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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zum Abdichten eines Ringraums, welcher zwischen einem Innengestänge und einem Außengestänge einer Bohrvorrichtung gebildet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Dichtungsanordnung ist ausgebildet mit einem elastischen Dichtelement zum Dichten eines Spalts zum Ringraum. Die Erfindung betrifft ferner eine Bohrantriebseinheit für ein Doppelbohrgestänge mit einem Außengestänge und einem Innengestänge gemäß Anspruch 10 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Bohrantriebseinheit gemäß Anspruch 13. Insbesondere kann die Erfindung beim Erd- und/oder Gesteinsbohren zum Einsatz kommen.
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Wird beim Erdbohren in abschnittsweise nicht standfesten Böden gebohrt, so ist es häufig erforderlich, das erzeugte Bohrloch vor dem Zusammenfallen zu schützen, um die Bohrung sicher abteufen zu können. Beim sogenannten Überlagerungsbohren wird dies durch das gleichzeitige Vortreiben eines Außengestänges realisiert, welches das innen liegende Bohrgestänge umgibt, und welches ein Schutzrohr bildet. Dieses Schutzrohr stützt das Bohrloch ab und kann somit ein Einfallen des Bohrloches verhindern. Nach Erreichen des festen Gesteinshorizonts, in dem keine nennenswerte Gefahr mehr besteht, dass das Bohrloch einfällt, kann das Schutzrohr vom Bohrantrieb abgekoppelt werden und nur noch mit dem im Inneren des Schutzrohres verlaufenden Innengestänges weitergebohrt werden.
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Zum Spülen der Bohrung wird häufig Wasser, Luft oder ein Gemisch aus beidem eingesetzt. Das Spülmedium wird normalerweise durch das Innengestänge zum Bohrlochtiefsten getrieben, von wo es im Ringraum zwischen Innengestänge und Außengestänge zusammen mit den gelösten Bodenpartikeln zum Bohrlochmund zurückgelangt. Insbesondere bei schwer lösbaren Bodenklassen kann am Innengestänge ein Imlochhammer verwendet werden, wobei in diesem Fall Luft nicht nur als Spülmedium, sondern auch als Antriebsmedium für den Imlochhammer verwendet werden kann.
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Um eine unkontrollierte Verschmutzung der Baustelle zu vermeiden, werden häufig Austrageinrichtungen verwendet, die es erlauben, den Spülmediumrückfluss aus der sich drehenden Außengestänge-/Innengestängekombination in ein nichtrotierendes Gehäuse einzuleiten, von wo aus der Austrag mittels Schlauchverbindung oder ähnlichem in sogenannte Absetzbecken oder andere Auffangbehältnisse erfolgen kann. Um einen Abfluss aus dem drehenden Gestänge zu gewährleisten, weisen solche Austrageinrichtungen entsprechende Drehdurchführungen auf.
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Solange das Außengestänge, welches das Schutzrohr bildet, mit abgebohrt wird, erfolgt der Austrag regelmäßig über eine im Bereich der Bohrantriebe angeordnete Austrageinrichtung mit Drehdurchführung, welche dazu dient, Öffnungsstellen im Bereich der Bohrantriebe abzudichten. Nachdem das Außengestänge nach Erreichen der standfesten Bodenschicht vom Bohrantrieb abgekoppelt ist, kann ein feststehender Austragkopf am Außengestänge angeordnet werden, der die Spülung geführt ableitet, oder die Spülung kann einfach in der Nähe des Bohrlochmundes frei aus dem Schutzrohr ablaufen.
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Im Zusammenhang mit der am Bohrantrieb angeordneten Austrageinrichtung, die während des Abbohrens des Außengestänges zum Einsatz kommt, kommt der Dichtung, welche das Gehäuse der Austrageinrichtung gegenüber der sogenannten Ausgleichsstange abdichtet, eine hohe Bedeutung zu. Die Ausgleichsstange ist ein gestängeartiger Adapter des Innengestänges, der am Bohrantrieb des Innengestänges vorgesehen ist, um die unterschiedlichen Axialpositionen von Innengestängeantrieb und Außengestängeantrieb zu kompensieren. Die Dichtung muss gegenüber Rotations- und Axialbewegungen der Ausgleichsstange abdichten und wird dabei durch den Rückfluss des mit Bohrklein aufgeladenen Spülmediums abrasiv beansprucht.
