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Die
Erfindung betrifft ein Bohrgerät,
mit einem ortsfest aufstellbaren Mast und mit einer parallel zum
Mast bewegbaren und an dem Mast verschiebbar befestigten Konsole
für ein
Bohrgestänge.
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Bohrgeräte werden
unter anderem für
Brunnenbohrungen und in den letzten Jahren zunehmend auch für Bohrungen
für die
Geothermie eingesetzt. Sie besitzen im Regelfall einen Grundkörper, der
beispielsweise über
einen Raupenantrieb oder auch über
Räder verfahrbar
ist und Motoren, Aggregate etc. aufweist. An diesem Grundkörper ist
ein senkrecht aufstellbarer Mast befestigt, der in Ruhestellung
beispielsweise in eine horizontale, leichter transportierbare Position
schwenkbar oder klappbar ist.
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Ein
Beispiel für
einen derartigen Mast für
ein Bohrgerät
ist in der
DE 23 61
050 A1 beschrieben.
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An
dem Mast ist verfahrbar eine Konsole befestigt. Diese Konsole nimmt
ein Bohrgestänge
auf, mit dem die eigentliche Bohrung im Wesentlichen vertikal in
den Erdboden hinein vorgenommen werden kann. Das Bohrgestänge verläuft also
parallel zum Mast und besteht aus einer Vielzahl einzelner Stangen,
die je nach Bedarf und Fortschritt des Bohrvorganges zwischen der
Konsole und dem bereits vorhandenen Bohrgestänge zusätzlich eingefügt werden.
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Während des
Bohrvorganges wird die Konsole mit dem jeweils daran befindlichen
Bohrgestänge
kontinuierlich von dem oberen Bereich des Mastes bis zu dessen unteren
Ende verfahren, während das
Bohrloch ständig
tiefer ausgeführt
wird. Dabei wird das Bohrgestänge
in einem Lager in beziehungsweise an der Konsole angetrieben und
in eine Drehung versetzt. Insbesondere bei Aufgaben im Bereich der
Geothermie wird auch eine achsparallele schlagende und so das Bohrloch
zusätzlich
vertiefende Bewegung ausgeführt.
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Nach
Erreichen in etwa des untersten Mastendes durch die Konsole wird
dann jeweils das nächste
Gestängestück in Form
einer weiteren Stange zwischen die bis dahin oberste Stange und
die Konsole eingesetzt. Da jetzt das Bohrgestänge um eine Stangenlänge verlängert ist,
befindet sich nun die Konsole wieder an ihrem höchsten Punkt. Der Vorgang beginnt
dann von vorn.
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An
der Konsole ist auf der dem Bohrgestänge abgewandten Seite ein Seil
oder eine Kette angeordnet und befestigt, die über eine am oberen Mastende
angeordnete Umlenkrolle geführt
und dann in einen Bereich des Grundkörpers des Bohrgerätes geführt und
dort an einem zweiten Befestigungspunkt befestigt werden. Ein weiteres
Seil oder eine weitere Kette sind parallel zum Bohrgestänge ausgeführt; an diesem
kann die Konsole während
der Fortbewegung nach unten gezogen werden.
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Für die Durchführung des
Bohrvorganges ist an arbeitsintensiven Tätigkeiten vor allem das Auswechseln
der Gestängestücke zu nennen.
Während ein
Gestängestück ausgewechselt
wird, kann der eigentliche Bohrvorgang nicht fortgesetzt werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Möglichkeit
zu finden, mit der eine Beschleunigung des Bohrvorganges möglich wird.
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Diese
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Bohrgerät dadurch gelöst, dass
der Mast aus mindestens zwei koaxial zueinander angeordneten und
achsparallel zueinander verschiebbaren Rohrstücken aufgebaut ist.
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Mit
einer derartigen Konzeption des Mastes des Bohrgerätes wird
die Aufgabe sehr elegant gelöst
und es entsteht darüber
hinaus auch ein unerwarteter Zusatznutzen.
