DE202008004473U1

DE202008004473U1 - Bohrantriebseinheit für ein Doppelbohrgestänge

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Publication number: DE202008004473U1
Application number: DE202008004473U
Authority: DE
Original assignee: Klemm Bohrtechnik GmbH
Current assignee: Klemm Bohrtechnik GmbH
Priority date: 2008-04-01
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: CH698771B1; CH698771A2

Abstract

Bohrantriebseinheit für ein Doppelbohrgestänge mit einem Außengestänge und einem Innengestänge, mit
– einem vorderen Bohrantrieb (1) für das Außengestänge,
– einem hinteren Bohrantrieb (2) für das Innengestänge, welcher gegenüber dem vorderen Bohrantrieb (1) versetzt angeordnet ist,
– einer Ausgleichsstange (10), welche an einer Abtriebswelle (4) des hinteren Bohrantriebs (2) angeordnet ist,
– wobei die Ausgleichsstange (10) in den vorderen Bohrantrieb (1) hineinragt und mit Mitteln (11) zum Anschluss des Innengestänges ausgebildet ist, und
– zumindest einem Dichtring (20), der an der Ausgleichsstange (10) anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Ausgleichsstange (10) mehrteilig mit einem stangenförmigen Grundkörper (30) und einem Hüllrohr (35) ausgebildet ist, welches auf einer Mantelfläche des Grundkörpers (30) angeordnet ist, und
– dass der Dichtring (20) am Hüllrohr (35) der Ausgleichsstange (10) anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrantriebseinheit für ein Doppelbohrgestänge mit einem Außengestänge und einem Innengestänge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Bohrantriebseinheit ist ausgebildet mit einem vorderen Bohrantrieb für das Außengestänge, einem hinteren Bohrantrieb für das Innengestänge, welcher gegenüber dem vorderen Bohrantrieb versetzt angeordnet ist, einer Ausgleichsstange, welche an einer Abtriebswelle des hinteren Bohrantriebs angeordnet ist, wobei die Ausgleichsstange in den vorderen Bohrantrieb hineinragt und mit Mitteln zum Anschluss des Innengestänges ausgebildet ist, und mit zumindest einem Dichtring, der an der Ausgleichsstange anliegt, und der insbesondere zum Abdichten eines ringförmigen Hohlraums zwischen dem Innengestänge und dem Außengestänge dient.
Die Erfindung betrifft ferner ein Montagewerkzeug zum Montieren der Ausgleichsstange in einer solchen Bohrantriebseinheit.
Eine gattungsgemäße Bohrantriebseinheit ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 10 2006 059 171 beschrieben. Weitere Bohrantriebseinheiten mit zwei versetzten Bohrantrieben für ein Außengestänge beziehungsweise für ein Innengestänge gehen aus der deutschen Auslegeschrift 19 09 931 sowie aus den Patentschriften DE 29 24 393 C2 und DE 41 13 422 C3 hervor. Die DE 103 27 732 A1 offenbart ein Bohrgestänge, dessen Rohre mittels Konusschrauben gegen ein Verdrehen und ein Ausziehen gesichert sind.
Gattungsgemäße Bohrantriebseinheiten mit zwei versetzten Bohrantrieben weisen eine Ausgleichsstange auf, welche vom hinteren Bohrantrieb angetrieben wird. Diese Ausgleichsstange, die in der Regel durch den vorderen Bohrantrieb hindurchragt, dient zum Ausgleich des Versatzes zwischen den beiden Bohrantrieben. Insbesondere gewähr leistet die Ausgleichsstange, dass sich die Anschlussstellen für das Außengestänge und das Innengestänge trotz des Versatzes der beiden Bohrantriebe zumindest annähernd auf derselben Höhe befinden.
Beim Bohren mit einem Doppelbohrgestänge, das heißt beim verrohrten Bohren, wird in der Regel eine Bohrspülung zum Austrag des Bohrkleins aus dem Bohrloch eingesetzt. Beim sogenannten Doppelkopfbohren ist es üblich, den Spülstrom durch das Innengestänge zum Bohrlochtiefsten zu leiten, dort mit Bohrklein aufzuladen, beides durch den ringförmigen Hohlraum zwischen Außengestänge und Innengestänge wieder zu Tage zu fördern und vorzugsweise im Bereich des Bohrantriebes aus dem Außengestänge abzugeben. Grundsätzlich ist auch eine umgekehrte Spülrichtung denkbar, bei dem der Spülstrom in den ringförmigen Hohlraum eingebracht und aus dem Innengestänge abgeführt wird.
Um einen geregelten Bohrspülungsfluss zu erzielen, ist es erforderlich, den ringförmigen Hohlraum zwischen Innengestänge und Außengestänge abzudichten. Insbesondere kann eine Abdichtung im Bereich der Bohrantriebe erforderlich sein, da hier das Außengestänge endet und somit der ringförmige Hohlraum zwischen Innengestänge und Außengestänge zugänglich wird.
Bei einer gattungsgemäßen Bohrantriebseinheit ist zum Abdichten des ringförmigen Hohlraumes im Bereich der Bohrantriebe zumindest ein Dichtring vorgesehen, der an der Ausgleichsstange anliegt. Beispielsweise wegen gegebenenfalls auftretender unterschiedlicher Drehgeschwindigkeiten der beiden Bohrantriebe und/oder einer axialen Relativverschiebung der beiden Bohrantriebe kann diese Dichtung sowohl Umfangs- als auch Längsbewegungen ausgesetzt sein. Hierdurch kann der Dichtring einem vergleichsweise starken abrasiven Verschleiß unterliegen, der sich unter Umständen auch auf den Verschleißpartner Ausgleichsstange erstrecken kann.
