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Die
Erfindung betrifft einen Spannkopf für eine Erdbohranlage,
umfassend eine Hohlwelle, wobei koaxial auf der Hohlwelle eine Hülse
verschieblich zu dieser angeordnet ist, die wenigstens einen sich,
insbesondere nach unten erweiternden, insbesondere kegelförmig
erweiternden Endbereich aufweist und wobei in der Hohlwelle und/oder
an der Hülse wenigstens zwei radial zur Hohlwelle verschiebliche
Spannbacken gelagert sind, die an ihrem radial außen liegenden
Ende mit dem sich erweiternden Endbereich zusammenwirkende Anlaufflächen aufweisen,
so dass durch ein Schieben des Endbereichs über die Spannbacken
diese radial nach innen drückbar sind und einen ersten
Spannmechanismus für einen nach unten in die Hülse
einführbaren/eingeführten oberen Endbereich eines
Futterrohrs bilden, insbesondere so, dass durch ein Zusammenwirken zwischen
Spannbacken und Futterrohr ein Drehmoment zwischen Hohlwelle und
Futterrohr übertragbar ist und wobei in der Hohlwelle ein
zweiter Spannmechanismus vorgesehen ist, der durch das Bewegen der
Hülse betätigbar ist und mittels dem ein eingeführtes/einführbares
Futterrohr an seinem oberen Endbereich in axialer Richtung festlegbar
ist, insbesondere um ein Futterrohr in axialer Richtung entgegen
der Schwerkraft relativ zum Spannkopf ortsfest zu halten.
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Ein
derartiger Spannkopf ist zur Anwendung bei Erdbohrungen durch denselben
Anmelder bereits in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 012 729.9 offenbart
worden. Auch der dort beschriebene Spannkopf, dessen Zusammenwirken
mit einem Bohrgestänge beschrieben wurde, ist grundsätzlich geeignet,
statt eines Bohrgestänges ein Futterrohr wie hier eingangs
beschrieben aufzunehmen.
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Futterrohre
werden im Stand der Technik in der Verbindung mit durchgeführten
Erdbohrungen verwendet, um nach der Bohrung und nach dem Heben des
Bohrgestänges die Wandungen der Erdbohrung zu stabilisieren.
Hierfür ist es demnach vorgesehen, ein sogenanntes Futterrohr
in die durchgeführte Bohrung einzuführen. Das
Futterrohr selbst ist hohl, so dass der innere freie Durchmesser
der Bohrung erhalten bleibt, wobei jedoch durch die Futterrohrwandung
eine Stabilisierung des Bohrloches über seine Länge
erzielt wird.
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Dabei
ist im Stand der Technik das Problem bekannt, dass Bohrungen nicht
immer einen exakt geraden Verlauf nehmen, so dass es mitunter schwierig
ist, ein Futterrohr nach dem Heben eines Bohrgestänges
in das in die Erde eingebrachte Bohrloch einzuführen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Spannkopf der eingangs genannten
Art bereitzustellen, der die Möglichkeit bietet, ein Futterrohr
nachträglich in erstellte Bohrungen im Erdreich einzuführen
und hierbei insbesondere nicht nur ein Einstecken, sondern insbesondere
ein Eindrehen des Futterrohres in das Bohrloch zu ermöglichen.
Dabei soll zur Erzielung einer erleichterten Einbringung eines Futterrohres
in ein Bohrloch zusätzlich eine Fluidspülung,
insbesondere eine Wasserspülung zum Einsatz kommen, wobei
eine Konzentrierung der Spülkraft des Spülfluids
im Bohrloch erzielt werden soll.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass ein Spülrohr für die Zuführung einer
Spülflüssigkeit koaxial in der Hohlwelle und drehfest
mit dieser angeordnet ist, dessen unterer Bereich von einem ringförmigen,
mit Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit aufpumpbaren
Ballon umgeben ist.
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Wesentlicher
Kerngedanke bei der Konstruktion des erfindungsgemäßen
Spannkopfes ist es, dass zum einen durch die eingangs genannten
beiden Spannmechanismen und hier insbesondere durch die verschieblichen
Spannbacken, durch deren radiale Verschiebung ein in den Spannkopf
eingeführtes Futterrohr fest verspannt werden kann, um über
die Drehung des Spannkopfes auch das Futterrohr im Erdreich in Drehung
zu versetzen. Dabei wird durch den eingangs genannten zweiten Spannmechanismus
sicher gestellt, dass ein insbesondere oberer Bereich des Futterrohres
fest im Spannkopf gehalten wird, insbesondere entgegen der wirkenden Schwerkraft,
um so ein Herausrutschen in axialer Richtung des Futterrohres aus
dem Spannkopf zu verhindern.
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Es
besteht so die Möglichkeit, so wie es schon in dem eingangs
genannten Dokument
DE 10 2008
012 729.9 beschrieben ist, mit dem Spannkopf in gleicher
Weise wie mit dem in dem vorgenannten Dokument beschriebenen Bohrgestänge
ein Futterrohr ins Erdreich drehend einzubringen, wobei nun in dieser
erfindungsgemäßen Ausführung durch die
koaxiale Anordnung vom Spülrohr innerhalb eines eingeführten
oder einführbaren Futterrohres die Möglichkeit
besteht, durch das Spülrohr Spülflüssigkeit
in das Futterrohr einzupumpen, wobei die Flüssigkeit durch
das Futterrohr bis zu dessen unteren Ende gelangt und in einem Bereich
zwischen der Außenwand des Futterrohres und der Bohrlochinnenwandung
zu einer Auflockerung der Bohrlochwandung, zu einer Art Schmiereffekt
und somit zu einem leichteren Einfügung des Futterrohres
in das Bohrloch beiträgt.
