliche Kupplungsstifte
eingefahren oder zurückgezogen werden.
Bei einer Einrichtung gemäß Anspruch 10 ist die Stellbe
wegung für den Betätigungsring eine Drehbewegung um die
Achse des Antriebsteiles. Eine derartige Bewegung läßt
sich leicht von einem hydraulischen oder elektrischen
Motor bereitstellen oder auch durch Drehen des Antriebs
teiles und Festbremsen des Betätigungsringes von dem sowieso
für das Antriebsteil vorgesehenen Motor ableiten (vergl.
Anspruch 19).
Bei der Alternativlösung gemäß Anspruch 11 ist die Stell
bewegung des Betätigungsringes eine axiale Bewegung, und
diese kann durch hydraulische Arbeitszylinder bereitge
stellt werden oder dadurch erzeugt werden, daß man das
Antriebsteil durch den sowieso zum axialen Verfahren des
Bohrrohrstranges vorgesehenen Arbeitszylinder in axialer
Richtung bewegt, den Betätigungsring dagegen durch eine
Anschlageinrichtung axial festlegt (vergl. Anspruch 19).
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12
wird bei axial beweglichem Betätigungsring gewährleistet,
daß dieser Ring schon durch sein Gewicht in diejenige
Stellung vorgespannt ist, in welcher die Kupplungsstifte
voll in die Kupplungsöffnungen des Bohrrohrendes eingefahren
sind.
Werden für die Herstellung der mechanischen Verbindung
zwischen Antriebsteil und oberem Bohrrohrende solche
Kupplungsstifte verwendet, die eine glatte Außenfläche
haben, wobei dann die Kupplungsöffnungen entsprechend
glattwandig sind, so müssen in den Bohrrohrenden diese
glattwandigen Kupplungsöffnungen zusätzlich zu den für
das normale Verbinden von Bohrrohren vorgesehenen Gewinde
bohrungen angebracht werden. Dies bedeutet eine Nachbear
beitung schon im Einsatz befindlicher Bohrrohre, die sich
nicht ohne weiteres auf Baustellen oder auf Lagerplätzen
für derartige Bohrrohre durchführen lassen. Mit der Weiter
bildung der Erfindung gemäß Anspruch 13 wird erreicht,
daß für die automatische Verbindungsherstellung zwischen
Antriebsteil und Bohrrohrende die sowieso schon in den
Bohrrohrenden vorgesehenen Gewindebohrungen verwendet
werden.
Dabei sind gemäß Anspruch 14 wieder die verschiedenen
Kupplungsstifte mechanisch gekoppelt, und durch Drehen
eines einzigen Betätigungsringes werden sämtliche Kupp
lungsstifte gleichzeitig in die zugeordneten Gewindeboh
rungen des oberen Bohrrohrendes eingefahren oder aus diesen
herausgeschraubt. Die entsprechende Drehbewegung kann
wieder von einem umlaufenden Motor bereitgestellt werden.
Stattdessen kann man auch die Drehbewegung des das Antriebs
teil in Drehung versetzenden Motors ausnützen, wobei dann
der Betätigungsring durch eine steuerbare Anschlageinrichtung
festgebremst wird (vergl. Anspruch 19).
Bei der Einrichtung gemäß Anspruch 15 kann über die Rutsch
kupplungen ein Unterschied in der Phasenlage der verschie
denen Gewindebohrungen am oberen Bohrrohrende aufgenommen
werden. Der den Zahnkranz tragende Betätigungsring kann
solange gedreht werden, daß mit Sicherheit alle Kupplungs
stifte in die zugeordneten Gewindebohrungen voll eingedreht
sind, ohne daß die Gefahr eines Abscherens oder Ausreißens
an den Gewinden besteht.
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 16
ist es möglich, die Kupplungsstifte soweit zurückzufahren,
daß ihre Stirnflächen vollständig von den Gewindebohrungen
der Bohrrohrenden entfernt sind. Umgekehrt werden die
Kupplungsstifte beim Herstellen der mechanischen Verbindung
zwischen Antriebsteil und Bohrrohrende automatisch an
die Gewindebohrungen im Bohrrohrende herangefahren und
gegen diese Gewindebohrungen gedrückt, so daß die Kupplungs
stifte dann selbsttätig in die Gewindebohrungen des Bohr
rohrendes hineinlaufen.
Mit den Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen
17 und 18 wird erreicht, daß Unterschiede in der Phasen
lage (Umfangspositionierung) des Zustellgewindes und der
Gewindebohrung im Bohrrohrende ausgeglichen werden können.
Auch eine Führungseinrichtung, wie sie im Anspruch 20
angegeben ist, zeichnet sich durch einen mechanisch be
sonders einfachen Aufbau aus. Eine derartige Führungsein
richtung, die durch die Servoantriebseinrichtung selbst
vorgegeben ist, läßt sich auch besonders einfach an schon
im Einsatz befindlichen Antriebsteilen nachrüsten.
