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Tiefbohranlage mit mehreren Antri. ebsmotoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Tiefbohrgerät mit mehreren Antriebsmotoren für den Drehtisch, das Hebewerk, die Spülpumpen und die sonstigen Einrichtungen.
An derartige Geräte werden zahlreiche Forderungen gestellt, z. B. ist auf grösste Betriebssicherheit zu achten, da es bei Tiefbohrungen, die teilweise mehrere tausend Meter tief vorgetrieben werden, Situationen gibt, bei denen keinesfalls plötzlich der Spülungsumlauf und Spüldruck unterbrochen werden darf.
Daher müssen stets Reserveantriebsmotoren einschaltbar sein, so dass es zweckmässig ist, die Antriebsleistung auf mehrere Antriebsmotoren zu verteilen. Dies ist auch aus einem andern Grunde wünschenswert, nämlich um die Antriebsleistung je nach den vorherrschenden Betriebsverhältnissen dem jeweiligen Leistungsbedarf anzupassen, d. h. ohne bauliche Veränderungen zu vergrössern oder zu verkleinern.
Schliesslich dürfen die einzelnen Aggregate oder Einheiten nicht zu schwer und vor allem auch nicht zu umfangreich sein, da sie in den meisten Fällen mittels strassengebundener Transportmittelan ihre Ein- satzstelle gebracht werden müssen. Die Ladebreite und das Ladegewicht derartiger Fahrzeuge sind begrenzt, so dass eine Unterteilung der zu transportierenden Einheiten in dementsprechend bemessene Aggregate erforderlich ist.
Eine solche Tiefbohranlage mit mehreren Antriebsmotoren für den Drehtisch, das Hebewerk und die Spülpumpen, bei der mindestens je ein Antriebsmotor auf den Endteil einer dreigeteilten und mittels Kupplungen miteinander verbindbaren Vorgelegewelle treibt, von deren Mittelteil der Antrieb für das Hebewerk, den Drehtisch usw. und von deren Endteilen die Antriebe für die Spülpumpen abgeleitet sind, ist bekannt.
Hiebei wird durch die besondere Aufteilung der Vorgelegewelle in drei Teile und durch die Möglichkeit einer Verbindung der drei Teile mittels Kupplungen erreicht, dass die Motoren einzeln oder gemeinsam wahlweise den Drehtisch, die Spülpumpen und das Hebewerk antreiben können. Bei Ausfall eines der Motoren kann der verbleibende andere Motor die erforderliche Antriebsleistung übernehmen. Insbesondere kann bei einem Ausfall des Drehtisches der Betrieb der Spülpumpen zur Offenhaltung des Bohrloches durch diese Dreiteilung der Vorgelegewelle in vollem Umfang aufrechterhalten werden.
Bei einer derartigen Tiefbohranlage wird nun gemäss der Erfindung vorgeschlagen, die über je eine Gelenkwelle mit dem Mittelteil in Verbindung stehenden Endteile der dreigeteilten Antriebswelle getrennt von dem Getriebekasten zu dem Mittelteil je in einem oder in mehreren zusätzlichen Getriebekästen zu lagern und jeden der vorhandenen Getriebekästen unmittelbar vor einem der zugehörigen Antriebsmotoren und mit diesen gemeinsam auf einem Grundrahmen anzuordnen. Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist jeder der Endteile der dreigeteilten Vorgelegewelle über einKegelradwendegetriebe und linen Drehmomentwandler mit dem jeweiligen Antriebsmotor verbunden, so dass auf diese Weise eine Antriebseinheit mit einer quer zur Motorwelle angeordneten, durchgehenden Abtriebswelle mit beidseitigen Abtriebsenden gebildet wird.
Hiebei sind alle drei Hauptteile, nämlich der Motor, der Drehmomentwandler und das Teí1stückder Vorgelegewelle mit dem Kegelradwendegetriebe, auf einem gemeinsamen Grundrahmen montiert, so dass jede auf diese Weise gebildete Antriebseinheit als Ganzes beweglich ist
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und auch als geschlossenes Aggregat in der Nähe des Bohrturmes aufgestellt wird.
