EP2851504B1 - Bohrgestängegreifer - Google Patents

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Publication number
EP2851504B1
EP2851504B1 EP13185000.0A EP13185000A EP2851504B1 EP 2851504 B1 EP2851504 B1 EP 2851504B1 EP 13185000 A EP13185000 A EP 13185000A EP 2851504 B1 EP2851504 B1 EP 2851504B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill rod
pivot
gripper
claws
claw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP13185000.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2851504A1 (de
Inventor
Jochen Blens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Klemm Bohrtechnik GmbH
Original Assignee
Klemm Bohrtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Klemm Bohrtechnik GmbH filed Critical Klemm Bohrtechnik GmbH
Priority to EP13185000.0A priority Critical patent/EP2851504B1/de
Publication of EP2851504A1 publication Critical patent/EP2851504A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2851504B1 publication Critical patent/EP2851504B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/16—Connecting or disconnecting pipe couplings or joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B5/00—Clamps
    • B25B5/06—Arrangements for positively actuating jaws
    • B25B5/12—Arrangements for positively actuating jaws using toggle links
    • B25B5/122—Arrangements for positively actuating jaws using toggle links with fluid drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B5/00—Clamps
    • B25B5/14—Clamps for work of special profile
    • B25B5/147—Clamps for work of special profile for pipes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/18—Pipes provided with plural fluid passages

Definitions

  • the invention relates to a drill pipe gripper with at least one collet with a push claw, which is mounted linearly displaceable and for tensioning a drill string by means of a clamping cylinder is extendable, according to the preamble of claim 1.
  • Drill pipe grippers are used in particular for drilling rigs for earth or rock drilling, which approximately in the EP 1 832 710 B1 are described. These have a drilling device with drill carriage, along which a drill drive for drilling drill pipe elements of different diameters is slidably mounted. The drill string elements can be partially stacked in a magazine near the drilling device. By means of a drill string gripper, drill pipe elements can be transported from the magazine to the drilling device and back again. The drill string gripper can be automatically controlled or manually operated by a drill string manipulator. Another drill rod gripper with a collet and two pivoting claws goes out of the WO 2011/146 490 A1 out.
  • a generic drill string gripper is from the US 8,235,104 B1 known.
  • the pivoting claws are exposed to pivot on a lower base body.
  • the manipulators are mounted on a mini-excavator via a hydraulic turning or pivoting mechanism, driven by a free hydraulic circuit of the excavator and controlled electrically from the excavator's cab.
  • the drill pipe With the degrees of freedom of a rotatable upper carriage of the excavator, the excavator boom and the pivot mechanism, the drill pipe can be separated from a storage position, picked up and swung into the drilling axis of the drill.
  • a generic drill string gripper goes from the DE 201 20 810 U1 out.
  • the drill string elements are thereby clamped between a fixed stop and a sliding ren clamping jaw, which is moved by means of a hydraulic cylinder.
  • the position of the center axis of the tensioned Bschreibgestlindeijns changes when the diameter changes. This can be compensated only by changing or moving the fixed stop and possibly a change in the jaw.
  • This is particularly disadvantageous when a double rod with an outer tube and arranged therein, diameter smaller inner tube must be handled.
  • Another disadvantage is the unfavorable for the recording of drill rods arrangement of the clamping cylinder.
  • the lateral arrangement of a clamping cylinder requires a sufficient distance of the drill string elements in a drill pipe magazine, so that they can be gripped safely.
  • the invention has for its object to provide a drill string gripper, with which a stable construction and a secure and accurate gripping of drill string elements is achieved with different diameters.
  • the drill string gripper according to the invention is characterized in that in addition to the push claw two pivoting claws are provided, which are pivotally mounted on a tong frame opposite each other, and that the swivel claws are mechanically coupled to the linearly movable push claw, wherein the extension of the push claw, the two pivoting claws on the Drill rods are too pivotable.
  • a basic idea of the invention is to simultaneously actuate two additional pivot claws with the method of the push claw.
  • an actuation of three clamping jaws done.
  • a cylindrical drill pipe can thus be gripped at three points around the circumference, whereby a secure and positionally accurate gripping a cylindrical drill pipe is supported.
  • the contact points of the individual clamping jaws on the drill string are largely uniformly distributed around the circumference and preferably have an angular distance of 120 °.
  • This arrangement is particularly advantageous for gripping drill pipes with different outer diameters.