Werden beim herkömmlichen Verbinden von Antriebsteil und
Bohrrohrende Gewindebolzen durch das Antriebsteil in die
Gewindebohrungen des Bohrrohres eingedreht, so hat der
diese Arbeit durchführende Arbeiter eine visuelle Kontrolle
für die Korrektheit der hergestellten Verbindung: der
Kopf des jeweils verwendeten Schraubbolzens muß bündig
in der Außenseite des Antriebsteiles einsitzen. Eine ent
sprechende Kontrolle wird gemäß Anspruch 21 automatisch
bei der erfindungsgemäßen Stellungseinrichtung durchge
führt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigen:
Fig. 1 eine schematische seitliche Ansicht einer Ein
richtung zum Verrohren eines Bohrloches, teil
weise axial geschnitten;
Fig. 2 einen transversalen Schnitt durch eine Servo-
Kupplungseinrichtung der Verrohrungsmaschine
nach Fig. 1 längs der dortigen Schnittlinie
II-II, wobei ein Nocken-Betätigungsring dieser
Kupplung abgenommen ist;
Fig. 3 eine Aufsicht auf die Oberseite des Nocken-
Betätigungsringes der Kupplungseinrichtung der
Verrohrungsmaschine;
Fig. 4 einen axialen Teilschnitt durch die Kupplungs
einrichtung längs der Schnittlinie IV-IV von
Fig. 2; und
Fig. 5 bis 7 zu Fig. 4 ähnliche Schnitte durch ab
gewandelte Kupplungseinrichtungen.
Die in Fig. 1 schematisch und nur in Teilen wiedergegebene
Verrohrungseinrichtung ist Teil eines im übrigen nicht
näher gezeigten Bohrgerätes. Zu diesem Bohrgerät gehört
ein langer vertikaler Bohrmast 10, der über Lenker 12,
14 von einem Bagger (nicht gezeigt) oder einem anderen
Fahrzeug getragen ist.
Auf dem Bohrmast ist ein Bohrkopf (nicht gezeigt) verfahr
bar, und durch einen vom letzteren angetriebenen Bohrer
wird im Erdreich 16 ein Bohrloch 18 erzeugt. Um ein Ein
fallen der Bohrlochwände zu verhindern, wird in das Bohr
loch ein Strang von Bohrrohren 20 hineingedrückt. Die
Bohrrohre haben jeweils eine Länge von 6 m, und wenn das
Bohrloch 18 um eine entsprechende Strecke vorgetrieben
worden ist, wird an den Bohrrohrstrang 20 ein neues Bohr
rohr 22 angesetzt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, haben die Bohrrohre 22 jeweils
am oberen Ende eine außenliegende Schulter, so daß man
einen Rohrendabschnitt 24 verminderten Durchmessers er
hält. Entsprechend ist das untere Ende eines Bohrrohres
jeweils mit einer Gegenbohrung 26 versehen, in welcher
ein Rohrendabschnitt 24 Aufnahme findet.
Am Rohrendabschnitt 24 sind an zwei gegenüberliegenden
Stellen zwei stirnseitige Ausnehmungen 28 vorgesehen,
in welche stirnseitige Klauen 30 des Bodens der Gegen
bohrung 26 eingeführt werden können. Auf diese Weise lassen
sich zwei Bohrrohre 22 nur in fester winkelmäßiger Aus
richtung zusammenstecken.
In dieser Winkelausrichtung fluchten dann regelmäßig in
Umfangsrichtung verteilte Kupplungs-Gewindebohrungen 32
im Rohrendabschnitt 24 mit glatten Kupplungsöffnungen
34 im unteren Ende des darüberliegenden Bohrrohres 22.
In die Gewindebohrungen 32 können so dann Senkkopf-Schraub
bolzen 36 eingedreht werden, um die beiden Bohrrohre zur
gemeinsamen axialen Bewegung und Drehbewegung fest mit
einander zu verbinden. Die Schraubbolzen 36 sind so ge
staltet und dimensioniert, daß die Stirnfläche ihres Ge
windeabschnittes bei eingedrehtem Schraubbolzen in der
Innenfläche des zugeordneten Bohrrohres 22 liegen, während
die Stirnfläche ihres Senkkopfes bündig in der Außenfläche
des unteren Bohrrohrendes liegen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, haben die Rohrendabschnitte
24 einen Satz von Kupplungsöffnungen 38, die zum bleibenden
Verbinden aufeinanderfolgender Bohrrohre unter Verwendung
der Schraubbolzen 36 nicht benötigt werden. Diese Kupp
lungsöffnungen dienen zur Herstellung einer mechanischen
Verbindung des oberen Endes des jeweils obersten Bohrrohres
22 mit einem Antriebsteil 40, durch welches der gesamte
Bohrrohrstrang in Drehung versetzt und in axialer Richtung
verfahren wird.
