DE19540427A1 - Vorrichtung zum Speichern und Handhaben einer Stange aus Verbundmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Handhabung bzw. Förderung, im folgenden "Handhabung" genannt, eines länglichen biegeelastisch und kompressionssteifen Elementes (kompres­ sionssteif = steif bei Zusammendrückung), beispielsweise einer Stange, die aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, welche Verstärkungsfasern umfaßt, die in thermoplastischem oder in der Wärme härtbarem Harz eingehüllt sind. Eine solche Stange ist beschrieben in der US-A-51 84 682.

Unter Berücksichtigung der Art der Herstellungsmaterialien wird eine Stange aus Verbundmaterial bevorzugt auf Speicher- oder Fördermittel derart gewickelt, daß die Beanspruchungen aufgrund Verformungen beim Aufwickeln oder Abwickeln höchstens gleich der Elastizitätsgrenze des Verbundmaterials werden. Die Konsequenz hiervon ist, daß eine solche elastisch auf einen zylindrischen Träger gewickelte Stange nicht stabil auf dem Träger bleibt, sondern wie eine Feder reagiert, wenn eines der Enden frei ist oder die Drehung des Trägers unkontrolliert wird.

Eine der bevorzugten Anwendung einer biegeelastischen und kom­ pressionssteifen Stange ist darin zu sehen, daß man Geräte, beispielsweise Meßgeräte in Leitungen wie Pipelines, Drains, Bohrlöchern, Kanälen etc. schieben und ziehen kann. Um eine solche Stange bei voller Sicherheit zu betätigen bevorzugt man Handhabungsmittel, die spezifisch für die elastische Natur der Stange und für die Tatsache ist, daß man die Stange schieben, ziehen und elastisch auf einem relativ kompakten Träger ran­ gieren muß.

So betrifft die vorliegende Erfindung eine Handhabungsvorrich­ tung einer Stange aus einem biegeelastischen und kompressions­ steifen Material, wobei die Vorrichtung einen Haspel umfaßt, auf dem diese Stange in einem elastischen Zustand gewickelt ist. Die Haspel umfaßt Haltemittel, um die Stange gepreßt ge­ gen den Zylinder der Haspel zu halten sowie Mittel zum Drehen dieser Haspel.

Die Haltemittel können Rollen von einer Achse parallel zur Achse der Haspel und Mittel, diese Rollen gegen die auf dem Zylinder der Trommel gewickelte Stange anzupressen, umfassen.

Die Rollen können auf Gleitschienen montiert sein, die radial bezogen auf die Achse der Trommel derart sind, daß diese Rol­ len sich radial als Funktion der Anzahl der Stangenschichten verschieben, die auf den Bohrkopf gewickelt sind.

Die Beaufschlagungsmittel können an diesen Rollen befestigte Federn umfassen.

Die Beaufschlagungsmittel können hydraulische oder pneumati­ sche Stellzylinder sein.

Die Vorrichtung kann Mittel zur Verschiebung der Stange umfas­ sen, wobei die Mittel benachbart dem Haspel und benachbart der Mündung einer Leitung, in die die Stange eingefädelt ist, an­ geordnet sind.

Die Mittel, um die Haspel in Drehung zu versetzen, können Mit­ tel umfassen, die mit den Verschiebungsmitteln zusammenwirken, derart, daß die Stange auf die Haspel gewickelt wird, wenn diese aus der Leitung herausgezogen wird und die Stange ab­ wickeln, wenn diese gegen den Boden der Leitung vorgeschoben wird bzw. sich dahin bewegt.

Die Stange kann wenigstens eine elektrische Leitung über ihre gesamte Länge umfassen und die Vorrichtung kann eine elektri­ sche Drehdichtung, die auf der Achse der Haspel angeordnet ist aufweisen: die Leitung am Ende der Stange haspelseitig ist mit einer Drehdichtung verbunden, das andere Ende ist mit einem an der Stange befestigten Meßinstrument verbunden.

