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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Handhaben von
Bohrstangen, umfassend: einen schlitzartigen
Aufbewahrungsraum, der für Bohrstangen bestimmt ist und eine
Austrittsöffnung aufweist; eine Schließeinrichtung zum Verschließen der
Austrittsöffnung des Aufbewahrungsraums; einen
Verlagerungsarm zum Verlagern der Bohrstangen zwischen der
Austrittsöffnung des Aufbewahrungsraums und einem Bohrzentrum durch eine
lineare Verlagerungsbewegung; eine Antriebseinrichtung zum
Verlagern des Verlagerungsarms; eine Greifbacke, die um eine
Querachse drehbar mit dem Verlagerungsarm verbunden ist, um
die Bohrstange zu greifen und zu halten; und eine
Antriebseinrichtung, um die Greifbacke in eine Greifposition und von
ihr weg zu drehen.
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Langlochbohren verwendet Bohrstangen oder Bohrstähle, die in
verschiedenen Aufbewahrungseinrichtungen aufbewahrt werden,
wie z. B. Drehkassetten, von wo aus die Stangen durch eine
sehr komplizierte Verlagerungseinrichtung zu einem
Bohrzentrum verlagert werden. Wie in dieser Patentanmeldung und in
den Ansprüchen verwendet, bezieht sich Bohrstangen auf
Bohrstangen, Bohrstähle, Bohrrohre und andere ähnliche
stangenähnliche Bauteile, die beim Langlochbohren verwendet werden.
Typischerweise wird eine Stange durch eine Drehbewegung
verlagert, wobei Arme, die um eine zur Bohrachse parallele
Achse drehbar sind, die Stange hin zum Bohrzentrum oder weg
davon verlagern. Sehr komplizierte Wirkungsweisen und Geräte
sind erforderlich, um diesen Arbeitsvorgang durchzuführen.
Solche Geräte sind schwierig zu verwenden und kostspielig
herzustellen, und ihre Komplexität verursacht eine konstante
Störungsgefahr. Solche Störungen werden typischerweise durch
die Drehbewegung der Stangenkassette, die Klemmbewegung der
Stangenverlagerungsarme zum Klemmen der Stangen und die
Drehbewegung der Arme von einer Position in eine andere
verursacht. Solche Lösungen sind beispielsweise in den
britischen Patenten 1 916 159 und 1 290 297 und dem US-Patent
3,420,319 offenbart. Die zuerst erwähnte Patentbeschreibung
offenbart eine Lösung, bei der Stangen in einer gebogenen
Kassette angeordnet sind, aus der sie durch drei separate
krummlinige Bewegungen zum Bohrzentrum verlagert werden, was
die Vorrichtung schwierig zu steuern macht.
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Das britische Patent 1 290 297 wiederum offenbart eine
Lösung, bei der Ölbohrrohre in einer geraden Kassette
aufbewahrt werden, und sie werden durch ein separates linear
bewegbares Verlagerungsmittel zum Bohrzentrum verlagert. Die
Lösung erfordert einen separaten komplizierten Mechanismus,
um aufbewahrte Rohre während der Verlagerungsbewegung zu
steuern, und sie ist schwierig anzuwenden. Die
Verlagerungseinrichtung der Vorrichtung, die in dem vorstehend erwähnten
Patent offenbart ist, wird vollständiger im britischen Patent
1 301 430 beschrieben, aus dem hervorgeht, daß die Lösung
eine Mehrzahl von verschiedenen Greifeinrichtungen und
Schließanordnungen umfaßt, während sich jedoch die Rohre in
Längsrichtung der Aufbewahrung bewegen können, wenn die
Aufbewahrung nicht voll ist.
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Das US-Patent 3,420,319 wiederum offenbart eine Lösung, bei
der Bohrrohre in einem geraden Aufbewahrungsbehälter
aufbewahrt werden, und sie werden zum Bohrzentrum verlagert, indem
man die Bohrrohrkassette verlagert.
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Ein weiterer Nachteil der Lösung nach dem Stand der Technik
ist, daß das Erlernen der Steuerung verschiedener
aufeinanderfolgender Bewegungen beim normalen Bohren zeitraubend ist
und bei der Arbeit Gefahrensituationen hervorruft. Auf
dieselbe Weise erhöhen alle weiteren Bewegungen die ungenutzte
Zeit beim Handhaben einer Bohrstange, wodurch das
Bohrverfahren langsamer gemacht wird. Wenn die drehbaren Arme
verwendet werden, müssen sie außerdem durch ein Verbindungsrohr
oder dergleichen mechanisch miteinander verbunden werden,
damit sie sich gleichzeitig drehen. Demgemäß müssen die Arme
bezüglich des Rahmens drehbar angebracht sein, was die
Struk
turen kostspielig und schwer macht.