Das Antriebsteil 40 ist seinerseits in einem Schlitten
42 drehbar gelagert, der in Längsrichtung verschiebbar
auf dem Bohrmasten 10 geführt ist. Auf dem Schlitten 42
ist ein hydraulischer Motor 44 angeordnet, der das An
triebsteil 40 in beiden Drehrichtungen antreiben kann,
und am Schlitten 42 greift die Kolbenstange 46 eines im
übrigen nicht näher gezeigten hydraulischen Arbeitszylin
ders an, der direkt oder indirekt am Bohrmast 10 abgestützt
ist und dazu dient, den Bohrrohrstrang ins Erdreich hin
einzudrücken oder aus dem Erdreich herauszuziehen.
Wie aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich, hat das untere
Ende des Antriebsteiles 40 eine Gegenbohrung 48, die gleiche
Form aufweist wie die Gegenbohrung am unteren Ende der
Bohrrohre 22. In diesem unteren Ende des zylindrischen
Antriebsteiles 40 sind Kupplungsöffnungen 50 unter gleichem
Winkelabstand derart angebracht, daß sie in eine mit den
Kupplungsöffnungen 38 des Rohrendabschnittes 24 fluchtende
Lage kommen können.
Vom Boden der Gegenbohrung 48 stehen Klauen 52 über, die
in Form und Lage den Klauen 30 der unteren Bohrrohrenden
entsprechen. Damit kann auch das Antriebsteil 40 mit einem
Bohrrohr 22 nur in fester winkelmäßiger Ausrichtung ver
bunden werden, und auf diese Weise ist die Ausfluchtung
der Kupplungsöffnungen 38 und 50 aufeinander erleichtert.
An das untere Ende des zylindrischen Antriebsteiles 40
ist ein becherförmiges, nach oben offenes Kupplungsgehäuse
54 angeschweißt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist der Boden des Kupp
lungsgehäuses 54 vier in Umfangsrichtung gleich verteilte,
nach oben offene Führungsnuten 56 mit quadratischem Quer
schnitt auf. In den Führungsnuten 56 ist jeweils einen ent
sprechend quadratischen Querschnitt aufweisender Führungs
kopf 58 im Gleitspiel eingesetzt. Dieser trägt auf seiner
radial innenliegenden Stirnfläche jeweils einen Kupplungs
stift 60, der im Gleitspiel in den Kupplungsöffnungen
38 und 50 laufen kann.
In Fig. 2 ist der radiale Verstellweg des Führungskopfes
58 in einer Führungsnut 56 mit x bezeichnet. Diese Strecke
ist etwas größer als die Wandstärke des Rohrendabschnittes
24, jedoch kleiner als die Summe der Wandstärken des Rohr
endabschnittes 24 und des unteren Bohrrohrendes. Auf diese
Weise ist gewährleistet, daß der Kupplungsstift 60 nie
aus der Kupplungsöffnung 50 herausgefahren wird.
Die Führungsköpfe 58 tragen in der Mitte ihrer obenliegenden
Begrenzungsfläche jeweils einen Betätigungsstift 62. Dieser
Betätigungsstift greift jeweils in eine Nockennut 64 im
Gleitspiel ein. Die Nockennuten 64 sind in der Unterseite
eines Betätigungsringes 66 ausgebildet, wie aus Fig. 3
ersichtlich. Jede Nockennut 64 hat einen radial innenlie
genden, zur Ringachse koaxialen Nutabschnitt 68, einen
schräg geneigt nach außen verlaufenden mittleren Nutab
schnitt 70 sowie einen radial außenliegenden, wieder kreis
bogenförmigen, zur Ringachse koaxialen Nutabschnitt 72.
Durch die Querschnittsanpassung der Führungsnuten 56 und
der Führungsköpfe 58 ist gewährleistet, daß die Führungs
köpfe 58 auch bezüglich der Unterseite des Betätigungs
ringes 66 im Gleitspiel laufen.
Wie aus den Fig. 1 und 4 ersichtlich, hat der Betäti
gungsring 66 eine obenliegende Ringschulter 74, welche
von einem Haltering 76 im Gleitspiel übergriffen wird.
Der Haltering 76 ist seinerseits mittels Schrauben 78
mit der Umfangswand des becherförmigen Kupplungsgehäuses
54 verbunden.
Ein hülsenförmiger Endabschnitt 80 des Betätigungsringes
66, der durch den Haltering 76 hindurchgeführt ist, trägt
einen radialen Anschlagstab 82. Dieser kann mit einem
vom Schlitten 42 getragenen in Drehrichtung feststehenden
Anschlag 84 zusammenarbeiten, der in axialer Richtung
in die Bahn des Anschlagstabes 82 bewegbar ist. Hierzu
kann z. B. der Anschlag 84 einfach durch die Kolbenstange
eines Arbeitszylinders 86 gebildet sein, der auf dem Schlit
ten 42 angebracht ist.