Bei jeder dieser Antriebseinheiten ist die quer zur Motorlängsachse verlaufende Abtriebswelle an ihrem einen Ende unter Zwischenschaltung einer. ein- und ausrückbaren Kupplung mit einer Spülpumpe verbunden und steht mit ihrem andern Ende, ebenfalls unter Zwischenschaltung einer Kupplung, mit dem Mittelteil der dreigeteilten Vorgelegewelle'in Verbindung, oder bei Anlagen, die mehr als zwei Motoren aufweisen, mit einer Nachbarantriebseinheit.
Die besondere'Ausbildung jeder Antriebseinheit, u. zw. mit einem Motor, der über einen Drehmomentwandler und ein Kegelradwendegetriebe auf eine quer zur Motorlängsachse verlaufende Abtriebswelle mit zwei Abtriebsenden treibt, erlaubt eine Aneinanderreihung und Nebeneinanderaufstellung von mehreren Einheiten und damit eine beliebige und einfache Vergrösserung einer bereits aufgestellten Anlage. Diese Vergrösserungsmöglichkeit ist vorteilhaft, wenn infolge besonderer Umstände eine Vergrösserung der Motorleistung oder der Leistung der Spülpumpen durch grössere Bohrtiefen notwendig ist.
Die bei den einzelnen Einheiten vorgesehenen Drehmomentwandler erlauben, da sie geringfügige und nicht zu vermeidende Drehzahlunterschiede der Motoren untereinander ausgleichen, eine direkte Verbindung der einzelnen Antriebseinheiten untereinander und ferner eine Verbindung über den.. Mittel- teil der Vorgelegewelle. Mit diesem Mittelteil, mit. den Spülpumpen und auch untereinander, "Ierden die Einheiten zweckmässigerweise durch Gelenkwellen verbunden, die einen Höhen- und Seitenunterschied ausgleichen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile einer aus mehreren Einheiten gebildeten Gesamtanlage werden an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Tiefbohranlage mit einer dreigeteilten Vorgelegewelle, bei der jeder Endteil zusammen mit je einem Motor eine Antriebseinheit bildet und bei der jeder Endteil mit einer Spülpumpe verbunden ist ; Fig. 2 eine Anlage gemäss Fig. l, bei der eine der beiden Pumpen zusätzlich mit einer weiteren Antriebseinheit derselben Bauart verbunden ist und dieser zusätzlichen Einheit eine weitere Pumpe nachgeschaltet ist ; Fig. 3 eine Anlage, ebenfalls mit einer dreigeteilten Vorgelegewelle, bei der jedoch je zwei Antriebseinheiten einen Endteil der Vorgelegewelle bilden und bei der die beiden Spülpumpen aussen liegen ;
Fig. 4 eine Ausführung entsprechend Fig. 3, bei der jedoch die beiden Spülpumpel1 zwischen den beiden Gruppender Antriebseinheiten liegen.
Die beiden Motoren 1 und 2 (Fig. 1) treiben über je einen Drehmomentwandler 3 und 4 auf die beiden Endteile 5 und 6 der aus diesen beiden Teilen und dem Mittelteil 7 bestehenden Vorgelegewelle.
Der Mittelteil 7 ist in dem Getriebekasten 8 gelagert, während die beiden Endteile 5 und 6 in davon getrennten Getriebekästen 9 und 10 angeordnet sind, die wiederum unmittelbar vor dem jeweiligen Motor auf einem mit diesem gemeinsamen Grundrahmen aufgesetzt sind und somit mit dem Motor eine Einheit bilden.
Die drei Wellenteile 5. 6 und 7 sind durch zwei Gelenkwellen 11 und 12 und zwei ein-und ausrückbare Kupplungen Kl und K2 miteinander verbunden. An dem andern Ende jedes Endteiles 5 bzw. 6 ist ebenfalls eine Kupplung K3 bzw. K4 vorgesehen, mittels der eine Zahnradübersetzung 13 bzw. 14 mit dem entsprechenden Endteil kraftschlüssig zu verbinden ist. Von dieser Zahnradübersetzung 13 bzw. 14 erfolgt der Abtrieb über ebenfalls eine Gelenkwelle 15 bzw. 16 zu der Pumpe 17 bzw. 18.
Jeder der Motoren 1 oder 2 treibt über ein Kegelrad zwei auf seinem zugehörigen Endteil angeordnete Kegelräder an, die durch die Kupplungen K13/14 bzw. K15/16 wechselweise mit dem jeweiligen Endteil kuppelbar sind. Ein Wechsel in dem kraftübertragenden Kegelrad bewirkt eine Drehrichtungsumkehr in dem Endteil. Ein zweites, mit den beiden Kegelrädern auf dem Endteil kämmendes Kegelrad ist mit einer Bremse 19 bzw. 20 verbunden. Die Bremsen dienen zum Abbremsen des Schleppmomentes am Wandler. Sie sind als Rückdrehbremsen ausgebildet, um die Zahnkupplungen einwandfrei schalten zu können.