  • a secure gripping is further promoted according to a preferred embodiment of the invention in that at least two collets are provided, which are arranged along a gripper frame.
  • the two collets are arranged at the respective outer end of a rod-shaped connecting strut of the gripper frame.
  • three or more collets may also be arranged along the gripper frame.
  • the pivoting claws are connected to the push claw via a lever mechanism.
  • a lever mechanism By means of such a lever mechanism, the linear thrust movement of the thrust pawl can be translated into pivotal movement radially toward or away from the drill string member.
  • the lever mechanism has an intermediate lever, which is articulated on the one hand with the push claw and on the other hand with a pivoting claw via a pivot point.
  • This will be a Lever mechanism achieved in the manner of a toggle lever, which allows a particularly good power transmission.
  • the pivoting jaws each have a claw portion for contacting the drill string and an actuating portion and that between the claw portion and the actuating portion a pivot bearing is arranged.
  • the pivot bearing is thus located in a central region of the lever-shaped pivoting claw.
  • the jaw portion and the actuating portion preferably extend in opposite directions away from the pivot bearing.
  • a particularly accurate position gripping is achieved according to the invention in that the lever mechanism is designed so that the extension of the push claw, the pivoting jaws and the thrust pawl are moved evenly on a longitudinal axis of the drill string to be clamped.
  • the current extension positions of the push claw and the two pivoting claws preferably always lie on a momentary contact circle, which always has the same center point. This center coincides with the application on a drill with the drilling axis.
  • the circle of contact is to be understood as the circle on which the points of contact of the clamping claws lie with the outer surface of a cylindrical drill pipe to be clamped.
  • two or more collets on a drill string gripper can simultaneously engage telescoping drill string members of different bore diameters without requiring pre-adjustments to the chuck claws. There is thus the possibility that, with such a drill rod gripper, a single drill string element with a different outside diameter can then be gripped again using both collets.
  • Such uniform delivery of the push claw and the pivoting jaws can be achieved by a corresponding configuration of the lever mechanism.
  • a particularly preferred embodiment according to the invention is that the axes of the pivot bearings of the pivoting jaws are arranged so that a connecting line between the two axes intersects the longitudinal axis of the drill string to be clamped.
  • the connecting line provides the shortest connection between the two pivot axes of the pivot bearing of the opposite pivoting jaws.
  • the tong frame is fork-shaped with two forceps prongs and that the swivel claws are pivotable between a retracted position and a clamping position, wherein in the retracted position, the pivoting claws are substantially retracted into a receiving space, which is formed in the forceps prongs.
  • the pivoting jaws are not or only slightly over against the surrounding forceps of the Zahngenrahmens, whereby a narrow design is achieved. This allows a retraction of the narrow collet in a rod magazine, in which the drill string elements are mounted only a small distance from each other.
  • the swivel claws are well protected against external influences in the retracted position.
  • a development of the invention is that a BohrgestShemanipulator is provided with a drill string gripper, which is arranged adjustable on a manipulator.
  • the drill string gripper is configured according to the previous embodiments.
  • the drill string gripper is in particular attached to a multi-axis manipulator arm with which the drill string gripper with several degrees of freedom in space is adjustable.
  • the invention comprises a drill with a drill pipe magazine for magazineing drill string elements and a drilling device with drill drive for drilling the drill string elements, wherein the above-described BohrgestShemanipulator is provided.
  • a drill with a drill pipe magazine for magazineing drill string elements and a drilling device with drill drive for drilling the drill string elements, wherein the above-described BohrgestShemanipulator is provided.
  • It can be provided in particular a drill, as in the aforementioned EP 1 832 710 B1 which is attributable to the Applicant.
  • it may also be provided deviating drilling rigs with these features, these drills are preferably designed for earth and rock drilling.
  • a preferred embodiment is also that the drill for drilling a Doppelbohrgestlindes formed with an outer drill pipe and a partially arranged therein, smaller diameter inner drill pipe is, and that the collets for simultaneous concentric gripping of the outer drill pipe and the inner drill pipe are arranged on the gripper frame.
  • the at least two collets are arranged on the gripper frame in the gripping position parallel and at the same distance from the drill string axis.
  • a drill pipe gripper 10 according to the invention Fig. 1 has a gripper frame 12, with which the drill string gripper 10 is attached to a manipulator arm 52 of a BohrgestShemanipulator 50 shown only partially and schematically indicated.