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Der abrasive Verschleiß an dieser Dichtung kann nach einer gewissen Standzeit zum Erliegen der Dichtung führen, was sich unter anderem durch unerwünschte Leckagen bemerkbar machen kann. Die schmirgelnde Wirkung in der Dichtungsfuge kann jedoch auch zu einem abrasiven Verschleiß an der Ausgleichsstange führen, so dass unter Umständen nach einer längeren Einsatzzeit auch die Ausgleichsstange an den Dichtflächen verschlissen ist und ausgetauscht werden muss.
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Im Hinblick auf die Abrasivwirkung des Spülmediums lehrt die
DE 10 2006 059 171 B3 , die abrasiven Bestandteile aus der Dichtfuge herauszuspülen. Gemäß der
DE 20 2008 004 473 U1 ist vorgesehen, die durch den Verschleiß an der Ausgleichsstange entstehenden Kosten durch Einsatz von sogenannten Verschleißhülsen zu verringern.
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Aus der
DE 196 09 899 A1 und aus der
DE 27 04 223 A1 ist es bekannt, die Spülkopfdichtungen von Einfachgestängeanordnungen ohne Außengestänge durch Gegendruckerzeugung zu entlasten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung zum Abdichten des Ringraums zwischen Innengestänge und Außengestänge sowie eine entsprechende Bohrantriebseinheit und ein entsprechendes Betriebsverfahren bereitzustellen, welche bei besonders hoher Zuverlässigkeit besonders kostengünstig und mit besonders hohen Standzeiten, insbesondere im Hinblick auf den Verschleiß von Dichtelement und Ausgleichsstange, einsetzbar sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Bohrantriebseinheit gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Axialanschlag für das Dichtelement vorgesehen ist, dass ein verstellbares Anpresselement vorgesehen ist, mit welchem das Dichtelement zur Erhöhung des, insbesondere radial und/oder auf das Innengestänge und/oder seine Ausgleichsstange wirkenden, Kontaktdrucks des Dichtelements axial gegen das Anschlagelement pressbar ist, und dass zumindest ein Linearantrieb zum Betätigen des Anpresselements vorgesehen ist.
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Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass der Verschleiß eines an der Ausgleichsstange anliegenden Dichtelements besonders groß ist, wenn die Dichtstelle trockenläuft. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Schutzrohr nach Erreichen der standfesten Bodenschichten vom Bohrantrieb abgekoppelt wird. Denn fortan gelangt kein Spülungsrückfluss mehr in die Austrageinheit am Bohrantrieb, sondern die Spülung läuft bereits in der Nähe des Bohrlochmundes frei aus dem Außengestänge ab oder wird dort im günstigsten Fall durch einen feststehenden Austragkopf geführt abgeleitet.
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In vielen Fällen ist jedoch die gesamte Bohrtiefe wesentlich größer als die Bohrtiefe, die mit Verrohrung gebohrt wird. Dies bedeutet, dass das Dichtelement die überwiegende Zeit nicht durch Flüssigkeit benetzt wird, sondern trockenläuft. Wenn sich in diesem Fall erst einmal abrasive Partikel aus der Spülung an der Dichtungsoberfläche festgesetzt haben, dann kann beschleunigter Abrasionsverschleiß an dem abzudichtenden Bauteil einsetzen.
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An dieser Erkenntnis setzt die Erfindung an und schafft eine Dichtungsanordnung, die es dem Bediener erlaubt, den Kontaktdruck der Dichtung bedarfsweise so zu variieren, dass zum einen bei abgekoppeltem Außengestänge (also trockenem Betrieb) der Abrasivverschleiß erheblich vermindert ist, und dass zum anderen beim Doppelkopfbetrieb mit angekoppeltem Außengestänge die Dichtung nur so stark angepresst wird, wie es die benötigte Dichtwirkung gerade erfordert, um auch beim Abbohren des Schutzrohres unnötig hohe Normalkräfte auf die Dichtstelle zu vermeiden. Dieser variable Kontaktdruck des Dichtelements wird erfindungsgemäß dadurch zur Verfügung gestellt, dass das Dichtelement zwischen einem Axialanschlag und einem axial verstellbaren Anpresselement angeordnet wird, wobei das Anpresselement mittels eines Linearantriebes axial an das Dichtelement anpressbar ist, so dass das Dichtelement zwischen Axialanschlag und Anpresselement axial komprimiert wird. Dies geht mit einer entsprechenden Erhöhung der Normalkraft und somit des Anpressdrucks des Dichtelements einher.