Der Abtrieb von dem Mittelteil 7 erfolgt über zwei unterschiedliche Zahnradübersetzungen auf einen aus mehreren Teilen bestehenden Wellenstrang 21, dessen Teilstücke mittels Kupplungen K7, K8 und K9 miteinander kuppelbar sind. Zur Verbindung der beiden Zahnradübersetzungen bzw. deren Abtriebsräder mit dem Wellenstrang 21 sind zwei Kupplungen K5 und K6 vorgesehen. Durch wechselweises Einschalten dieser beiden Kupplungen werden zwei Drehzahlen im Wellenstrang 21 erreicht. Von den äusseren Teilen des Wellenstranges 21 werden der Antrieb des Drehtisches 22 und der des Hebwerkes 23 abgeleitet. In die-
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ches Antriebsaggregat für den Drehtisch 22, so dass dieser durch die Kupplungen K17/18 entweder von dem Mittelteil 7 der Vorgelegewelle oder von dem Antriebsaggregat 24 angetrieben werden kann.
Auch hier sind wieder zwei Gelenkwellen 25 und 26 vorgesehen.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anlage ermöglicht infolge der aus den drei Teilen 5,6 und 7 gebildeten Vorgelegewelle und den zwischengeschalteten Kupplungen Kl und K2 sowie den an den Spülpumpen angeordneten KupplungenK3 undK4 und den Kupplungen K13/14 und K15/16 in den Antriebseinheiten eine Vielzahl von Schaltmöglichkeiten. So ist es beispielsweise möglich, bei ausgerückter Kupplung K2 und eingeschalteter Kupplung K4 die Spülpumpe 18 allein durch den Motor 2 anzutreiben, wobei der Motor 1 bei eingerückter Kupplung Kl als Antriebsmotor für den Drehtisch oder das Hebewerk zur Verfügung steht.
Die Spülpumpe 18 und der Drehtisch 22 oder das Hebewerk 23 können damit vollständig unabhängig voneinander, u. zw. mit unterschiedlichen Drehzahlen, durch die beiden getrennt arbeitenden Motoren 1 und 2 angetrieben werden. Dies ist im Bohrbetrieb vorteilhaft, da oft ganz unterschiedliche Leistungen von
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verhältnismässig grossen Spülflüssigkeitsmenge kann der Motor 1 zusätzlich über die eingeschaltete Kupplung K3 auch noch die Spülpumpe 17 antreiben. Der von dem Motor 2 und der Spülpumpe 18 unabhängige Antrieb des Drehtisches usw. durch den Motor 1 erlaubt auch eine einfache Drehrichtungsumkehr am Drehtisch durch wechselweises Einschalten der beiden Kupplungen K13/14 ohne eine Beeinflussung des Antriebes der Spülpumpe 18.
Umgekehrt lässt sich auch die Pumpe 17 durch den Motor 1 allein antreiben, wobei dann der Motor 2 als Drehtischantrieb dient. Alle diese Vorteile werden erreicht durch die aus drei Teilen bestehende Vorgelegewelle, von deren Mittelteil 7 der Abtrieb zum Drehtisch 22 usw. erfolgt und auf deren beiden Endteile 5 und 6 die Motoren 1 und 2 treiben.
Ferner bietet diese Ausbildung noch die Möglichkeit, bei Ausfall eines der beiden Motoren, so z. B. bei Ausfall des Motors l, durch Ausrücken der Kupplung Kl sowohl den Drehtisch 22 als auch die Pumpe 18 gleichzeitig durch den Motor 2 anzutreiben. Bei einer Beschädigung im Hauptgetriebe 8, beispielsweise durch Lagerschaden der Welle 7, kann zumindest der Spülungsumlauf durch beide Pumpen 17 und 18 mit voller Leistung durch die beiden Motoren 1 und 2 aufrechterhalten werden. Dies ist wichtig und unbedingt erforderlich, damit bei einem Schaden im Bohrgestänge sich das Bohrloch nicht durch nachrutschendes Gestein zusetzt und das Bohrgestänge im Bohrloch festklemmt.
