DE10218174B4

DE10218174B4 - Erdbohrvorrichtung mit automatischem Gewindeausgleich 2

Info

Publication number: DE10218174B4
Application number: DE10218174A
Authority: DE
Inventors: Carl Dr.-Ing. Hagemeyer; Lutz Cölsche
Original assignee: Klemm Bohrtechnik Zweigniederlassung der Bauer Maschinen GmbH
Current assignee: Klemm Bohrtechnik GmbH
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2022-04-25
Also published as: DE10218174A1

Abstract

Erdbohrvorrichtung mit einem auf einer Lafette (2) verschieblich angeordneten Bohrantrieb (3), der über einen mit dem Antriebsgehäuse (4) verbundenen Schlitten (5) auf der Lafette (2) angeordnet ist und bohrlochseitig einen mit den Bohrrohren (10) koppelbaren Rohrflansch (8) aufweist, dessen durch die Gewindesteigung (11) hervorgerufene Längsbewegung über eine Ausgleichseinrichtung (15) kompensierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (15) zur Vermeidung von Verkantungen dem die Ausgleichsbewegungen ausführenden Bohrantrieb (3) direkt zugeordnet ist, wobei die Ausgleichseinrichtung (15) so ausgebildet ist, dass sie bei Stillstand des Schlittens (5) eine Längsbewegung des Bohrantriebes (3) entsprechend der Gewindesteigung (11) entgegen einer Rückstellkraft (16) vorgibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Erdbohrvorrichtung mit einem auf einer Lafette verschieblich angeordneten Bohrantrieb, der über einen mit dem Antriebsgehäuse verbundenen Schlitten auf der Lafette angeordnet ist und bohrlochseitig einen mit den Bohrrohren koppelbaren Rohrflansch (8) aufweist, dessen durch die Gewindesteigung (11) hervorgerufene Längsbewegung über eine Ausgleichseinrichtung kompensierbar ist.

Beim Herstellen von Bohrungen größerer Länge werden nach und nach Bohrrohre mit dem dem Bohrantrieb zugeordneten Rohrflansch verbunden und in das Gebirge hineingetrieben. Nach Fertigstellung des Bohrloches bzw. der Bohrung muss das gesamte Bohrgestänge wieder hereingewonnen werden. Hierzu wird ein Bohrrohr nach dem anderen aus dem Bohrloch herausgezogen und vom noch im Bohrloch befindlichen gelöst. Hierzu sind Klemmvorrichtungen und Lösevorrichtungen bekannt. Bei den jeweils notwendigen Verschraubvorgängen des Bohrgestänges tritt notwendigerweise ein Längenausgleich auf, weil die jeweiligen Bohrrohre bzw. das Bohrrohr und der Rohrflansch ineinander gedreht oder auseinander gedreht werden. Dieses Thema des Gewindeausgleiches ist bekannt. So sind Getriebe mit einer Hohlwelle mit Innenverzahnung und einer darin axial verschieblich und durch Federn zentriert gehaltenen Antriebswelle mit entsprechender Außenverzahnung geschaffen worden. Durch die Verzahnung sind diese Getriebe teuer und der zur Verfügung stehende Hohldurchgang der Antriebswelle wird für viele Anwendungen, die beispielsweise eine Spülung wie beim Lufthebelverfahren benötigen, zu klein. Auch bei den sog. Doppelkopf-Bohranlagen ist ein verringerter Querschnitt nachteilig, denn hier muss die Ausgleichsstange oder die Spülwelle des nachgeschalteten Drehgetriebes oder Hydraulikhammers durch das vordere Getriebe hindurchgeführt werden. Nach dem Vorschlag der DE 199 47 497 A1 ist eine Bohrmaschine mit einem automatischen Gewindeausgleich mit einer Verschiebeeinheit ausgerüstet. Diese Verschiebeeinheit ist der Vorschubkette zugeordnet und ermöglicht es, das Bohraggregat um den durch die Verschiebeeinheit vorgegebenen Betrag hin und her zu schieben, ohne dass Kräfte auf die Bohrrohre übertragen werden. Nachteilig auch bei dieser Ausgleichseinrichtung oder Verschiebeeinheit ist, dass Momente zwischen der Vorschubkette und der Bohreinheit auftreten können, was zu ungleichmäßigen Bewegungen und Problemen sonstiger Art führen kann. Aus der DE 100 22 135 A1 ist eine Ausgleichseinrichtung bekannt, die dem Hammerschlitten zugeordnet ist. Dem mit dem Bohrgerät verbundenen Hammerschlitten sind diesem in Bohrrichtung drückende Federn zugeordnet. Auch bei einer derartigen Anordnung sind Verkantungen und nachteilige Momente nicht zu vermeiden, denn zwischen der Wirkebene der in Bohrrichtung drückenden Federn und der Bohrachse ist ein erheblicher Abstand vorhanden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Erdbohrvorrichtung mit einem einfach zu erreichenden und immer sicheren Gewindeausgleich zu schaffen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Ausgleichseinrichtung zur Vermeidung von Verkantungen dem die Ausgleichsbewegungen ausführenden Bohrantrieb direkt zugeordnet ist, wobei die Ausgleichseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie bei Stillstand des Schlittens eine Längsbewegung des Bohrantriebes entsprechend der Gewindesteigung entgegen einer Rückstellkraft vorgibt.