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Unter einem Axialanschlag kann insbesondere ein Anschlag verstanden werden, der eine Axialbewegung des Dichtelements verhindert. Das Anpresselement besteht erfindungsgemäß aus einem festen Material und kann insbesondere ein Metallmaterial aufweisen. Das Dichtelement kann beispielsweise eine Einzeldichtung sein, aber auch aus einer oder mehreren Dichtpackungen bestehen.
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Eine konstruktiv besonders einfache und zugleich zuverlässige Abdichtung des Ringraums kann dadurch gewährleistet werden, dass das Dichtelement ringförmig ausgebildet ist. Insbesondere kann das Dichtelement koaxial zum Ringraum und/oder den Gestängen angeordnet sein.
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Das erfindungsgemäße Dichtelement ist zweckmäßigerweise zur Anlage am Innengestänge, insbesondere zur Anlage an der Ausgleichsstange des Innengestänges vorgesehen, so dass eine entsprechende Verschleißreduzierung am Innengestänge beziehungsweise seiner Ausgleichsstange gewährleistet werden kann. Das Dichtelement weist zweckmäßigerweise eine oder mehrere Wellendichtringe auf, wobei das Dichtelement bevorzugt zum Innengestänge drehbar und/oder mit festem Sitz an einem Gehäuse, insbesondere an einem Gehäuse der Drehdurchführung, angeordnet ist.
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Besonders zweckmäßig ist es, dass das Anpresselement einen bevorzugt hülsenförmigen Druckring zur Anlage am Dichtelement aufweist. Mittels einer solchen Anordnung kann in besonders einfacher Weise ein gleichmäßiger Druck auf ein ringförmiges Dichtelement ausgeübt werden, so dass eine besonders gleichförmige radiale Ausdehnung des Dichtelements und somit eine besonders wirksame Dichtung erzielt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der hülsenförmige Druckring koaxial zum Dichtelement und/oder zu den Gestängen vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise ist das Innengestänge, insbesondere dessen Ausgleichsstange, durch den Druckring hindurchführbar.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Anpresselement einen Kragen aufweist, der radial vom Druckring vorsteht, und an dem zweckmäßigerweise der Linearantrieb angeordnet ist. Ein solcher erweiterter Kragen ermöglicht eine besonders einfache und zuverlässige Verbindung zwischen Linearantrieb und Anpresselement. Der Kragen kann insbesondere kreisringförmig ausgebildet sein.
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Im Hinblick auf den konstruktiven Aufwand ist es weiterhin vorteilhaft, dass der Axialanschlag durch einen Absatz, beispielsweise in einem Aufnahmering gebildet ist. Der Aufnahmering kann dabei einen Bestandteil eines Gehäuses, insbesondere des Gehäuses der Drehdurchführung, bilden. Zweckmäßigerweise ist der Absatz stufenförmig und/oder ringförmig ausgebildet.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der zumindest eine Linearantrieb einerseits axial fest mit dem Aufnahmering verbunden ist und andererseits axial fest mit dem Anpresselement verbunden ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, den Linearantrieb einerseits an einem Gehäuse der Drehdurchführung vorzusehen, an welchem wiederum der Aufnahmering axial fest angeordnet ist, und den Linearantrieb andererseits am Kragen des Anpresselements anzulenken.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der zumindest eine Linearantrieb als Hydraulikzylinder ausgebildet ist. Denn regelmäßig steht an einem Bohrgerät bereits hydraulische Energie zur Verfügung, so dass ein Betrieb eines weiteren Hydraulikzylinders ohne weiteres möglich ist. Zweckmäßigerweise ist somit der zumindest eine Hydraulikzylinder an das Hydrauliksystem der Bohrvorrichtung angeschlossen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass mehrere Linearantriebe vorgesehen sind. Hierdurch kann einem Verkanten des Anpresselements entgegengewirkt werden. Die Linearantriebe sind zu diesem Zweck geeigneterweise für einen gleichförmigen Betrieb verschaltet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Linearantriebe auf einem koaxial mit dem Anpresselement verlaufenden Kreis angeordnet sind, was im Hinblick auf die achssymmetrische Anordnung der einzelnen Elemente vorteilhaft ist. Der zumindest eine Linearantrieb wirkt bevorzugt in Axialrichtung.