Die Ausgleichsstange ist unter anderem wegen der Anschlüsse für Innengestänge und/oder hinteren Bohrantrieb, die beispielsweise als Gewindeanschluss ausgebildet sein können, und aufgrund des vergleichsweise hochwertigen Werkstoffes ein relativ teures Bauteil und sollte aus wirtschaftlichen Gründen eine möglichst hohe Standzeit aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bohrantriebseinheit und ein Montagewerkzeug hierfür vorzusehen, die einen besonders wirtschaftlichen Betrieb der Bohrantriebseinheit und hohe Standzeiten zulassen.
Die Aufgabe wird durch eine Bohrantriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Montagewerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Bohrantriebseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsstange mehrteilig mit einem stangenförmigen Grundkörper und einem Hüllrohr ausgebildet ist, welches auf einer Mantelfläche des Grundkörpers angeordnet ist, und dass der Dichtring am Hüllrohr der Ausgleichsstange anliegt.
Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die dem Verschleiß ausgesetzte Oberfläche der Ausgleichsstange durch ein Verschleißrohr zu schützen, welches beispielsweise in einfacher Weise auswechselbar ausgebildet sein kann. Kommt es in diesem Fall im Bereich der Dichtung zu einem Verschleiß der Ausgleichsstange, so ist es nicht erforderlich, die gesamte Ausgleichsstange zu ersetzen. Vielmehr kann in besonders wirtschaftlicher Weise lediglich das Hüllrohr ersetzt werden. Überdies kann für das Hüllrohr ein Material gewählt werden, welches besonders gut mit dem Dichtring zusammenwirkt und beispielsweise besonders verschleißbeständig ist, ohne dass hierdurch die mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers der Ausgleichsstange, insbesondere die Fähigkeit des Grundkörpers, ein Drehmoment vom hinteren Antriebsmotor zum Innengestänge zu übertragen, beeinflusst werden.
Die erfindungsgemäße Bohrantriebseinheit kann auch als Doppelkopfbohranlage bezeichnet werden. Der vordere und/oder der hintere Bohrantrieb können insbesondere drehend oder drehschlagend ausgeführt werden. Zweckmäßigerweise weisen die beiden Bohrantriebe getrennte Antriebsmotoren auf. Grundsätzlich kann jedoch auch zumindest ein gemeinsamer Antriebsmotor für beide Bohrantriebe vorgesehen sein.
Die Ausgleichsstange ist geeigneterweise koaxial zur Abtriebswelle des hinteren Bohrantriebes vorgesehen. Bevorzugt ragt die Ausgleichsstange durch den vorderen Bohrantrieb hindurch, so dass die Mittel zum Anschluss des Innengestänges besonders gut zugänglich sind. Zum Durchführen der Ausgleichsstange und/oder des Innengestänges weist der vordere Bohrantrieb zweckmäßigerweise eine hohle Abtriebswelle und gege benenfalls einen hohlen Schlagkolben auf. Erfindungsgemäß sind die Mittel zum Anschluss des Innengestänges am stangenförmigen Grundkörper vorgesehen.
Nach der Erfindung ist die Ausgleichsstange relativ zum Dichtring drehbar, das heißt bei Betrieb der Ausgleichsstange überstreicht der Dichtring die Oberfläche der Ausgleichsstange. Der Dichtring kann insbesondere im Bereich des vorderen Bohrantriebes, vorzugsweise am vorderen Bohrantrieb, befestigt sein. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Befestigung des Dichtringes an einer gegebenenfalls vorhandenen Drehdurchführung, beispielsweise an einem Austragkopf, möglich.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin, dass das Hüllrohr zumindest in Axialrichtung fest, das heißt in Richtung der Bohrachse fest am Grundkörper angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Hüllrohr auch in Umfangsrichtung fest am Grundkörper angeordnet, das heißt drehfest mit dem Grundkörper verbunden. Beispielsweise für eine besonders einfache Montage weist der stangenförmige Grundkörper der Ausgleichsstange im Bereich des Hüllrohres geeigneterweise eine zylindrische Mantelfläche auf. Aber auch eine Mehrkantstruktur ist möglich, wobei das Hüllrohr dann für eine Drehmomentübertragung zwischen Grundkörper und Hüllrohr innenseitig eine korrespondierende Mehrkantstruktur aufweisen kann. Erfindungsgemäß ist der stangenförmige Grundkörper drehfest mit der Abtriebswelle des hinteren Bohrantriebes verbunden.
Vorzugsweise ist zwischen Hüllrohr und stangenförmigem Grundkörper zumindest eine weitere Dichtung vorgesehen. Hiermit kann verhindert werden, dass Fluid aus dem ringförmigen Hohlraum zwischen Außengestänge und Innengestänge zwischen dem Grundkörper und dem Hüllrohr abfließt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung liegt darin, dass das Hüllrohr verglichen mit dem Grundkörper ein unterschiedliches Material aufweist. Dies ermöglicht es, das Material dieser beiden Elemente im Hinblick auf ihre jeweils vorgesehenen Aufgaben zu optimieren. Beispielsweise kann für das Hüllrohr ein besonders verschleißfestes Material vorgesehen werden, wohingegen für den Grundkörper ein Material gewählt wird, das für die Drehmomentübertragung besonders gut geeignet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Hüllrohr verglichen mit dem Grundkörper ein härteres Material aufweist. Der Grundkörper und/oder das Hüllrohr der Ausgleichsstange sind vorzugsweise metallisch ausgebildet.