Bei der oben beschriebenen Verrohrungsmaschine wird ein
neues Bohrrohr 22 wie folgt an den schon in das Erdreich
eingebrachten Bohrrohrstrang angesetzt.
Das neu anzusetzende Bohrrohr wird durch ein externes
Hebezeug in vertikaler Ausrichtung neben dem Bohrloch
abgesetzt. Durch Verfahren des Bohrmastes 10 wird das
Antriebsteil 40 über das obere Rohrende gestellt, und
der Schlitten 42 wird über den obenliegenden Rohrendab
schnitt 24 gefahren. Der Schlitten 42 wird dann langsam
abgesenkt, wobei das Antriebsteil 40 durch den Motor 44
langsam in Drehung versetzt wird, so daß die Klauen 52
des Antriebsteiles 40 mit den Ausnehmungen 28 des Rohrend
abschnittes 24 in Eingriff kommen. Bei Erreichen dieser
vorgegebenen Winkelstellung fällt dann das Antriebsteil
40 vollends auf das obere Rohrende. Wie oben schon darge
legt, liegt das obere Rohrende zu diesem Zeitpunkt etwa
6 m über dem Erdboden.
Nunmehr wird der Anschlag 84 vom Arbeitszylinder 86 ausge
fahren, und wenn anschließend das Antriebsteil 40 in Auf
sicht gesehen im Uhrzeigersinne in Drehung versetzt wird,
kommt der Anschlagstab 82 spätestens nach einer Umdrehung
des Antriebsteiles 40 in Anlage an den Anschlag 84, und
ab diesem Zeitpunkt wird der Betätigungsring 66 im Kupp
lungsgehäuse 54 so gedreht, daß die Betätigungsstifte
62 der Führungsköpfe 58 von den außenliegenden Nutab
schnitten 72 über die schräg geneigten mittleren Nutab
schnitte 70 in die Nutabschnitte 68 bewegt werden. Damit
werden die von den Führungsköpfen 58 getragenen Kupplungs
stifte 60 in die Kupplungsöffnungen 38 des Rohrendabschnit
tes 24 eingefahren. Damit ist das Bohrrohr 22 fest mit
dem Antriebsteil 40 verbunden. Der Anschlag 84 wird nun
wieder eingefahren, damit der Betätigungsring 66 beim Drehen
des Antriebsteiles 40 mit diesem unbehindert umlaufen kann
und die Kupplungsstifte 66 verriegelt bleiben. Der Schlitten
42 wird nun wieder angehoben, und der Bohrmast wird so
verfahren, daß das Antriebsteil 40 und das mit diesem
verbundene neu anzusetzende Bohrrohr 22 auf die Bohrlochachse
zu stehen kommen.
Nunmehr wird der Schlitten 42 wieder abgesenkt, bis das
untere Ende des anzusetzenden Bohrrohres 22 über den Rohr
endabschnitt 24 des gerade noch aus dem Erdreich heraus
ragenden Bohrrohres 22 zu liegen kommt. Beim letzten Teil
der Absenkbewegung wird das Antriebsteil 40 wieder in
Drehung versetzt, damit die Klauen 30 des oberen Bohrrohres
in die Ausnehmungen 28 des unteren Bohrrohres fallen können.
In dieser Ausrichtung fluchten nun die Kupplungsöffnungen
34 mit den Kupplungs-Gewindebohrungen 32, so daß die Schraub
bolzen 36 eingedreht werden können. Nun wird der Motor
44 in Gang gesetzt und gleichzeitig der Arbeitszylinder,
zu welchem die Kolbenstange 46 gehört, in Gang gesetzt,
so daß das neu angesetzte Bohrrohr unter Drehen und Aus
übung axialen Druckes in das Erdreich nachgeschoben wird.
Die vorgenannten Arbeiten werden wie gesagt bei zurückge
zogenem Anschlag 84 durchgeführt, so daß sich der Betäti
gungsring 66 zusammen mit dem Kupplungsgehäuse 54 frei
drehen kann. Die Kupplungsstifte 60 bleiben somit in die
Kupplungsöffnungen 38 eingefahren. Da die beim Ausüben
axialen Druckes und beim Ausüben von Drehmoment auf den
Bohrrohrstrang ausgeübten Kräfte vollständig von den Kupp
lungsstiften 60 aufgenommen werden, entstehen auch keine
auf den Betätigungsring 66 zurückwirkenden Kräfte, welche
zu einer unbeabsichtigten Verstellung dieses Ringes führen
könnten. Dies ist auch dann gewährleistet, wenn aufgrund
von Abnutzung der Kupplungsstifte oder unter ungünstigen Be
dingungen doch radiale Restkräfte an den Kraftübertragungs
stellen zwischen Kupplungsstiften und Kupplungsöffnungen
erzeugt werden sollten. Diese radialen Restkräfte werden
nämlich durch den zur Achse des Antriebsteiles 40 koaxialen
Nutabschnitt 68 sicher aufgenommen, ohne daß es zur Aus
übung eines Drehmomentes auf den Betätigungsring 66 käme.