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Dabei
kann durch den aufpumpbaren Ballon, der ringförmig um das
Spülrohr in einem Bereich zwischen Spülrohr und
innerer Wandung des Futterrohres angeordnet ist, erfindungsgemäß eine
Abdichtung zwischen Spülrohr und Futterrohr erzielt werden,
so dass verhindert wird, dass die mit hohem Druck eingepumpte Spülflüssigkeit
nach oben durch den Spannkopf entweicht.
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Um
dies sicherzustellen, kann es in einer bevorzugten Ausführung
vorgesehen sein, dass durch ein Aufpumpen des Ballons ein ringförmiger
Bereich, der zwischen dem Spülrohr und einem eingeführten, das
Spülrohr koaxial umgebenden Futterrohr ausgebildet ist,
gegen die Spülflüssigkeit abdichtbar ist. So wird
durch das Aufpumpen bevorzugterweise erreicht, dass der Ballon im
Volumen zunimmt, immer weiter aufgebläht wird und sich
so an den Innenbereich der Futterrohrwandung sowie an den Außenbereich
der Spülrohrwandung anlegt und so diesen ringförmigen
Bereich druckdicht verschließt. Hierbei kann insbesondere
durch den gewählten Druck beim Aufpumpen dieses Ballons
die Dichtigkeit gegen verschieden hohe Spüldrücke
erzielt werden. Als Fluid, welches in den Ballon gepumpt wird kann
z. B. Wasser, bevorzugt jedoch ein Hydraulikfluid zum Einsatz kommen,
insbesondere ein Öl.
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Um
das Aufpumpen zu ermöglichen, kann es dabei in bevorzugter
Ausführung vorgesehen sein, dass der ringförmige
Ballon aus einem flexiblen, insbesondere elastischen Material ausgebildet
ist. So wird zum einen durch die Flexibilität sichergestellt, dass
sich der Ballon durch das Aufpumpen automatisch an die Konturen
anpasst, die im Ringbereich zwischen Spülrohr und Futterrohr
gegeben sind.
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Darüber
hinaus wird durch die bevorzugte Elastizität des Ballons
auch sicher gestellt, dass Fluid, welches in den Ballon zum Aufpumpen
eingepumpt wurde, automatisch auch wieder aus dem Ballon entweicht,
dadurch, dass das aufgepumpte elastische Material dazu tendiert,
sich wieder zusammenzuziehen und so das eingepumpte Fluid aus dem Ballon
zurückdrängt.
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Es
kann jedoch gegebenenfalls ebenso vorgesehen sein, nicht nur das
Fluid zum Aufpumpen in den Ballon hineinzupumpen, sondern auch zum
Ablassen des Drucks das Fluid aus dem Ballon herauszupumpen. Sowohl
für das Aufpumpen als auch für ein gegebenenfalls
vorgesehenes Herauspumpen des Fluids kann eine separate Pumpe zum
Einsatz kommen oder aber auch eine Pumpe, die bei einer Erdbohranlage
mit einem solchen erfindungsgemäßen Spannkopf
ohnehin eingesetzt ist.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausbildung kann es vorgesehen sein,
dass der Ballon am Spülrohr befestigt ist, wodurch verhindert
wird, dass der Ballon insbesondere in einem Zustand, wenn er nicht aufgepumpt
ist, sich in axialer Richtung relativ zum Spülrohr verschiebt.
Durch die Befestigung wird somit immer eine optimale Lage relativ
zum Spülrohr und relativ zu einem eingeführten
Futterrohr erzielt. Insbesondere kann die Befestigung derart gewählt sein,
dass der Ballon oberhalb des unteren Endes des Spülrohrs
angeordnet ist und gleichzeitig relativ zu einem in den Spannkopf
eingeführten Futterrohr unterhalb von dessen oberem Ende.
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In
erfindungsgemäßer Ausführung kann es weiterhin
vorgesehen sein, dass der Ballon eine Fluidzuführung aufweist,
die aus einer am Spülrohr befestigten Drehdurchführung
mit Fluid speisbar ist. Beispielsweise kann eine solche Drehdurchführung ein
inneres fluidführendes Ringteil aufweisen, welches mit
dem Spülrohr drehfest verbunden ist und mit der Fluidzuführung
verbunden ist und ein äußeres, gegenüber
dem inneren Ringteil drehbares fluidführendes Ringteil
aufweist, welches gegenüber einem umgebenden Maschinenaufbau
drehfest ist und mittels dem Fluid auch bei einer Drehung der Ringteile zueinander
zu dem inneren Ringteil zuführbar ist.