Das Verschleißverhalten der Ausgleichsstange kann in besonders wirtschaftlicher Weise dadurch verbessert werden, dass das Hüllrohr eine Oberflächenhärtung aufweist.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, dass das Hüllrohr auswechselbar am Grundkörper angeordnet ist. Dies ermöglicht es, das Hüllrohr bei fortgeschrittenem Verschleiß gezielt auszutauschen, ohne dass auch der Grundkörper der Ausgleichsstange gewechselt werden müsste. Zweckmäßigerweise ist das Hüllrohr auf den stangenförmigen Grundkörper aufschiebbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass ein, insbesondere zumindest annähernd radial zur Ausgleichsstange verlaufender, Bolzen zum Festlegen des Hüllrohres am Grundkörper vorgesehen ist. Bei dem Bolzen kann es sich insbesondere um eine Stiftschraube handeln. Zweckmäßigerweise ist am stangenförmigen Grundkörper eine Aufnahme, vorzugsweise mit einem Gewinde, für den Bolzen vorgesehen. Der Bolzen kann einen Anschlag bilden, an dem das Hüllrohr endseitig anliegt, und durch den das Hüllrohr axial gesichert ist. Auch kann vorgesehen sein, dass das Hüllrohr eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die der vom Grundkörper abstehende Bolzen hindurchragt. Insbesondere bei solch einer Anordnung kann der Bolzen das Verschleißrohr sowohl axial als auch in Umfangsrichtung sichern.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, dass der Grundkörper einen vorzugsweise ringförmigen Anschlag aufweist, der eine Verschiebung des Hüllrohres längs des Grundkörpers begrenzt. Hierdurch kann das Hüllrohr in besonders einfacher Weise am Grundkörper festgelegt werden.
Unter anderem im Hinblick auf die Standzeiten ist es weiterhin zweckmäßig, dass sich das Hüllrohr zumindest an seinem dem hinteren Bohrantrieb zugewandten, hinteren Ende verjüngt. Vorzugsweise läuft das Hüllrohr im Bereich der Verjüngung spitz, insbesondere konisch, zu. Durch eine solche Verjüngung kann in besonders einfacher Weise gewährleistet werden, dass am Übergang vom hüllrohrfreien Bereich des Grundkörpers zum Hüllrohr keine scharfen Kanten vorliegen, welche die Ringdichtung beim axialen Durchschieben der Ausgleichsstange zusammen mit dem Hüllrohr beschädigen könnten. Alternativ oder zusätzlich kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass sich das Hüllrohr an seinem gegenüberliegenden, das heißt an seinem dem hinteren Bohrantrieb abgewandten, vorderen Ende verjüngt. Dies kann zur Schonung des Dichtringes insbesondere dann von Vorteil sein, wenn ein großer Axialhub zu erwarten ist.
Weiterhin ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass eine Drehdurchführung zum Ab- und/oder Zuführen von Spülfluid aus dem beziehungsweise in den ringförmigen Hohlraum zwischen Innengestänge und Außengestänge vorgesehen ist. Eine solche Drehdurchführung gewährleistet einen geordneten Spülmittelfluss insbesondere im Bereich der Bohrantriebe. Dient die Drehdurchführung zum Abführen von Fluid, was besonders bevorzugt ist, kann sie auch als Austragkopf bezeichnet werden. Dient sie hingegen dem Zuführen von Fluid, kann sie auch als Spülkopf bezeichnet werden. Die Drehdurchführung kann auch als Preventer bezeichnet werden. Die Drehdurchführung kann beispielsweise vor dem vorderen Bohrantrieb angeordnet sein, das heißt auf der dem hinteren Bohrantrieb abgewandten Seite des vorderen Bohrantriebes. Die Drehdurchführung kann aber auch hinter dem vorderen Bohrantrieb, das heißt insbesondere zwischen dem vorderen Bohrantrieb und dem hinteren Bohrantrieb angeordnet sein.
Die Drehdurchführung wird bevorzugt von der Ausgleichsstange durchstoßen, was den Gestängewechsel erleichtern kann. Der erfindungsgemäße Dichtring kann im Bereich der Drehdurchführung, insbesondere an der Drehdurchführung und/oder an der Durchstoßstelle der Ausgleichsstange durch die Drehdurchführung vorgesehen sein, wodurch eine unerwünschte Totraumbildung vermieden werden kann. Der Dichtring kann an einem mitdrehenden oder an einem stationären Teil der Drehdurchführung angeordnet sein, wobei die mitdrehende Anordnung bevorzugt sein kann, wenn die Drehdurchführung vor dem vorderen Bohrantrieb angeordnet ist, und wobei die stationäre Anordnung bevorzugt sein kann, wenn die Drehdurchführung hinter dem vorderen Bohrantrieb angeordnet ist. Wenn es auf eine gezielte Ableitung des Spülfluides nicht ankommt, kann statt einer Drehdurchführung auch eine einfache Öffnung im Außengestänge ausreichend sein. Der Dichtring ist dann vorzugsweise im Bereich der Öffnung angeordnet.