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Ein Ziel der vorliegende Erfindung ist es, eine Vorrichtung
zum Handhaben von Bohrstangen bereitzustellen, die
ermöglicht, daß Bohrstangen zuverlässig und sicher aufbewahrt
werden, und die ermöglicht, daß die Stangen jederzeit unter
Kontrolle sind. Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine
Vorrichtung bereitzustellen, die einfach und leicht zu
verwirklichen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Schließeinrichtung und der Verlagerungsarm in bezug
zueinander quer bewegbar angebracht sind, so daß, wenn der
Verlagerungsarm in Richtung auf das Bohrzentrum bewegt worden
ist oder wenn die Greifbacke offen ist, sie die
Austrittsöffnung des Aufbewahrungsraums gemeinsam verschließen; daß der
Verlagerungsarm auf der Seite der Schließeinrichtung eine
geneigte Führungsfläche aufweist, wobei die Führungsfläche die
Schließeinrichtung an ihrem Ende in Richtung weg vom
Verlagerungsarm drückt, wenn der Verlagerungsarm in Richtung auf das
Bohrzentrum gedrückt wird; daß die Schließeinrichtung auf der
Seite des Bohrzentrums eine Stützfläche aufweist, die in
Richtung weg vom Ende der Schließeinrichtung geneigt ist,
wobei die in den Aufbewahrungsraum einzuführende Bohrstange
gegen die Stützfläche anliegt, wodurch die Schließeinrichtung
in Richtung weg vom Verlagerungsarm gedrückt wird; und daß
die Schließeinrichtung auf der Seite des Bohrzentrums in
einem Abstand von ihrem Ende eine zweite Stützfläche
aufweist, wobei die Greifbacke in ihrer gedrehten Position gegen
die zweite Stützfläche anliegt, wodurch die
Schließeinrichtung in Richtung weg vom Verlagerungsarm gedrückt wird.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die Stangen
in einem schlitzartigen Aufbewahrungsraum Seite an Seite
angeordnet sind, der eine Antriebseinrichtung, wie z. B. eine
Feder oder einen Hydraulikzylinder, aufweist, die die Stangen
nach außen drückt, und von dem die Stangen aufgenommen werden
oder in den sie eine nach der anderen eingeführt werden. Ein
anderes wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß sie eine
Schließeinrichtung umfaßt, die ermöglicht, daß die Stangen
den Aufbewahrungsraum nur dann verlassen, wenn die Greifbacke
die Stange greift und sie herausnimmt. Noch ein anderes
wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die Verlagerung
der Stange von der Austrittsöffnung des Aufbewahrungsraums
zum Bohrzentrum durch eine Linearbewegung stattfindet,
wodurch der Verlagerungsarm den Bohrstangenaufbewahrungsraum
und die in ihm in Position angeordneten Stangen während der
Verlagerungsbewegung blockiert. Ein weiteres wesentliches
Merkmal der Erfindung ist, daß die Schließeinrichtung zwei
geneigte Stützflächen umfaßt, die dem Bohrzentrum
gegenüberliegen und an verschiedenen Stellen sowohl in
Bewegungsrichtung der Schließeinrichtung als auch in Längsrichtung der
Bohrstange angeordnet sind. Die Bohrstange oder die
Greifbacke drückt die Schließeinrichtung an diesen Flächen
seitwärts, so daß die Bohrstange aus dem Aufbewahrungsraum bzw.
in den Aufbewahrungsraum verlagert werden kann. Der
Verlagerungsarm umfaßt ähnlich eine geneigte Führungsfläche, die die
Schließeinrichtung nach innen drückt, wenn der
Verlagerungsarm in Richtung auf das Bohrzentrum bewegt wird, wodurch die
Schließeinrichtung so verlagert wird, daß sie gegen eine
Oberfläche des Verlagerungsarms auf der Seite der Bohrstangen
auf eine derartige Weise anliegt, daß der Verlagerungsarm und
die Schließeinrichtung einen geschlossenen Aufbewahrungsraum
bilden und gemeinsam die Eintrittsöffnung des Raums
verschließen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht, daß die
Bohrstange vom Aufbewahrungsraum zum Bohrzentrum und
entsprechend vom Bohrzentrum zurück in den Aufbewahrungsraum durch
zwei Steuerbewegungen verlagert wird, die einfach zu erlernen
sind und die die Verlagerungsbewegung effizient
bewerkstelligen. Weiter sind die Stangen im Aufbewahrungsraum und
während der Verlagerung unter dauernder Kontrolle und
gesichert, so daß sich keine Störfälle und Schäden ereignen.