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So
wird sichergestellt, dass bei einer Drehung des Spannkopfes, um
ein bohrendes Einbringen eines Futterrohrs im Erdreich zu erzielen,
keine Verdrillung der Fluidzuführung um das Spülrohr
herum bzw. relativ zum Spannkopf erfolgt, da sich die Fluidzuführung
zwischen Ballon und einem Teil der Drehdurchführung erstreckt,
welches drehfest mit dem Spülrohr ist, so dass sich bei
einer Drehung des Spannkopfes die Fluidzuführung mitdreht.
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Durch
ein äußeres drehbares Ringteil an der Drehdurchführung,
welches gegenüber dem umgebenden Maschinenaufbau drehfest
ist, kann die Zuführung von Fluid zu der Drehdurchführung
und dann zum Ballon von einem umgebenden Maschinenaufbau erfolgen,
wobei auch hier durch die drehende Entkopplung zwischen äußerem
und innerem Ringteil gewährleistet ist, dass die Zuführung
zur Drehdurchführung und deren äußerem
Ring keinerlei Verdrillung bei der drehenden Bewegung eines Spannkopfes
relativ zu einem umgebenden Maschinenaufbau erfährt.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Drehdurchführung kann vorsehen,
dass diese drei Fluidkanäle umfasst, insbesondere also
technisch drei Drehdurchführungen in einem Bauteil realisiert
sind. Es besteht demnach die Möglichkeit, mittels dieser Drehdurchführung
drei verschiedene Arbeitsfluide unabhängig von außen,
d. h. einem umgebenden Maschinenaufbau, zu einem sich drehenden
Spannkopf zuzuführen. Hierbei kann es beispielsweise vorgesehen
sein, dass ein Fluidkanal für die Fluidzuführung
und/oder Fluidabführung zum und/oder vom Ballon Sorge trägt,
wobei zwei weitere Fluidkanäle zur Zuführung von
Fluid zu jeweils wenigstens einem Zylinder-Kolben-Aggregat für
die axiale Bewegung der Hülse auf der Hohlwelle in entgegengesetzte Richtungen
eingesetzt sind.
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Beispielsweise
kann eine Betätigung der Spannmechanismen des Spannkopfes
durch eine Verschiebung der beweglichen Hülse relativ zur Hohlwelle
erfolgen, wobei für diese Betätigung der Hülse
zur Verschiebung in axialer Richtung für jede der beiden
möglichen Richtungen wenigstens ein Zylinder-Kolben-Aggregat
vorgesehen ist. So kann demnach wenigstens ein Zylinder-Kolben-Aggregat eingesetzt
werden, um die Hülse relativ zur Hohlwelle nach unten zu
verschieben und wenigstens ein anderes, um die Hülse relativ
zur Hohlwelle nach oben zu verschieben. Jedes dieser Zylinder-Kolben-Aggregate
kann sein Arbeitsfluid von einem der Kanäle der eingangs
genannten Drehdurchführung erhalten. Es besteht so die
Möglichkeit, mit lediglich einer einzigen Drehdurchführung
alle benötigten Arbeitsfluide zu dem erfindungsgemäßen
Spannkopf zuzuführen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden
Figur detailliert dargestellt.
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Die 1 zeigt
hier in einer übersichtlichen Schnittdarstellung einen
Spannkopf gemäß der Erfindung, der eine Hohlwelle 3 umfasst,
auf der koaxial eine Hülse 1 angeordnet ist, die
auch als Spannkopfglocke bezeichnet wird und deren unterer Bereich sich
trichterförmig/kegelstumpfartig nach unten erweitert. Der
innere Wand-Bereich dieses unteren, sich trichterförmig
erweiternden Bereiches der verschieblichen Hülse bildet
dabei Betätigungsflächen für radial außen
liegende Enden bzw. Anlaufflächen von Spannbacken 2,
die durch ein axiales Nach-Unten-Verschieben der Hülse
somit automatisch radial nach innen verschoben werden. Hierbei können
diese Spannbacken 2 an der Hülse 1 und/oder
an der Hohlwelle 3 verschieblich gelagert sein.
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Erkennbar
ist hier in der Darstellung der 1 ein in
den erfindungsgemäßen Spannkopf eingeführtes
Futterrohr 9, wobei die Spannbacken 2 durch ein
Nach-Unten-Verschieben der äußeren Hülse 1 in
radialer Richtung von außen an den Mantel des Futterrohres 9 angelegt
sind und einen Reibschluß und/oder Kraftschluss ausbilden.
Hierdurch besteht die Möglichkeit, durch Drehen des gesamten erfindungsgemäßen
Spannkopfes ein Drehmoment auf das Futterrohr 9 zu übertragen
und dieses drehend in ein Bohrloch einzubringen.
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Die 1 zeigt
weiterhin einen zweiten Spannmechanismus, der ausgebildet ist durch
mehrere, um ein Futterrohr 9 angeordnete Spannelemente 4,
wobei jedes Spannelement 4 eine radial außen liegende
Führungsfläche 4a umfasst, die mit einer Führungsfläche 3a im
Inneren der Hohlwelle 3 zusammenwirkt, so dass durch ein
Bewegen eines Spannelementes 4 in axialer Richtung, insbesondere nach
unten, ein radiales Bewegen des Spannelementes, insbesondere nach
innen, bewirkbar ist.