  • the drill string gripper 10 can be moved, in particular to transport drill string elements from a drill pipe magazine to a drilling device and back again.
  • a transverse strut 14 is formed, attached at its two outer ends in each case a collet 20 for gripping the drill string element are.
  • the two collets 20 are preferably identical and according to the illustrated embodiment.
  • the collet 20 in this case has a fork-shaped forceps frame 22, which is formed from two frame plates 21 which are fixedly connected to one another via spacer elements 25.
  • a clamping cylinder 26 is arranged in a rear region, which is usually designed as a hydraulic cylinder. With the clamping cylinder 26, a push claw 24 is driven linearly displaceable within the clamp frame 22.
  • FIG. 2 a normal position of the collet 20 shown, in which the push claw 24 and the two pivoting claws 30 are arranged in their respective retreat position. In this retraction position, the push claw 24 and the pivot claws 30 are each retracted into the receiving space 44, which is formed in the collet frame 22 between the two frame plates 21. The push claw 24 and the pivot claws 30 are not beyond an outer contour of the fork-shaped forceps frame 22 out. Overall, such a narrow structure of the collet 20 is given, whereby a gripping even closely spaced drill pipe elements is made possible.
  • FIG. 3 the gripping of a first diameter of a larger drill string 5 with a longitudinal axis 3 is shown.
  • a cylinder piston 27 of the clamping cylinder 26 is extended until the attached to the cylinder piston 27 thrust pawl 24 an outer periphery of the drill string 5 contacted.
  • an intermediate lever 28 is articulated in each case. At the opposite end of the intermediate lever 28 of this is pivotally connected via an articulation point 34 with an actuating portion 38 of the lever-shaped pivoting claw 30.
  • the two pivoting claws 30 are respectively about a pivot bearing 40 about an axis 42 pivotally mounted on the forceps frame 22.
  • the pivot bearing 40 is arranged approximately centrally between the actuating portion 38 and a claw portion 36 of the pivoting jaw 30.
  • a drill string gripper 10 can be provided with two or more identically designed collets 20, which can grip drill pipe 5 with a wide variety of outside diameters without conversion measures.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bohrgestängegreifer mit mindestens einer Spannzange mit einer Schubklaue, welche linear verschiebbar gelagert und zum Spannen eines Bohrgestänges mittels eines Spannzylinders ausfahrbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bohrgestängegreifer werden insbesondere bei Bohrgeräten zum Erd- oder Gesteinsbohren eingesetzt, welche etwa in der EP 1 832 710 B1 beschrieben sind. Diese weisen eine Bohrvorrichtung mit Bohrlafette auf, entlang welcher ein Bohrantrieb zum Abbohren von Bohrgestängeelementen unterschiedlichen Durchmessers verschiebbar gelagert ist. Die Bohrgestängeelemente können dabei teilweise ineinandergesteckt in einem Magazin nahe der Bohrvorrichtung magaziniert sein. Mittels eines Bohrgestängegreifers können Bohrgestängeelemente vom Magazin zur Bohrvorrichtung und wieder zurück transportiert werden. Der Bohrgestängegreifer kann mittels eines Bohrgestängemanipulators automatisch gesteuert oder von Hand betrieben werden. Ein weiterer Bohrgestängegreifer mit einer Spannzange und zwei Schwenkklauen geht aus der WO 2011/146 490 A1 hervor.
  • Ein gattungsgemäßer Bohrgestängegreifer ist aus der US 8,235,104 B1 bekannt. Die Schwenkklauen sind freiliegend an einem unteren Grundkörper schwenkbar gelagert.
  • Beispielsweise im Spezialtiefbau werden solche Gestängemanipulatoren mit Bohrgestängegreifern als Arbeitserleichterung zum Handling von Einfach- und Doppelbohrgestängen eingesetzt. Häufig werden die Manipulatoren über einen hydraulischen Dreh- oder Schwenkmechanismus an einen Minibagger angebaut, über einen freien Hydraulikkreis des Baggers angetrieben und elektrisch aus der Kabine des Baggers gesteuert. Mit den Freiheitsgraden eines drehbaren Oberwagens des Baggers, des Baggerauslegers sowie des Schwenkmechanismus kann das Bohrgestänge von einer Ablageposition aus vereinzelt, aufgenommen und in die Bohrachse des Bohrgerätes eingeschwenkt werden.