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Wenn
der Mast aus zwei koaxial zueinander verschiebbaren Rohrstücken besteht,
kann während des
Bohrvorganges diese Verschiebung der beiden Rohrstücke genutzt
werden, um die Gesamtfänge des
Gestängestückes zu
vergrößern, das
zwischen zwei Bohrvorgängen
eingesetzt werden muss. Der Mast kann nämlich auf die doppelte Länge des
herkömmlichen
Mastes verlängert
werden, wenn man der Einfachheit halber annimmt, dass jedes Rohrstück des Mastes
die Länge
eines herkömmlichen Mastes
besitzt. Durch diese doppelte Länge
können dann
entweder längere
Gestängestücke verwendet werden
oder es werden – wenn
man herkömmlich vorhandene
Gestängestücke nehmen
möchte – kurzerhand
zwei Gestängestücke jeweils
miteinander vormontiert und dann gemeinsam eingesetzt.
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Während der
Abwärtsbewegung
der Konsole längs
des Mastes nach unten, mit der wie herkömmlich auch das gesamte Gestänge tiefer
in den Boden verfahren wird, kann jetzt gleichzeitig oder abwechselnd
auch die Bewegung der beiden Rohrstücke des Mastes zueinander erfolgen,
die also zusammengeschoben werden.
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Es
bewegt sich also einerseits die Konsole längs der gesamten Strecke des
ausgefahrenen Mastes nach unten und gleichzeitig der ausgefahrene
Mast koaxial ineinander. Der Gesamthub verdoppelt sich also gegenüber bisherigen
Konzeptionen.
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Alternativ
kann natürlich
auch ein Mast verwendet werden, der aus zwei Rohrstücken besteht, die
die Hälfte
der Länge
eines bisherigen Mastes besitzen. Dann wird der Mast zwar in der
ausgefahrenen Stellung auch nur die Größe eines herkömmlichen
Mastes haben, kann aber beim Zusammenschieben sehr klein ausgeführt werden,
so dass seine Transportmöglichkeiten
sich drastisch verbessern. Er kann dann auf sehr kleine Kraftfahrzeuge
geladen und auch noch in sehr unwegsames Gelände verbracht werden, um dort
zu Brunnenbohrungen oder zu Bohrungen für die Geothermie verwendet
zu werden. Trotzdem hat er dann den Gesamthub, den in diesem Falle
herkömmliche
Bohrgeräte
mit einteiligen Masten auch besitzen. Hier entsteht also keine verdoppelter
Hub, dafür
aber eine wesentlich verbesserte Transportmöglichkeit.
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Zu
berücksichtigen
ist auch, dass das gleichzeitige oder sukzessive Zusammenschieben
des Mastes einerseits und Verfahren der Konsole andererseits natürlich nicht
nur beim Einbringen der Bohrung von Nutzen ist, sondern auch dann,
wenn das Bohrgestänge
nach der erfolgten Bohrung wieder aus dem Boden gezogen werden soll.
Auch dabei ist einerseits Zeit ein Problem, andererseits tritt noch
die relativ häufige
Situation hinzu, dass die Bohrgestänge sich in den Gesteinsschichten
tief im Erdboden verklemmen und dann nur mit größerer Kraftanstrengung wieder
herausgezogen werden können.
Hier kann der mögliche
größere Hub
zugunsten der jetzt ebenfalls möglichen
größeren Kraft
aufgegeben werden.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Verschieben der Konsole einerseits und
das Ineinanderschieben des Mastes andererseits gleichzeitig erfolgt.
Hierfür
wird bevorzugt eine Seilzugkombination eingesetzt, bei der die Art
der Befestigung des Seilzüge
eine besonders gleichmäßige Bewegung
erlaubt.
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Zusätzlich zu
dem Vorteil, dass jetzt eine je nach Wahl deutlich kleinere Konzeption
oder aber wesentlich rascher wirksame Konzeption eingesetzt werden
kann, entstehen noch weitere Vorteile. Dazu gehört eine starke Gewichtsreduzierung
der gesamten Anlage bei gleicher Leistung. Durch die kürzere Bauweise
kann auch eine günstigere
Gewichtsverlagerung auf dem Transportfahrzeug erzielt werden. Da
die Anlage wesentlich kleiner baut, muss der Mast auch nicht mehr
wie bisher grundsätzlich über das Fahrerhaus
des Transportfahrzeuges geführt
werden, was im Stand der Technik den Transport verkompliziert und
damit verteuert hat.