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Hierbei
ist es vorgesehen, wie eingangs genannt, dass die einzelnen Spannelemente 4 des zweiten
Spannmechanismus bewegt werden, wenn mittels der außen
auf der Hohlwelle 3 angeordneten Hülse 1 eine
axiale Bewegung insbesondere in der üblichen Arbeitsposition
nach unten ausgeführt wird. Hierfür ist eine mechanische
Wirkverbindung zwischen äußerer Hülse 1 und
inneren Spannelementen 4 vorgesehen, die sich beispielsweise
durch die Wandung der Hohlwelle 3 erstrecken kann.
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So
kann erzielt werden, dass durch das Bewegen der Hülse 1 außen
auf der Hohlwelle 3 die in der Hohlwelle 3 angeordneten
Spannelemente 4 in der gleichen Bewegungsrichtung zumindest
bereichsweise mitgeführt werden.
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Durch
eine entsprechende Anordnung der jeweiligen Führungsflächen 3a, 4a der
Hohlwelle 3 und der Spannelemente 4 wird dabei
bewirkt, dass beim Mitbewegen in axialer Richtung automatisch auch
ein Bewegen in radialer Richtung der Spannelemente 4 erfolgt
insbesondere so, dass diese sich formschlüssig um ein von
der Hohlwelle umfasstes Futterrohr 9 herumgelegt werden
können.
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Die
kinematische Umsetzung einer axialen Bewegung der Spannelemente 4 in
eine gleichzeitig erfolgende radiale Bewegung kann hierbei beispielsweise
dadurch erfolgen, dass die miteinander zusammenwirkenden Führungsflächen 3a, 4a an
Spannelement 4 und Hohlwelle 3 relativ zur Mittenachse der
Hohlwelle 3 eine Neigung aufweisen, insbesondere bei einer
Betrachtung im Schnitt einen spitzen Winkel zu dieser aufweisen.
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Ein
Formschluss zwischen den Spannelementen 4 und einem Futterrohr 9 kann
dabei durch an den Spannelementen 4 vorgesehenen an deren radialen
inneren Bereichen liegende Anlageflächen 4b erzielt
werden, die hinsichtlich ihrer Formgestaltung an ein Futterrohr 9 insbesondere
im oberen Bereich angepasst sind, beispielsweise also an den Durchmesser
eines Futterrohres 9, so dass diese Anlageflächen 4b z.
B. zumindest einen zylinderabschnittförmigen Flächenbereich
aufweisen und/oder auch an eine Schulter 9a angepasst sein
können, die am Futterrohr vorgesehen ist, bzw. eine Stufe 9a an der
sich der Durchmesser des Futterrohres ändert, insbesondere
in der Richtung von oben nach unten verjüngt.
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Eine
solche Verjüngung kann an der genannten Schulter bzw. Stufe 9a beispielsweise
durch eine rechtwinklige Stufe relativ zur Achse des Futterrohres
erfolgen oder auch durch eine kegelförmige Stufe bzw. eventuelle
andere Formgestaltungen. Die Anlageflächen 4b der
Spannelemente 4 weisen demnach auch Flächenbereiche
auf, die an eine derartige Schulter bzw. Stufe 9a angepasst
sind, so dass durch ein Formschluss zwischen den Spannelementen 4 und
einem Futterrohr 9 aufgrund der Anlage der Spannelemente 4 an
einer derartigen Schulter bzw. Stufe 9a eine axiale Hebekraft
bzw. Haltekraft auf das Futterrohr ausgeübt werden kann,
wenn die Anlagefläche 4b an der Schulter/Stufe 9a anliegt,
ohne dass die Spannelemente 4 in axialer Richtung relativ
zum Futterrohr 9 verrutschen.
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Um
eine entsprechende Führungsfläche 3a als
Gegenfläche für diejenigen Führungsflächen 4a am
jeweiligen Spannelement 4 zu erhalten, kann es in der hier
gezeigten Ausführung vorgesehen sein, dass eine solche
Führungsfläche im Inneren der Hohlwelle 3 gebildet
ist durch einen radialen nach innen vorspringenden Ringbereich 3b,
dessen innere Ausnehmung eine kegelstumpfförmige Mantelfläche bildet,
die koaxial um die Mittenachse M der Hohlwelle 3 angeordnet
ist, insbesondere wobei diese kegelstumpfförmige Mantelfläche
in der üblichen Arbeitsposition des Spannkopfes nach unten
verjüngend ausgebildet ist. Gerade durch die Verjüngung
nach unten wird hier erzielt, dass bei einer Abwärtsbewegung
der Spannelemente 4 innerhalb des Spannkopfes ein Verschieben
dieser Spannelemente 4 radial nach innen erfolgt, wenn
die Führungsfläche 4a am Spannelement 4 an
der kegelstumpfförmigen Mantelfläche 3a des
Ringbereiches 3b entlang gleitet.
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Die
Ausbildung einer kegelstumpfförmigen Mantelfläche
am inneren Ringbereich innen in der Hohlwelle hat fertigungstechnische
Vorteile, da eine solche kegelstumpfförmige Mantelfläche
in einfacher Weise durch ein inneres Ausdrehen einer Welle erzielt
werden kann. Beispielsweise kann hierfür eine Hohlwelle 3 aus
einem Vollmaterial gefertigt werden.