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Die Erfindung wird vollständiger mit Bezug auf die
beige
fügten Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Handhaben von Bohrstangen;
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die Fig. 2a bis 2e veranschaulichen den Betrieb der
Vorrichtung gemäß der Erfindung, wie in Richtung der Achse
des Bohrrohres gesehen; und
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Fig. 3 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform
eines Verlagerungsarms, einer Greifbacke und einer
Schließeinrichtung bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine Vorschubschiene 1 für eine Bohrmaschine 2,
längs welcher Schiene die Bohrmaschine bewegbar ist. Weiter
ist eine Vorrichtung zum Handhaben von Bohrstangen 3 mit der
Vorschubschiene 1 verbunden. Die Vorrichtung umfaßt zwei
Handhabungseinheiten 4, deren Struktur und Arbeitsweise in
größerer Einzelheit mit Bezug auf die anderen Figuren
beschrieben wird. In den Handhabungseinheiten 4 werden die
Bohrstangen parallel zur Vorschubschiene 1 auf eine derartige
Weise aufbewahrt, daß sie sich in einem Abstand vom
Bohrzentrum der Bohrmaschine und quer zu einer vom Bohrzentrum in
Richtung auf den Aufbewahrungsraum gezogenen Linie befinden
und Seite an Seite angeordnet sind, so daß sich die äußerste
Bohrstange 3 immer in derselben Ebene wie das Bohrzentrum der
Bohrmaschine in Richtung der Verlagerungsbewegung der
Handhabungseinheiten 4 befindet, wenn sich die Vorrichtung in einer
Bohrposition befindet.
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Die Fig. 2a bis 2e zeigen die Vorrichtung gemäß der
Erfindung, wie in Richtung der Bohrstangen gesehen. Die Figuren
zeigen einen Rahmen 5 der Handhabungseinheit 4. Der Rahmen
ist durch einen Träger 6 an der Vorschubschiene 1 angebracht.
Er ist mit einem schlitzartigen Aufbewahrungsraum 7 für die
Bohrstangen 3 versehen, und eine Feder 8 ist am Boden des
Aufbewahrungsraums vorgesehen, welche Feder die Bohrstangen 3
vom Aufbewahrungsraum 7 nach außen drückt, wodurch die
Stangen gegeneinander gedrückt gehalten werden. Neben dem
Aufbe
wahrungsraum 7 ist eine Schließeinrichtung 9 vorgesehen, die
in ihrem eigenen Raum bewegbar ist und von einer Schließfeder
10 in dieselbe Richtung gedrückt wird, wie diejenige, in die
die Feder 8 des Aufbewahrungsraums 7 die Bohrstangen drückt.
Weiter ist ein Verlagerungsarm 11, der in seiner
Längsrichtung und quer zum Aufbewahrungsraum 7 verschiebbar ist, mit
dem Rahmen 5 verbunden. Um den Verlagerungsarm 11 zu
verlagern, ist zwischen ihm und dem Rahmen 5 ein
Verlagerungszylinder 12 gekoppelt. Der Verlagerungsarm 11 weist weiter eine
zugehörige Greifbacke 13 auf, die in bezug auf den
Verlagerungsarm 11 um eine zu den Bohrstangen 3 parallele Achse 14
drehbar verbunden ist. Um die Greifbacke zu drehen, ist ein
Greifzylinder 15 angeordnet, um zwischen dem Verlagerungsarm
und der Greifbacke 13 zu wirken.