  • Üblicherweise werden zur Klemmung des Bohrgestänges abgewandelte Gestänge- klemmvorrichtungen von Bohrgeräten eingesetzt. Ein gattungsgemäßer Bohrgestängegreifer geht beispielsweise aus der DE 201 20 810 U1 hervor. Die Bohrgestängeelemente werden dabei zwischen einem Festanschlag und einer verschiebbar ren Spannklaue geklemmt, welche mittels eines Hydraulikzylinders verfahren wird. Bei dieser Bauweise ist es nachteilig, dass sich die Lage der Mittelachse des gespannten Böhrgestängeelementes ändert, wenn sich dessen Durchmesser ändert. Dies kann nur durch Änderung oder Versetzen des Festanschlages und gegebenenfalls einer Änderung der Klemmbacke kompensiert werden. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn ein Doppelgestänge mit einem Außenrohr und einem darin angeordneten, Durchmesser kleineren Innenrohr gehandhabt werden muss. Ein weiterer Nachteil ist die für das Aufnehmen von Bohrgestängen ungünstige Anordnung des Spannzylinders. Die seitliche Anordnung eines Spannzylinders erfordert einen ausreichenden Abstand der Bohrgestängeelemente in einem Bohrgestängemagazin, damit diese sicher gegriffen werden können.
  • Aus der EP 1 832 710 B1 ist eine Spannzange eines Bohrgestängegreifers mit zwei schwenkbaren Spannklauen bekannt. Bei einer Änderung des Gestängedurchmessers ergibt sich auch bei einem gleichmäßigen aufeinander Zuschwenken der verschwenkbaren Spannklauen eine gewisse Verschiebung der Gestängeachse und zwar etwa senkrecht zur Spannrichtung Gerade beim Handhaben eines Doppelbohrgestänges, bei welchem das Innenrohr und das Außenrohr gleichzeitig aus dem Bohrgestängemagazin gegriffen und konzentrisch in die Bohrachse der Bohrvorrichtung zum Verschrauben mit dem abgebohrten Bohrstrang gebracht werden müssen, ist ein positionsgenaues Greifen und Einsetzen des Doppelbohrgestänges in die Bohrachse für einen störungsfreien Betrieb wesentlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrgestängegreifer anzugeben, mit welchem bei einem stabilen Aufbau ein sicheres und positionsgenaues Greifen von Bohrgestängeelementen auch mit unterschiedlichen Durchmessern erreicht wird.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen Bohrgestängegreifer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Bohrgestängegreifer ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Schubklaue zwei Schwenkklauen vorgesehen sind, welche schwenkbar an einem Zangenrahmen einander gegenüberliegend gelagert sind, und dass die Schwenkklauen mit der linear verschiebbaren Schubklaue mechanisch gekoppelt sind, wobei beim Ausfahren der Schubklaue die beiden Schwenkklauen auf das Bohrgestänge zu verschwenkbar sind.
  • Eine Grundidee der Erfindung liegt darin, mit dem Verfahren der Schubklaue gleichzeitig zwei zusätzliche Schwenkklauen zu betätigen. So kann bei einem kompakten Aufbau mit vorzugsweise einem einzelnen Stellzylinder eine Betätigung von drei Spannklauen erfolgen. Ein zylindrisches Bohrgestänge kann so an drei Punkten um den Umfang gegriffen werden, wodurch ein sicheres und positionsgenaues Greifen eines zylindrischen Bohrgestänges unterstützt wird. Die Kontaktpunkte der einzelnen Spannklauen am Bohrgestänge sind dabei weitgehend gleichmäßig um den Umfang verteilt und weisen vorzugsweise einen Winkelabstand von 120° auf.
  • Diese Anordnung ist insbesondere zum Greifen von Bohrgestängen mit unterschiedlichen Außendurchmessern vorteilhaft.
  • Ein sicheres Greifen wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung noch dadurch gefördert, dass mindestens zwei Spannzangen vorgesehen sind, welche entlang eines Greiferrahmens angeordnet sind. Vorzugsweise sind die zwei Spannzangen an dem jeweils äußeren Ende einer stangeförmigen Verbindungsstrebe des Greiferrahmens angeordnet. Abhängig von der Größe des zu greifenden Bohrgestängeelementes können auch drei oder mehr Spannzangen entlang des Greiferrahmens angeordnet sein.