Die Vorrichtung kann Mittel zur Rollführung der Stange auf der Haspel in aneinander angrenzenden Windungen umfassen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun an­ hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen:

Fig. 1 eine Haspel nach der Erfindung zeigt;

Fig. 2A und 2B zeigen im Teilschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Haltemittel;

Fig. 3 schematisiert eine bevorzugte Anwendung der Vor­ richtung, und

Fig. 4 schematisiert einen anderen Anwendungsfall.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Haspel 1, die aus einer Trommel 2 besteht, deren Achse 4 vermittels Lagern an einem Gestell 5 befestigt ist. Das Gestell 5 umfaßt auf jeder Seite der Trommel zwei Längsholme 6 und 7, die fest mit einer Grund­ platte 8 verbunden sind. Die Trommel 2 ist von üblicher Ge­ stalt und umfaßt einen Zylinder 3, der durch zwei Flansche 9 und 10 begrenzt ist, welche das Volumen, in dem die Stange 11 gespeichert wird, begrenzen.

Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf sämtliche längli­ che Elemente wie Stangen oder Schläuche bzw. Rohre, die sich auf eine Haspel in einem elastischen Zustand wickeln lassen. Insbesondere ist dies der Fall bei länglichen Elementen aus plastischem Material mit und ohne Verstärkungsfasern, die in ein vernetzbares Harz eingehüllt sind. Bevorzugt ist die Er­ findung anwendbar auf eine Stange, die ähnlich der in der US- A-51 84 682 beschriebenen ist.

Auf der Welle 4 hat man ein Ritzel 12 zum Drehantrieb der Ha­ spel vermittels einer Transmissionskette 13 sowie Betätigungs­ mittel 14 befestigt. Diese Antriebsmittel sind hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Art, bevorzugt mit variabler Geschwindigkeit und mit doppelter Drehrichtung. Darüber hinaus bevorzugt man, daß die Antriebsmittel ein Bremssystem für die Drehung der Trommel umfassen, wenn diese gegebenenfalls zum Antrieb wird.

Die Längsholme 6 und 7 und ihre symmetrischen Gegenstücke auf der anderen Seite der Trommel tragen vier Rollen 15, 16, 17 und 18.

Die Struktur jeder Rolle 15, 16, 17, 18 ist in den Fig. 2A und 2B sowie deren Montage auf dem Gestell 5 näher dargestellt.

Die vier Rollen sind auf den Zylinder der Trommel oder auf die stangenschichten, die auf die Trommel aufgerollt sind, durch Beaufschlagungsmittel gepreßt, beispielsweise Zugfedern 19, 20, 21 und 22. Diese Federn, die auf der einen Seite auf dem Gestell und auf der anderen an der Welle jeder Rolle befestigt sind, können ersetzt werden durch irgendein äquivalentes Sy­ stem, einen hydraulischen, pneumatischen, ziehenden oder drüc­ kenden Stellzylinder.

Die Fig. 2A und 2B zeigen die Rolle der Rollen, beispielsweise die Rolle 16, deren Welle 23 eine Länge derart hat, daß sie den Längsholm 7 und sein symmetrisches Gegenstück 7′ in Schlitzen 24 und 24′ durchsetzt. Diese Schlitze 24 und 24′ länglicher Gestalt spielen die Rolle einer Gleitschiene für die Welle 23, derart, daß die Rolle 16 sich der Trommel 3 an­ nähern oder von dieser entfernen kann.

Die Welle 23 ist auf die Rolle 16 vermittels Lagern montiert, die so es der Rolle frei überlassen, auf dem Zylinder oder auf den Stangenschichten 11 zu rollen. Sämtliche anderen Rollen sind von der gleichen Konstruktion. Die Erfindung ist nicht auf vier Rollen beschränkt, in gewissen anderen Fällen sind andere notwendig, während für nachgiebigere Stangen man auch nur eine oder zwei Rollen verwenden kann.

In der Fig. 2A ist die Rolle 16 gegen eine Stangenschicht 11 gepreßt, die auf den Zylinder 3 gewickelt ist.

In der Fig. 2B wurde eine zusätzliche Stangenlänge 11 auf die Haspel unter Bildung einer zweiten Schicht aufgewickelt. Die Halterolle bewegt bzw. verschiebt sich zwischen den Flanschen 9 und 10, um die Stange vermittels der oberen Schicht dank der Möglichkeit der durch die Federn 20 und 21 gebotenen Radial­ verschiebung der Rolle zu halten.

So können sich im Falle des Reißens der Stange die auf die Haspel aufgewickelten Windungen nicht entspannen, da die Rol­ len oder dergleichen sie am Ort halten.