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Die Fig. 2a bis 2e zeigen schematisch, wie die
Schließeinrichtung 9 angeordnet ist, um unter dem Einfluß des
Verlagerungsarms 11, der Greifbacke 13 und der Bohrstangen 3 zu
arbeiten, so daß sie keine separate Betriebseinrichtung
benötigt. Aus Fig. 2a ist ersichtlich, wie die
Schließeinrichtung 9 in ihrer äußersten Position vorliegt, wenn sich
der Verlagerungsarm 11 in seiner am stärksten zurückgezogen
Position befindet, wodurch die Schließeinrichtung 9 und der
Verlagerungsarm 11 verhindern, daß die Bohrstangen 3 aus dem
Aufbewahrungsraum 7 herausfallen. Die Schließeinrichtung 9
umfaßt auf der Seite des Bohrzentrums mindestens zwei
geneigte Stützflächen 9a und 9b, die in Bewegungsrichtung der
Schließeinrichtung voneinander beabstandet sind und in
axialer Richtung der Bohrstangen 3 an verschiedenen Stellen
angeordnet sind. Dies ist näher in Fig. 3 dargestellt. Das Ende
des Verlagerungsarms 11 nahe der Schließeinrichtung 9 weist
auch eine geneigte Führungsfläche 11a auf. Wenn sich der
Verlagerungsarm in einer durch den Pfeil in Fig. 2a
angezeigten Richtung nach oben bewegt, drückt die Führungsfläche
11a zuerst die oberste Bohrstange 3a nach innen und drückt
dann gleicherweise die Schließeinrichtung 9 nach innen, wie
in Fig. 2b gezeigt, wodurch vor dem Aufbewahrungsraum 7 eine
Barriere gebildet wird, welche Barriere verhindert, daß die
Bohrstangen 3 aus dem Aufbewahrungsraum 7 herausfallen. Wenn
der Verlagerungsarm 11 vollständig ausgefahren ist, kann die
am Bohrzentrum 12 angeordnete Bohrstange 3b gegriffen werden,
indem die Greifbacke 13 auf eine derartige Weise gedreht
wird, daß ein in ihr ausgebildeter Stangenschlitz 13a um die
Bohrstange 3b positioniert wird, wodurch sie gegen die
Führungsfläche 11a des Verlagerungsarms 11 gepreßt wird. In
dieser Position kann der Verlagerungsarm 11 zurückgezogen
werden, d. h. in der Figur nach unten verlagert werden, so daß
die Bohrstange 3b zur Öffnung des Aufbewahrungsraums 7
verlagert wird. Wenn die Bohrstange 3b die Schließeinrichtung 9
erreicht, kann die Schließeinrichtung 9 entlang der
Führungsfläche 11a über einen Abstand nach außen gleiten, wenn der
Verlagerungsarm 11 zurückgezogen wird. Wie in Fig. 2d
gezeigt, kommt die Bohrstange 3b jedoch mit der äußersten
Stützfläche 9a der Schließeinrichtung 9 in Berührung, wodurch
die Schließeinrichtung wieder seitwärts gedrückt wird, so daß
sich die Bohrstange 3b an der Schließeinrichtung 9
vorbeibewegen und in den Aufbewahrungsraum 7 eintreten kann. Wenn die
Greifbacke 13 durch Verkürzen der Länge des Greifzylinders 15
geöffnet wird, kann sich danach die Schließeinrichtung 9 nach
außen bewegen, wodurch die Bohrstange 3b im Aufbewahrungsraum
7 blockiert wird. Fig. 2e zeigt, wie die zu verlagernde
Bohrstange den Aufbewahrungsraum erreicht hat und die
Greifbacke 13 die Schließeinrichtung an ihrer anderen Stützfläche
9b nach innen drückt, während sich die Spitze der
Schließeinrichtung 9 in einer von der Mittenlinie der Bohrstange 3
in Richtung auf den Aufbewahrungsraum verlagerten Position
befindet. Wenn die Greifbacke 13 durch Verkürzen des
Greifzylinders 15 geöffnet worden ist, wie in der Figur gezeigt,
kann sich die Schließeinrichtung 9 nach rechts in der Figur
bewegen, wodurch die Bohrstange 3b zuverlässig an ihrem Ort
blockiert wird.
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Nach Entfernen der Bohrstangen 3, 3a, 3b aus dem
Aufbewahrungsraum 7 wird der Arbeitsablauf umgekehrt, außer daß, wenn
die Greifbacke 13 als erstes gedreht wird, um die erste
Bohrstange 3b im Aufbewahrungsraum 7 zu greifen, sie die
Stützfläche 9b der Schließeinrichtung 9 drückt, wodurch die
Schließeinrichtung 9 nach innen gedrückt wird. Sie klemmt
dadurch die Bohrstange 3b gegen die Führungsfläche 11a des
Verlagerungsarms 11 fest, und die Spitze der
Schließeinrichtung 9 wird an der Bohrstange 3, d. h. zwischen ihrer
Mittelachse und ihrem Rand, der dem Aufbewahrungsraum 7
gegenüberliegt, in einer derartigen Position angeordnet, daß, wenn
der Verlagerungsarm 11 nach vorne gedrückt wird, die Spitze
der Schließeinrichtung 9 den geneigten Oberflächenteil der
Bohrstange 3b trifft und unter dem Einfluß der Bohrstange 3b
nach unten verlagert wird, bis sie in eine Position gegen die
Führungsfläche 11a des Verlagerungsarms 11 zurückkehren kann
und wieder seitwärts verlagert wird, um Platz für den
Verlagerungsarm 11 unter der Führung der Führungsfläche zu
machen. Die Bohrstange 3b kann danach zum Bohrzentrum 12
verlagert werden, die Greifbacke 13 kann geöffnet werden, und
der Verlagerungsarm 11 kann zurückgezogen werden. Demgemäß
wird die Bohrstange 3, 3a, 3b durch die Schließeinrichtung 9,
den Verlagerungsarm 11 und die Greifbacke 13 in allen
Zuständen unterstützt, so daß sie nicht versehentlich aus dem
Aufbewahrungsraum herausfällt oder aus der Handhabungseinheit
herausaustritt.
