DE10023467C1 - Bohrvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Erstellen von Bohrungen unter Verwendung von Bohrrohren. Die Bohrvorrichtung umfasst einen Bohrantrieb, eine Aufnahmeeinrichtung mit einem angetriebenen Drehteller zum Aufnehmen eines Bohrrohres mit einer radial gerichteten Verriegelungsöffnung, und einer Verriegelungseinrichtung. Durch diese ist ein Riegelbolzen über ein axial verschiebbares Stellelement zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung verstellbar. Erfindungsgemäß ist ein besonders robuster und konstruktiv einfacher Aufbau dadurch erreicht, dass das Stellelement eine verschiebbare Stellstange ist, von der ein Ende entlang einer Steuerkulisse bewegbar geführt ist. Die Steuerkulisse weist ein sich in Achsrichtung erstreckendes keilförmiges Profil auf und ist relativ zum Drehteller drehbar gelagert. Durch eine Verdrehung der Steuerkulisse gegenüber dem Drehteller ist die Stellstange axial verschiebbar und damit der Riegelbolzen betätigbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Erstellen von Bohrungen unter Verwendung von Bohrrohren, mit

• - einem Drehantrieb als Bohrantrieb,
• - einer Aufnahmeeinrichtung mit einem drehend antreibba­ ren Drehteller zum Aufnehmen eines Bohrrohres mit min­ destens einer radial gerichteten Verriegelungsöffnung und
• - einer am Drehteller angebrachten Verriegelungseinrich­ tung, welche mindestens einen radial verschiebbar ge­ lagerten Riegelbolzen umfasst, welcher über ein axial verschiebbares Stellelement zwischen einer Verriege­ lungsstellung, in welche der Riegelbolzen zur Herstel­ lung einer Formschlussverbindung in die Verriegelungs­ öffnung des Bohrrohres eingreift, und einer Entriege­ lungsstellung verstellbar ist, in welcher der Riegel­ bolzen aus der Verriegelungsöffnung des Bohrrohres herausgefahren ist.

Eine gattungsgemäße Bohrvorrichtung mit einer derartigen Bohrrohr-Verriegelung geht aus der DE 41 13 847 C1 hervor. Zum Aufnehmen und Halten eines Bohrrohres weist diese Ver­ riegelung federnd gelagerte Riegelbolzen auf, welche durch axiales Verschieben einer Druckrolle in eine Verriegelungs­ position verschoben werden, bei der der Riegelbolzen in eine Öffnung des Bohrrohres eingreift. Die axiale Verschie­ bung der Druckrollen wird über Hydraulikzylinder erreicht. Um in der verriegelten Stellung ein Mitdrehen der Hydrau­ likzylinder mit dem drehend angetriebenen Bohrrohr zu ver­ meiden, ist bei dieser gattungsgemäßen Bohrvorrichtung eine aufwendige Drehlagerung der Hydraulikzylinder vorgesehen. Die Anordnung von Hydraulikzylindern und deren komplexe La­ gerung ist nicht nur konstruktiv aufwendig. Sondern es wird dadurch auch der Durchmesserbereich der verwendbaren Bohr­ rohre begrenzt.

