DE102008034083B4 - An earth boring - Google Patents
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Abstract
Erdbohrvorrichtung mit einem Bohrgestänge, das ein Außen- (1a) und ein innerhalb des Außengestänges (1a) und drehbar hierzu angeordnetes Innengestänge (1b) aufweist, einem Drehantrieb (2) für das Bohrgestänge und einem Planetengetriebe (4), umfassend ein Sonnen- (5) und ein Hohlrad (6) sowie ein oder mehrere Planetenräder (7), zur Erzeugung einer gegensinnigen Drehrichtung des Außen- (1a) und des Innengestänges (1b), dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (5) mit dem Innengestänge (1b), das Hohlrad (6) mit dem Außengestänge (1a) und die Planetenräder (7) mit dem Drehantrieb (2) verbunden sind.Earth drilling device with a drill rod, which has an outer (1a) and an inner rod (1b) arranged inside the outer rod (1a) and rotatable relative thereto, a rotary drive (2) for the drill rod and a planetary gear (4), comprising a sun ( 5) and a ring gear (6) as well as one or more planet gears (7), for generating an opposite direction of rotation of the outer (1a) and inner linkage (1b), characterized in that the sun gear (5) with the inner linkage (1b) , the ring gear (6) with the outer linkage (1a) and the planetary gears (7) with the rotary drive (2) are connected.
Description
Die Erfindung betrifft eine Erdbohrvorrichtung.The invention relates to a Erdbohrvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Erdbohrvorrichtungen bekannt, die ein Bohrgestänge aufweisen, an dessen vorderem Ende beispielsweise ein Bohrkopf angeordnet sein kann. Das Bohrgestänge wird mittels einer an der Erdoberfläche angeordneten Antriebseinheit rotierend und in Vorschubrichtung angetrieben, um das Bohrloch im Erdreich zu erzeugen.Erdbohrvorrichtungen are known from the prior art, which have a drill string, at the front end, for example, a drill head can be arranged. The drill pipe is driven in rotation and in the feed direction by means of a drive unit arranged on the earth's surface in order to produce the borehole in the ground.
Unter anderem für das Einbringen von Geothermiebohrungen sind zudem Erdbohrvorrichtungen bekannt, die ein Doppelbohrgestänge mit einem Innen- und einem Außengestänge aufweisen, Das innerhalb des Außengestänges angeordnete Innengestänge ist hierbei in der Regel mit einem Bohrlochhammer oder einer Bohrschnecke versehen, während das Außengestänge eine Schutzverrohrung antreibt. Durch den Ringspalt zwischen dem Außen- und dem Innengestänge kann auf vorteilhafte Weise das Bohrklein abgeführt werden.Among other things, for the introduction of Geothermiebohrungen Erdbohrvorrichtungen are known which have a Doppelbohrgestänge with an inner and an outer linkage, which is arranged inside the outer linkage inner linkage here is usually provided with a wellbore hammer or a Bohrschnecke, while the outer linkage drives a protective piping. Through the annular gap between the outer and the inner rod can be removed in an advantageous manner, the cuttings.
Bei kleinen Erdbohrvorrichtungen, d. h. solchen Vorrichtungen zum Einbringen von Erdbohrungen kleinen Durchmessers, ist aus Kostengründen regelmäßig lediglich ein Bohrantrieb vorgesehen, der die beiden Gestänge der Erdbohrvorrichtung direkt und folglich gleichsinnig antreibt.For small earth boring devices, i. H. such devices for the introduction of small diameter bores, for cost reasons, regularly only a drill drive is provided, which drives the two rods of Erdbohrvorrichtung directly and consequently in the same direction.
Bei großen Erdbohrvorrichtungen können auch zwei Drehantriebe vorgesehen werden, wobei jeweils ein Antrieb mit einem der zwei Gestänge verbunden ist. Diese aufwendige und daher kostspielige Ausgestaltung ermöglicht durch eine entsprechende Ansteuerung auch ein gegensinniges Rotieren des Außen- und des Innengestänges. Der mit den zwei Drehantrieben sowie einer dadurch notwendigen Einzelsteuerung der zwei Antriebe verbundene Aufwand verhindert jedoch in der Regal aus Kostengründen die Übertragung dieses Prinzips auf kleine Bohrvorrichtungen.In large Erdbohrvorrichtungen two rotary actuators can be provided, in each case a drive is connected to one of the two linkage. This complex and therefore costly design allows by an appropriate control and an opposite direction of rotation of the outer and inner linkage. However, the effort associated with the two rotary actuators and a necessary individual control of the two drives prevented in the shelf for cost reasons, the transfer of this principle to small drills.
Die Möglichkeit des gegensinnigen Rotierens von Außen- und Innengestänge bei einer Erdbohrvorrichtung mit Doppelbohrgestänge bietet große Vorteile hinsichtlich des Abtransports des Bohrkleins durch den Ringspalt zwischen den beiden Gestängen.The possibility of opposing rotation of outer and inner linkage in a Erdbohrvorrichtung with Doppelbohrgestänge offers great advantages in terms of the removal of the cuttings through the annular gap between the two rods.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Erdbohrvorrichtung mit einem Doppelgestänge anzugeben, das eine flexible Ausgestaltung ermöglicht.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a Erdbohrvorrichtung with a double rod, which allows a flexible design.
Diese Aufgabe wird durch eine Bohrvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a drilling apparatus according to claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Der Kern der Erfindung sieht vor, bei einer Bohrvorrichtung, die ein (Doppel-)Bohrgestänge mit einem Außen- und einem Innengestänge sowie zumindest einem Drehantrieb aufweist, ein Planetengetriebe anzuordnen, durch das die Leistung des Drehantriebs auf beide Gestänge übertragen und gleichzeitig eine gegensinnige Drehrichtung des Außen- und des Innengestänges erzeugt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Erdbohrvorrichtung wird ermöglicht, die zwei Gestänge eines Doppelgestänges mit nur einem Drehantrieb auch gegensinnig anzutreiben. Demnach können die Vorteile, die bekanntermaßen mit dem gegensinnigen Rotieren der zwei Gestänge beim Abtransport des Bohrkleins verbunden sind, auch mit einem einzigen Drehantrieb und folglich auf kostengünstige Weise auch bei kleineren Erdbohrvorrichtungen erzielt werden.The core of the invention provides, in a drilling apparatus having a (double) drill string with an outer and an inner linkage and at least one rotary drive to arrange a planetary gear through which transmit the power of the rotary drive on both linkages and at the same time an opposite direction of rotation of the outer and inner linkage is generated. The inventive design of a Erdbohrvorrichtung is made possible to drive the two linkage of a double linkage with only one rotary drive in opposite directions. Thus, the benefits that are known to be associated with the counter rotation of the two linkages in the removal of the cuttings can also be achieved with a single rotary drive and consequently in a cost effective manner even with smaller Erdbohrvorrichtungen.
Das Planetengetriebe umfasst ein Sonnen- und ein Hohlrad sowie ein oder mehrere Planetenräder. Derartige Planetengetriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt und können einen Aufbau aufweisen, bei dem das Sonnenrad und die Planentenräder als Zahnräder mit einer Außenverzahnung und das Hohlrad als ringförmiges Zahnrad mit zumindest einer Innenverzahnung ausgebildet sind. Die Planetenräder sind hierbei zwischen dem Sonnen- und dem Hohlrad angeordnet und kämmen mit den entsprechenden Verzahnungen dieser Räder. Die Planetenräder können über einen Käfig miteinander verbunden sein, um die Leistung eines mit dem Käfig verbundenen Drehantriebs über alle Planetenräder zu übertragen. Die Verwendung eines Planetengetriebes ermöglicht eine einfache, kostengünstige und zudem lediglich einen geringen Bauraum benötigende Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Getriebes in der Erdbohrvorrichtung. Das Planetengetriebe erlaubt ferner durch geeignete Wahl der Zähnezahl und vor allem auch durch den Austausch der Planetenräder, des Sonnenrads und/oder des Hohlrads mit anderer Zähnezahl der gewünschten Betriebssituation angepaßte Drehzahlen und Drehmomente zu wählen.The planetary gear includes a sun and a ring gear and one or more planetary gears. Such planetary gear are known from the prior art and may have a structure in which the sun gear and the planetary gears are formed as gears with an external toothing and the ring gear as an annular gear with at least one internal toothing. The planetary gears are arranged between the sun and the ring gear and mesh with the corresponding teeth of these wheels. The planet gears may be interconnected via a cage to transmit the power of a rotary drive connected to the cage across all planetary gears. The use of a planetary gear allows a simple, inexpensive and also only a small space-requiring configuration of a transmission according to the invention in the Erdbohrvorrichtung. The planetary gear also allows by appropriate choice of To select number of teeth and, above all, by the replacement of the planetary gears, the sun gear and / or the ring gear with different numbers of teeth of the desired operating conditions adapted speeds and torques.
Das Sonnenrad ist mit dem Innengestänge, das Hohlrad mit dem Außengestänge und der Drehantrieb mit dem oder den Planetenrädern verbunden, wobei die Verbindung auch einen Käfig umfassen kann, über den die Rotationsbewegung des Drehantriebs auf die Planetenräder übertragen wird. Diese Ausgestaltung kann insbesondere Vorteile hinsichtlich des für das Getriebe benötigten Bauraums aufweisen.The sun gear is connected to the inner linkage, the ring gear to the outer linkage and the rotary drive to the planetary gears or the planetary gears, wherein the compound may also include a cage, via which the rotational movement of the rotary drive is transmitted to the planetary gears. This embodiment may in particular have advantages in terms of the space required for the transmission space.