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Zweckmäßigerweise ist zum Betätigen des Linearantriebs zumindest ein Bedienerstellelement vorgesehen. Das Stellelement kann beispielsweise am Schlitten, an der Lafette oder am Steuerpult der Bohrvorrichtung angeordnet sein. Mittels des zumindest einen Bedienerstellelements kann der Bediener sowohl die Höhe als auch die Richtung der vom Linearantrieb erzeugten Kraft beeinflussen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass ein Manometer zum Anzeigen eines Stelldrucks des Linearantriebs vorgesehen ist. Da in diesem Fall dem Bediener der Stelldruck angezeigt werden kann, sind reproduzierbare Druckeinstellungen möglich.
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Die Bedienung und/oder die Steuerung der Dichtwirkung von einer gut zugänglichen Stelle aus bewirkt verglichen mit Systemen, die mechanisch und manuell mittels Stellschrauben am Druckring selbst gespannt werden müssen, eine deutliche Arbeitserleichterung. Der Bediener muss nicht mehr an den Ort des Dichtelements gelangen, was ein Hinaufklettern am Bohrgerät oder ähnliches erfordern würde.
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Eine erfindungsgemäße Bohrantriebseinheit für ein Doppelbohrgestänge mit einem Außengestänge und einem Innengestänge ist ausgebildet mit einem vorderen Bohrantrieb für das Außengestänge, einem hinteren Bohrantrieb für das Innengestänge, welcher vorzugsweise gegenüber dem vorderen Bohrantrieb versetzt angeordnet ist, einer Drehdurchführung für eine Fluidverbindung mit einem zwischen Innengestänge und Außengestänge gebildeten Ringraum, und einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung zum Abdichten des Ringraums.
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Grundsätzlich wäre es möglich, den Betrieb des Außengestänges und des Innengestänges mit ein und demselben Bohrantrieb zu verwirklichen. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, für beide Bohrgestänge separate Bohrantriebe zu verwenden, da diese unter anderem eine gegensinnige Drehrichtung von Innengestänge und Außengestänge (das heißt Schutzrohr) ermöglichen. Die beiden Bohrantriebe können insbesondere auch axial gegeneinander verschiebbar angeordnet sein, so dass die entsprechenden Bohrgestänge dann ebenfalls axial zueinander verschiebbar sind. Hierdurch kann ein Vor- oder Zurückstehen der am Innengestänge angeordneten Bohrkrone gegenüber dem Außengestänge je nach Bodenverhältnissen eingestellt werden.
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Bei den Bohrantrieben handelt es sich insbesondere um Drehantriebe. Sie sind zweckmäßigerweise hydraulisch ausgebildet. Zumindest einer der Bohrantriebe kann auch eine Schlageinrichtung aufweisen. Die Position der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung kann je nach Position der Austrageinrichtung und der entsprechenden Drehdurchführung variieren. So kann die Dichtungsanordnung beispielsweise zwischen den beiden Bohrantrieben angeordnet sein, was vorteilhaft ist, wenn sich die Drehdurchführung ebenfalls zwischen den beiden Bohrantrieben befindet. Sie kann aber auch auf der dem hinteren Bohrantrieb abgewandten Seite des vorderen Bohrantriebes angeordnet sein, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn sich auch die Drehdurchführung dort befindet.
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Eine konstruktiv besonders einfache und zugleich kompakte Anordnung kann dadurch realisiert werden, dass die Dichtungsanordnung an der Drehdurchführung angeordnet ist. Unnötige Toträume können hierdurch vermieden werden.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass der Linearantrieb der Dichtungsanordnung an einem Gehäuse der Drehdurchführung angeordnet, insbesondere angelenkt ist. Insbesondere kann der Linearantrieb radial außenseitig am entsprechenden Gehäuse vorgesehen sein, was eine besonders kurzbauende Bauform ermöglicht. Zum Befestigen des Linearantriebs am Gehäuse kann am Gehäuse beispielsweise ein entsprechendes Lagerauge vorgesehen sein. Ebenso kann am Anpresselement, insbesondere an seinem Kragen, ein Lagerauge für den Linearantrieb angeordnet sein.
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Sofern im Zusammenhang mit der Erfindung von der Axialrichtung und der Radialrichtung die Rede ist, kann sich dies insbesondere auf die Bohrachse und/oder die Achsen des Innengestänges und/oder des Außengestänges beziehen, das heißt die Axialrichtung ist die Richtung längs der Bohrachse und die Radialrichtung ist eine Richtung senkrecht zur Bohrachse.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Bohrantriebseinheit ist vorgesehen, dass mittels der Bohrantriebe das Außengestänge und das Innengestänge in den Erdboden eingebracht werden, und während des Betriebs das Anpresselement verstellt wird, wobei ein Kontaktdruck des Dichtelements verändert wird. Unter dem Kontaktdruck des Dichtelements kann insbesondere der Kontaktdruck auf das Innengestänge, vorzugsweise auf die Ausgleichsstange des Innengestänges, verstanden werden.
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Besonders zweckmäßig ist es, dass der Kontaktdruck des Dichtelements erhöht wird, wenn beim Bohren eine Spülflüssigkeit in den Bereich des Dichtelements gefördert wird, und/oder dass der Kontaktdruck des Dichtelements reduziert wird, wenn das Dichtelement beim Bohren trocken läuft. Bei einem solchen Vorgehen wird unmittelbar die eingangs beschriebene Erkenntnis verwertet, dass die Abrasivwirkung an der Dichtung bei trockener Dichtung besonders groß ist. Demgemäß wird entsprechend diesem Erfindungsgedanken der Kontaktdruck des Dichtelements reduziert, wenn das Dichtelement trocken läuft, und somit einerseits eine höhere Abrasivwirkung im Dichtelement zu befürchten ist, und andererseits die Dichtfunktion und somit ein hoher Kontaktdruck mangels anstehender Spülflüssigkeit nicht mehr notwendig ist. Es kann sogar vorgesehen sein, den Kontaktdruck des Dichtelements durch axiales Zurückziehen des Anpresselements vom Axialanschlag soweit zu reduzieren, dass das Dichtelement zeitweise vom Innengestänge beziehungsweise von seiner Ausgleichsstange beabstandet ist.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass bei Erreichen einer bestimmten Bohrtiefe das Außengestänge vom Bohrantrieb für das Außengestänge abgekoppelt wird und nur noch mit dem Innengestänge weitergebohrt wird, wobei durch Betätigen des Linearantriebs der Dichtungsanordnung der Kontaktdruck des Dichtelements verringert wird, nachdem das Außengestänge vom Bohrantrieb abgekoppelt ist. Dieser Erfindungsgedanke berücksichtigt, dass nach dem Abkoppeln des Außengestänges bei Erreichen von standfesten Bodenschichten häufig keine Flüssigkeitsbindung mehr zwischen Außengestänge und Dichtelement besteht, und somit ein Trockenlaufen des Dichtelements droht. Demgemäß wird in diesem Fall der Kontaktdruck des Dichtelements verringert, um einer übermäßigen Abrasivwirkung vorzubeugen.
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Zusammengefasst kann die Erfindung folgende Vorteile mit sich bringen:
Der Bediener kann während des Bohrens den Kontaktdruck und somit die Dichtwirkung verringern oder verstärken. Dadurch ist er in der Lage, den Verschleiß des beispielsweise als Dichtpackung ausgebildeten Dichtelements zu minimieren. Gleichzeitig kann das Reib- beziehungsweise Bremsmoment des Dichtelements an der Ausgleichsstange minimiert werden, so dass das vom hinteren Bohrantrieb an das Innengestänge abgegebene Antriebsdrehmoment optimal ausgenutzt werden kann.
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Wenn das Außengestänge von den Bohrantrieben abgekoppelt ist, kann das Dichtelement vollständig entlastet werden. Dadurch wird der Verschleiß der Dichtlaufflächen deutlich reduziert.
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Die Betätigung der Dichtungsanordnung kann dabei von einer gut zugänglichen Stelle aus erfolgen und ist insbesondere während des Bohrbetriebs möglich, so dass weder Arbeitsunterbrechungen noch ein unfallträchtiges Hinaufsteigen zum Dichtelement erforderlich sind, um die Dichtwirkung zu beeinflussen.
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Die Erfindung kann dabei insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn ein Austrag eines mit abrasiven Partikeln aufgeladenen Fluids aus einem sich drehenden Teil in ein feststehendes Teil vorgesehen wird, und/oder wenn eine Abdichtung gegenüber einer aus Rotation und Längsbewegung zusammengesetzten Bewegung vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches schematisch in den beiliegenden Figuren dargestellt ist. In den Figuren zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Bohrantriebseinheit mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung;
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2 die Dichtungsanordnung aus 1 bei hohem Kontaktdruck, und
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3 die Dichtungsanordnung aus 1 bei geringem Kontaktdruck.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bohrantriebseinheit ist in 1 bis 3 dargestellt. Die Bohrantriebseinheit weist zwei hintereinander beabstandet angeordnete Bohrantriebe 11 und 12 auf, wobei der vordere Bohrantrieb 12 zum drehenden Antreiben eines Außengestänges 2 und der hintere Bohrantrieb 11 zum drehenden Antreiben eines im Inneren des Außengestänges 2 verlaufenden Innengestänges 1 dient. Die Bohrantriebe 11 und 12 weisen jeweils ein Getriebe und ein Antriebsmotor auf. Sie sind an einem Schlitten 17 angeordnet, der beispielsweise an einer nicht dargestellten Bohrlafette längsverschiebbar angeordnet sein kann. Der hintere Bohrantrieb 11 des Innengestänges 1 ist dabei, wie durch den Doppelpfeil angedeutet, axial relativ zum Schlitten 17 und somit zum vorderen Bohrantrieb 12 verstellbar angeordnet, so dass auch die hieran angeordneten Gestänge 1 beziehungsweise 2 axial zueinander verstellbar sind. Unter der Axialrichtung wird dabei die Richtung der Bohrachse 80 verstanden.
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Das Innengestänge 1 weist eine Ausgleichsstange 10 auf, die durch den Bohrantrieb 12 für das Außengestänge 2 hindurchgeführt ist, und die den Unterschied in der Axialposition zwischen den beiden Antrieben 11 und 12 ausgleicht. Der vordere Bohrantrieb 12 weist als Abtriebswelle eine Hohlwelle 3 auf, die eine Verlängerung des Außengestänges 2 bildet, und die daher auch als Teil des Außengestänges 2 angesehen werden kann.
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Wie in 1 durch die einseitigen Pfeile dargestellt ist, kann während des Bohrbetriebs zur Spülung der Bohrung im Inneren des Innengestänges 1 ein Spülmedium zum Bohrlochtiefsten befördert werden. Von dort wird das Spülmedium durch einen Ringraum 4, der zwischen Außengestänge 2 und Innengestänge 1 gebildet ist, zur Oberfläche zurück gefördert. Zum Abführen des aufsteigenden Spülmediums aus dem Ringraum 4 ist eine Austragseinrichtung mit einer Drehdurchführung 50 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich diese Drehdurchführung 50 an der Rückseite des Bohrantriebs 12 für das Außengestänge 2, das heißt zwischen den beiden Bohrantrieben 12 und 11.
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Die Drehdurchführung 50 weist ein hülsenartiges Gehäuse 51 auf, welches eine Verlängerung des Außengestänges 2 und der Hohlwelle 3 bildet. Allerdings ist die Hohlwelle 3 zusammen mit dem Außengestänge 2 gegenüber dem Gehäuse 51 um die Bohrachse 80 drehbar. Das Gehäuse 51 der Drehdurchführung 50 ist fest, insbesondere drehfest, an der Rückseite des vorderen Bohrantriebs 12 angeordnet. Zum Abdichten des Spaltes zwischen der rotierenden Hohlwelle 3 und dem Gehäuse 51 ist eine vordere Dichteinrichtung 57 vorgesehen, die sich auf der Rückseite des vorderen Bohrantriebs 12 befindet. Im Mantel des Gehäuses 51 ist eine Durchgangsöffnung 54 zum Ableiten des Fluids aus dem Ringraum 4 vorgesehen. An dieser Durchgangsöffnung 54 ist ein Schlauchanschluss 55 zum Anschließen eines Austragsschlauches angeordnet.