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Die
radial außen liegenden Führungsflächen 4a der
Spannelemente 4 können weiterhin als zu der kegelstumpfförmigen
Mantelfläche korrespondierende äußere
Kegelmantelflächenbereiche ausgebildet sein. Dabei ergibt
es sich, wenn sowohl die Führungsflächen 4a an
den Spannelementen 4 als auch die an dem vorspringenden
Ringbereich kegelstumpfförmig ausgebildet sind, bzw. einen
Abschnitt bilden aus einer kegelstumpfförmigen Mantelfläche, dass
es nur eine bestimmte Position gibt, in der die jeweiligen Führungsflächen 4a von
Spannelement 4 und Ringbereich 3b einander formschlüssig
berühren, da außerhalb dieser bestimmten Lage
die jeweiligen Durchmesser der einzelnen Kegelflächen relativ
zur Mittenachse M der Hohlwelle 3 nicht zueinander passen.
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Es
ist daher in einer bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass
die jeweiligen Führungsflächen 3a, 4a von
Spannelement 4 und Ringbereich 3b so aneinander
angepasst sind, dass sich der Formschluss zwischen diesen korrespondierenden
Führungsflächen mit zunehmendem Formschluss zwischen
den Spannelementen 4 und einem Futterrohr 9 erhöht, also
insbesondere dann, wenn die Spannelemente 4 durch die Hülse 3 nach
unten und damit gleichzeitig nach innen geschoben werden.
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So
kann der zweite Spannmechanismus so ausgeführt sein, dass
in dem Augenblick wenn optimaler Formschluss zwischen den Spannelementen 4 und
einem Futterrohr 9 besteht auch ein optimaler Formschluss
zwischen den korrespondierenden Führungsflächen 3a, 4a gegeben
ist. Es werden auf diese Art und Weise optimal die jeweiligen Kräfte
zwischen den Flächen übertragen unter Vermeidung
zu hoher lokaler Drücke. Eine derartige Ausführung
hat weiterhin auch den Vorteil, das in einem Fall wenn noch kein
Formschluss zwischen Spannelement 4 und Futterrohr 9 bzw.
zwischen den korrespondierenden Führungsflächen
besteht, diese Führungsflächen nicht über
Ihren gesamten Flächenbereich sondern lediglich punktuell
bzw. linienförmig aneinander anliegen, so dass die Reibung
zwischen den Führungsflächen in diese Lage der
Spannelemente reduziert ist.
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Dieselbe
Ausgestaltung kann auch zwischen den Führungsflächen
an den Spannbacken 2 des ersten Spannmechanismus und dem
sich kegelförmig erweiternden Endbereich der äußeren
Hülse 1 gegeben sein. Sämtliche vorgenannten
Ausführungen bezüglich der Konstruktion der Führungsflächen zwischen
den Spannelementen des zweiten Spannmechanismus und der kegelstumpfförmigen
Mantelfläche des Ringbereiches gelten analog auch für
die Spannbacken 2 des ersten Spannmechanismus und dem kegelstumpfförmigen
sich erweiternden Endbereich der Hülse 1.
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In
dieser Ausführung ist es weiterhin vorgesehen, dass ein
Spannelement 4 an einem parallel zur Hohlwellenachse M
angeordneten Bolzen 6 in axialer Richtung verschieblich
ist, der ein Spannelement 4 bzw. einen daran angeordneten
radialen nach außen weisenden Vorsprung durchdringt. Dies
hat den Vorteil, dass beim Einsatz mehrerer einzelner Spannelemente 4 diese
jeweils eine Führung haben und sich nur entlang dieser
Führung in axialer Richtung im Inneren der Hohlwelle 3 bewegen
können.
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So
wird beispielsweise ein Verkanten der Spannelemente 4 relativ
zum Futterrohr 9 vermieden. Um neben der geführten
Bewegung in axialer Richtung gleichzeitig zu ermöglichen,
dass bei einer axialen Bewegung eine radiale Bewegung insbesondere
nach innen möglich ist, ist es bevorzugt vorgesehen, dass
ein solcher Bolzen 6 in einer Ausnehmung des Spannelementes 4 bzw.
dessen genannten Vorsprung einliegt, die sich in radialer Richtung erstreckt,
also beispielsweise in der Art einer Langloches in radialer Richtung
ausgebildet ist. So kann bei einer Bewegung eines Spannelementes 4 in
axialer Richtung dieses in axialer Richtung zum Bolzen 6 an diesem
entlang geführt werden, sich dabei aber auch gleichzeitig
senkrecht zur Erstreckung des Bolzens 6 in radialer Richtung
bewegen.
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Wie
eingangs erwähnt ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Spannelemente 4 betätigt werden durch
eine Bewegung der äußeren Hülse 1. Hierfür
kann eine Wirkverbindung vom Inneren der Hohlwelle 3 zur
außen liegenden Hülse 1 vorgesehen sein.
In der gezeigten Ausführung sind dabei die Spannelemente 4 mittels
eines im Inneren der Hohlwelle 3 angeordneten Betätigungselementes 5 in
axialer Richtung bewegbar, insbesondere in die Richtung zunehmenden
Formschlusses relativ zum Futterrohr, wobei das Betätigungselement 5 mit
der außen auf der Hohlwelle angeordneten Hülse 1 durch wenigstens
einen radialen Steg verbunden ist, der sich durch eine Ausnehmung 3c in
der Hohlwelle 3 erstreckt.