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Bei
einem Kolbenhub für
den Vorschub- und Rückzugsantrieb
des Bohrgestänges
von 1.300 mm kann mit einem Gerät
nach der Erfindung ein Vorschub von 2.400 mm erzielt werden.
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Getestete
Geräte
erzielten auch bereits eine extrem hohe Zugkraft bei einem Kolbendurchmesser von
100 mm von bis zu 20 t.
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Im
Folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Ausführungsform
der Erfindung mit einem Bohrgerät
mit Mast, Konsole und angedeuteten Seilen, und zwar in einer eingefahrenen
und einer ausgefahrenen Stellung sowie mit einer schematischen Bedienungsperson
in üblicher
Größe;
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2 eine
perspektivische Darstellung der Ausführungsform aus 1 in
eingefahrener Stellung;
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3 eine
perspektivische Darstellung der Ausführungsform aus 1 in
ausgefahrener Stellung;
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4 eine
isolierte Darstellung der Seile in eingefahrenem Zustand; und
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5 eine
Darstellung ähnlich 4 in
ausgefahrenem Zustand.
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Die 1 zeigt
einen Mast 20 eines Bohrgerätes in zwei verschiedenen Positionen.
Der Mast 20 wird mit einem Transportfahrzeug (nicht dargestellt) an
ein Bohrloch gefahren. Während
des Transportes befindet er sich in einer horizontalen Stellung.
Am Bohrloch wird er vom Transportfahrzeug mit geeigneten Mitteln
in die vertikale Position überführt, wie
sie in der 1 in beiden Stellungen dargestellt
ist. Der Mast 20 steht dann auf Füßen 10, die ihn auf
dem Boden abstützen
und stabilisieren.
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An
dem Mast 20 befindet sich eine Konsole 30. An
dieser Konsole 30 kann ein Bohrgestänge 35 (zur Verdeutlichung
weggelassen) montiert werden. Dieses Bohrgestänge 35 besteht aus
Stangen 36 (nicht dargestellt). Während des Bohrvorganges, der vertikal
in den Erdboden hineinführt,
wird die Konsole 30 ständig
von oben nach unten geführt
und die an der Konsole 30 befindlichen Stangen 36 des
Bohrgestänges 35 dadurch
immer tiefer in das Erdreich eingebracht. Am untersten Ende des
Bohrgestänges 35 befindet
sich (nicht dargestellt) der Bohrer.
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Jedes
Mal, wenn die Konsole 30 von ihrem obersten Punkt in den
untersten Punkt überführt worden
ist, wird sie von der obersten Stange 36 des Bohrgestänges 35 gelöst, wieder
nach oben in die oberste Stellung geführt und zwischen die Konsole 30 und
die bis dahin oberste Stange 36 des Bohrgestänges 35 wird
eine weitere Stange 36 eingesetzt.
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Wie
man leicht sieht, wird der Bohrvorgang dadurch regelmäßig durch
das Einsetzen der Stangen 36 verzögert, dass mit einem Zurückführen der Konsole 30 aus
der untersten in die oberste Stellung verbunden ist. Der Antrieb
der Konsole 30 und des Bohrers des Bohrgestänges 35 erfolgt
hydraulisch von einem auf dem Transportfahrzeug angeordneten Motor
aus.
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Die
beiden Stellungen des Mastes 20 sind in der 1 auf
der linken und rechten Seite wiedergegeben. Zwischen diesen beiden
dargestellten Masten 20 befindet sich eine Bedienungsperson
etwa in natürlicher
Größe.
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Die 2 zeigt
etwas vergrößert den
Mast 20 in seiner eingefahrenen Position in perspektivischer
Ansicht.
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Erfindungsgemäß besteht
nun anders als im Stand der Technik der Mast 20 aus einem
inneren Rohrstück 21 und
einem äußeren Rohrstück 22.
Dies ist gut in 3 zu erkennen.