Ein konstruktiv besonders einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Bohrantriebseinheit ist dadurch gegeben, dass der Dichtring drehfest mit einer Abtriebswelle des vorderen Bohrantriebes verbunden ist. Der Dichtring kann aber auch drehfest mit einem nicht rotierenden Gehäuse des vorderen Bohrantriebes verbunden sein. Je nach Ausführungsform kann sich der Dichtring vor dem vorderen Bohrantrieb, hinter dem vorderen Bohrantrieb oder im vorderen Bohrantrieb befinden.
Für einen besonders vielseitigen Einsatz ist es vorteilhaft, dass der hintere Bohrantrieb mit der Ausgleichsstange relativ zum vorderen Bohrantrieb mit dem Dichtring verschiebbar ist. Gemäß dieser Ausführungsform weisen die Bohrantriebe einen veränderlichen axialen Versatz auf. Dies ermöglicht es, je nach Anforderung die Axialposition des Innengestänges relativ zum Außengestänge zu ändern. Zum Verschieben der beiden Bohrantriebe relativ zueinander ist zweckmäßigerweise zumindest ein hydraulischer Zylinder, insbesondere Tandemzylinder, vorgesehen.
Sofern die beiden Bohrantriebe relativ zueinander axial verschiebbar sind, ist es weiterhin vorteilhaft, dass das Hüllrohr eine Länge aufweist, die mindestens so groß ist wie ein Betriebshub des hinteren Bohrantriebes relativ zum vorderen Bohrantrieb. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass der Dichtring in jeder Betriebsposition der Bohrantriebe Bereiche auf der Ausgleichsstange überstreicht, welche durch das Hüll rohr geschützt sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Hüllrohr eine Länge aufweist, die mindestens so groß wie der Hub des Zylinders ist, der für die Verschiebung der beiden Bohrantriebe relativ zueinander vorgesehen ist. Unter dem Betriebshub der beiden Bohrantriebe kann der Hub verstanden werden, der im regulären Bohrbetrieb maximal vorgesehen ist. Außer durch die Länge des Hydraulikzylinders kann dieser Betriebshub beispielsweise auch durch eine Steuerung vorgegeben sein. Für Wartungs- und/oder Montagearbeiten kann unter Umständen auch ein größerer Hub vorgesehen sein.
Weiterhin ist es nach der Erfindung besonders bevorzugt, dass die Ausgleichsstange über eine Steckverbindung mit dem hinteren Bohrantrieb verbunden ist. Eine solche Steckverbindung ermöglicht ein axiales Einstecken der Ausgleichsstange in den hinteren Bohrantrieb. Bei einer solchen Steckverbindung sind an dem hinteren Ende, das heißt an dem dem hinteren Bohrantrieb zugewandten Ende der Ausgleichsstange, keine komplexen und scharfkantigen Verbindungseinrichtungen erforderlich, welche den Dichtring beim Durchschieben der Ausgleichsstange durch den Dichtring im Rahmen der Montage beschädigen könnten. Zum Bilden der Steckverbindung ist an der Abtriebswelle vorzugsweise ein Befestigungselement, beispielsweise eine Hülse vorgesehen, welche eine Ausnehmung aufweist, in die die Ausgleichsstange, insbesondere ihr stangenförmiger Grundkörper, eingeschoben wird. Anstelle einer Steckverbindung kann grundsätzlich auch eine Gewindeverbindung zwischen der Ausgleichsstange und dem hinteren Bohrantrieb vorgesehen sein.
Sofern eine Steckverbindung vorgesehen ist, ist es besonders vorteilhaft, dass zum Sichern der Ausgleichsstange in der Steckverbindung zumindest ein, vorzugsweise radial zur Ausgleichsstange verlaufender Bolzen vorgesehen ist. Insbesondere kann es sich bei dem Bolzen um eine Konusschraube handeln. Der Bolzen ist zweckmäßigerweise mit der Ausgleichsstange verschraubt und steht durch das Befestigungselement der Abtriebswelle des hinteren Bohrantriebes durch. Beispielsweise kann an der Abtriebswelle als Befestigungselement eine Einsteckhülse vorgesehen sein, in welche die Ausgleichsstange eingesteckt wird. In diesem Fall kann in der Einsteckhülse eine Ausnehmung für den Bolzen zum Sichern der Ausgleichsstange vorgesehen sein, und in einem endseitigen Bereich der Ausgleichsstange eine korrespondierende Aufnahmebohrung für den Bolzen. Hierdurch wird einerseits eine leicht lösbare Verbindung geschaffen, gleichzeitig aber eine besonders zuverlässige Übertragung von Umfangs- und Längskräften gewährleistet. Im Falle einer Schraube, insbesondere Konusschraube, weisen die Ausnehmung und/oder die Aufnahmebohrung für den Bolzen bevorzugt ein Gewinde auf.