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Dabei
ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine solche Ausnehmung 3c eine
Längserstreckung in axialer Richtung der Hohlwelle 3 aufweist,
damit bei einer Bewegung der Hülse 1 in axialer
Richtung sich ein Steg der sich in radialer Richtung durch eine solche
Ausnehmung 3c erstreckt in dieser axialen Richtung innerhalb
der Ausnehmung 3c ebenso bewegbar ist. So kann die Bewegung
einer Hülse 1 außen auf der Hohlwelle 3 dadurch
in das Innere der Hohlwelle 3 übertragen werden,
dass sich das durch die Stege verbundene Betätigungselement 5 zusammen
mit der Hülse 1 bewegt. Die Bewegung des Betätigungselementes 5 kann
so dann auf verschiedene Arten auf die Spannelemente 4 übertragen
werden beispielsweise dadurch, dass ein Betätigungselement 5 direkt
und unmittelbar auf ein Spannelement 4 einwirkt oder aber
auch dadurch, dass ein Betätigungselement 5 mittelbar über
zwischengelagerte Elemente auf ein Spannelement 4 einwirkt.
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Dabei
kann es in besonders bevorzugter Ausführung unabhängig
von der Art der Einwirkung vorgesehen sein, dass ein Betätigungselement 5 ringförmig
ausgebildet ist wobei dessen innere Ausnehmung vorgesehen ist, um
ein Futterrohr zu umgeben und wobei über den Ring dieses
Betätigungselementes 5 alle Spannelemente 4 gleichzeitig
bewegbar sind.
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Weiterhin
kann es auch vorgesehen sein, dass die eingangs genannten Bolzen 6,
an denen sich die Spannelemente 4 entlang bewegen, am Betätigungselement 5 befestigt
sind. Beispielsweise kann eine Befestigung mittels einer Schraubverbindung
erfolgen, wobei ebenso weiterhin es vorgesehen sein kann, dass die
Bolzen 6 in Führungsbohrungen eintauchen, die
am Ringbereich 3b vorgesehen sind der in der Hohlwelle
zur Ausbildung des kegelstumpfförmigen Führungsflächenbereiches
gebildet ist. Die Bolzen 6 sind dabei in einem Abstand
zur Mittenachse M um diese herum angeordnet, insbesondere in einer
gleichmäßigen Winkelteilung, ebenso wie die daran
beweglich befestigten Spannelemente 4.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausführung kann ein Spannelement 4,
insbesondere jedes Spannelement 4, welches in der Hohlwelle 3 vorgesehen ist,
in Richtung zunehmenden Formschlusses und somit insbesondere in
einer Richtung nach unten bezüglich der üblichen
Arbeitsposition gegen eine rückstellende Kraft verschieblich
sein. Eine solche rückstellende Kraft kann beispielsweise
durch eine Druckfeder 7 ausgeübt sein, insbesondere
eine solche, die sich einseitig, insbesondere unterseitig am Spannelement 4 und
mit Ihrer anderen Seite, insbesondere oben am ringförmigen
eingangs genannten Bereich abstützen. Dabei kann eine solche
Druckfeder 7 einen ebenso eingangs genannten Bolzen 6 umgeben.
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Die
Bewegung der Spannelemente 4 in Richtung zunehmenden Formschlusses
gegen eine rückstellende Kraft hat den Vorteil, dass das
Spannelement 4 durch diese rückstellende Kraft
in axialer Richtung auf eine an einem Futterrohr realisierte Schulter
bzw. Stufe 9a zugedrückt werden kann. So wird
hierdurch bewirkt, dass in dem Augenblick, wenn das Futterrohr ein
Spannelement 4 entlastet dieses Spannelement 4 durch
die rückstellende Kraft aus dem Formschluss zwischen den
Führungsflächen herausgedrückt wird,
also beispielsweise bezogen auf die übliche Arbeitsposition
nach oben gedrückt wird. Hierdurch wird das Futterrohr
aus den Spannelementen 4 freigegeben. Eine derartige Entlastung
zwischen Futterrohr 9 und dem Spannelement 4 kann
beispielsweise erzielt werden, wenn ein Futterrohr 9 in
das Erdreich eingebracht ist und der Spannkopf sich relativ zum
Futterrohr 9 von der Schulter 9a des Futterrohr 9a weg
nach unten bewegt in axialer Richtung des Futterrohres 9.
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In
der hier gezeigten Ausführung, die auch entfallen kann,
ist es vorgesehen, eine mittelbare Einwirkung des Betätigungselementes 5 auf
die jeweiligen Spannelemente 4 vorzunehmen mittels wenigstens
einer Druckfeder 8 die zwischen Betätigungselement 5 und
jedem Spannelement 4 vorgesehen ist. Hierdurch wird erzielt,
dass eine Kraft nicht unmittelbar zwischen Betätigungs-
und Spannelement wirkt, sondern dass die Kraft jeweils durch die Druckfeder 8 aufgebracht
wird. Dies hat darüber hinaus den Vorteil, dass über
einen bestimmten vorgegebenen axialen Bewegungsweg im Wesentlichen immer
dieselbe Kraft auf das Spannelement 4 ausgeübt
wird, die sich durch die Federkonstante der Druckfeder 8 in
Abhängigkeit vom Einfederweg ergibt.