In Fig. 1 gibt das Bezugszeichen 25 eine Führung der Stange 11 an, die mit dem Gestell über eine nicht dargestellte Querleit­ schiene verbunden ist. Die Gleitschiene ermöglicht es hierbei, die Führung 25 als Funktion der Windungen zu bewegen oder zu verschieben. Dieser Vorgang der Rollenführung, Drahtführung oder "trancannage" im französischen genannt, kann von Hand erfolgen, d. h., daß das Bedienungspersonal die Führung als Funktion der Art und Weise verschiebt, in der es sieht, wie die Stange sich aufwickelt oder es kann automatisch als Funk­ tion der Anzahl der Haspeldrehzahl erfolgen, wenn man weiß, daß für eine Umdrehung die Führung sich um eine Stangenbreite verschieben muß. Die automatischen Drahtführungsmittel sind an sich bekannt und können durch Zahnräder und/oder eine Spiral­ schnecke mit zwei entgegengesetzten Windungen realisiert sein.

Fig. 3 zeigt eine Anwendung der Vorrichtung auf Messungen in einem Bohrloch 30, das von einer Galerie 31 aus gebohrt wurde; die Stange 11 umfaßt bevorzugt eine Leitung zur Übertragung von Informationen, beispielsweise eine elektrische Leitung.

Ein Meßapparat 32 ist am Ende der Stange befestigt und über­ trägt die Messungen auf Erfassungsmittel 33 vermittels der Übertragungsleitung. Die Übertragungsleitung auf der Endseite der Stange, die auf der Trommel der Haspel 1 gewickelt ist, ist mit Mitteln 33 vermittels einer Drehdichtung 34 verbunden, die in der Achse der Trommelwelle angeordnet ist. Eine solche Drehdichtung wird hier nicht beschrieben, da ihr Aufbau kon­ ventionell und wohlbekannt ist.

Bewegungsmittel 35 für die Stange 11 sind benachbart der Mün­ dung des Loches 30 derart angeordnet, daß der Meßapparat 32 im Bohrloch 30 verschoben werden kann, indem man auf die Stange drückt oder an ihr zieht. Gleichzeitig wickelt die Haspel 1 die Länge der Stange entsprechend der in das Bohrloch eindrin­ genden Stange 11 ab oder wickelt die Stangenlänge auf, wenn die Mittel 35 diese aus dem Loch ziehen. Die Mittel, um die Haspel in Drehung zu versetzen und die Verschiebungsmittel 35 sollen zusammenwirken, damit der Teil der Stange zwischen Ha­ spel und den Verschiebungsmitteln ausreichend gespannt wird, um nicht Brüche der Stange 11 zu riskieren. Vereinfacht kann die Haspel allein leicht gebremst werden, wenn die Bewegungs- oder Verschiebungsmittel 35 die Stange in das Bohrloch drücken und somit an der auf der Haspel aufgewickelten Stange ziehen. In diesem Fall kann für das Zurückziehen der Stange der An­ trieb der Haspel die Stange ziehen, indem sie auf die Trommel gewickelt wird, die Bewegungs- oder Verschiebungsmittel werden dann entkuppelt oder sogar völlig von der Stange 11 freigege­ ben.

Die Bewegungs- oder Verschiebungsmittel 35 bestehen beispiels­ weise aus einer Anordnung von zwei Radpaaren, wobei jedes der Paare gegen die Stange in entgegengesetzter Richtung gepreßt wird. Wenigstens ein Radpaar ist mechanisch mit einem Antrieb verbunden. Aufgrund der durch das Spannen der Räder gegen die Stange erzeugten Reibung nehmen die Antriebsräder die Stange 11 in Längsrichtung mit. Man kann die Spannfläche erhöhen, indem man ein Band oder eine kontinuierliche Kette verwendet, die durch Ritzel angetrieben und gegen die Stange durch ein Paar von Preßrollen gespannt wird.

Fig. 4 ist eine andere Variante der Anwendung der Vorrichtung nach der Erfindung. Diese Variante ist besonders auf Bohrlö­ cher, die vertikal beginnen, anwendbar.

Ein im wesentlichen vertikales Bohrloch 40 wird ausgehend von der Erdbodenoberfläche gebohrt, wo ein Haspel 1 zum Speichern einer Stange 11 angeordnet ist.