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Fig. 3 ist eine schematische Perspektivansicht einer
Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die die
Schließeinrichtung 9, den Verlagerungsarm 11 und die
Greifbacke 13 mit der Antriebseinrichtung 15 umfaßt. Wie aus der
Figur ersichtlich ist, weist die Schließeinrichtung 9 an
ihren Rändern die Stützflächen 9a und 9b auf, die in
verschiedenen Tiefen in Richtung der Schließeinrichtung
angeordnet sind. In der Praxis gibt es zwei symmetrisch angeordnete
Stützflächen 9a, eine bei jedem Vorsprung 9c an den
Außenrändern der Schließeinrichtung 9 auf eine derartige Weise,
daß die Greifbacke 13 zwischen den Flächen hindurchtreten
kann. Aus der Figur ist weiter ersichtlich, wie die
Greif
backe 13 in bezug auf die Schließeinrichtung 9 angeordnet
ist, wenn sie sich von ihrer am meisten geöffneten Stellung
in Richtung auf die Greifposition gedreht hat. Die Figur
zeigt auch, wie die Führungsfläche 11a des Verlagerungsarms
11 mit dem oberen Ende des Vorsprungs 9c der
Schließeinrichtung 9 in Berührung steht, wodurch sie mit den Enden der
Vorsprünge 9c an beiden Rändern in einer ähnlichen Berührung
steht. Aus praktischen Gründen ist die obere Ecke der
Schließeinrichtung 9 gerundet, damit die Bewegung und das
gegenseitige Gleiten der Flächen so glatt wie möglich
stattfindet. Die Figur zeigt nicht die Rahmenstrukturen und andere
Bauteile, die für das Verstehen der Beziehung zwischen den
vorstehend erwähnten drei Bauteilen weniger wichtig sind, da
sie in den anderen Figuren gezeigt sind. Wenn die Vorrichtung
gemäß der Erfindung wie in den Figuren gezeigt verwirklicht
ist, kann sie auf eine derartige Weise betrieben werden, daß
die Schließeinrichtung 9 und das die Stangen nach außen
drückende Betriebsmittel 8 keine separaten steuerbaren
Betriebsmittel benötigen, sondern sie kann unter der Führung
des Verlagerungsarms und der Greifbacke zuverlässig und
sicher arbeiten.
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Die Erfindung ist nur beispielhaft vorstehend beschrieben und
in den Zeichnungen dargestellt worden und ist keineswegs auf
das Beispiel beschränkt. Es können eine oder mehrere
Handhabungseinheiten in einer einzigen Vorrichtung vorgesehen
sein, wobei die geeignetste und vorteilhafteste Lösung darin
besteht, zwei Handhabungseinheiten zu verwenden. Der
Aufbewahrungsraum kann abhängig von der Anwendung linear oder
gebogen sein, vorausgesetzt daß die Bohrstäbe derart
angeordnet sind, daß jeweils ein Stab in die Austrittsöffnung des
Aufbewahrungsraums neben der Schließeinrichtung und dem
Verlagerungsarm eintreten kann. Die Schließeinrichtung 9 kann
verwirklicht werden, indem man entweder lediglich die beiden
Stützflächen 9a und 9b verwendet oder, wie in Fig. 3
gezeigt, indem man eine symmetrische Schließstruktur mit
Stützflächen in der Mitte oder an beiden Rändern verwendet, derart
daß auf die Schließeinrichtung 9 eine Kraft ausgeübt wird,
die im wesentlichen in bezug auf ihr Zentrum in Längsrichtung
symmetrisch ist. Auf diese Weise wird die Extrareibung, die
normalerweise durch asymmetrisches Belasten verursacht wird,
vermieden, selbst wenn die Verwendung der Struktur nicht
absolut notwendig ist.