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In
einer hier nicht gezeigten Ausführung kann es vorgesehen
sein, dass eine solche Druckfeder 8 unmittelbar zwischen
Betätigungselement 5 und Spannelement 4 angeordnet
ist oder aber in einer besonders bevorzugten hier gezeigten Ausführung,
dass eine solche Druckfeder 8 zwischen einem Betätigungselement 5 und
einem zwischengelagerten Element 5a, z. B. einem Zwischenring 5a angeordnet
ist, der zwischen Betätigungselement 5 und Spannelement 4 liegt. Über
einen solchen Zwischenring 5a können wiederum
alle Spannelemente 4 gleichzeitig kontaktiert sein. Federelemente 8 können
demnach zwischen den aufeinander zuweisenden Ringflächen
von Zwischenring 5a und Betätigungselement 5 angeordnet
sein, beispielsweise bevorzugt an den Positionen, an denen die eingangs genannten
Bolzen 6 sich vom Betätigungselement 5 aus
durch den Zwischenring 5a und die Spannelemente 4 hindurch
erstrecken. So kann jede dieser Federn 8 beispielsweise
einen Bolzen 6 umgeben.
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Eine
derartige Ausführung hat erfindungsgemäß den
besonderen Vorteil, dass eine Hülse 1 in axialer
Richtung relativ zur Hohlwelle 3 bewegbar ist, wobei zunächst
durch die mittelbare Wirkung des Betätigungselementes 5 über
die Druckfedern 8 die Spannelemente 4 in ein Formschluss
mit einem Futterrohr 9 bewegbar sind, wobei nach dem Erreichen dieses
Formschlusses zwischen Betätigungselement 5 und
Spannelementen 4 bzw. Betätigungselement 5 und
Zwischenring 5a ein axialer Bewegungsbereich verbleibt.
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Dieser
axialer Bewegungsbereich ergibt sich hierbei im wesentlichen dadurch,
dass bei Erreichen des Formschlusses die Druckfedern 8 noch
nicht vollständig komprimiert sind. Es verbleibt demnach
ein axialer Bewegungsbereich der gegeben ist durch die bei Formschluss
erzielte Kompression der Druckfedern 8 bis zur maximal
möglichen Kompression der Druckfedern 8, z. B.
wenn deren Windungen aneinander anliegen oder ein separater Anschlag
vorgesehen ist. Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Spannkopfes
ist demnach derart, dass aufgrund dieses verbliebenen Bewegungsbereiches
selbst bei schon vorliegendem Formschluss zwischen den Spannelementen 4 und
dem Futterrohr die äußere Hülse 1 in
diesem gegeben Bewegungsbereich in axialer Richtung weiterbewegt
werden kann, bis das ein Wirkschluss zwischen den Spannbacken 2 der ersten
Spannvorrichtung und dem Futterrohr 9 entsteht. Dieser
Wirkschluss kann beispielsweise gegeben sein durch einen Kraft-
und/oder Form- und/oder Reibschluss zwischen den Spannbacken 2 der
ersten Spannvorrichtung und dem Futterrohr 9.
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Es
wird also bei einer Bewegung der Hülse 1 insbesondere
bezogen auf die übliche Arbeitsposition in axialer Richtung
nach unten zunächst ein Formschluss zur axialen Festlegung
des Futterrohrs 9 mit dem zweiten Spannmechanismus erzielt
und nachdem dieser erreicht ist, durch ein Weiterbewegen der Hülse 1 der
Wirkschluss zwischen den Spannbacken 2 der ersten Spannvorrichtung
und dem Futterrohr 9, um hierdurch ein Drehmoment übertragen
zu können.
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So
ermöglicht ein solcher erfindungsgemäßer
Spannkopf beim Tragen und Manipulieren des Futterrohres 9 neben
den hierfür ausgeübten Hebekräften auch
gleichzeitig das Futterrohr aufgrund der Möglichkeit zur
Drehmomentübertragung zu drehen und so die Haftung zwischen
Futterrohr 9 und Erdreich zu verringern, was das Einbringen
wesentlich vereinfacht.
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Bei
umgekehrter Bewegung der Hülse 1, d. h. bezogen
auf eine normale Arbeitsposition von unten nach oben löst
sich somit in umgekehrter Reihenfolge zunächst der Wirkschluss
zwischen den Spannbacken 2 und dem Futterrohr 9 wobei
in dem Fall wenn das Futterrohr 9 im Spannkopf hängt
der Formschluss zwischen den Spannelementen 4 der zweiten
Spannvorrichtung und dem Bohrgestänge zunächst
erhalten bleibt, da das Futterrohr über seine Schulter/Stufe 9a,
die eingangs beschrieben wurde mit seiner Gewichtskraft auf den
Spannelementen 4 aufliegt und somit diese nun statt durch
die Hülse/ Betätigungselement über das
Futterrohr in axialer Richtung nach unten und somit in Schwerkraftrichtung
belastet sind, so dass der Formschluss selbsthemmend erhalten bleibt.
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Erst
wie eingangs genannt in dem Fall, wenn das Futterrohr die Spannelemente 4 entlastet,
senkt sich der Spannkopf relativ zum Futterrohr ab, wodurch der
Formschluss zwischen dem Futterrohr 9 bzw. der Schulter 9a und
den Spannelementen 4 aufgehoben wird und die Spannelemente 4 durch
die Federbelastung in axialer Richtung nach oben verschoben werden
und somit das Futterrohr freigeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es bevorzugt
vorgesehen, den zweiten Spannmechanismus bezogen auf eine übliche
Arbeitsposition des Spannkopfes oberhalb des genannten ersten Spannmechanismus
anzuordnen. Ebenso ist es möglich, diese Anordnung umzukehren.
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Der
hier dargestellte erfindungsgemäße Spannkopf zeigt
in der 1 weiterhin, dass mit diesem drehfest ein Spülrohr 14 verbunden
ist, welches koaxial um die Mittenachse M des Spannkopfes angeordnet
und in dieser Ausführung mittels einer Deckelplatte 15,
die das obere Ende der Hohlwelle 3 überdeckt,
mit dieser drehfest verbunden ist.
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Das
untere Ende des Spülrohres 14 endet dabei im inneren
Bereich des erfindungsgemäßen Spannkopfes oder
unterhalb des unteren Endes der Hohlwelle 3, so dass in
jedem Fall sicher gestellt ist, dass ein von unten in den erfindungsgemäßen Spannkopf
eingeführtes Futterrohr 9, welches das Spülrohr 14 koaxial
umgibt, mit seinem oberen Ende oberhalb des unteren Endes des Spülrohres 14 angeordnet
ist. Hierbei ist es vorgesehen, dass der obere Bereich des Futterrohres 9 und
insbesondere eine an diesem oberen Bereich angeordnete Stufe oder Schulter 9a durch
die zuvor beschriebenen Spannelemente 4 sicher erfasst
werden kann, so dass das Futterrohr in axialer Richtung festgelegt
ist.
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Erkennbar
ist hier in der 1 weiterhin, dass in dem ringförmigen
Bereich zwischen Spülrohr 14 und Futterrohr 9 ein
ringförmig ausgestalteter Ballon 11 angeordnet
ist, der eine Fluidzuführung 12 aufweist, die
sich ebenso durch die obere Deckelplatte 15 erstreckt und
hier an einem inneren Ringbereich einer Drehdurchführung 13 befestigt
ist, wobei dieser innere Ringbereich mit dem Spülrohr 14 drehfest ausgebildet
ist. So kann mittels einer Fluidzuführung an die Drehdurchführung 13 ein
Aufblasen des Ballons 11 erreicht werden, so dass der ringförmige
Bereich zwischen Spülrohr 14 und Futterrohr 9 dicht
gegenüber der Spülflüssigkeit verschlossen
werden kann, die durch das Spülrohr 14 in das
Futterrohr 9 eingepumpt wird. Die eingepumpte Spülflüssigkeit kann
sich somit nur in dem Inneren des Futterrohres 9 nach unten,
nicht jedoch gegen den Ballon 11 nach oben ausbreiten,
so dass die Spülflüssigkeit im Futterrohr 9 nach
unten gepumpt wird und das Bohrloch aufweicht und so zu einem leichteren
Einbringen des Futterrohres 9 in das Bohrloch Sorge trägt.
Insbesondere wird durch einen aufgeblasenen Ballon hier sicher gestellt,
dass ein aufgebauter Druck der Spülflüssigkeit
vollständig innerhalb des Spülrohres 9 erhalten
bleibt.
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Wie
eingangs erwähnt, jedoch hier in der Figur nicht dargestellt,
kann die Drehdurchführung 13 nicht nur einen Kanal
zur Fluidweiterleitung aufweisen, sondern gegebenenfalls mehrere
Kanäle, insbesondere zwei weitere Kanäle, um hier
nicht dargestellte Zylinder-Kolben-Aggregate zur Verschiebung der äußeren
Hülse 1 in axialer Richtung gegenüber der
Hohlwelle 3 zu bewirken.
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Mit
der hier dargestellten konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Spannkopfes kann somit sicher gestellt werden, dass ein Futterrohr sowohl
in axialer Richtung durch den hier beschriebenen zweiten Spannmechanismus
im Spannkopf festgehalten wird als auch durch den ersten Spannmechanismus
mit den Spannbacken 2 eine Drehmomentübertragung
auf das Futterrohr erfolgen kann, wobei gleichzeitig Spülflüssigkeit
durch das Spülrohr in das Futterrohr appliziert werden
kann und eine Dichtigkeit zwischen Spülrohr und Futterrohr
gewährleistet bleibt.
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Bezüglich
sämtlicher Ausführungen ist festzustellen, dass
die in Verbindung mit einer Ausführung genannten technischen
Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetzt
werden können oder eingesetzt sind, sondern auch bei den
jeweils anderen Ausführungen. Sämtliche offenbarten technischen
Merkmale dieser Erfindungsbeschreibung sind als erfindungswesentlich
einzustufen und beliebig miteinander kombinierbar oder in Alleinstellung
einsetzbar. Dabei wird in der gesamten Offenbarung unter der Erwähnung,
dass ein Merkmal vorgesehen sein kann oder ein Verfahrenschritt
durchgeführt werden kann auch eine Ausführung
der Erfindung verstanden, in der das betreffende Merkmal vorgesehen
ist bzw. ein betreffender Verfahrensschritt durchgeführt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102008012729 [0002, 0008]