Zum Ansetzen eines weiteren Bohrrohres wird der Anschlag
84 wieder ausgefahren, und der Motor 44 wird entgegen
dem Uhrzeigersinne erregt, so daß der Anschlagstab 82
nunmehr von der anderen Seite gegen den Anschlag 84 läuft.
Der Betätigungsring 66 wird dann so gedreht, daß die Kupp
lungsstifte 60 aus den Kupplungsöffnungen 38 herausgezogen
werden. Der Schlitten 42 kann nun vom Ende des Bohrrohr
stranges hochgefahren werden, und ein weiteres Bohrrohr
kann analog wie oben beschrieben an den Bohrrohrstrang
angesetzt werden.
Wird nach Fertigstellung der Bohrung der Bohrrohrstrang
wieder aus dem Bohrloch herausgezogen, so lassen sich die
einzelnen Bohrrohre nacheinander abbauen, wobei der oben
im einzelnen beschriebene Ansetzzyklus in umgekehrter
Reihenfolge durchgeführt wird. Dieses Zerlegen des Bohrrohr
stranges unter Verwendung der oben im einzelnen beschriebenen
Kupplungseinrichtung braucht somit nicht noch einmal im
Detail beschrieben zu werden. Wichtig ist, daß auch beim
Zerlegen des Bohrrohrstranges keine mechanischen Verbindungen
zwischen dem oberen Ende eines Bohrrohres und dem Antriebs
teil in großer Höhe über dem Erdboden durchgeführt werden
müssen.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen abgewandelte Einrichtungen
zur Führung und Verstellung der Kupplungsmittel in der
Kupplungseinrichtung zwischen Antriebsteil und Bohrrohr.
Einrichtungsteile, die obenstehend unter Bezugnahme auf
die Fig. 1 bis 4 schon in gleicher oder funktional
äquivalenter Form beschrieben wurden, sind wieder mit
den entsprechenden Bezugszeichen versehen und werden nach
stehend nicht noch einmal detailliert beschrieben.
Bei der Führungs- und Betätigungseinrichtung für die Kupp
lungsstifte 60 gemäß Fig. 5 sind die Kupplungsstifte
am freien Ende eines Winkelhebels 88 angebracht. Der Win
kelhebel 88 hat einen getriebenen Hebelarm 90, der ver
glichen mit der Wandstärke der Bohrrohre 22 große Länge
aufweist und einen zugeordneten Kupplungsstift 60 im
wesentlichen senkrecht auf der Hebelarmachse stehend trägt.
Der Winkelhebel 88 ist mittels eines tangential zum An
triebsteil 40 verlaufenden Stiftes 92 auf Lageraugen 94
schwenkbar angebracht. Die Lageraugen 94 sind auf der
Außenseite des Antriebsteiles 40 festgeschweißt.
Der Winkelhebel 88 hat ferner einen Betätigungsarm 96,
der im wesentlichen senkrecht auf dem getriebenen Hebelarm
90 steht. Der Betätigungsarm 96 hat ein abgerundetes Ende
und greift unter Spiel in eine Betätigungsnut 98, die
in einer horizontalen Ebene von innen in den nun nach
unten offenen becherförmig ausgebildeten Betätigungsring
66 eingestochen ist. Der so abgewandelte Betätigungsring
66 ist seinerseits im Gleitsitz auf der Außenseite des
Antriebsteiles 40 geführt und hat einen dicken Boden.
Auf diese Weise erhält der Betätigungsring 66 hohes Ge
wicht und spannt die Kupplungsstifte 60 in die eingerückte
Stellung vor.
Der Betätigungsring 66 arbeitet nun mit einem Anschlag
84 zusammen, der in und aus der vertikalen Bahn des Betä
tigungsringes 66 bewegbar ist. Damit kann die Bewegung
zum Verstellen des Betätigungsringes 66 von der vertikalen
Verstellbewegung des Schlittens 42 abgeleitet werden:
Trifft der Betätigungsring 66 beim Absenken des Antriebs
teiles 40 auf den Anschlag 84, so wird er zurückgehalten,
und beim weiteren Absenken des Antriebsteiles 40 werden
die Winkelhebel 88 im Sinne eines Ausrückens der Kupplungs
stifte 60 bewegt. Zieht man bei so angehobenem Betätigungs
ring 66 den Anschlag 84 zurück, drückt der Betätigungsring
66 durch sein Gewicht die Kupplungsstifte 60 wieder in
die eingerückte Stellung.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die Kupplungs
stifte 60 jeweils durch die Kolbenstange eines hydrauli
schen Arbeitszylinders 100 gebildet, der unter Zwischen
schaltung eines Befestigungsteiles 102 auf die Außenseite
des Antriebsteiles 40 fest aufgebracht ist. Durch ent
sprechende Druckbeaufschlagung des doppeltwirkenden Ar
beitszylinders 100 kann der zugeordnete Kupplungsstift
60 aus der zugeordneten Kupplungsöffnung 38 herausgefahren
oder in diese eingefahren werden.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind die Arbeitsleitungen
für die verschiedenen Arbeitszylinder 100 zusammengeschal
tet, so daß alle Arbeitszylinder gleichzeitig und in der
gleichen Richtung betätigt werden.
