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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Gestängeübergabe
für Horizontalvortriebsgeräte für den unterirdischen
grabenlosen Vortrieb und ein Verfahren zum Einbringen von Gestängeschüssen aus dem Übergabebereich
eines Vorratsbehälters
in die Bohrachse eines Horizontalvortriebgeräts.
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Beim Horizontalvortrieb, wie beispielsweise beim
grabenlosen Erdbohren mittels eines rotierenden Vorschubgerätes, wird
das in der Bohrung befindliche Gestänge durch Hinzufügen einzelner
Gestängeschüsse kontinuierlich
verlängert
bzw. durch Entnahme kontinuierlich verkürzt, wie beispielsweise beim
Aufweiten einer Pilotbohrung. Dies geschieht, indem die Gestängeschüsse in die
Bohrachse eingebracht und mit dem Ende des im Erdreich befindlichen
Gestängestrangs
verbunden werden. Die Gestängeschüsse können beispielsweise
in einem Vorratsbehälter
im Bereich des Bohrgeräts
angeordnet sein, wobei eine Bedienperson die Gestängeschüsse einzeln
in die Bohrachse einlegt.
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Da das von Hand einlegen der Gestängeschüsse ein
erhebliches Verletzungsrisiko beinhaltet und in der Regel eine zusätzliche
Arbeitskraft erfordert, sind verschiedene automatische Gestängemagazine
entwickelt worden, die ein automatisches Einbringen der Gestängeschüsse aus
dem Vorratsbehälter
in die Bohrachse erlauben.
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Ein solches Gestängemagazin ist beispielsweise
in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 196 10 883 A1 beschrieben. Bei dieser
Vorrichtung ist der Vorratsbehälter
oberhalb der Bohrachse angeordnet und besitzt in seinem unteren
Bereich ein Übergabefach.
Für die
Entnahme wird das Übergabefach,
in dem sich ein Gestängeschuß befindet,
in die Bohrachse verfahren, der Gestängeschuß fixiert und das Magazin in
seine ursprüngliche
Position zurückverfahren.
Dieses Gestängemagazin
ist allerdings nur für
geringe Wechselgeschwindigkeiten geeignet, da bei jeder Gestängeübergabe
das gesamte Magazin verfahren werden muß.
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Eine andere Technik der automatischen
Gestängeübergabe
bedient sich eines Greifers, der die Gestängeschüsse von einem Vorratsbehälter in
die Bohrachse befördert.
Ein solches Gestängemagazin ist
beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 12 641 A1 bekannt.
Bei derartigen Gestängemagazinen
werden die Gestängeschüsse aus dem
Vorratsbehälter
von dem Greifer in eine Position in der Nähe der Bohrachse rotiert und
dann durch Ausfahren des Greifers im Wege einer Parallelverschiebung
in die Bohrachse hinein bewegt. Eine ähnliche Vorrichtung ist in
der US-Patentschrift US 5 556 253 beschrieben. Diese Vorrichtungen
besitzen den Nachteil, daß der
Greifer neben dem Rotieren konstruktiv in der Lage sein muß, das Bohrgestänge parallel
zu verschieben. Der Schwenkarm des Greifers muß daher z.B. einen besonderen
Zylinder für
ein axiales Verschieben des Greifers aufweisen.
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Demgegenüber werden die Gestängeschüsse bei
der in der US-Patentschrift US 5 607 280 beschriebenen Vorrichtung
von einem Greifer aus einer Übergabeposition
direkt in die Bohrachse verschwenkt. Diese Vorrichtung weist nebeneinander angeordnete
Gestängefächer auf,
die zu einer geringen Geräuschentwicklung
beim Nachrutschen der Gestänge
beitragen. Bei der Entnahme eines Gestängeschusses rutschen die übereinanderliegenden Gestängeschüsse aufgrund
der Schwerkraft nach. Da jedes Gestängefach eine eigene Übergabeposition
besitzt, müssen
die in der Übergabeposition
befindlichen Gestänge
in die Schwenkachse des Greifers bewegt werden, um für das Einschwenken
in die Bohrachse zur Verfügung
zu stehen. Zu diesem Zweck besitzt die beschriebene Vorrichtung
einen Schlitten mit mehreren Rohrtaschen, mit dem die Gestängeschüsse nacheinander
in die Schwenkachse des Greifers verfahren werden können. Die
beschriebene Vorrichtung vermeidet daher den konstruktiven Aufwand
eines axial verfahrbaren Greifers, ersetzt diesen jedoch durch einen
axial verfahrbaren Schlitten, wodurch die Parallelverschiebung nur
vorverlagert wird.