Wie bei der vorhergehenden Anwendung ist ein Gerät 32, bei­ spielsweise ein Meßgerät, am Ende der Stange 11 befestigt.

Um das Absenken der Vorrichtung 32 am Ende der Stange 11 zu erleichtern, kann man Betätigungsmittel 41, beispielsweise Schwerstangen befestigen, um die Schwerkraft des Gewichts im vertikalen Teil oder praktisch vertikalen Teil des Bohrlochs oder der Dichtungskupellen im Bohrloch 40 zu erhöhen, die es ermöglichen, die Absenkung der Vorrichtung 32 zu unterstützen, indem ein Fluid in das Bohrloch 40 gepumpt wird. Zur Durchfüh­ rung dieses Pumpens muß man dann den Kopf des Bohrlochs 40 mit Pump- und Dichtungsmitteln ausstatten.

Bei dieser Anwendung wird die Stange 11 durch eine Gruppierung von Rollen 42 bis zur Mündung des Bohrlochs 40 geführt. Um das Gerät 32 abzusenken, wickelt man die Stange 11 ab, indem man die Haspel sich drehen läßt, wobei das Gewicht der Vorrich­ tung, gegebenenfalls der Schwerstangen 41 ausreichend ist, um die Schwerstangenanordnung 11 und das Meßgerät 32 gegen den Boden des Bohrlochs zu ziehen.

Hat das Bohrloch 40 einen geneigten Teil, der sogar nahezu horizontal ist, so kann man ausgehend von der Oberfläche Ge­ wichte 43 um die Stange 11 montieren, damit diese Gewichte auf den Teil der unteren Stange schieben und zum Eindringen des Geräts 32 in den Teil des abgelenkten Bohrlochs beitragen.

Die Bewegung des Geräts 32 gegen die Oberfläche erfolgt durch Drehen der Haspel 1 im Wicklungssinn der Stange.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Handhabung einer aus einem biegeelasti­ schen und kompressionssteifen Verbundmaterial bestehenden Stange (11), wobei die Vorrichtung eine Haspel (1) umfaßt, auf der diese Stange in einem elastischen Zustand gewickelt ist, Haltemittel (15, 16, 17, 18) der Stange, die gegen den Zylin­ der (3) der Haspel gepreßt ist und Mittel (14), um diese Ha­ spel in Drehung zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die­ se Haltemittel wenigstens eine Rolle von einer Achse parallel zu der des Haspels von einer Breite im wesentlichen gleich der Breite des Zylinders umfassen, und daß diese Haspel Mittel (19, 20, 21, 22) zum Anpressen dieser Rollen gegen diese auf den Zylinder der Haspel gewickelten Stange umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Rollen auf Gleitschienen (24, 24′) montiert sind, die radial bezogen auf die Achse des Haspels angeordnet sind, derart, daß diese Rollen sich radial als Funktion der Anzahl der stangenschichten, die auf der Haspel gewickelt sind, bewe­ gen.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anpreßmittel an diesen Rollen befe­ stigte Federn umfassen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anpreßmittel hydraulische oder pneumatische Stellzylinder umfassen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Bewegen bzw. För­ dern (35) der Stange umfassen, wobei diese Mittel benachbart der Haspel und in der Nähe der Mündung einer Leitung, in die die Stange eingefädelt ist, angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mittel, um die Haspel in Drehung zu versetzen, Mittel umfassen, die mit diesen Bewegungsmitteln derart zusammenwirken, daß die Stange auf die Haspel gewickelt wird, wenn diese sich außerhalb der Leitung bewegt und die Stange abgewickelt wird, wenn diese gegen den Boden der Lei­ tung verschoben oder bewegt wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stange wenigstens eine elektrische Leitung über ihre gesamte Länge umfaßt, und daß diese Haspel eine elektrische Dichtung (34), die drehbar auf der Achse der Haspel angeordnet ist, umfaßt, wobei diese Lei­ tung am Ende der Stange haspelseitig mit der Drehdichtung ver­ bunden ist, wobei das andere Ende mit einem an der Stange be­ festigten Meßinstrument (32) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d­ adurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (25) zum Führen der Stange beim Aufwickeln auf der Haspel in aneinander angrenzen­ den Windungen umfaßt.