Den verschiedenen Arbeitszylindern ist jeweils ein Stel
lungsgeber 104 zugeordnet, der dann ein Ausgangssignal
erzeugt, wenn der Kupplungsstift 60 seine voll eingerückte
Stellung erreicht hat. Die Ausgangssignale der verschie
denen Stellungsgeber 104 werden durch ein UND-Glied 106
zusammengefaßt, dessen Ausgang somit nur dann ein Signal
bereitstellt, wenn sämtliche der mechanisch nicht gekop
pelten Arbeitszylinder 100 die eingerückte Stellung der
Kupplungsstifte 60 herbeigeführt haben.
Man erkennt, daß die Führungs- und Betätigungseinrichtung
für die verschiedenen Kupplungsstifte 60, die in Fig.
6 gezeigt ist, besonders leicht an schon im Einsatz be
findlichen Antriebsteilen 40 nachgerüstet werden kann.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen war es
notwendig, in Umfangsrichtung verschachtelt zwischen den
Kupplungs-Gewindebohrungen 32 die glatten Kupplungsöff
nungen 38 vorzusehen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.
7 werden zum Herstellen der mechanischen Verbindung zwi
schen Antriebsteil 40 und oberem Rohrende die im Rohrend
abschnitt 24 sowieso schon vorgesehenen Kupplungs-Gewinde
bohrungen 32 verwendet.
Die Kupplungsstifte 60 haben einen mit Gewinde versehenen
Endabschnitt 108, der direkt mit der Kupplungs-Gewinde
bohrung 38 zusammenarbeiten kann. An den mit Gewinde ver
sehenen Endabschnitt 108 schließt sich ein glatter Zwi
schenabschnitt 110 an, der im Gleitspiel in der zugeord
neten Kupplungsöffnung 50 des Antriebsteiles 50 läuft.
Auf den Zwischenabschnitt 110 folgt ein kegelförmiger
Kopfabschnitt 112, dessen Form der Form des Senkkopfes
der Schraubbolzen 36 entspricht. Die Abschnitte 108 bis
112 entsprechen somit insgesamt einem Schraubbolzen 36.
Der Kopfabschnitt 112 ist an einen Spindelabschnitt 114
angeformt, der ein Gewinde trägt, welches in Drehsinn
und Steigung dem Gewinde auf dem Endabschnitt 108 ent
spricht. Der Spindelabschnitt 114 läuft in einer Gewinde
hülse 116, die in axialem Gleitspiel in einer Kammer 118
des ringförmig ausgebildeten Kupplungsgehäuses 54 Aufnahme
findet. Zur Sicherung der Gewindehülse 116 gegen Drehungen
innerhalb der Kammer 118 ist die Gewindehülse 116 mit
einer in Längsrichtung verlaufenden Nut 120 versehen,
in welche ein in der Kammerwand einsitzender Positionier
stift 122 im Gleitspiel eingreift.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, hat die Gewindehülse 116
geringere axiale Abmessung als die effektive Länge der
Kammer 118 und ist an ihren beiden Stirnseiten über ge
wellte Federn 124, 126 an den Kammerstirnwänden abge
stützt.
Um die Gewindehülse 116 in die Kammer 118 einführen zu
können und die Vorspannung der gewellten Scheibenfedern
124, 126 einstellen zu können, ist die Kammer 118 durch
einen ringförmigen Deckel 128 verschlossen, der außen
mit einem Gewinde versehen ist und in den mit Gewinde
versehenen äußersten Abschnitt der Kammer 118 hinein
schraubbar ist.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist die Länge es Spindelab
schnittes 114 mindestens um die Wandstärke des Rohrendab
schnittes 24 größer als die axiale Abmessung der Gewinde
hülse 116, so daß der zugleich den Kupplungsabschnitt
darstellende Endabschnitt 108 vollständig aus der Kupp
lungs-Gewindebohrung 32 herausgedreht werden kann. Zum
Indrehungversetzen des Spindelabschnittes 114 dient ein
Zahngetriebe. Zu diesem gehört ein Ritzel 130, welches
über eine Rutschkupplung auf den Spindelabschnitt 114
arbeitet. Hierzu ist das Ritzel 130 drehbar auf einen
außenliegenden Spindelendabschnitt 132 aufgesetzt und
durch einen Sprengring 134 axial festgelegt, der von einem
Zapfen 136 gehalten ist, der seinerseits vom Boden einer
Federkammer 138 nach außen übersteht. Die Federkammer
138 ist ringförmig in die freie Stirnfläche des Spindel
abschnittes 114 eingestochen und nimmt unter Vorspannung
einen Scheibenfederstapel 140 auf.