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Aus
DE 33 18 851 A1 ist eine Vorrichtung bekannt,
die im wesentlichen aus einem Verschiebearm, Verschiebeplatten und
einem Magazin besteht. Das Magazin bildet eine Aufnahme für Bohrstangen. Die
in dem Magazin befindlichen Bohrstangen werden durch Verschieben
der Platten innerhalb des Magazins nach oben in eine Übergabeposition
gebracht, dort von dem Verschiebearm aufgenommen und auf die Bohrachse übertragen.
Dabei weist der Verschiebearm lediglich einen Übergabebereich auf der Kreisbahn
des Verschiebearms auf.
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Ebenso weist
DE 198 13 698 A1 ein Magazin auf,
dem in dem Magazin enthaltene Stangen mittels einer Übergabevorrichtung
an einer Entnahmestelle entnommen werden. Die in dem Magazin gehaltenen Stangen
werden über
eine Kettenführung
zu der Entnahmestelle transportiert. Nachteilig an solchen Vorrichtungen
ist, daß die
Bohrgestänge
häufig
innerhalb des Magazins über
einen langen Weg transportiert werden müssen, bis zu der Entnahmestelle
gelangen. Dadurch ist bei der Zufuhr des Gestänges in die Bohrachse ein hoher
Aufwand zu betreiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zur Gestängeübergabe
für Horizontalvortriebsgeräte zu schaffen,
bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
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Die Aufgabe wird durch ein Gestängemagazin
gemäß Anspruch
1 und das Verfahren gemäß Anspruch
11 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind
den Unteransprüchen
zu entnehmen. Die Aufgabe wird ferner durch die Verfahrensansprüche gelöst.
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Das Prinzip der Erfindung besteht
darin, die Kreisbahn des Greifers so anzuordnen, daß er sowohl
die Übergabepositionen
einzelner Gestängefächer als
auch die Bohrachse schneidet.
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Um dies zu verwirklichen, kann die
erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Vorratsbehälter
mit Übergabebereichen
aufweisen, die in der Kreisbahn des Greifers angeordnet sind. Die
Vorrichtung kann ferner Gestängefächer mit
Verriegelungselementen aufweisen, wobei die Verrieglelungselemente
die Übergabebereiche
der einzelnen Gestängefächer freigeben
können,
wenn der Greifer in den Übergabebereich
des gewünschten
Gestängefaches
eingeschwenkt ist um den Übergabebereich
dann beim oder nach dem Herausschwenken des Greifers aus der Ebene
des Gestängefaches
wieder zu verschließen.
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Durch den Verlauf der Kreisbahn des
Greifers durch sowohl die Übergabebereiche
der einzelnen Gestängefächer als
auch durch die Bohrachse läßt sich
ein konstruktiv einfacher Schwenkgreifer einsetzen, der keiner zusätzlichen
Zylinder bedarf, um die Greifer mit dem Gestänge radial zum Drehpunkt der
Schwenkachse zu verschieben, da die Gestängeschüsse unmittelbar in die Bohrachse
eingefahren werden. Ebenso ist ein Parallelverschieben der Gestängeschüsse aus
der Fächerübergabe
in die Kreisbahn des Greifers mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung überflüssig.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist ein besonders schneller Gestängewechsel
möglich, da
die bewegten Teile nur kurze Wege zurücklegen müssen. Die Vorrichtung besitzt
ferner eine außerordentlich
geringe Geräuschentwicklung,
da jeweils nur die Gestänge
eines Fachs vertikal verschoben und in die Bohrachse rotiert werden.
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Der Vorratsbehälter ist vorzugsweise neben der
Bohrachse angeordnet, so daß die
Bedienperson das An- und Abschrauben der Gestängeschüsse verfolgen kann. Der Vorratsbehälter kann
eine offene Bauweise aufweisen, welche ein Überwachen des Füllstandes
des Vorratsbehälters
erlaubt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Schächte von
innen nach außen,
ausgehend von der Bohrachse, zu leeren. Die Gestängeschüsse lassen sich auch von Hand
in den Greifer einlegen. Hierzu wird der Greifer unter dem Vorratsbehälter hervorgeschwenkt,
so daß ein
Gestängeschuß neben
dem Vorratsbehälter
in den Greifer eingelegt werden kann. Aufgrund der Anordnung des
Vorratsbehälters
läßt sich
dieser zudem besonders leicht austauschen, wenn während eines
Bohrvorgangs die Gestängeschüsse eines
Behälters
nicht ausreichen, um die vollständige
Bohrung durchzuführen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Greifer so ausgebildet ist, daß er als Gestängeauflage
dienen kann, wenn sich der Gestängeschuß in der
Bohrachse befindet. Der Greifer kann ferner mit einer Feder vorgespannt
sein, wodurch ein Längsverschieben
des Gestängeschusses
im Greifer möglich
ist, wenn die Hydraulik nicht eingeschaltet ist.