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Zum Abdichten des Gehäuses 51 der Drehdurchführung 50 gegenüber der Ausgleichsstange 10 ist eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 90 vorgesehen. Die Dichtungsanordnung 90 weist einen Aufnahmering 52 auf, der im Inneren des hülsenförmigen Gehäuses 51 der Drehdurchführung 50 angeordnet ist, und der an seiner äußeren Mantelfläche fest mit dem Gehäuse 51 verbunden ist. An seiner inneren Mantelfläche weist der Aufnahmering 52 eine als Aufnahmebohrung 53 ausgebildete Aufnahme für ein ringförmiges Dichtelement 20 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Dichtelement 20 durch vier hintereinander gestaffelte Dichtpackungen gebildet wird. Diese Dichtpackungen sind elastisch verformbar.
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Die Axialposition des Dichtelements 20 wird vorderseitig, das heißt erdbohrlochseitig, durch einen Axialanschlag 25 begrenzt, der durch einen festen, ringstufenförmigen Absatz im Aufnahmering 52 gebildet ist. An der gegenüberliegenden Axialposition des Dichtelements 20 befindet sich ein bezüglich dem Aufnahmering 52 und dem Axialanschlag 25 axial verschiebbarer Druckring 33, der stirnseitig am Dichtelement 20 angelegt werden kann. Der Druckring 33 umgibt die Ausgleichsstange 10. Der Druckring 33 hat jedoch genügend Spiel zur Ausgleichsstange 10 und auch zur Wandung der Aufnahmebohrung 53 des Aufnahmerings 52, so dass er sich frei bezüglich der Ausgleichsstange 10 und dem Aufnahmering 52 bewegen kann.
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Am Druckring 33 ist ein kreisscheibenartiger Kragen 34 angeordnet, der radial vom Druckring 33 nach außen vorsteht. Der Kragen 34 ist aus dem Aufnahmering 52 herausgeführt und steht radial über das Gehäuse 51 der Drehdurchführung 50 über. Druckring 33 und Kragen 34 bilden zusammen ein Anpresselement zum axialen Verpressen des Dichtelements 20.
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Im radial außenliegenden Umfangsbereich des Kragens 34 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Linearantriebe 40, 40' angelenkt, die als Hydraulikzylinder ausgeführt sind. Soweit mehrere Linearantriebe 40 vorgesehen sind, sind diese zweckmäßigerweise am Umfang des Kragens 34 so verteilt, dass einem Verkanten des Druckrings 33 entgegengewirkt ist. Die Linearantriebe 40 sind wiederum mit dem Gehäuse 51 der Drehdurchführung 50 verbunden. Zu diesem Zweck sind radial außenseitig am Gehäuse 51 entsprechende Lageraugen 59 vorgesehen. Die Linearantriebe 40 sind so angeordnet, dass die jeweilige Kolbenstange am Kragen 34 des Anpresselements 30 und das jeweilige Zylindergehäuse am Gehäuse 51 der Drehdurchführung 50 angeordnet ist.
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Bei einer hydraulischen Beaufschlagung der Linearantriebe 40 werden der Druckring 33 und das Dichtelement 20 entweder gespannt oder entspannt. Wird, wie in 2 angedeutet, mittels der Linearantriebe 40 über das Anpresselement 30 ein stirnseitiger Druck auf das im wesentlichen ringförmige Dichtelement 20 ausgeübt, weicht das Dichtelement 20 radial nach außen und innen aus, wodurch der Kontaktdruck zur Ausgleichsstange 10 und somit die Dichtwirkung zwischen dem Gehäuse 51 der Drehdurchführung 50 einerseits und der Ausgleichsstange 10 andererseits hergestellt wird und bei weiterer Druckerhöhung verstärkt wird. Wird hingegen, wie in 3 angedeutet, das Anpresselement 30 axial vom Axialanschlag 25 hinweg gefahren, so nimmt der Kontaktdruck zwischen Dichtelement 20 und Ausgleichsstange 10, aber auch die abrasive Wirkung am Dichtelement 20 ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006059171 B3 [0003, 0009]
- DE 202008004473 U1 [0009]
- DE 19609899 A1 [0010]
- DE 2704223 A1 [0010]