Das Ritzel 130 kämmt mit einem Zahnkranz 142, der in der
obenliegenden Stirnfläche des Betätigungsringes 66 ausge
bildet ist. Der Betätigungsring 66 ist beim hier betrach
teten Ausführungsbeispiel auf einer Schulter 144 des Kupp
lungsgehäuses 54 im Gleitsitz gelagert. Der Anschlagstab
82 ist direkt an die Außenseite des Betätigungsringes
66 angeformt, und der feststehende Anschlag 84 ist wieder
um in und aus der Bahn des Anschlagstabes 82 bewegbar.
Bei zurückgezogenem Anschlag 84 dreht sich der Betäti
gungsring 66 wieder mit dem Kupplungsgehäuse 54 mit, kommt
der Anschlagstab 82 in Anlage an den ausgefahrenen An
schlag 84 wird der Betätigungsring 66 auf dem Kupplungs
gehäuse 54 verdreht, und über die Ritzel 130 werden die
Kupplungsstifte 60 aus den Kupplungs-Gewindebohrungen
32 heraus oder in diese hineingedreht.
Beim Herausdrehen der Kupplungsstifte kommen diese voll
ständig von der zugeordneten Kupplungs-Gewindebohrung
32 frei, da der Spindelabschnitt 114 weiterhin mit der
Gewindehülse 116 zusammenarbeitet. Umgekehrt wird beim
Herstellen der Antriebsverbindung zwischen Antriebsteil
40 und Rohrendabschnitt 24 der mit Gewinde versehene End
abschnitt 108 dadurch überhaupt an die Kupplungs-Gewinde
bohrung 32 herangefahren, daß der Spindelabschnitt 114
mit der Gewindehülse 116 zusammenarbeitet.
In der Praxis ist es nicht möglich, den Anfang sämtlicher
der Kupplungs-Gewindebohrungen winkelmäßig exakt gleich
festzulegen, was notwendig wäre, damit die verschiedenen
mit Gewinde versehenen Kupplungsstifte alle gleichzeitig
in die zugeordneten Kupplungs-Gewindebohrungen 32 hinein
laufen. Um derartige Unterschiede in der Phasenlage der
im Rohrendabschnitt 24 liegenden Gewinde auszugleichen,
ist die Gewindehülse 116 entgegen der Kraft der gewellten
Scheibenfedern 124, 126 um mindestens eine Ganghöhe ver
stellbar.
Um im Notfall einen sehr stark festgeschraubten Kupplungs
stift wieder lösen zu können ist der zwischen dem Deckel
128 und dem Ritzel 130 liegende Teil des Kupplungsstiftes
mit einem Sechskant 146 versehen, an welchem ein Schrauben
schlüssel angesetzt werden kann.
Auf folgende Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungs
beispiele, die nicht in der Zeichnung wiedergegeben sind,
sei nachstehend kurz hingewiesen:
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 kann der Betätigungs
ring 66 drehbar auf dem Antriebsteil 66 gelagert werden,
wobei an die Stelle der ebenen Ringnut 98 eine in vertikaler
Richtung ansteigende und abfallende Abschnitte aufweisende
Nockennut-Anordnung tritt.
Werden beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Winkelhe
bel um eine achsparallele (vertikale) Achse drehbar gelagert,
kann man ihre Betätigungsarme mit einem Betätigungsstift
versehen und durch einen ähnlichen drehbaren Betätigungsring
antreiben, wie er in Fig. 3 gezeigt ist.
Umgekehrt kann man beim Ausführungsbeispiel nach den Fig.
1 bis 4 auch einen axial verlagerbaren Betätigungsring 66
vorsehen, der über Keilflächen auf dann schräg angestellte
hintere Stirnflächen der Führungsköpfe 58 arbeitet.