Abweichend zum Stand der Technik ist hier der Bohrantrieb selbst derjenige, der die Ausgleichsbewegung direkt ausführt, ohne Einfluss auf den Schlitten und auf sonstige außerhalb liegende Teile, sodass das Bohrrohr bzw. der Bohrstrang mit „dem Bohrantrieb zusammen" sich bewegen kann, während die gesamte Einheit ihre Position beibehält. Durch die Längsverschiebung des Bohrantriebes soll beim Verschrauben des Rohrflansches mit dem Bohrgestänge ein selbsttätiges Ausgleichen der Gewindesteigung erfolgen, wobei die Kräfte, die auf die Gewindegänge wirken, die vorgenannte Rückstellkraft nicht übersteigen können und somit deutlich geringer sind als bei einer manuellen Betätigung des Vorschubsystems der Lafette, die üblicherweise sehr hohe und damit gewindeschädigende Vorschub- und Rückschubkräfte besitzt. Der gesamte Antrieb wird durch die Drehbewegung des Bohrantriebes und des Bohrgestänges und somit durch die Steigung des Gewindes in eine Längsbewegung versetzt, der Schlitten selbst bleibt dabei ortsfest auf der Lafette. Das gesamte Lafettenvorschubsystem wird somit nicht betätigt. Dadurch wird das Gewinde des Gestänges vergleichsweise sehr geschont, denn ohne eine solche Vorrichtung muss der Geräteführer den Schlitten, wie oben erwähnt, synchron zur Drehbewegung nachführen, was meistens nicht gelingt, zu Zwängen führt und zu einem raschen Gewindeverschleiß. Vorteilhaft ist dabei insbesondere auch, dass ein solcher Gewindeausgleich mit jedem vorhandenen Standarddreh- oder Drehschlag-Getriebe vorgenommen werden kann.

Eine besonders gute Möglichkeit, sich auf unterschiedliche Standarddreh- oder Drehschlag-Getriebe einzustellen ist die, bei der das Antriebsgehäuse und/oder der Schlitten mit Längsführungen ausgerüstet sind, denen Halterungen für den Bohrantrieb längsverschieblich zugeordnet sind. Über die Halterungen gleitet der Bohrantrieb insgesamt bei einem notwendig werdenden Gewindeausgleich auf den Längsführungen von der einen in die andere Endposition, um dann über die bekannte Rückstellkraft in die Ausgangsposition zurückgeschoben zu werden, wenn das Gewinde gelöst bzw. der Verschraubvorgang abgeschlossen ist.

Um Verkantungen und Ähnliches sicher auszuschließen, ist vorgesehen, dass dem Antriebsgehäuse und/oder dem Schlitten vier Längsführungen in Form von Führungsbolzen zugeordnet sind. Die Führungsbolzen können einfach in entsprechende Ohren eingeschoben und festgelegt werden, um bei notwendig werdenden Änderungen eine andere Art von Halterungen oder andere Abmessungen aufweisende Halterungen anordnen zu können. Die Führungsbolzen bzw. die Längsführungen sind zweckmäßigerweise quadratisch an den Eckpunkten angeordnet und sorgen dafür, dass ein richtiger Gleitvorgang für den Bohrantrieb verwirklicht wird.

Um den Bohrbetrieb und auch die gesamte Auf- und Abrüstung nicht zu behindern, sieht die Erfindung vor, dass die Halterungen innerhalb des Schlittens gegen die Rückstellkraft verschieblich angeordnet sind. Die entsprechenden Verschiebevorgänge verlaufen also so, dass sie von außerhalb nicht beeinflusst werden können.