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Der Greifer kann zur Fixierung der
Gestängeschüsse einen
Verriegelungsstift und einen Haken besitzen, die so gesteuert sind,
daß durch
ein Wechselspiel zwischen dem Haken und dem Verriegelungselement
ein freies Durchschwenken des Greifers unter dem Vorratsbehälter bei
gleichzeitiger zuverlässiger
Arretierung des Gestängeschusses
beim Einschwenken in die Bohrachse ermöglicht wird. Dies geschieht
vorzugsweise dadurch, daß das
Verriegelungselement beim Schwenken des Greifers auf einer Kurvenbahn verfahren
wird, deren Geometrie so ausgebildet ist, daß das Verriegelungselement beim
Schwenken unter dem Vorratsbehälter
in der Verriegelungsstellung verharrt, während es beim Herausschwenken
des Greifers, durch den Kurvenbahnverlauf freigegeben, von einem
Federelement zurückgezogen
wird, wobei ein Schalter den Haken in die geschlossene Stellung
verschwenkt, sobald der Greifer sich nicht mehr unterhalb des Vorratsbehälters befindet.
Ebenso bewirkt ein Schalter, daß der Haken
zurückgezogen
wird, sobald der Greifer wieder unter den Vorratsbehälter schwenkt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gestängeübergabe
auf einer Bohrlafette;
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2 eine
Detailansicht des Greifers bei der Übergabe des Gestängeschusses
in die Bohrachse;
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3 eine
Detailansicht der Greiferstellung mit Hand eingelegtem Gestängeschuß;
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4 eine
Detailansicht der Gestängefächer mit
Verriegelungsmechanismus;
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5 die
Ansicht der 4 mit Schwenkarm um
Greifer sowie Verriegelungsstift;
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6 eine
Seitenansicht des Verriegelungsmechanismus und des Greifers.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gestängeübergabe 1 ist
auf einem Raupenfahrzeug 2 mit einem Rotationsmotor 3 und
einem Vorschubmotor 4 sowie einer Brech- und Lösevorrichtung 5 angeordnet.
In 1 ist die Übergabe,
zu der ein Vorratsbehälter
in Form einer Gestängebox
gehört,
ohne Vorratsbehälter
dargestellt, so daß Gestängeschüsse 6 erkennbar
sind.
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In den 2 bis 5 ist die Gestängebox 11 mit in
durch Trennwände 12 bis 14 unterteilten
Fächern angeordneten
Gestängeschüssen 6 erkennbar.
Unterhalb der Gestängebox 11 befinden
sich als Hebearme ausgebildete Verriegelungselemente 21, 22, 23, 24 mit
Führungsrollen 25.
Die Hebearme bestehen aus einem über
eine Verbindungsstange 26 verbundenen vorderen und hinteren
Hebeelement. Mit Hilfe eines Hubzylinders 27 lassen sich
die Hebearme zwischen einer oberen und unteren Stellung verschwenken.
In der oberen Stellung verschließt der Hebearm mit der Führungsrolle 25 das
jeweilige Gestängefach
der Gestängebox 11 und
verhindert damit ein Herausfallen der übereinander angeordneten Gestängeschüsse 6.
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Im vorderen und hinteren Bereich
der Vorrichtung zur Gestängeübergabe 1 befindet
sich jeweils ein Greifer 31 mit einem Haken 32 und
einem Verriegelungsstift 33. Der Greifer ist mit Hilfe
eines Schwenkzylinders 35 rotierbar auf einer Welle 34 angeordnet.
Der Verriegelungsstift 33 ist in einer Führung 36 angeordnet
und liegt mit seinem Fuß 37 auf einer
Kurvenbahn 38 auf. Der Verriegelungsstift 33 wird
dabei in der Führung 36 mittels
einer Feder 39 gegen die Oberfläche der Kurvenbahn 38 gedrückt. Der
Haken 32 ist über
einen Hakenzylinder 40 um eine Welle 41 rotierbar
und wird ansonsten durch eine Zugfeder 42 in einer "Geschlossen"-Stellung
gehalten.