Weitere bekannte Bohrvorrichtungen mit Verriegelungsmecha­ nismen zum automatischen Verriegeln und Entriegeln von Bohrrohren gehen aus der DE 36 42 387 C2 der DE 196 21 849 A1 und der DE 197 29 315 A1 hervor. Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden die Riegelbolzen unmittelbar durch entsprechende elektrische oder hydraulische Stellglieder betätigt. Allerdings müssen diese Stellglieder fest mit dem Drehteller verbunden sein, so dass sich diese mitdrehen. In diesem Fall ist jedoch die elektrische bzw. hydraulische Energiezuführung an die drehenden Stellorgane problema­ tisch. Eine Energiezuführung an rotierende Stellorgane ist insbesondere bei den relativ rauhen Betriebsbedingungen, denen Bohrgeräte auf Haustellen ausgesetzt sind, relativ störungsanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrvorrichtung zu schaffen, bei der ein zuverlässiger, ro­ buster und zugleich konstruktiv einfacher Mechanismus zur Verriegelung oder Entriegelung von Bohrrohren gegeben ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bohrvorrrich­ tung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen An­ sprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung ist dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Stellelement eine axial verschiebbare Stellstange aufweist, dass ein vom Riegelbolzen abgewandtes Ende der Stellstange entlang einer Steuerkulisse bewegbar geführt ist und dass die Steuerkulisse ein sich in Achs- und Umfangsrichtung richtung erstreckendes keilförmiges Profil aufweist und relativ zum Drehteller drehbar gelagert ist, wobei durch eine Verdrehung der Steuerkulisse gegenüber dem Drehteller die Steuerstange axial verschiebbar und damit der Riegelbolzen betätigbar ist.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Energie zur radialen Verstellung der Riegelbolzen zum Ver- bzw. En­ triegeln des Bohrrohres durch eine Drehbewegung aufzubrin­ gen. Diese kann durch den Bohrantrieb selbst erzeugt wer­ den. Hierzu ist ein Nocken-/Nockenfolge-Mechanismus vorgese­ hen, durch welchen das axial verstellbare Stellelement be­ tätigt wird. Die axiale Stellbewegung wird dabei durch eine in Richtung der Bohrachse keilförmig ausgebildete Steuerku­ lisse bewirkt, welche durch den Bohrantrieb relativ gegen­ über dem Drehteller verdrehbar ist. Es sind also keine Hy­ draulik- oder Hubzylinder und die damit verbundenen Proble­ me der Lagerung und Energiezuführung mehr notwendig.

Eine konstruktiv einfache Lösung besteht erfindungsgemäß darin, dass die Steuerkulisse an einer Trägerplatte befes­ tigt ist und dass die Trägerplatte drehbar an dem Drehtel­ ler gelagert ist. Zur drehbaren Lagerung kann ein entspre­ chendes Wälz- oder Gleitlager zwischen der Trägerplatte und dem Drehteller angeordnet sein.

Eine besonders einfache Relativverdrehung lässt sich nach der Erfindung dadurch einstellen, dass an einem feststehen­ den Rahmen der Bohrvorrichtung eine betätigbare Bremsein­ richtung vorgesehen ist, durch welche die Trägerplatte an dem Rahmen feststellbar ist. Wird die Trägerplatte mit der daran drehfest angebrachten Steuerkulisse an dem festste­ henden Rahmen der Bohrvorrichtung festgestellt, bewirkt eine Drehung des Drehtellers durch den Bohrantrieb ein Ab­ laufen der Stellstange mit seinem Nockenfolger an dem Pro­ fil der Steuerkulisse. Entsprechend der Drehrichtung be­ wirkt das keilförmige Profil der Steuerkulisse ein axiales Verschieben der Stellstange in Richtung auf das Bohrloch oder eine Rückstellung in Richtung von dem Bohrloch weg.

Bei dieser Ausführungsform ist es erfindungsgemäß bevor­ zugt, dass die Bremseinrichtung mindestens einen ansteuer­ baren Bremszylinder aufweist, durch welchen eine Brems­ platte auf die Trägerplatte zu und von dieser weg verfahr­ bar ist. Durch Aufdrücken der Bremsplatte auf die Träger­ platte wird ein Feststellen der Trägerplatte gegenüber dem Rahmen durch Reib- oder Kraftschluss erreicht. Da der Bremszylinder am Rahmen feststeht, kann dieser problemlos angesteuert und mit Energie versorgt werden. Vorzugsweise wird ein Hydraulikzylinder eingesetzt, wobei selbstver­ ständlich auch andere axiale Stellglieder, etwa ein Elektro­ motor mit Stellspindeln grundsätzlich möglich sind.

Eine besonders zuverlässige Verriegelung und ein sicheres Halten des Bohrrohres an der Bohrvorrichtung wird erfin­ dungsgemäß dadurch erreicht, dass mehrere, vorzugsweise vier Riegelbolzen angeordnet sind, wobei jedem Riegelbol­ zen eine Stellstange und eine Steuerkulisse zugeordnet ist.

Eine Rückstellung der Stellstange entgegen der Schwerkraft, d. h. ein ständiger Kontakt der Stellstange mit der Steuer­ kulisse kann grundsätzlich dadurch erreicht werden, dass an der Stellstange eine drehbare Rolle vorgesehen ist, welche in Art einer Hinterschneidung in eine Nut der Steuerkulisse eingreift, wobei der Verlauf der Nut dem Steuerprofil ent­ spricht. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Stellstange eine Rückstellfeder aufweist. Durch diese Rückstellfeder kann in konstruktiv einfacher Weise stets ein gleitender oder rol­ lender Kontakt zwischen der Stellstange und der Steuerkulis­ se sichergestellt werden.

Um Überbelastungen und damit Schädigungen an der Stellstan­ ge zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stellstange aus zumindest zwei Stangenelementen aufge­ baut ist, zwischen denen ein Pufferelement angeordnet ist, Das Pufferelement kann ein Gummiblock oder eine Schrauben­ feder sein. Durch die Flexibilität und Elastizität können auch Lageabweichungen im Betrieb kompensiert werden.

Erfindungsgemäß ist eine konstruktiv besonders einfache und robuste Umsetzung der axialen Stellbewegung der Stellstange in eine radiale Verschiebebewegung des Riegelbolzens dadur­ ch erreicht, dass zwischen der Stellstange und dem Riegel­ bolzen ein Keilschiebermechanismus ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Aus­ führungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung an einem Fahrzeug;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung;

Fig. 3 eine zur Fig. 2 geklappte schematische Quer­ schnittsansicht der Bohrvorrichtung;

Fig. 4 eine Detailansicht einer Verriegelungsein­ richtung;

Fig. 5 eine Detailansicht einer Bremseinrichtung; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Anordnung von Stellstangen entlang des Umfangs eines Bohrroh­ res.

Eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung 10 an einem Fahrzeug 14 ist in Fig. 1 dargestellt. Die Bohrvorrichtung 10 ist entlang eines vertikal gerichteten Mastes 12 zum Abteufen einer verrohrten Bohrung verschiebbar gelagert. Zum Aufneh­ men und Halten eines Bohrrohres 40 mit wenigstens einer Verriegelungsöffnung 42 am oberen Rand des Bohrrohres 40 weist die Bohrvorrichtung 10 eine etwa zylindrische Aufnah­ meeinrichtung 18 auf. Diese zylindrische Aufnahmeeinrich­ tung ist über einen Bohrantrieb 16, welche an einem fest­ stehenden Rahmen 17 der Bohrvorrichtung 10 befestigt ist, drehend antreibbar. Koaxial zu der drehend angetriebenen Aufnahmeeinrichtung 18 ist weiterhin an dem oberen Ende der Bohrvorrichtung 10 ein weiterer Abtrieb vorgesehen, welcher beispielsweise zum rotierenden Antreiben einer innen liegenden Bohrschnecke ausgebildet ist.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 10 wird weiter anhand der Fig. 2 und 3 erläutert. Der Bohran­ trieb 16 treibt über eine nicht näher dargestellte karda­ nische Aufhängung 21 einen hohlzylinderförmigen Drehteller 20 der Aufnahmeeinrichtung 18 an. An der Außenseite des zy­ lindrischen Drehtellers 20 sind achsparallel verlaufende Verriegelungseinrichtungen 22 angeordnet, welche jeweils über einen radial angeordneten und verschiebbaren Riegel­ bolzen 24 verfügen. In Fig. 2 sind die Riegelbolzen 24 in einer radial zurückgezogenen Entriegelungsstellung dar­ gestellt. Zum radialen Nach-Innen-Schieben der Riegelbol­ zen 24 weist jede Verriegelungseinrichtung 22 eine Stell­ stange 26 auf, an deren unteren Ende eine Keilfläche ge­ bildet ist, welche mit einer entsprechend ausgeformten Kontaktfläche der Riegelbolzen 24 einen Keilschiebermecha­ nismus bildet. Die Stellstangen 26 sind bei diesem Aus­ führungsbeispiel jeweils aus insgesamt drei Stangenele­ menten 27a, 27b und 27c ausgebildet. Zwischen dem oberen, ersten Stangenelement 27a und dem mittleren Stangenele­ ment 27b ist eine Rückstellfeder 29 vorgesehen, welche für eine beständige Anlage eines oberen Endes der Stellstange 26 an einer Führungskulisse 28 sorgt. Zwischen dem mittle­ ren Stangenelement 27b und dem unteren Stangenelement 27c ist eine Schraubenfeder 31 als ein elastischer Puffer zwi­ schengeordnet.

Die jeweils für eine Stellstange 26 vorgesehene Steuer­ kulisse 28 weist entsprechend einem Nocken-/Nockenfolge- Mechanismus ein keilförmiges Führungsprofil auf, an wel­ chem das obere Ende jeder Stellstange 26 mittels eines Nockenfolgerades 30 entlang fahren kann. Die Steuerku­ lissen 28 sind drehfest mit einer ringförmigen Träger­ platte 32 verbunden, welche über ein Wälzlager 25 an der Oberseite des Drehtellers 20 drehbar gelagert ist.

An einem Rahmen 17 der Bohrrichtung 10 sind zwei Bremsein­ einrichtungen 34 angeordnet, welche jeweils einen Bremszylinder 36 sowie eine Führungsstange 35 umfassen. Eine Bremsplatte 38 ist an den Bremszylinder 36 und der Füh­ rungsstange 35 angelenkt und in Richtung auf die Träger­ platte 32 verschiebbar. Bei ausgefahrenem Bremszylinder 36 drückt die Bremsplatte 38 auf einen Bremsbelag 33 an der Oberseite der Trägerplatte 32. Hierdurch wird die Träger­ platte 32 an dem Rahmen 17 festgestellt. Bei einem drehen­ den Antrieb des Drehtellers 20 erfolgt somit eine Relativ­ drehung zwischen den Führungsstangen 26 und der Trägerplat­ te 32 mit den daran angebrachten Steuerkulissen 28.

Aufgrund dieser Relativdrehung wandert das Nockenfolgerad 30 am oberen Ende der Stellstange 26 aus einer oberen Ent­ riegelungsposition, welche in Fig. 3 schematisch mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt ist, in die in Fig. 3 ge­ zeigte untere Verriegelungsposition. Aufgrund dieser axia­ len Verschiebung der Stellstange 26 nach unten wird über den Keilschiebermechanismus der Riegelbolzen 24 radial nach innen zu einer Verriegelungsposition geschoben. In dieser Verriegelungsposition können die Riegelbolzen 24 in Ver­ riegelungsöffnungen 42 an einem Bohrrohr 40 eingreifen, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen der Bohrvor­ richtung 10 und dem Bohrrohr 40 entsteht. Die erfindungs­ gemäße Verriegelungseinrichtung 22 ist in Fig. 4 und die erfindungsgemäße Bremseinrichtung 34 ist in Fig. 5 im De­ tail dargestellt.

Aus Fig. 6 ist eine bevorzugte Anordnung von insgesamt vier Verriegelungseinrichtungen 22 an einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung 10 gezeigt, wobei insgesamt vier Stellstan­ gen 26 über den Umfang eines Bohrrohres verteilt angeordnet sind. Die Stellstangen 26 sind jeweils paarweise in einem Winkelabstand von etwa 70 zueinander angeordnet. Die dargestellte Anordnung hat sich aus Gründen einer guten Kraftverteilung als günstig erwiesen.

Üblicherweise erfolgt der Bohrbetrieb mit einer Drehung des Bohrwerkzeuges im Uhrzeigersinn. Zum Verriegeln eines Bohr­ rohres 40 wird die Aufnahmeeinrichtung 18 auf ein oberes Ende eines Bohrrohres 40 aufgesetzt. Durch langsames Rechts­ drehen bei ausgefahrenem Bremszylinder 36 wird der Riegel­ bolzen 24 aus einer Entriegelungsposition in eine Verriege­ lungsposition gefahren. Anschließend wird der Bremszylinder 36 gelöst, so dass keine Verbindung mehr der Trägerplatte 32 zum Rahmen 17 besteht. Im normalen Bohrbetrieb kann sich so die Trägerplatte 32 mit dem Drehteller 20 und dem daran formschlüssig angebrachten Bohrrohr 40 mitdrehen.

Zum Lösen des Bohrrohres 40 aus der Aufnahmeeinrichtung 18 wird der Bremszylinder 36 erneut ausgefahren, wodurch die Trägerplatte 32 an dem Rahmen 17 der Bohrvorrichtung 10 festgestellt wird. Durch langsames Linksdrehen bewegt sich die Stellstange 26 entlang dem Kulissenprofil nach oben, wobei der Riegelbolzen 24 durch eine geeignete Rückstell­ einrichtung radial nach außen in seine Entriegelungsposi­ tion gefahren wird. Nachdem kein Formschluss mehr mit dem Bohrrohr 40 besteht, kann die Bohrvorrichtung 10 axial von dem Bohrrohr 40 abgezogen werden.

Aus Vorstehendem wird ersichtlich, dass für ein Verriegeln und Entriegeln eines Bohrrohres ausschließlich ein vorhan­ dener Bohrantrieb eingesetzt werden kann.

Claims (8)

1. Bohrvorrichtung zum Erstellen von Bohrungen unter Ver­ wendung von Bohrrohren (40), mit

• - einem Drehantrieb als Bohrantrieb (16),
• - einer Aufnahmeeinrichtung (18) mit einem drehend an­ treibbaren Drehteller (20) zum Aufnehmen eines Bohr­ rohres (40) mit mindestens einer radial gerichteten Verriegelungsöffnung (42) und
• - einer am Drehteller (20) angebrachten Verriegelungs­ einrichtung (22), welche mindestens einen radial verschiebbar gelagerten Riegelbolzen (24) umfasst, welcher über ein axial verschiebbares Stellelement zwischen einer Verriegelungsstellung, in welcher der Riegelbolzen (24) zur Herstellung einer Formschluss­ verbindung in die Verriegelungsöffnung (42) des Bohrrohres (40) eingreift, und einer Entriegelungs­ stellung verstellbar ist, in welcher der Riegelbol­ zen (24) aus der Verriegelungsöffnung (42) des Bohr­ rohres (40) herausgefahren ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - dass das Stellelement eine axial verschiebbare Stellstange (26) aufweist,
• - dass ein vom Riegelbolzen (24) abgewandtes Ende der Stellstange (26) entlang einer Steuerkulisse (28) bewegbar geführt ist und
• - dass die Steuerkulisse (28) ein sich in Achs- und Umfangsrichtung erstreckendes keilförmiges Profil aufweist und relativ zum Drehteller (20) drehbar ge­ lagert ist, wobei durch eine Verdrehung der Steuer­ kulisse (28) gegenüber dem Drehteller (20) die Stellstange (26) axial verschiebbar und damit der Riegelbolzen (24) betätigbar ist.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerkulisse (28) an einer Trägerplatte (32) befestigt ist und
dass die Trägerplatte (32) drehbar an dem Drehteller (20) gelagert ist.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem feststehenden Rahmen (17) der Bohrvor­ richtung (10) eine betätigbare Bremseinrichtung (34) vorgesehen ist, durch welche die Trägerplatte (32) an dem Rahmen (17) feststellbar ist.

4. Bohrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (34) mindestens einen an­ steuerbaren Bremszylinder (36) aufweist, durch welchen eine Bremsplatte (38) auf die Trägerplatte (32) zu und von dieser weg verfahrbar ist.

5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise vier Riegelbolzen (24) an­ geordnet sind, wobei jedem Riegelbolzen (24) eine Stellstange (26) und eine Steuerkulisse (28) zugeord­ net ist.

6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellstange (26) eine Rückstellfeder (29) aufweist.

7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stellstange (26) aus zumindest zwei Stangen­ elementen (27a, 27b, 27c) aufgebaut ist und
dass zwischen zwei Stangenelementen (27b, 27c) ein Pufferelement (31) angeordnet ist.

8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stellstange (26) und dem Riegelbol­ zen (24) ein Keilschiebermechanismus ausgebildet ist.