Der konstruktive Aufwand kann weiter dadurch reduziert werden, dass die Ausgleichsstange im Bereich der Steckverbindung zylindrisch ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise weist der stangenförmige Grundkörper der Ausgleichsstange einen Außenquerschnitt auf, der vom Bereich des montierten Hüllrohres zum hinteren Ende des Grundkörpers hin konstant ist oder kleiner wird. Dies erlaubt ein einfaches Aufschieben des Hüllrohres vom hinteren Ende des stangenförmigen Grundkörpers aus, welches zur Befestigung der Ausgleichsstange am hinteren Bohrantrieb dient. Eine solche Anordnung kann in besonders einfacher Weise mit einer erfindungsgemäßen Steckverbindung realisiert werden.
Das Befestigungselement der Steckverbindung, beispielsweise die Einsteckhülse, bildet zweckmäßigerweise einen Anschlag für das Hüllrohr. In diesem Fall kommt dem Befestigungselement eine Doppelfunktion zu, bei der das Befestigungselement erstens die Ausgleichsstange mit dem hinteren Drehantrieb verbindet und zweitens das Hüllrohr axial am Grundkörper der Ausgleichsstange festlegt.
Nach einem Ausbau der Ausgleichsstange, das heißt insbesondere nach einem Herausziehen der Stange aus der Steckverbindung und/oder dem vorderen Drehantrieb, können die zumindest eine Dichtung und das Hüllrohr gewechselt werden. Um einer Beschädigung der Dichtkanten des Dichtringes beim anschließenden Hereinfahren der Ausgleichsstange und Durchschieben durch den Dichtring durch eventuell vorhandene scharfe Kanten an der Ausgleichsstange entgegenzuwirken, kann ein erfindungsgemäßes Montagewerkzeug vorgesehen werden. Das Montagewerkzeug kann als Teil der Bohrantriebseinheit angesehen werden.
Ein erfindungsgemäßes Montagewerkzeug zum Montieren der Ausgleichsstange in einer erfindungsgemäßen Bohrantriebseinheit ist ausgebildet mit einem ersten Abschnitt, der eine zylindrische Mantelfläche aufweist, und einem spitz zulaufenden, insbesondere konischen zweiten Abschnitt, der sich an den ersten Abschnitt anschließt, wobei der erste Abschnitt eine Ausnehmung zur Aufnahme der Ausgleichsstange aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Ausnehmung im ersten Abschnitt so tief ausgebildet ist, dass der erste Abschnitt bei eingeschobener Ausgleichsstange zumindest eine Aufnahmebohrung in der Ausgleichsstange überdeckt. Die Aufnahmebohrung kann beispielsweise für den Bolzen vorgesehen sein, der zur Sicherung der Steckverbindung der Ausgleichsstange am hinteren Bohrantrieb vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Montagewerkzeug beinhaltet also einen kegelförmigen und einen zylindrischen Abschnitt. Es ist passend zur Ausgleichsstange so gestaltet, dass auch die unter Umständen scharfkantigen Aufnahmebohrungen der Konusschrauben abgedeckt werden. Nach Aufschieben des Montagewerkzeuges kann die Ausgleichsstange gefahrlos montiert werden, ohne den Dichtring zu verletzen.
Die Ausnehmung des Montagewerkzeuges kann insbesondere zur Aufnahme des stangenförmigen Grundkörpers der Ausgleichsstange vorgesehen sein. Geeigneterweise ist die Ausnehmung im ersten Abschnitt so tief ausgebildet, dass der erste, zylindrische Abschnitt des Montagewerkzeuges bei eingeschobener Ausgleichsstange an das Hüllrohr der Ausgleichsstange heranreicht. Hierdurch kann die Beanspruchung des Dichtringes beim Durchschieben der Ausgleichsstange weiter verringert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohrantriebseinheit;
2 bis 4 teilweise geschnittene Seitenansichten der Bohrantriebseinheit aus 1 bei der Montage der Ausgleichsstange mittels eines erfindungsgemäßen Montagewerkzeuges;
5 eine längs geschnittene Detailansicht der Ausgleichsstange und des Montagewerkzeuges einer erfindungsgemäßen Bohrantriebseinheit; und
6 eine Querschnittsansicht der Ausgleichsstange aus 5 im Bereich der Aufnahmebohrungen.
Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bohrantriebseinheit, wobei in den 2, 3 und 5 zusätzlich ein erfindungsgemäßes Montagewerkzeug dargestellt ist.
1 zeigt eine detaillierte Ansicht der Bohrantriebseinheit. Die Bohrantriebseinheit weist einen Schlitten 9 auf, der an einer nicht dargestellten Lafette axial, das heißt in Richtung der Bohrachse 80 verschiebbar geführt ist. An diesem Schlitten 9 ist axial fest ein erster, vorderer Bohrantrieb 1 vorgesehen. Dieser vordere Bohrantrieb 1 ist zum drehenden Antreiben eines in den Figuren nicht dargestellten Außengestänges vorgesehen. Er weist eine Abtriebswelle 5 auf, an der Mittel 6 zum Anschluss des Außengestänges vorgesehen sind. Bei diesen Mitteln 6 kann es sich beispielsweise um ein Schraubgewinde handeln.
Die Bohrantriebseinheit weist ferner einen zweiten Bohrantrieb 2 zum drehenden Antreiben eines ebenfalls nicht dargestellten, innerhalb des Außengestänges verlaufenden Innengestänges auf. Der hintere Bohrantrieb 2 ist ebenfalls am Schlitten 9 angeordnet und mittels eines als Tandemzylinder ausgebildeten Hydraulikzylinders 8 längs der Bohrachse 80 relativ zum Schlitten 9 und somit zum ersten Bohrantrieb 1 verschiebbar gelagert.