Um das sichere Verschieben der Halterung und damit des Bohrantriebes von der einen in die andere Position und auch die Rückbewegung sicherzustellen, ist es von Vorteil, wenn jede Halterung aus einer Mittellage in eine von den Endlagern vorgegebenen Endlage gegen je eine einseitig wirkende Rückstellkraft verschiebbar angeordnet und ausgebildet ist. Die beiden Rückstellkräfte sorgen also dafür, dass im Ausgangspunkt die Halterung sich in der Mittellage befindet, während sie beim Einleiten des Verschraubvorganges dann in die eine oder andere Endlage verschoben werden kann; nach Beendigung des Verschraubvorganges aber dann wieder in die Mittellage zurückkehren muss.

Denkbar ist es, die Rückstellkraft durch unterschiedliche Elemente zu verwirklichen, wobei es sich als besonders zweckmäßig und für den rauen Bohrbetrieb geeignet herausgestellt hat, wenn die Rückstellkraft durch eine entsprechend vorgespannte Schraubenfeder erzeugt ist. Bei dieser vorher beschriebenen Ausführungsform werden also zwei solcher Schraubenfedern vorgesehen, die für das Hin- und Herschieben der Halterung Sorge tragen.

Eine andere, auch zweckmäßige Ausbildung ist die, bei der die Rückstellkraft durch ein hydraulisch wirkendes Rückstellelement erzeugt ist, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn sowieso Hydraulik zur Verfügung steht, bzw. wenn dieses Rückstellelement damit einfach versorgt werden kann. Wie schon erwähnt, hat die Ausführung in Form von Schraubenfedern den Vorteil, dass hier auf bekannte Techniken zurückgegriffen wird und auch ein Ersatz oder eine Reparatur, wenn sie denn notwendig wird, verhältnismäßig einfach abgewickelt werden kann. Die Hydraulik kann einfacher bezüglich der Vorspannung eingestellt werden.

Die Schraubenfedern müssen eine gewisse Vorspannung aufweisen, um ihre Funktion, wie vorgesehen, erfüllen zu können, was insbesondere dann gegeben ist, wenn die Schraubenfedern innerhalb des Schlittens sich einmal gegen den Schlitten bzw. das Endlager und zum anderen gegen die Halterung des Bohrantriebes abstützend angeordnet sind. Die Schraubenfedern werden also quasi dazwischen eingespannt und können dann dafür sorgen, dass eine gleichmäßige Bewegung der Halterung und damit des Bohrantriebes verwirklicht wird.

Um den Eingriff des Geräteführers auch bei den Verschraubvorgängen überflüssig zu machen, ist vorgesehen, dass der Hubweg der Halterung größer als die Gewindelänge bemessen ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wobei der Hub auch kleiner sein kann, wenn dies aus baulichen Gründen nicht anders zu verwirklichen ist. In einem solchen Fall muss der Geräteführer dann doch eingreifen und den Schlitten vorzugsweise nur einmal über das Lafettenvorschubsystem nachsetzen, damit für den weiteren Schraubvorgang wieder genügend Hub an den Halterungen ausgenutzt werden kann.

Den sicheren Sitz der Schraubenfedern erreicht die Erfindung beispielsweise dadurch, dass dem Schlitten zugeordnete Widerlager jeder Schraubenfeder über eine lösbare Abdeckplatte gesichert sind. Ein Herausspringen der Schraubenfeder ist damit sicher unterbunden.

Um die einzelnen Schraubenfedern wirksam und leicht mit der notwendigen Vorspannung einsetzen zu können, ist es von Vorteil, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Abdeckplatte und/oder der mit unterschiedliche Abmessungen aufweisenden Widerlager-Platten ausrüstbar ausgebildet sind oder dass die Widerlager-Platten in unterschiedliche Rückstellkräfte vorgebenden Abstandsbohrungen festlegbar sind. Durch diese unterschiedlich bemessenen Widerlager-Platten oder an unterschiedlichen Positionen einsetzbaren Widerlager-Platten kann die Vorspannung der Schraubenfedern genau und gezielt vorgegeben werden.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Erfindung bei hoher Betriebssicherheit leicht zu händeln ist. Der Geräteführer selbst braucht in aller Regel während der Verschraubvorgänge überhaupt nicht einzugreifen, sondern kann die einzelnen Bohrstangen nach Abschluss der Verschraubvorgänge einsetzen bzw. herausnehmen und den Bohrvorgang dann fortsetzen. Da der gesamte Antrieb durch die Drehbewegung und durch die Steigung des Gewindes in eine Längsbewegung versetzt wird, ohne dass der Schlitten selber auf der Lafette sich bewegt, bleiben die „Außenteile" der Erdbohrvorrichtung vom Verschraubvorgang unbeeinflusst und damit können sie auch keine Gefährdung für den Geräteführer und weitere Mitarbeiter darstellen und Verkantungen sind ausgeschlossen. Für den Betrieb selbst ist vor allem aber auch vorteilhaft, dass das Gewinde der einzelnen Bohrrohre geschont wird und insbesondere auch das des Rohrflansches, der ja im Verhältnis besonders häufig dem Verschraubvorgang unterworfen werden muss. Das Gewinde kann kontinuierlich und leicht gelöst bzw. auch festgesetzt werden, sodass insgesamt eine Schonung des Bohrgestänges auftritt, das damit auch höhere Standzeiten erreichen kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht der Erdbohrvorrichtung mit in Achsrichtung des Bohrgestänges verschiebbarem Bohrantrieb,
2 die gleiche Ansicht der Erdbohrvorrichtung bei teilweise gelöstem Gewinde,
3 eine Vorkopfansicht des Antriebsgehäuses der Erdbohrvorrichtung,
4 eine Detailansicht mit Halterung und Schraubenfeder mit geringer Vorspannung und
5 die Halterung mit Schraubenfeder und großer Vorspannung.
1 zeigt eine Erdbohrvorrichtung 1, deren Bohrantrieb 3 auf der Lafette 2 in Längsrichtung bzw. Achsrichtung des Rohrstranges 7 verschoben werden kann. Diese Verschiebung des Bohrantriebes 3 über den Schlitten 5 auf der Lafette 2 ist notwendig, um den Rohrstrang 7 beispielsweise in das Gebirge einzubringen.
Das Antriebsgehäuse 4 verfügt über eine Schlittenplatte 6 zur Verbindung mit dem Schlitten 5 bzw. um auf dem Schlitten 5 verschoben werden zu können. Zur Verbindung mit dem Rohrstrang 7 ist vorne ein Rohrflansch 8 vorgesehen, der über Halteschrauben 9 mit dem eigentlichen Antriebsgehäuse 4 bzw. dem Bohrantrieb 3 verbunden ist.
Erkennbar ist das erste Bohrrohr 10 des Rohrstranges, das mit dem Nippel 14 in den Rohrflansch 8 eingeführt ist. Die Muffe 13 des Bohrrohres 10 ist hier nur angedeutet. Aufgrund der Gewindesteigung 11 kommt es beim Verschraubvorgang zu einer Längsverschiebung, wozu eine Ausgleichseinrichtung 15 dient, die weiter hinten noch näher erläutert ist. Beim Verschraubvorgang bzw. beim Lösen dient die Klemmvorrichtung 12 dazu, das jeweilige Bohrrohr 10 so festzusetzen, dass die Gewindeverbindung gelöst oder festgesetzt werden kann.
Die Ausgleichseinrichtung 15 verfügt über eine Rückstellkraft, die dafür sorgt, dass nach Abschluss des Verschraubvorganges das Ausgleichsteil, also hier der Bohrantrieb 3, in seine Ausgangsposition zurückgelangt. Hierzu sind Längsführungen 17, 18 vorgesehen und zwar in Form von Führungsbolzen 19, auf denen die Halterungen 20, 21 hin und her gleiten können, die den Bohrantrieb 3 halten. Die Halterungen 20, 21, wobei hier nur die Halterung 20 erkennbar ist, können vom vorderen Endlager 22 zum hinteren Endlager 23 und zurückverschoben werden, wobei als Rückstellkraft hier eine Schraubenfeder 25 zum Einsatz kommt.
Die Halterungen 20, 21 sind mit Bohrungen 24 ausgerüstet, wie die 4 und 5 ergänzend verdeutlichen, sodass die Führungsbolzen 19 bzw. die Längsführungen 17, 18 leicht eingeführt werden können. Erkennbar ist in 1 auch, dass diese Führungsbolzen 19 über Stifte 33 in den Endlagern 22, 23 festlegbar sind, sodass die Montage dadurch wesentlich erleichtert ist.
Zur sicheren Anordnung der Schraubenfeder 25 oder auch mehrerer solcher Schraubenfedern sind Aufsätze 26 auf dem hinteren Endlager 23 und eine Führung 27 auf dem vorderen Endlager 22 vorgesehen. Beide Aufsätze 26 und Führung 27 dienen gleichzeitig auch als Sicherung für die Schraubenfeder 25, sodass sie nicht auf Block gefahren werden können.
Während in 1 die Ausgangsposition vor Lösen des Gewindes gezeigt ist, zeigt 2 die Erdbohrvorrichtung 1 praktisch kurz vor Abschluss des Verschraubvorganges. 2 verdeutlicht hier, dass der Hubweg 34 der Halterungen 20, 21 größer sein soll, als die Gewindelänge 35. Auch wenn dies nicht proportional in den Zeichnungen wiedergegeben ist, soll diese Bemessung verwirklicht werden, um ein Nachsetzen bzw. ein Einschalten des Geräteführers überflüssig zu machen. Bei der Darstellung nach 2 müsste der Schlitten 5 kurz nachgesetzt werden, um dann wieder einen neuen Hubweg ausführen zu können.
3 zeigt eine Vorkopfansicht, wobei deutlich wird, dass die Halterungen 20, 21 seitlich so angeordnet sind, dass der Bohrantrieb 3 darin sicher gelagert werden kann. Erkennbar ist auch, dass hier jeweils oben und unten, also an den Eckpunkten, Längsführungen 17, 17', 18, 18' vorgesehen sind, um ein Verkanten des Bohrantriebes 3 in Längsführungen 17, 18 sicher zu unterbinden. Darauf, dass diese Längsführungen 17, 18 in Form der Führungsbolzen 19 leicht gelöst werden können, ist weiter vorne bereits hingewiesen worden.
4 und 5 zeigen die Anordnung der Schraubenfeder 25 in einer solchen Halterung 20 bzw. 21. Erkennbar ist, dass bei 4 die Schraubenfeder 25 mit ihrem Widerlager 28 in der die geringste Vorspannung ergebende Position festgelegt ist, während sie nach 5 die höchste Vorspannung dadurch erhält, dass die Widerlager-Platte 30 bzw. 31 in der vordersten Abstandsbohrung 32 festgelegt ist. Nur angedeutet ist, dass die Widerlager 28 bzw. die Widerlager-Platten 30, 31 über eine Abdeckplatte 29 gesichert werden können, um ein Herausspringen der Schraubenfeder zusätzlich zu verhindern, was eigentlich aber schon durch die Führung 27 bzw. den Aufsatz 26 unterbunden ist.

Claims

Erdbohrvorrichtung mit einem auf einer Lafette (2) verschieblich angeordneten Bohrantrieb (3), der über einen mit dem Antriebsgehäuse (4) verbundenen Schlitten (5) auf der Lafette (2) angeordnet ist und bohrlochseitig einen mit den Bohrrohren (10) koppelbaren Rohrflansch (8) aufweist, dessen durch die Gewindesteigung (11) hervorgerufene Längsbewegung über eine Ausgleichseinrichtung (15) kompensierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (15) zur Vermeidung von Verkantungen dem die Ausgleichsbewegungen ausführenden Bohrantrieb (3) direkt zugeordnet ist, wobei die Ausgleichseinrichtung (15) so ausgebildet ist, dass sie bei Stillstand des Schlittens (5) eine Längsbewegung des Bohrantriebes (3) entsprechend der Gewindesteigung (11) entgegen einer Rückstellkraft (16) vorgibt.
Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebsgehäuse (4) und/oder dem Schlitten (5) Längsführungen (17, 18) zugeordnet sind, denen Halterungen (20, 21) für den Bohrantrieb (3) längsverschieblich zugeordnet sind.
Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebsgehäuse (4) und/oder dem Schlitten (5) vier Längsführungen (17, 18) in Form von Führungsbolzen (19) zugeordnet sind.
Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (20, 21) innerhalb des Schlittens (5) gegen die Rückstellkraft verschieblich angeordnet sind.
Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halterung (20, 21) aus einer Mittellage in eine von den Endlagern (22, 23) vorgegebenen Endlage gegen je eine einseitig wirkende Rückstellkraft (16) verschiebbar angeordnet und ausgebildet ist.
Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft durch entsprechend vorgespannte Schraubenfedern (25) erzeugt ist.
Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft durch ein hydraulisch wirkendes Rückstellelementerzeugt ist.
Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfedern (25) innerhalb des Schlittens (5) sich einmal gegen den Schlitten (5) bzw. das Endlager (23) und zum anderen gegen die Halterung (20, 21) des Bohrantriebes (3) abstützend angeordnet sind.
Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubweg (34) der Halterungen (20, 21) größer als die Gewindelängen (35) bemessen ist.
Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Schlitten (5) zugeordnete Widerlager (28) jeder Schraubenfeder (25) über eine lösbare Abdeckplatte (29) gesichert ist.
Erdbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (29) und/oder der Schlitten (5) mit unterschiedliche Abmessungen aufweisenden Widerlager-Platten (30, 31) ausrüstbar ausgebildet sind oder dass die Widerlager-Platten (30, 31) in unterschiedliche Rückstellkräfte vorgebenden Abstandsbohrungen (32) festlegbar sind.