Claims (21)
1. Einrichtung zum Indrehungversetzen und axialen Bewegen
von Bohrrohrsträngen, welche aus einem oder mehreren
mechanisch miteinander verbundenen Bohrrohren bestehen,
mit einem mit dem Ende des Bohrrohrstranges verbindbaren
zylindrischen Antriebsteil, welches einen oberen Endab
schnitt des obersten Bohrrohres des Stranges übergreifen
kann und mit Kupplungsöffnungen versehen ist, die in eine
mit entsprechenden Kupplungsöffnungen des Bohrrohrendes
fluchtende Lage bewegbar sind, mit Kupplungsstiften, die
in und aus den fluchtend ausgerichteten Kupplungsöffnungen
von Antriebsteil und Bohrrohrende bewegbar sind, und mit
Antrieben zum Indrehungversetzen und axialen Verfahren
des Antriebsteiles, dadurch gekennzeichnet, daß das untere
Ende des Antriebsteiles (14) eine Führungseinrichtung (56,
58; 88; 100) trägt, durch welche die Kupplungsstifte (60)
in im wesentlichen zur Rohrachse radialer Richtung ver
lagerbar gehalten sind, und daß eine Servoantriebseinrich
tung (66, 82, 84; 100) auf die Kupplungsstifte (60) ar
beitet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungseinrichtung mit dem Antriebsteil (40)
verbundene radiale Führungswände (56) sowie mit den Kupp
lungsstiften (60) verbundene Führungsteile (58) aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß unter den Führungswänden für einen betrachteten
Kupplungsstift (60) jeweils vertikale und horizontale
Führungswände (56) sind und die Kupplungsstifte (60) mit
zwischen diesen Führungswänden (56) Aufnahme findenden
Führungsköpfen (58) verbunden sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungswände durch im Boden eines becherför
migen Kupplungsgehäuses (54) ausgebildete Führungsnuten
(56) und die Unterseite eines Kupplungsgehäusedeckels
(66) vorgegeben sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungseinrichtung Führungshebel (88) aufweist,
die drehbar (92) am Antriebsteil (40) gelagert sind und
an ihrem freien Ende jeweils den zugeordneten Kupplungs
stift (60) tragen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der freie Arm der Führungshebel (88) verglichen
mit der Wandstärke von Antriebsteil (40) und Bohrrohrend
abschnitt (24) groß ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schwenkachse (92) der Führungshebel
(88) in zur Wand des Antriebsteiles (40) tangentialer
Richtung verlaufen.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kupplungsstifte jeweils mit
einem Betätigungsteil (62; 96) verbunden sind, welches
durch die Führungseinrichtung nach außen geführt ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Servoantriebseinrichtung einen Betätigungsring
(66) aufweist, welcher eine einzige Nut (98) oder mehrere
Nuten (64) aufweist, in welche die Betätigungsteile (62;
96) für die Kupplungsstifte (60) eingreifen.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nuten des Betätigungsringes (66) Nockennuten
(64) sind und der Betätigungsring (66) drehbar auf dem
Antriebsteil (40) gelagert ist, wobei er vorzugsweise
durch Reibschluß in einer einmal eingestellten Winkelstel
lung gehalten bleibt.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Betätigungsring (66) axial verlagerbar auf
dem Antriebsteil (40) geführt ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Betätigungsring (66) großes Gewicht aufweist.
13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungseinrichtung jeweils eine Gewindefüh
rung (114, 116) aufweist, deren Achse mit der Achse der
zugeordneten Kupplungsöffnung (50) des Antriebsteiles
(40) fluchtet.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Servoantriebseinrichtung einen auf dem An
triebsteil (40) gelagerten, mit einem Zahnkranz (142)
versehenen Betätigungsring (66) aufweist, der mit auf
Spindelabschnitte (114) der Gewindeführungen arbeitenden
Ritzeln (130) kämmt und dessen Breite mindestens um den
Arbeitshub der Kupplungsstifte (60) größer ist als die
axiale Abmessung der Ritzel (130).
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ritzel (130) jeweils über eine Rutschkupplung
(140) auf die zugeordneten Spindelabschnitte (114) arbeiten.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß die Kupplungsstifte (60)
auf ihrer Außenfläche mit Gewinden versehen sind, die
gleiche Form und gleichen Drehsinn haben wie Schraubbolzen
(36), die zum bleibenden Verbinden aufeinanderfolgender
Bohrrohre (22) innerhalb des Bohrrohrstranges dienen.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß das Führungsgewinde und die Gewinde auf den Kupp
lungsstiften (60) gleichen Drehsinn und gleiche Steigung
haben.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Führungseinrichtungen gehörende Gewinde
hülsen (116) jeweils entgegen der Kraft von Rückstell
federn (124, 126) in axialer Richtung aus ihrer Ruhestel
lung auslenkbar sind.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß der Betätigungsring (66) erste
Anschlagmittel (82) trägt, die mit feststehenden Anschlag
mitteln (84) zusammenarbeiten, wobei eines dieser Anschlag
mittel zwischen einer Ruhestellung und einer Arbeitsstel
lung verlagerbar ist.
20. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungseinrichtungen und die Servoantriebs
einrichtung durch Arbeitszylinder (100) gebildet sind,
die auf dem Antriebsteil (40) angeordnet sind und deren
Kolbenstangenenden die Kupplungsstifte (60) bilden.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, ge
kennzeichnet durch den Kupplungsstiften (60) zugeord
nete Stellungsfühler (104), welche jeweils bei völlig
in die Kupplungsöffnungen (34) des Bohrrohrendes (24)
eingefahrenen Kupplungsstiften (60) ein Kontrollsignal
bereitstellen.
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Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |