DE10115713A1 - Method and device for screwing boring bars - Google Patents
Method and device for screwing boring barsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschrauben von Bohrstangen beim horizontalen Erdbohren.The invention relates to a method and a device for screwing of boring bars for horizontal earth drilling.
Im Bereich des horizontalen Erdbohrens, der das Erstellen und Aufweiten von Pilotbohrungen sowie das Ersetzen von Altleitungen mit umfaßt, werden häufig verschraubbare Bohrstangen eingesetzt. Derartige Bohrstangen wei sen in der Regel beidseitige Schraubverbindungselemente (männlich und weiblich) auf und werden mit einem Bohr- oder Aufweitkopf versehen schrittweise verlängert oder verkürzt und dabei in das Erdreich eingetrieben oder aus dem Erdreich herausgezogen. Hierzu werden die einzelnen Gestängeschüsse in der Regel in eine Bohrlafette mit einem Schub/Drehantrieb eingelegt und einzeln miteinander verbunden bzw. von einander gelöst. Dies erfolgt durch Rotation des zu entnehmenden oder zu verbindenden Gestängeschusses bei gleichzeitiger Fixierung des noch im Erdreich befindlichen Gestängeschusses.In the field of horizontal boring, which is creating and expanding of pilot drilling and the replacement of old lines are included frequently screwable boring bars are used. Such boring bars white usually screw connectors on both sides (male and female) and are provided with a drilling or expanding head gradually extended or shortened and driven into the ground or pulled out of the ground. For this, the individual Boom shot usually in a drill carriage with a Thrust / rotary drive inserted and individually connected to each other or by solved each other. This is done by rotating the to be removed or closed connecting rod shot with simultaneous fixation of the still in Soil boom section located.
Der Schub/Drehantrieb der Lafette überträgt seine Kraft dabei über eine Antriebswelle mit einem Gestängeadapter. Bei dem Gestängeadapter han delt es sich um ein mit den Gestängeverbindungselementen korrespondie rendes Gegenstück. Bei Schraubgestängeschüssen wird der zu verbindende Gestängeschuß wiederum fixiert und die Antriebswelle mit dem Gestänge adapter rotierend von dem Gestängeschuß gelöst oder mit diesem verbun den.The thrust / rotary drive of the carriage transfers its power via a Drive shaft with a linkage adapter. With the rod adapter han it is a correspondence with the rod connection elements counterpart. In the case of screw rod sections, the one to be connected Linkage shot in turn fixed and the drive shaft with the linkage Rotating adapter detached from the rod section or connected to it the.
Die Lafette besteht in der Regel aus einem Schlitten, auf dem der Schub/Drehantrieb verfahrbar gelagert ist. Zum Einbringen oder Herauszie hen der Gestängeschüsse besitzt der Schlitten einen Transversalantrieb. Zum Verbinden oder Lösen der Gestängeschüsse bzw. der Verbindung zwi schen Bohrwelle und Gestängeschuß wird das einzuschraubende Verbin dungselement mit dem Transversalantrieb an das korrespondierende Verbindungselement herangefahren. Beim Einschrauben mit Hilfe des Drehan triebs besteht nun die Schwierigkeit, daß das Einschrauben nicht nur eine Rotation, sondern auch eine Transversalbewegung erfordert. Hierzu ist es bekannt, eine Antriebswelle mit einem axialen Spiel einzusetzen, wobei die Antriebswelle mit Hilfe eines Federelements in einem Abstand von den bei den Endpositionen des Spiels gehalten wird. Die durch das Spiel gegebenen axiale Verschiebbarkeit der Antriebswelle muß begrenzt sein, um die Kraftübertragung auf das Gestänge beim Bohren nicht zu behindern. Beim Verbinden und Lösen der Gestängeschüsse bzw. des Gestängeadapters ist es daher mit dem beschriebenen System erforderlich, daß der Betreiber des Bohrgerätes die zu verschraubenden Verbindungselemente möglichst fein fühlig aneinander fährt, bis eine Positionierung erreicht ist, die es erlaubt, unter Ausnutzung des Spiels der Antriebswelle ein Einschrauben durchzu führen. Dieser Vorgang ist nicht nur schwierig, sondern führt häufig zu erheblichen Belastungen der Verbindungselemente, wenn die Positionierung des Gestängeadapters nicht ausreichend geglückt ist. In diesem Falle wird der Gestängeadapter in die Bohrstange eingeschraubt, wobei die Antriebs welle vor Erreichen der endgültigen Einschraubtiefe ihre Endposition in bezug auf das Spiel erreicht.The carriage usually consists of a sled on which the Thrust / rotary drive is movably mounted. For insertion or removal After the boom sections, the slide has a transverse drive. To connect or disconnect the boom sections or the connection between The drill shaft and rod section becomes the connector to be screwed in tion element with the transverse drive to the corresponding connecting element moved up. When screwing in with the help of the turntable drive there is now the difficulty that screwing in not only one Rotation, but also requires a transverse movement. This is it known to use a drive shaft with an axial play, the Drive shaft using a spring element at a distance from the the end positions of the game is held. The given by the game axial displacement of the drive shaft must be limited to the Do not hinder the transmission of power to the boom during drilling. At the Connect and disconnect the boom sections or the boom adapter it is therefore necessary with the system described that the operator of the Drill the fasteners to be screwed as fine as possible moves gently towards each other until a position is reached that allows by screwing in using the play of the drive shaft to lead. This process is not only difficult, but often leads to considerable stress on the fasteners when positioning of the linkage adapter is not sufficiently successful. In this case the rod adapter is screwed into the boring bar, the drive shaft before reaching the final screw-in depth in regarding the game reached.
Die gleiche Situation ergibt sich beim Herausschrauben des Gestänge adapters, wenn die Antriebswelle nicht so akkurat positioniert wird, daß das zur Verfügung stehende Spiel zur Aufnahme der axialen Verschiebung beim Herausschrauben des Gestängeadapters ausreicht.The same situation arises when unscrewing the linkage adapters if the drive shaft is not positioned so accurately that the available game for absorbing the axial displacement at Unscrewing the rod adapter is sufficient.
Die beschriebenen Schwierigkeiten stellen in der Praxis einen erheblichen Nachteil dar, da es sich bei dem Gestängeadapter um dasjenige Bauteil handelt, welches quantitativ die größte Verschraubungs- und Lösebeanspru chung ausgesetzt ist. Es handelt sich somit bei dem Gestängeadapter um eines der wesentlichen Verschleißteile bei der beschriebenen Vorrichtung. The difficulties described pose a considerable problem in practice Disadvantage because the linkage adapter is the component deals, which quantitatively the greatest screwing and loosening stress is exposed. It is therefore the linkage adapter one of the essential wear parts in the described device.
Da der Schub/Drehantrieb erhebliche Kräfte auf das Bohrgestänge überträgt, stellt zudem ein Materialbruch im Bereich der Verbindungselemente eine Gefahr auf der Baustelle dar.Since the thrust / rotary drive transfers considerable forces to the drill pipe, also represents a material break in the area of the connecting elements Danger on site.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der das Verbinden von Gestängeschüssen verbessert wird.The invention has for its object to provide a device with which improves the connection of boom sections.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfah ren bereitzustellen.The invention is also based on the object of a corresponding method to provide.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The solution to the problem arises from the independent claims. Advantageous configurations result from the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, eine Information über eine Position der Antriebswelle in bezug auf deren Spiel zu ermitteln. Diese Information kann dem Bedienungspersonal angezeigt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden verschiedene Positionen der Antriebswelle, insbesondere die Endstellungen ermittelt und angezeigt. Dies erlaubt es dem Bedienungspersonal, den Antrieb in bezug auf das im Erd reich befindliche Gestänge so zu verfahren, daß das Spiel der Antriebswelle optimal ausgenutzt wird. So kann beispielsweise beim Einschrauben die Antriebsstelle bis in die oder kurz vor die Endposition der Antriebswelle gefahren werden, in der eine Leuchtdiode oder eine Lampe oder eine mechanische Anzeigevorrichtung anzeigen kann, daß nun unter optimaler Ausnutzung des Spiels der Antriebswelle ein- oder ausgeschraubt werden kann.The device according to the invention allows information about a Determine the position of the drive shaft in relation to its play. This Information can be displayed to the operating personnel. At a preferred embodiment are different positions of the Drive shaft, in particular the end positions determined and displayed. This allows the operator to drive in relation to that in the ground richly located linkage to move so that the play of the drive shaft is optimally used. For example, when screwing in Drive point up to or shortly before the end position of the drive shaft be driven in which a light emitting diode or a lamp or a mechanical display device can show that now under optimal Utilization of the play of the drive shaft can be screwed in or out can.
Die Information über die Position der Antriebswelle kann auch zur Steuerung der Axialverschiebung der Antriebswelle eingesetzt werden. So kann bei spielsweise der Transversalantrieb bei Erreichen einer bestimmten Position der Antriebswelle unterbrochen oder zunächst verlangsamt und dann unterbrochen werden, so daß eine automatische Positionierung des Gestänge adapters möglich ist.The information about the position of the drive shaft can also be used for control the axial displacement of the drive shaft. So at for example the transverse drive when a certain position is reached the drive shaft interrupted or first slowed down and then interrupted be so that an automatic positioning of the linkage adapter is possible.
Die Position der Antriebswelle kann induktiv, kapazitativ, optisch, mecha nisch oder akustisch ermittelt und transportiert werden. Für die induktive Ermittlung kann beispielsweise ein Ringmagnet eingesetzt werden, der eine Induktionsänderung beim Verschieben einer entsprechend ausgestalteten Antriebswelle bewirkt. Der Ringmagnet kann aus einer Vielzahl auf dem Umfang der Antriebswelle angeordneter voneinander beabstandeter Magneten bestehen.The position of the drive shaft can be inductive, capacitive, optical, mecha nisch or acoustically determined and transported. For the inductive For example, a ring magnet can be used for the determination Induction change when moving a correspondingly designed Drive shaft causes. The ring magnet can be of a variety on the Circumference of the drive shaft arranged spaced apart Magnets exist.
Die zu dem beschriebenen Zweck im Bereich der Antriebswelle angeordne ten Geber und Sensoren lassen sich aber auch zur Ermittlung weiterer Parameter, wie Winkellage oder Drehzahl einsetzen.Arranged for the purpose described in the area of the drive shaft However, sensors and sensors can also be used to determine additional sensors Use parameters such as angular position or speed.
Besonders vorteilhaft ist es, die ermittelte Information über die Position der Antriebswelle zur Steuerung einer Zuschaltung eines Schlagantriebs einzu setzen. Dies erlaubt es, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein von dem Widerstand in der Ortsbrust abhängiges Zu- oder Abschalten eines Schlagantriebs zu steuern.It is particularly advantageous to determine the determined information about the position of the Drive shaft to control the activation of a percussion drive put. This allows using the device according to the invention one of the resistance in the working face depending on switching on or off To control percussion drive.
Darüber hinaus kann der Verschiebeweg der Antriebswelle ermittelt werden, um Aussagen über den Bohrverlauf zu erhalten.In addition, the displacement of the drive shaft can be determined to get information about the drilling process.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.In the following the invention with reference to one shown in the drawing Exemplary embodiment explained in more detail.
In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Schub/Drehantriebs mit verschiedenen Elementen der Erfindung; Figure 1 is a sectional view of a thrust / rotary drive with various elements of the invention.
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Gestängeadapters der Fig. 1; Fig. 2 is a sectional view of the linkage adapter of Fig. 1;
Fig. 3 bevorzugte Ausführungsformen von Gebern und Sensoren der erfin dungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 3 preferred embodiments of sensors and sensors of the device according to the inven tion.
In Fig. 1 ist ein Schub/Drehantrieb 1 auf einer Bohrlafette 2 mit einer Antriebswelle 3 dargestellt. Die Antriebswelle 3 weist einen Gestängeadaper 4 auf.In Fig. 1, a thrust / rotary drive 1 is shown on a drill carriage 2 with a drive shaft 3 . The drive shaft 3 has a linkage adapter 4 .
Der Gestängeadapter 4 ist so ausgebildet, daß er mit den Gestängeschüs sen 6, 8, 10 verbunden werden kann.The rod adapter 4 is designed so that it can be connected to the rod rods 6 , 8 , 10 .
Zum Verbinden werden die Gestängeschüsse mit Hilfe eines Greifers 12, wie er zum Einsetzen der Gestängeschüsse aus einem Gestängemagazin (nicht dargestellt) in die Bohrachse verwendet wird, oder mit Hilfe einer Klemm- und Lösevorrichtung 14 fixiert.For connection, the rod sections are fixed with the aid of a gripper 12 , as is used to insert the rod sections from a rod magazine (not shown) into the drilling axis, or with the aid of a clamping and releasing device 14 .
Zum Verschrauben von Antriebswelle und Gestängeschuß wird die Antriebswelle 3 mit dem Gestängeadapter 4 mit Hilfe der Lafette 2 an den Gestängeschuß 6 so weit herangefahren, daß das männliche Schraubver bindungselement 40 des Gestängeadapters 4 mit dem weiblichen Schraub verbindungselement 60 des Gestängeschusses 6 in Berührung gerät. Zwi schen der Antriebswelle 3 und dem Antrieb 1 ist ein Spiel vorgesehen, wel ches mit Hilfe einer Feder 30 in seiner ausgefahrenen Position gehalten wird. Vor dem Einschalten des Drehantriebs 1 zwecks Verschraubung des Gestängeadapters 4 mit dem Gestängeschuß 6 wird der Antrieb mit Hilfe der Lafette nochmals um ein Stück in Richtung des Gestängeschusses 6 verfah ren, um die Feder 30 vorzuspannen, so daß das Einschrauben des Gewin des 40 in Dose 60 ohne weiteres Verfahren der Lafette 2 mit Hilfe des Drehantriebs erfolgen kann. For the assembly of the drive shaft and string section, the drive shaft 3 to the rod adapter 4 with the aid of the carriage 2 is moved so far to the string section 6, that the male threaded joint connecting element 40 of the drill adapter 4 with the female screw fastener 60 of the rod section 6 comes into contact. Between the drive shaft 3 and the drive 1 , a game is provided, which is held by means of a spring 30 in its extended position. Before turning on the rotary drive 1 for screwing the rod adapter 4 to the rod section 6 , the drive with the help of the carriage is moved a little in the direction of the rod section 6 to bias the spring 30 so that the screwing of the thread of the 40 into the can 60 can be done without further movement of the carriage 2 with the help of the rotary drive.
Erfindungsgemäß ist nun ein Geber 20 vorgesehen, der über Sensoren 22, 24 ein Signal an eine Steuer- und/oder Anzeigevorrichtung 26 über die Stel lung der Antriebswelle bzw. des Gestängeadapters übermittelt.According to the invention, a transmitter 20 is now provided, which transmits a signal via sensors 22 , 24 to a control and / or display device 26 via the position of the drive shaft or the rod adapter.
Bei einer Ausführungsform kann mit Hilfe zweier Leuchtdioden 28, 39 oder Lampen angezeigt werden, ob die Antriebswelle in der optimalen Position für das Ein- oder für das Ausschrauben liegt. So kann beim Heranfahren der Antriebswelle 3 mit Gestängeadapter 4 mit Hilfe der Lafette 2 die Leuchtdi ode 28 bei oder kurz vor dem Erreichen der maximalen Federvorspannung der Feder 30 aufleuchten, um zu Signalisieren, daß die Phase des Ein schraubens mit Hilfe des Drehantriebs 1 nun eingeleitet werden kann.In one embodiment, two LEDs 28 , 39 or lamps can be used to indicate whether the drive shaft is in the optimal position for screwing in or screwing out. So when driving up the drive shaft 3 with rod adapter 4 using the carriage 2, the Leuchtdi ode 28 light up at or shortly before reaching the maximum spring preload of the spring 30 to signal that the phase of a screwing with the help of the rotary drive 1 is now initiated can be.
Die Antriebswelle kann Geber 32, 34, 36 aufweisen, die als Magnetring 32 oder als einzelne Magnetelemente 34 oder auch mechanische Struktur 36 oder als radiale Eindrehung ausgebildet sind.The drive shaft can have sensors 32 , 34 , 36 , which are designed as a magnetic ring 32 or as individual magnetic elements 34 or also a mechanical structure 36 or as a radial recess.
In Fig. 2 ist das Spiel bezüglich der Antriebswelle 3 und des Antriebs 1 als "ΔX" dargestellt.In Fig. 2, the game with respect to the drive shaft 3 and the drive 1 is shown as "ΔX".
Bei einer anderen Ausführungsform wird die Steuerung 26 zur Automatisie rung des Heranfahrens und Einschraubens eingesetzt.In another embodiment, the controller 26 is used to automate the approach and screwing in.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Kontrolle der hinteren Erdlage der Antriebswelle 3 beim schlagenden Vortrieb eingesetzt werden. Dabei soll verhindert werden, daß die Antriebswelle sich beim Schlagen nicht in der hinteren Endlage befindet, um eine axiale Vorspannung zu erreichen.The device according to the invention can also be used to control the rear position of the earth of the drive shaft 3 when driving. It should be prevented that the drive shaft is not in the rear end position when striking in order to achieve an axial preload.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20121002 |