Der hintere Bohrantrieb 2 für das Innengestänge weist eine Abtriebswelle 4 auf, an der eine Ausgleichsstange 10 drehfest befestigt ist. An ihrem dem Bohrantrieb 2 ab gewandten, vorderen Ende weist die Ausgleichsstange 10 beispielsweise als Schraubgewinde ausgebildete Mittel 11 zum Anschluss des Innengestänges auf.
Die Ausgleichsstange 10 dient dazu, den axialen Versatz der beiden Bohrantriebe 1 und 2 längs der Bohrachse 80 auszugleichen. Sie durchläuft den vorderen Bohrantrieb 1 und dessen Abtriebswelle 5, so dass die Mittel 6 zum Anschluss des Außengestänges und die Mittel 11 zum Anschluss des Innengestänges etwa auf derselben Höhe liegen.
Auf seiner dem hinteren Bohrantrieb 2 zugewandten Rückseite weist der vordere Bohrantrieb 1 eine als Austragkopf ausgebildete Drehdurchführung 40 auf, über die Spülfluid aus einen ringförmigen Hohlraum 49 zwischen Innengestänge und Außengestänge abgeführt werden kann. Hierzu weist die Drehdurchführung 40 eine Abgabeöffnung 41 mit einem Schlauchanschluss auf.
Im Bereich der Drehdurchführung 40 sind hintereinander drei Dichtringe 20', 20'', 20''' vorgesehen, welche an der Ausgleichsstange 10 dichtend anliegen. Diese Dichtringe 20', 20'', 20''' dichten den ringförmigen Hohlraum 49 nach hinten hin ab, so dass kein Flüssigkeitsaustritt aus dem Hohlraum 49 in Richtung des hinteren Bohrantriebes 2 erfolgt. Die Dichtringe 20', 20'', 20''' sind in einem Durchgang im Gehäuse der Drehdurchführung 40 angeordnet, das wiederum mit dem vorderen Bohrantrieb 1 verbunden ist.
Im topfförmigen Gehäuse der Drehdurchführung 40 ist überdies ein Drehlager 24, beispielsweise ein Wälzlager oder eine Gleitbuchse, für die Ausgleichsstange 10 vorgesehen. Zwei der Dichtringe 20', 20'' sind axial vor dem Drehlager 24 angeordnet und dichten das Drehlager gegenüber dem ringförmigen Hohlraum 49 ab. Eine weitere Ringdichtung ist 20''' hinter dem Drehlager 24 angeordnet und dichtet das Drehlager gegenüber der Umgebung ab. Zwischen den beiden vorderen Dichtringen 20' und 20'' kann eine Zuleitung zum Zuführen eines Druckmittels vorgesehen sein, wodurch insbesondere der dem ringförmigen Hohlraum 49 zugewandte Dichtring 20' entlastet und/oder gespült werden kann.
An den Dichtringen 20', 20'', 20''' treten axiale und drehende Relativbewegungen auf, die insbesondere beim Vorliegen von abrasivem Spülfluid eine vergleichsweise stark abrasive Wirkung auf die überstrichene Ausgleichsstange 10 haben kann. Um hierbei einen übermäßigen Verschleiß der Ausgleichsstange 10 zu verhindern, ist die Ausgleichsstange 10 zweiteilig ausgeführt. Insbesondere weist sie einen stangenförmigen Grundkörper 30 auf, der sich vom hinteren Bohrantrieb 2 zu den Mitteln 11 zum Anschluss des Innengestänges erstreckt, und der zur Drehmomentübertragung dient. In dem von den Dichtringen 20', 20'', 20''' überstrichenen Bereich ist dieser Grundkörper 30 von einem Hüllrohr 35 umgeben, welches den stangenförmigen Grundkörper 30 gegen Verschleiß schützt. Das Hüllrohr 35 kann insbesondere ein härteres Material verglichen mit dem Grundkörper 30 aufweisen. Das Hüllrohr 35 hat eine Länge, die größer als der Hub des Hydraulikzylinders 8 ist, so dass die Dichtringe 20', 20'', 20''' bei jeder axialen Betriebsstellung des hinteren Bohrantriebes 2 mit der Ausgleichsstange 10 relativ zum vorderen Bohrantrieb 1 stets am Hüllrohr 35 und nicht am Grundkörper 30 anliegen. Das Drehlager 24 befindet sich ebenfalls am Hüllrohr 35 der Ausgleichsstange 10.
Die konstruktiven Details des Hüllrohres 35 und des Grundkörpers 30 im Bereich des Hüllrohres 35 gehen insbesondere aus 5 hervor. Wie diese Figur in ihrer oberen Hälfte zeigt, kann der zylindrische Grundkörper 30 an seinem Mantel einen bevorzugt ringförmigen Anschlag 31 aufweisen. An diesem Anschlag 31 liegt das Hüllrohr 35 an seinem vorderen Ende 39 an. Der Anschlag 31 bildet eine Stufe und begrenzt einen axialen Verschiebeweg des Hüllrohres 35 am Grundkörper 30 nach vorne, das heißt zu den Mitteln 11 für den Anschluss des Innengestänges hin.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Anschlag 31 kann am Grundkörper 30 zumindest ein radial verlaufender, insbesondere als Stiftschraube ausgebildeter Bolzen 36 vorgesehen sein, der vom Grundkörper 30 nach außen steht. Dieser Bolzen, der in der unteren Hälfte der 5 dargestellt ist, kann ebenfalls einen Anschlag bilden, an dem das Hüllrohr 35 an seinem vorderen Ende 39 anliegt, und der den axialen Verschiebeweg des Hüllrohres 35 nach vorne hin begrenzt. Grundsätzlich kann der Bolzen 36 auch durch das Hüllrohr 35 hindurchragen, so dass der Bolzen 36 das Hüllrohr 35 sowohl axial als auch in Umfangsrichtung am Grundkörper 30 sichert.