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Zum Einschwenken eines Gestängeschusses 6 in
die Bohrachse B wird der Greifer mit Hilfe des Schwenkzylinders 35 unter
die Gestängebox 11 in die
Aufnahmeposition des durch die Trennwand 14 mit der Außenwand
der Gestängebox 11 gebildeten ersten
Gestängefachs
verfahren. Die Verriegelungselemente 21 bis 24 befinden
sich in ihrer oberen Stellung, um ein Herausfallen der Gestängeschüsse 6 zu verhindern.
Sobald der Greifer 31 seine Aufnahmeposition unterhalb
des ersten Gestängefachs
erreicht hat, wird der Hebearm 24 abgesenkt, worauf sich
ein erster Gestängeschuß in den
Greifer absenkt.
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In dieser Position befindet sich
der Verriegelungsstift 33 in seiner Verriegelungsposition,
da die Kurvenbahn 38 aufgrund ihrer Geometrie ein Herausstehen
des Verriegelungsstiftes 33 bewirkt. Gleichzeitig kann
sich der Haken 32 durch den Hakenzylinder 40 in
der "Offen-Stellung" befinden. Beim Senken des Hebearmes 24 folgt
der unterste Gestängeschuß 6 der
Schwerkraft und rutscht in die Aufnahme des Greifers 31.
Sobald der erste Gestängeschuß 6 in
der Aufnahme des Greifers 31 zum Liegen kommt, wird der
Greifer mit Hilfe des Schwenkzylinders 35 in Richtung der
Bohrachse verschwenkt. Beim Herausschwenken des Greifers 31 unter
der Gestängebox 11 wird
der Haken 32 über
einen Schalter (nicht dargestellt), der den Hakenzylinder 40 betätigt aus
seiner "Offen"-Stellung in seine "Geschlossen"-Stellung verfahren.
Gleichzeitig wird der Verriegelungsstift 33 über die
Feder 39 zurückgezogen,
indem der Fuß 37 des
Verriegelungsstiftes der Oberfläche
der Kurvenbahn 38 folgt. Beim Herausschwenken des Greifers 31 unter
der Gestängebox
wird der Hebearm 24 wieder in seine "Geschlossen"-Stellung verfahren,
um ein Herausfallen eines zweiten Gestängeschusses 6 zu verhindern.
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Sobald sich der Greifer 31 mit
seiner Aufnahme und dem darin befindlichen Gestängeschuß 6 in der Bohrachse
B befindet, kann der Gestängeschuß mit dem
in der Bohrachse befindlichen Gestänge und dem Rotationsmotor 3 verbunden
werden. Dabei kann der Hakenzylinder 40 derart freigegeben
werden, daß die
Zugfeder 42 den Haken zwar in einer "Geschlossen"-Stellung
hält, diese
ein axiales Verschieben des Gestängeschusses 6 zum
Einschrauben jedoch zuläßt.
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Vorzugsweise werden die Gestängefächer von
innen nach außen,
ausgehend von der Bohrachse, geleert. Die Bedienperson kann dann
den Füllzustand
der Gestängebox 11 über ein
Sichtfenster 50 beobachten. Der für das erste Gestängefach
beschriebene Vorgang findet für
die weiteren Gestängefächer analog
Anwendung, wobei der Greifer 31 jeweils die erforderliche
Aufnahmeposition unter dem jeweiligen Gestängefach der Vorratsbox 11 einnimmt,
während
der Haken 32 zurückgezogen
bleibt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt auch
ein Einlegen eines Gestängeschusses 6 von Hand,
beispielsweise, wenn die in der Gestängebox 11 befindlichen
Gestängeschüsse 6 zum
Abschluß des
Bohrvorgangs nicht in ausreichender Zahl vorhanden sind. Dazu wird
der Greifer 31 unter der Gestängebox 11 durchgeschwenkt,
so daß er
auf der von der Bohrachse abgewendeten Seite unter der Gestängebox 11 hervorragt.
In dieser Position läßt sich,
wie in 3 dargestellt,
ein Gestängeschuß ohne weiteres
per Hand einlegen und in der beschriebenen Weise in die Bohrachse
B verschwenken.
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Die Gestängebox 11 besitzt
in ihrem unteren Bereich Buchsen 60 zum Einschieben von
Verriegelungsbolzen, wodurch eine problemlose Entnahme und Transport
der Gestängebox 11 gewährleistet
ist.