Bei jeder der vorhandenen Antriebseinheiten ist vorteilhafterweise die Untersetzungsstufe 13 bzw. 14 direkt an das jeweilige Gehäuse 9 bzw. 10 des Kegelradwendegetriebes angeflanscht.
Bei aufgestellten und bereits in Betrieb befindlichen Tiefbohranlagen tritt wiederholt die Forderung auf, die Menge der von den Spülpumpen geförderten Spülflüssigkeit zu erhöhen. Bei Erreichung einer grö- sseren Tiefedes Bohrloches oder bei besonderen örtlichen Bodenverhältnissen ist in den meisten Fällen bekanntlich ein grösserer Spülungsumlauf erforderlich. Dieser Forderung kann durch Aufstellung grösserer Pumpen nachgekommen werden. Jedoch wird dieser Weg in der Praxis nicht gerne beschritten, da man bestrebt ist, eine Pumpengrösse beizubehalten. und da ferner eine solche Massnahme auch im Hinblick auf die zur Verfügung stshe de Leistung der vorhandenen Antriebsmotoren nicht immer möglich ist.
Ein zweckmässiges Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 2. Hiebei ist, um den bei zunehmender Tiefe des Bohrloches ansteigenden Bedarf an Spülflüssigkeit decken zu können, neben einer der beiden vorhandenen Spülpumpen, u. zw. neben der Pumpe 17, eine weitere Antriebseinheit mit einer zusätzlichen Pumpe aufgestellt. Die Antriebswelle der Pumpe 17 ist hiebei über eine weitere Gelenkwelle 119, eine Zahnradstufe 120 und eine Kupplung K5 mit einer Welle 121 verbunden, die wiederum einen Teil einer Antriebseinheit bildet. Diese Welle 121 trägt zwei über Kupplungen K16/17 mit dieser zu verbindende Kegelräder, die wahlweise von einem Motor 122 angetrieben werden können.
An dem der Pumpe 17 entgegengesetzten Ende der durchgehenden Welle 121 ist ebenfalls eine Zahnradstufe 123 mit Kupplung K6 angeordnet, von der der Abtrieb über eine Gelenkwelle 124 zu einer Pumpe 125 erfolgt.
Die zwischen den Pumpen 125 und 17 angeordnete Antriebseinheit entspricht in ihrer Ausführung den übrigen beiden Einheiten lediglich mit dem Unterschied, dass hier beidseitig des Gehäuses 126 eine Zahnradstufe 120 bzw. 123 angeordnet ist.
Die vorgesehene Anordnung und Ausbildung ermöglicht den Antrieb der Pumpe 125 durch den Motor 122 und den Antrieb der Pumpe 17 durch den Motor 1. Anderseits ist es auch möglich, dass bei Ausfall des Motors 2 der Motor 122 beide Pumpen 17 und 125 zugleich antreibt, wobei dann der Motor l vollkommen für den Drehtischantrieb frei ist oder demgegenüber, dass bei Ausfall des Motors 122 der. Motor 1 beide Pumpen 17 und 125 antreibt. Durch die Erweiterung der, von rechts nach links gesehen, aus Spülpumpe 18, Antriebseinheit, Hauptgetriebe 8.
Antriebseinheit und Spülpumpe 17 gebildeten Kette um zwei weitere Glieder, nämlich die Antriebseinheit mit dem Motor 122 und die nachgeschaltete Spülpum- pe 125, wird nicht nur die Pumpenleistung erhöht, sondern auch die Betriebssicherheit der gesamten Anlage nicht unwesentlich vergrössert, da trotz Ausfall einer oder sogar zweier Motoren zumindest der Spülungsumlauf mit zwei Pumpen aufrechterhalten werden kann. Hiebei muss man berücksichtigen, dass,
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selbst bei Ausfall der Motoren 1 und 122, zwei Pumpen, u. zw. die Pumpen 17 und 18 oder sogar die Pumpen 17 und 125, durch den Motor 2 noch angetrieben werden können.
Die gemäss einem besonderen Merkmal der Erfindung vorgeschlagene Ausbildung der vorhandenen Antriebseinheiten, u. zw. mit einem quer zur Motorlängsachse verlaufenden, durchgehenden und mit zwei Antriebsende versehenen Wellenteil, ermöglicht es auf einfache Art, auch die Antriebsleistung einer Tiefbohranlage bei immer weiter in die Tiefe vordringender Bohrung zu vergrössern. Hiezu sind, wie in Fig. 3 dargestellt, auf jeder Seite des Hauptgetriebes 8 je zwei Antriebsmotoren la und 1b bzw. 2a und 2b aufgestellt, von denen jeder eine mit den Ausführungen der Fig. 1 und 2 übereinstimmende Antriebseinheit bildet. Auch bei dieser Anlage ist eine dreigeteilte Vorgelegewelle vorhanden, von deren Mittelteil 7 der Abtrieb zum Drehtisch 22, zum Hebewerk 23 und zur Schlämmtrommel 27 erfolgt.
Die Abtriebswellen 5a und 5b der aus den beiden Motoren la und 1b bestebenden linken Gruppe bilden zusammen mit der sie verbindenden Gelenkwelle 133 den einen Endteil der dreigeteilten Vorgelegewelle, während der andere Endteil durch die Abtriebswellen 6a und 6b der Antriebseinheiten mit den Motoren 2a und 2b und die beide Teile 6a und 6b verbindende Gelenkwelle 135 gebildet. wird. Die beiden Antriebseinheiten jeder der beiden Gruppen können durch ein-und ausschaltbare Kupplungen K20 und K21 voneinander getrennt werden.
Bei den in den Fig. 1-3 gezeigten Ausführungen sind die Spülpumpen links und rechts von den Antriebsmotoren oder den Antriebsmotorengruppen, u. zw. an den Aussenseiten der Anlage, angeordnet. Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich, wenn die Pumpen unmittelbar hinter dem Hauptgetriebe vorgesehen werden. Die Spülpumpen liegen dabei unmittelbar nebeneinander, so dass sich kurze Rohrleitungen ergeben. Dies gilt insbesondere für die Saugleitungen. Ferner ist nunmehr nur noch eine Sauggrube erforderlich. Auch die Betätigung der Schieber an den Pumpen kann schneller erfolgen, da beide Pumpen nebeneinander und der Anlagemitte näher stehen. Desgleichen macht sich auch beim Zementieren die Anordnung der beiden Pumpen unmittelbar nebeneinander vorteilhaft bemerkbar.
Zudem wird durch die Verwendung des Platzes hinter dem Hauptgetriebe, der bisher nicht voll ausgenutzt wurde, die Gesamtanlage in ihrer Breitenabmessung kleiner.
Diese vorgeschlagene Massnahme lässt sich sowohl bei einer Anlage anwenden, bei der jeweils ein Motor auf einen der beiden Endteile der Vorgelegewelle treibt, als auch bei einer Anlage, bei der je zwei Motoren einem Endteil zugeordnet sind. Hiebei besteht dann praktisch jeder Endteil der Vorgelegewelle aus zwei einzelnen Teilstücken die hintereinander liegen und die zusammen jeweils einen Endteil der dreigeteilten Vorgelegewelle ergeben.
Eine solche Anordnung bei einer Viermotorenanlage zeigt die Fig. 4. Die Pumpen 17 und 18 stehen unmittelbar nebeneinander zwischen den beiden Motoren 1b und 2a in der Mitte des Antriebes direkt hinter dem Hauptgetriebekasten 8. Die Pumpe 17 ist über die Gelenkwelle 15 und die Zahnradstufe 13 mit dem Wellenteil 5b, u. zw. über eine ein-und ausrückbare Kupplung K3, verbunden ; entsprechend steht die Pumpe 18 über die Gelenkwelle 16, die Zahnradstufe 14 und die Kupplung K4 in Verbindung mit dem Wellenteil 6a.
Die Getriebekästen 9a, 9b, 10a und l Ob für die Teilstücke der Endteile 5 und 6 der dreigeteilten Vorgelegewelle sind so ausgebildet, dass beidseitig alsFlanschgetriebeZahnradstufen, wie sie beispielsweise die Zahnradstufen 13 und 14 darstellen, angeordnet werden können, d. h. die Antriebseinheiten sind, abgesehen von den Zahnradstufen 13 und 14, alle gleich. Es ist somit möglich, auch noch links vom Motor la oder/und rechts vom Motor 2b zusätzlich eine Spülpumpe anzuordnen.
An Stelle der dargestellten, aus drei Zahnrädern bestehenden Zahnradstufe 13 bzw. 14 kann auch eine solche ohne Zwischenrad vorgesehen sein.
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