  • Für eine besonders stabile Ausgestaltung nachder Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwenkklauen mit der Schubklaue über einen Hebelmechanismus miteinander verbunden sind. Über einen solchen Hebelmechanismus kann die lineare Schubbewegung der Schubklaue in eine Schwenkbewegung radial auf das Bohrgestängeelement zu oder von diesem weg übersetzt werden.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der Hebelmechanismus einen Zwischenhebel aufweist, welcher einerseits mit der Schubklaue und andererseits mit einer Schwenkklaue über einen Anlenkpunkt gelenkig verbunden ist. Hierdurch wird ein Hebelmechanismus in Art eines Kniehebels erreicht, welcher eine besonders gute Kraftübertragung erlaubt.
  • Für eine gute Kraftübertragung ist es nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besonders zweckmäßig, dass die Schwenkklauen jeweils einen Klauenabschnitt zum Kontaktieren des Bohrgestänges und einen Betätigungsabschnitt aufweisen und dass zwischen dem Klauenabschnitt und dem Betätigungsabschnitt ein Schwenklager angeordnet ist. Das Schwenklager befindet sich somit in einem Mittenbereich der hebelförmigen Schwenkklaue. Der Klauenabschnitt und der Betätigungsabschnitt erstrecken sich vorzugsweise in entgegengesetzte Richtungen vom Schwenklager weg.
  • Ein besonders positionsgenaues Greifen wird nachder Erfindung dadurch erreicht, dass der Hebelmechanismus ausgelegt ist, dass beim Ausfahren der Schubklaue die Schwenkklauen und die Schubklaue gleichmäßig auf eine Längsachse des zu spannenden Bohrgestänges zubewegbar sind. Die momentanen Ausfahrpositionen der Schubklaue und der beiden Schwenkklauen liegen dabei vorzugsweise stets auf einem momentanen Kontaktkreis, welcher stets den gleichen Mittelpunkt hat. Dieser Mittelpunkt fällt bei der Anwendung an einem Bohrgerät mit der Bohrachse zusammen. Unter Kontaktkreis ist der Kreis zu verstehen, auf welchen die Berührpunkte der Spannklauen mit der äußeren Oberfläche eines zu spannenden zylindrischen Bohrgestänges liegen. Mit dieser Anordnung können zwei oder mehrere Spannzangen an einem Bohrgestängegreifer gleichzeitig ineinander gesteckte Bohrgestängeelemente mit unterschiedlichen Bohrdurchmessern konzentrisch greifen, ohne dass Voreinstellungen an den Spannklauen durchgeführt werden müssten. Es besteht so die Möglichkeit, dass mit einem solchen Bohrgestängegreifer anschließend mit beiden Spannzangen wieder ein einzelnes Bohrgestängeelement mit einem anderen Außendurchmesser gegriffen werden kann.
  • Ein derartiges gleichmäßiges Zustellen der Schubklaue und der Schwenkklauen kann durch eine entsprechende Ausgestaltung des Hebelmechanismus erreicht werden. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht nach der Erfindung darin, dass die Achsen der Schwenklager der Schwenkklauen so angeordnet sind, dass eine Verbindungslinie zwischen den beiden Achsen die Längsachse des zu spannenden Bohrgestänges schneidet. Die Verbindungslinie stellt dabei die kürzeste Verbindung zwischen den beiden Schwenkachsen der Schwenklager der gegenüberliegenden Schwenkklauen dar.
  • Für ein gutes Greifen von Bohrgestängeelementen ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Zangenrahmen gabelförmig mit zwei Zangenzinken ausgebildet ist und dass die Schwenkklauen zwischen einer Rückzugsposition und einer Spannposition verschwenkbar sind, wobei in der Rückzugsposition die Schwenkklauen im Wesentlichen in einen Aufnahmeraum eingefahren sind, welcher in den Zangenzinken ausgebildet ist. Bevorzugt stehen in der Rückzugsposition die Schwenkklauen gegenüber den umgebenden Zangenzinken des Zahngenrahmens nicht oder nur geringfügig über, wodurch eine schmale Bauform erreicht wird. Dies erlaubt ein Einfahren der schmalen Spannzange in ein Gestängemagazin, in welchem die Bohrgestängeelemente nur mit geringem Abstand zueinander gelagert sind. Zudem sind in der Rückzugsposition die Schwenkklauen gut vor äußeren Einflüssen geschützt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass ein Bohrgestängemanipulator mit einem Bohrgestängegreifer vorgesehen ist, welcher an einem Manipulatorarm verstellbar angeordnet ist. Der Bohrgestängegreifer ist entsprechend den vorausgehenden Ausführungen ausgestaltet. Der Bohrgestängegreifer ist insbesondere an einem mehrachsigen Manipulatorarm angebracht, mit welchem der Bohrgestängegreifer mit mehreren Freiheitsgraden im Raum verstellbar ist.