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Während in
der 2 das äußere Rohrstück 22 genau
das innere Rohrstück 21 umgibt
und dieses vollständig
verdeckt, ist in der 3 das äußere Rohrstück 22 nach oben verfahren.
Die Konsole 30 ist außen
am äußeren Rohrstück 22 angeordnet.
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Nun
wird in der erfindungsgemäßen Konzeption
jeweils nicht nur die Konsole 30 längs des Mastes 20 verfahren,
sondern synchron und gleichzeitig damit das äußere Rohrstück 22 von oben über das innere
Rohrstück 21 verfahren,
zu dem es koaxial angeordnet ist.
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Das
bedeutet, dass aus der in der 3 dargestellten
Position die Konsole 30 und das äußere Rohrstück 22 genau in die
Position verfahren werden, die in der 2 dargestellt
ist. Ein kurzer Blick zeigt, dass dadurch die Konsole 30 insgesamt
den doppelt so langen Weg zurücklegt,
wie im Stand der Technik. Damit aber auch legt das Bohrgestänge 35 während eines
solchen Hub- oder Senkvorganges den doppelten Weg zurück und kann
um die doppelte Länge
in das Erdreich eingebracht werden.
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Hat
die Konsole 30 den untersten Punkt erreicht und wird von
der obersten Stange 36 des Bohrgestänges 35 gelöst, und
danach wieder in ihren oberen Punkt verbracht, so kann nun entweder
eine längere
Stange 36 in das Bohrgestänge 35 eingesetzt werden
oder aber gegebenenfalls vormontiert zwei Stangen 36 zugleich.
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Das
bedeutet, dass die Hälfte
der Einsetzvorgänge
von Stangen 36 in das Bohrgestänge 35 eingespart
werden können,
da diese Auswechsel- bzw. Einsetzvorgänge nur noch bei jeder zweiten Stange 36 erforderlich
sind.
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Zu
beachten ist ja, dass die Gesamtfänge des Mastes 20 Beschränkungen
unterliegt, die durch das Transportfahrzeug und die Transportmöglichkeiten
entstehen. Derartige Bohrungen müssen
häufig in
unwegsamen Gelände
oder auch zwischen Gebäuden
durchgeführt
werden, die keinen Transport von beliebig großen Bohrgeräten oder beliebig großen Transportfahrzeugen
ermöglichen.
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Die
Länge des
Mastes 20 in der 2 beträgt größenordnungsmäßig etwa
2 Meter bis 2,5 Meter, der ausgezogene Mast in der 3 ist
dementsprechend etwa 4 Meter lang.
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Zu
erkennen ist ferner eine Seilzuganordnung 40 mit verschiedenen
Umlenkrollen 41. Die Anordnung dieser Seilzuganordnung 40 und
ihre Anbringung an der Konsole sowie die Anordnung der Umlenkrollen 41 an
den beiden inneren und äußeren Rohrstücken 21, 22 stellt
die synchrone beziehungsweise gleichzeitige Bewegung der Rohrstücke 21, 22 zueinander
und der Konsole 30 längst
des Mastes 20 zu den Rohrstücken sicher.
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Diese
Seilzuganordnung 40 ist in vergrößertem Maßstab unter Weglassung des
Mastes 20 zusätzlich
in der 4 dargestellt. Hier ist sie so dargestellt, wie
sie sich im eingefahrenen Zustand für den Betrachter theoretisch
abbilden würde.
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Eine
Situation dieser Seilzuganordnung in einer ausgefahrenen Stellung
des Mastes 20 etwa wie in der 3 ist in
der 5 dargestellt.
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Angedeutet
ist ferner eine zusätzliche
Hydraulikanordnung 50, die ein Festsetzen des Mastes 20 auf
dem Erdboden erlaubt. Dadurch kann dieser separat vom Transportfahrzeug
stehen, was eine Krafteinleitung in das Transportfahrzeug vermeidet.
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- 10
- Füße
- 20
- Mast
- 21
- inneres
Rohrstück
- 22
- äußeres Rohrstück
- 30
- Konsole
- 35
- Bohrgestänge
- 36
- Stange
des Bohrgestänges
- 40
- Seilzug
- 41
- Umlenkrolle
- 50
- Hydraulikanordnung