Die Ausführungsbeispiele der 5 oben und 5 unten können auch kombiniert werden, wobei dann der Bolzen 36 wie in der Figur dargestellt insbesondere auf einer dem Anschlag 31 abgewandten Seite des Hüllrohres 35 vorgesehen sein kann.
An seinem hinteren, das heißt an seinem dem hinteren Bohrantrieb 2 zugewandten Ende 38 verjüngt sich das Hüllrohr 35 spitz zulaufend. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Dichtringe 20', 20'', 20''' beim Durchschieben der Ausgleichsstange 10 nicht über mäßig belastet werden. Eine weitere spitz zulaufende Verjüngung ist auch am gegenüberliegenden, vorderen Ende 39 des Hüllrohres 35 vorgesehen.
Die Ausgleichsstange 10 ist an der Abtriebswelle 4 des hinteren Drehantriebes 2 über eine Steckverbindung verbunden, deren Einzelheiten insbesondere den 1, 3, 5 und 6 zu entnehmen sind. Wie insbesondere die 1 und 3 zeigen, weist die Steckverbindung eine Einsteckhülse 50 mit einer zylindrischen Innenoberfläche auf, welche zur Aufnahme des korrespondierenden hinteren Endes des Grundkörpers 30 der Ausgleichsstange 10 dient, und welche mit der Abtriebswelle 4 drehfest verbunden ist. Zur Übertragung von Drehmomenten und Axialkräften sind in der Einsteckhülse 50 radial verlaufende Ausnehmungen 51 (3) und in der Ausgleichsstange 10 korrespondierende Aufnahmebohrungen 16 (5 und 6) vorgesehen. Durch die Ausnehmungen 51 können als Konusschrauben ausgebildete Bolzen 15 in die Aufnahmebohrungen 16 eingeschraubt werden, wobei die Bolzen 15 die Ausgleichsstange 10 mit der Einsteckhülse 50 drehfest und axial fest verbinden.
Wie 6 zeigt, können beispielsweise drei äquidistant angeordnete Aufnahmebohrungen 16 auf derselben axialen Höhe und somit auch drei Ausnehmungen 51 und drei Bolzen 15 vorgesehen sein.
Wie 1 zeigt, wird das Hüllrohr 35 bei montierter Ausgleichsstange 10 an seinem hinteren Ende 38 axial durch die Einsteckhülse 50 gesichert, die einen Anschlagring für das Hüllrohr 35 bildet. Das Hüllrohr 35 ist geeigneterweise so bemessen, dass es einerseits an der Einsteckhülse 50 und andererseits am Anschlag 31 und/oder am Bolzen 36 anliegt, so dass das Hüllrohr 35 beiderseits axial festgelegt ist. Demgemäß entspricht der Abstand zwischen der Einsteckhülse 50 einerseits und dem Anschlag 31 und/oder dem Bolzen 36 andererseits zweckmäßigerweise der Länge des Hüllrohres 35.
Beim Betrieb der Bohrantriebseinheit werden die Abtriebswellen 4 und 5 in Drehung versetzt und die beiden Bohrantriebe 1 und 2 axial zueinander verschoben. Die Dichtringe 20', 20'', 20''' überstreichen dabei die Ausgleichsstange 10 im Bereich des Hüllrohres 35, welches den mit der Abtriebswelle 4 des hinteren Drehantriebes 2 rotierenden Grundkörpers 30 der Ausgleichsstange 10 vor Verschleiß schützt.
5 zeigt ein Montagewerkzeug 60, mittels welchem die Ausgleichsstange 10 bei der Montage für die Dichtringe 20', 20'', 20''' besonders schonend durch den vorderen Bohrantrieb 1 geschoben werden kann. Das Montagewerkzeug 60 weist einen zylinderhülsenartigen ersten Abschnitt 61 auf, an den sich koaxial ein kegelstumpfartiger zweiter Abschnitt 62 anschließt. Im ersten Abschnitt 61 ist eine Ausnehmung 65 gebildet, welche korrespondierend zum Grundkörper 30 der Ausgleichsstange 10 ausgebildet ist, so dass sie das hintere Ende der Ausgleichsstange 10 aufnehmen kann.
Wie 2 zeigt, ist die Ausnehmung 65 hinreichend tief, so dass die Ausgleichsstange 10 so weit eingeschoben werden kann, dass die eventuell scharfkantigen Aufnahmebohrungen 16 in der Ausgleichsstange 10 vom ersten Abschnitt 61 des Montagewerkzeugs 60 abgedeckt sind. Insbesondere ist die Ausnehmung 65 so tief, dass der erste Abschnitt 61 des Montagewerkzeugs 60 bis an das Hüllrohr 35 der eingeschobenen Ausgleichsstange 10 heranreicht.
Der Montagevorgang der Ausgleichsstange 10 ist in den 2 bis 4 dargestellt. Wie 2 zeigt, wird die Ausgleichsstange 10 zunächst in die Ausnehmung 65 des Montagewerkzeugs 60 eingeführt und die Ausgleichsstange 10 sodann mit vorauseilendem Montagewerkzeug 60, insbesondere mit vorauseilendem kegelstumpfartigen zweiten Abschnitt 62 durch den vorderen Bohrantrieb 1 hindurchgeschoben (3). Der kegelstumpfartige zweite Abschnitt 62 sorgt in diesem Zusammenhang dafür, dass die Dichtringe 20', 20'', 20''' beim Durchtreten der Ausgleichsstange 10 kontinuierlich beansprucht werden. Der erste Abschnitt 61 sorgt dafür, dass die Dichtringe 20', 20'', 20''' nicht mit den Aufnahmebohrungen 16 in Kontakt treten.
Nach dem Durchtritt der Ausgleichsstange 10 durch den vorderen Bohrantrieb 1 wird das Montagewerkzeug 60 abgezogen. Mittels der als Konusschrauben ausgebildeten Bolzen 15 wird der Grundkörper 30 der Ausgleichsstange 10 sodann in der Einsteckhülse 50 des hinteren Bohrantriebes 2 festgelegt (4).

Claims

Bohrantriebseinheit für ein Doppelbohrgestänge mit einem Außengestänge und einem Innengestänge, mit – einem vorderen Bohrantrieb (1) für das Außengestänge, – einem hinteren Bohrantrieb (2) für das Innengestänge, welcher gegenüber dem vorderen Bohrantrieb (1) versetzt angeordnet ist, – einer Ausgleichsstange (10), welche an einer Abtriebswelle (4) des hinteren Bohrantriebs (2) angeordnet ist, – wobei die Ausgleichsstange (10) in den vorderen Bohrantrieb (1) hineinragt und mit Mitteln (11) zum Anschluss des Innengestänges ausgebildet ist, und – zumindest einem Dichtring (20), der an der Ausgleichsstange (10) anliegt, dadurch gekennzeichnet, – dass die Ausgleichsstange (10) mehrteilig mit einem stangenförmigen Grundkörper (30) und einem Hüllrohr (35) ausgebildet ist, welches auf einer Mantelfläche des Grundkörpers (30) angeordnet ist, und – dass der Dichtring (20) am Hüllrohr (35) der Ausgleichsstange (10) anliegt.
Bohrantriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (35) verglichen mit dem Grundkörper (30) ein unterschiedliches, insbesondere härteres Material aufweist.
Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (35) eine Oberflächenhärtung aufweist.
Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (35) auswechselbar am Grundkörper (30) angeordnet ist.
Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein radial zur Ausgleichsstange (10) verlaufender Bolzen (36), insbesondere eine Stiftschraube, zum Festlegen des Hüllrohres (35) am Grundkörper (30) vorgesehen ist.
Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (30) einen vorzugsweise ringförmigen Anschlag (31) aufweist, der eine Verschiebung des Hüllrohres (35) längs des Grundkörpers (30) begrenzt.
Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Hüllrohr (35) zumindest an seinem dem hinteren Bohrantrieb (2) zugewandten Ende (38) verjüngt.
Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehdurchführung (40) zum Ab- und/oder Zuführen von Spülfluid aus dem beziehungsweise in den ringförmigen Hohlraum (49) zwischen Innengestänge und Außengestänge vorgesehen ist.
Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (20) drehfest mit einer Abtriebswelle (5) des vorderen Bohrantriebes (1) verbunden ist, oder dass der Dichtring (20) mit einem nicht rotierenden Gehäuse des vorderen Bohrantriebes (1) verbunden ist.
Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hinteren Bohrantrieb (2) mit der Ausgleichsstange (10) relativ zum vorderen Bohrantrieb (1) mit dem Dichtring (20) verschiebbar ist, und dass das Hüllrohr (35) eine Länge aufweist, die mindestens so groß ist wie ein Betriebshub des hinteren Bohrantriebes (2) relativ zum vorderen Bohrantrieb (1).
Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsstange (10) über eine Steckverbindung mit dem hinteren Bohrantrieb (2) verbunden ist, wobei zum Sichern der Ausgleichsstange (10) in der Steckverbindung zumindest ein radial zur Ausgleichsstange (10) verlaufender Bolzen (15), insbesondere eine Konusschraube, vorgesehen ist, und wobei die Ausgleichsstange (10) im Bereich der Steckverbindung zylindrisch ausgebildet ist.
Montagewerkzeug (60) zum Montieren der Ausgleichsstange (10) in einer Bohrantriebseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem ersten Abschnitt (61), der eine zylindrische Mantelfläche aufweist, und einem spitz zulaufenden, insbesondere konischen zweiten Abschnitt (62), der sich an den ersten Abschnitt (61) anschließt, wobei der erste Abschnitt eine Ausnehmung (65) zur Aufnahme der Ausgleichsstange (10) aufweist.
Montagewerkzeug (60) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (65) im ersten Abschnitt (61) so tief ausgebildet ist, dass der erste Abschnitt (61) bei eingeschobener Ausgleichsstange (10) zumindest eine Aufnahmebohrung (16) in der Ausgleichsstange (10) überdeckt.