  • Weiterhin umfasst die Erfindung ein Bohrgerät mit einem Bohrgestängemagazin zum Magazinieren von Bohrgestängeelementen und einer Bohrvorrichtung mit Bohrantrieb zum Abbohren der Bohrgestängeelemente, wobei der vorbeschriebene Bohrgestängemanipulator vorgesehen ist. Es kann insbesondere ein Bohrgerät vorgesehen sein, wie es in der eingangs genannten EP 1 832 710 B1 beschrieben ist, welche auf die Anmelderin zurückgeht. Es können jedoch auch abweichende Bohrgeräte mit diesen Merkmalen vorgesehen sein, wobei diese Bohrgeräte vorzugsweise zum Erd- und Gesteinsbohren ausgebildet sind.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform besteht zudem darin, dass das Bohrgerät zum Abbohren eines Doppelbohrgestänges mit einem Außenbohrgestänge und einem teilweise darin angeordneten, durchmesserkleineren Innenbohrgestänge ausgebildet ist, und dass die Spannzangen zum gleichzeitigen konzentrischen Greifen des Außenbohrgestänges und des Innen bohrgestänges an dem Greiferrahmen angeordnet sind. Die zumindest zwei Spannzangen sind dabei am Greiferrahmen in der Greifposition parallel und mit gleichem Abstand zur Bohrgestängeachse angeordnet. Bei dieser Anordnung können mit dem erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifer positionsgenau und konzentrisch gleichzeitig Bohrgestängeelemente mit unterschiedlichen Außendurchmessern gegriffen werden. Dies ist insbesondere bei Doppelbohrgestängen mit einem Außenbohrgestänge der Fall, aus welchem teilweise ein darin angeordnetes Innenbohrgestänge mit kleinerem Innendurchmesser herausragt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben, welches schematisch in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifers;
    Fig. 2:
    eine schematische Querschnittsansicht einer Spannzange des Bohrgestängegreifers von Fig. 1;
    Fig. 3:
    eine schematische Querschnittsansicht der Spannzange von Fig. 2 beim Greifen eines ersten Bohrgestänges; und
    Fig. 4:
    eine schematische Querschnittsansicht der Spannzange von Fig. 2 und Fig. 3 beim Spannen eines zweiten, Durchmesser kleineren Bohrgestänges.
  • Ein erfindungsgemäßer Bohrgestängegreifer 10 gemäß Fig. 1 weist einen Greiferrahmen 12 auf, mit welchem der Bohrgestängegreifer 10 an einem nur teilweise dargestellten und schematisch angedeuteten Manipulatorarm 52 eines Bohrgestängemanipulator 50 befestigt ist. Mittels des teilweise dargestellten Manipulatorarmes 52 kann der Bohrgestängegreifer 10 bewegt werden, insbesondere um Bohrgestängeelemente aus einem Bohrgestängemagazin zu einer Bohrvorrichtung und wieder zurück zu transportieren.
  • Am Greiferrahmen 12 ist eine Querstrebe 14 ausgebildet, an dessen beiden äußeren Enden jeweils eine Spannzange 20 zum Greifen des Bohrgestängeelementes angebracht sind. Die beiden Spannzangen 20 sind vorzugsweise und entsprechend der dargestellten Ausführungsform gleich ausgebildet. Die Spannzange 20 weist dabei einen gabelförmigen Zangenrahmen 22 auf, welcher aus zwei Rahmenplatten 21 gebildet ist, welche über Abstandselemente 25 fest miteinander verbunden sind. Innerhalb des Zangenrahmens 22 ist in einem hinteren Bereich ein Spannzylinder 26 angeordnet, welcher üblicherweise als ein Hydraulikzylinder ausgebildet ist. Mit dem Spannzylinder 26 ist eine Schubklaue 24 innerhalb des Zangenrahmens 22 linear verschiebbar angetrieben. Mechanisch gekoppelt an der Schubklaue 24 sind zwei verschwenkbar gelagerte Schwenkklauen 30, welche innerhalb eines Aufnahmeraumes 44 in den beiden Zangenzinken 23 des gabelförmigen Zangenrahmens 22 angeordnet sind. Für ein zuverlässiges Greifen eines Bohrgestänges sind an der Schubklaue 24 und den beiden Schwenkklauen 30 einer Spannzange 20 jeweils geriffelte Kontaktplatten 32 angebracht.