Der Drehantrieb kann selbstverständlich auch mehrere Einzelantriebe aufweisen. Beispielsweise kann eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung vorsehen, daß mehrere Planetenräder mit jeweils einem Einzelantrieb ausgestattet sind. Hierbei kann vorgesehen sein, daß die Einzelantriebe zur Veränderung der Drehzahlen bzw. Drehmomente (auch wechselweise) in Reihe oder parallel betrieben werden.Of course, the rotary drive can also have several individual drives. For example, an embodiment of an earth boring device according to the invention provide that several planetary gears are each equipped with a single drive. It can be provided that the individual drives to change the speeds or torques (also alternately) are operated in series or in parallel.
In einer bevorzugten Ausführungsform können weiterhin eine oder mehrere Kupplungen direkt oder indirekt zwischen dem Getriebe und dem Außen- und/oder Innengestänge angeordnet sein. Durch ein gezieltes Öffnen und Schließen der Kupplung(en) kann gezielt die Übertragung des Drehmoments auf die beiden Gestänge gesteuert werden, wobei beispielsweise durch ein Öffnen der das als Schutzverrohrung ausgebildete Außengestänge mit dem Getriebe verbindenden Kupplung erreicht werden kann, daß temporär nahezu die gesamte Antriebsleistung des Drehantriebs auf des gegebenenfalls mit einer Bohrschnecke verbundene Innengestänge übertragen wird, um beispielsweise im Erdreich befindliche Hartgesteinsbrocken durchbohren zu können. Durch die Möglichkeit, die gesamte Leistung des Drehantriebs zumindest temporär auf lediglich eines der beiden Gestänge zu übertragen, kann der Drehantrieb relativ schwach dimensioniert werden, wodurch wiederum die Kosten gering gehalten werden können.In a preferred embodiment, one or more clutches may further be arranged directly or indirectly between the transmission and the outside and / or inside linkage. Through a specific opening and closing of the clutch (s) can be specifically controlled the transmission of torque to the two linkages, which can be achieved, for example, by opening the trained as a protective casing outer linkage with the transmission coupling that temporarily almost the entire drive power the rotary drive is transmitted to the optionally associated with a drill auger inner linkage to pierce, for example, located in the ground hard rock chunks can. Due to the possibility of transmitting the entire power of the rotary drive at least temporarily to only one of the two linkages, the rotary drive can be dimensioned relatively weak, which in turn allows the costs to be kept low.
Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere Bremsvorrichtungen vorgesehen werden, mittels derer gezielt die einzelnen Räder und insbesondere des Sonnen- und/oder das Hohlrad gebremst werden können. Je nach Ausgestaltung des Planetengetriebes können dadurch weitere Funktionen, wie beispielsweise eine Drehrichtungsumkehr für das Außen- und/oder Innengestänge erzeugt werden. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn als Drehantrieb ein Hydraulikmotor zum Einsatz kommt, der antriebsseitig eine Drehrichtungsumkehr nicht zur Verfügung stellt.According to a further preferred embodiment of the present invention, one or more braking devices can be provided, by means of which the individual wheels and in particular the sun and / or the ring gear can be selectively braked. Depending on the configuration of the planetary gear can be generated by other functions, such as reversing the direction of rotation for the outer and / or inner rod. This embodiment may be advantageous, for example, if a hydraulic motor is used as the rotary drive, the drive side does not provide a reversal of rotation available.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Erdbohrvorrichtung eignet sich besonders bevorzugt für eine solche Bohrvorrichtung, bei der das Innengestänge mit einem Imlochhammer oder einer Bohrschnecke verbunden ist und das Außengestänge mit einer Schutzverrohrung verbunden oder als solche ausgebildet ist. Eine solche Erdbohrvorrichtung kann bevorzugt beim Einbringen von Geothermiebohrungen zum Einsatz kommen.The inventive design of a Erdbohrvorrichtung is particularly preferred for such a drilling apparatus, wherein the inner rod is connected to a downhole hammer or a Bohrschnecke and the outer rod connected to a protective casing or formed as such. Such Erdbohrvorrichtung can preferably be used when introducing Geothermiebohrungen used.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings.
In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:
Des bei der Erdbohrvorrichtung der
Des Getriebe der erfindungsgemäßen Erdbohrvorrichtung umfaßt weiterhin ein Getriebegehäuse
Die
Wie bereits ausgeführt wurde, ist das Hohlrad
Das Sonnenrad
Das Hohlrad
Durch die gegensinnige Drehrichtung zwischen dem Außen-
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