  • Die Funktionsweise der Spannzangen 20 eines erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifers 10 wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 4 erläutert. Dabei ist in Fig. 2 eine Normalposition der Spannzange 20 dargestellt, in welcher die Schubklaue 24 und die beiden Schwenkklauen 30 in ihrer jeweiligen Rückzugsposition angeordnet sind. In dieser Rückzugsposition sind die Schubklaue 24 und die Schwenkklauen 30 jeweils in den Aufnahmeraum 44 eingefahren, welcher im Spannzangenrahmen 22 zwischen den beiden Rahmenplatten 21 ausgebildet ist. Dabei stehen die Schubklaue 24 und die Schwenkklauen 30 nicht über eine Außenkontur des gabelförmigen Zangenrahmens 22 hinaus. Insgesamt ist so ein schmaler Aufbau der Spannzange 20 gegeben, wodurch ein Greifen auch eng beieinander gelagerter Bohrgestängeelemente ermöglicht ist.
  • Gemäß Fig. 3 ist das Greifen eines ersten Durchmesser größeren Bohrgestänges 5 mit einer Längsachse 3 gezeigt. Hierzu wird ein Zylinderkolben 27 des Spannzylinders 26 ausgefahren, bis die am Zylinderkolben 27 befestigte Schubklaue 24 einen Außenumfang des Bohrgestänges 5 kontaktiert.
  • An den Außenseiten der plattenförmigen Schubklaue 24 ist jeweils ein Zwischenhebel 28 gelenkig gelagert. Am gegenüber liegenden Ende des Zwischenhebels 28 ist dieser über einen Anlenkpunkt 34 gelenkig mit einem Betätigungsabschnitt 38 der hebelförmigen Schwenkklaue 30 verbunden. Die beiden Schwenkklauen 30 sind jeweils über ein Schwenklager 40 um eine Achse 42 verschwenkbar am Zangenrahmen 22 gelagert. Das Schwenklager 40 ist dabei etwa mittig zwischen dem Betätigungsabschnitt 38 und einem Klauenabschnitt 36 der Schwenkklaue 30 angeordnet. Durch das lineare Ausfahren der Schubklaue 24 mittels des Spannzylinders 26 wird auf die Schwenkklauen 30 jeweils über den angelenkten Zwischenhebel 28 ein Druck ausgeübt, durch welchen der Klauenabschnitt 36 um das Schwenklager 40 in Richtung auf die Längsachse 3 des Bohrgestänges 5 zugeschwenkt wird.
  • Durch dieses Ausfahren der Schubklaue 24 und der Schwenkklauen 30 aus der Rückzugsposition im Zangenrahmen 22 gelangen die Spannklauen jeweils in die Spannposition, an welcher die drei Spannklauen verteilt über den Umfang des Bohrgestänges 5 an diesem anliegen.
  • Dieses gleichzeitige mehrfache Kontaktieren der Schubklaue 24 und der Schwenkklauen 30 an dem Bohrgestänge 5 ist unabhängig vom Durchmesser des Bohrgestänges 5, wie aus der Darstellung gemäß Fig. 4 anschaulich zu entnehmen ist. Dabei ist die Anlenkung der Schwenkklauen 30 über einen Hebelmechanismus mit der Schubklaue 24 so ausgestaltet, dass ein konzentrisches Greifen des Bohrgestänges 5 unabhängig vom Außendurchmesser des Bohrgestänges 5 ermöglicht ist. Dies wird in der dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, dass die Längsachse 3 des zu spannenden Bohrgestänges 5 die direkte Verbindungslinie schneidet, welche sich zwischen den Achsen 42 der gegenüber liegenden Schwenklager 40 der beiden Schwenkklauen 30 erstreckt. Der in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Kniehebelmechanismus mit einem Zwischenhebel 28 erlaubt ein Spannen eines Bohrgestänges 5 mit einem relativ großen Anpressdruck der Spannklauen, so dass ein sicheres und auch bei sich ändernden Außendurchmessern des Bohrgestänges 5 positionsgenaues Greifen erreicht wird.
  • Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann ein Bohrgestängegreifer 10 mit zwei oder mehr gleich ausgebildeten Spannzangen 20 versehen sein, welche ohne Umbaumaßnahmen Bohrgestänge 5 mit den unterschiedlichsten Außendurchmessern greifen können.

Claims (8)

  1. Bohrgestängegreifer mit mindestens einer Spannzange (20) mit einer Schubklaue (24), welche linear verschiebbar gelagert und zum Spannen eines Bohrgestänges (5) mittels eines Spannzylinders (26) ausfahrbar ist,
    wobei zusätzlich zu der Schubklaue (24) zwei Schwenkklauen (30) vorgesehen sind, welche schwenkbar an einem Rahmen einander gegenüberliegend gelagert sind,
    wobei die Schwenkklauen (30) mit der linear verschiebbaren Schubklaue (24) mechanisch gekoppelt sind, wobei beim Ausfahren der Schubklaue (24) die beiden Schwenkklauen (30) auf das Bohrgestänge (5) zu verschwenkbar sind, und die Schwenkklauen (30) mit der Schubklaue (24) über einen Hebelmechanismus miteinander verbunden sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Rahmen gabelförmig als ein Zangenrahmen (22) mit zwei Zangenzinken (23) zum Eingreifen in ein Gestängemagazin ausgebildet ist,
    dass die Zangenzinken (23) des Zangenrahmens (22) einen Aufnahmeraum (44) zum Aufnehmen der Schwenkklauen (30) aufweisen,
    dass die Schwenkklauen (30) zwischen einer Rückzugsposition und einer Spannposition verschwenkbar sind, wobei in der Rückzugsposition die Schwenkklauen (30) in den Aufnahmeraum (44) in den Zangenzinken (23) eingefahren sind, und
    dass der Hebelmechanismus ausgelegt ist, dass beim Ausfahren der Schubklaue (24) die Schwenkklauen (30) aus der Rückzugsposition in dem Aufnahmeraum (44) in die Spannposition verschwenkbar sind, wobei die Schubklaue (24) und die Schwenkklauen (30) gleichmäßig auf eine Längsachse (3) des zu spannenden Bohrgestänges (5) zubewegbar sind.
  2. Bohrgestängegreifer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens zwei Spannzangen (20) vorgesehen sind, welche entlang eines Greiferrahmens (12) angeordnet sind.
  3. Bohrgestängegreifer nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Hebelmechanismus einen Zwischenhebel (28) aufweist, welcher einerseits mit der Schubklaue (24) und andererseits mit einer Schwenkklaue (30) über einen Anlenkpunkt (34) gelenkig verbunden ist.
  4. Bohrgestängegreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schwenkklauen (30) jeweils einen Klauenabschnitt (36) zum Kontaktieren des Bohrgestänges (5) und einen Betätigungsabschnitt (38) aufweisen, und dass zwischen dem Klauenabschnitt (36) und dem Betätigungsabschnitt (38) ein Schwenklager (40) angeordnet ist.
  5. Bohrgestängegreifer nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Achsen (42) der Schwenklager (40) der Schwenkklauen (30) so angeordnet sind, dass eine Verbindungslinie zwischen den beiden Achsen (42) die Längsachse (3) des zu spannenden Bohrgestänges (5) schneidet.
  6. Bohrgestängemanipulator mit einem Bohrgestängegreifer (10), welcher an einem Manipulatorarm (52) verstellbar angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Bohrgestängegreifer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen ist.
  7. Bohrgerät mit einem Bohrgestängemagazin zum Magazinieren von Bohrgestängeelementen und einer Bohrvorrichtung mit Bohrantrieb zum Abbohren der Bohrgestängeelemente,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Bohrgestängemanipulator (50) nach Anspruch 6 vorgesehen ist.
  8. Bohrgerät nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dieses zum Abbohren eines Doppelbohrgestänges mit einem Außenbohrgestänge und einem teilweise darin angeordneten, durchmesserkleineren Innenbohrgestänge ausgebildet ist und
    dass die Spannzangen (20) zum gleichzeitigen konzentrischen Greifen des Außenbohrgestänges und des Innenbohrgestänges an dem Greiferrahmen (12) angeordnet sind.
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