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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einlegen von Bohrgestängen in eine und zum Entnehmen aus einer Bohranlage mit einem neigungsveränderlich ausrichtbaren Bohrmast, einem daran angeordneten Bohrkopf und einer dazu fluchtenden Bohrgestängeklemmvorrichtung und zum Entnehmen der Bohrgestänge aus einer und zum Einlegen in eine waagerechte Bohrgestängeablage mit darin parallel zueinander angeordneten Bohrgestängen, wobei die Vorrichtung einen aus einer waagerechten Aufnahme- und Ablagestellung im Bereich der Bohrgestängeablage in eine Einlege- und Entnahmestellung im Bereich des Bohrmasts fluchtend zum Bohrkopf und der koaxialen Bohrgestängeklemmvorrichtung bewegbaren Bohrgestängegreifer umfasst.
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In der
US 5,941,324 A ist eine derartige Vorrichtung beschrieben, deren Bohrgestängegreifer an einem Bohrmast verfahrbar ist und einen mehrachsig bewegbaren Manipulator umfasst, dessen Bewegungsmöglichkeiten um alle Achsen jedoch einzeln angesteuert werden müssen und daher nicht nur einen erhöhten Steuerungsaufwand erfordern, sondern auch noch eine erhöhte Schwierigkeit für das Bedienungspersonal bedeuten, die für jede einzelne Bewegung einen Steuerhebel betätigen muss.
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Aus der
DE 102 06 645 B4 derselben Anmelderin ist des Weiteren eine Vorrichtung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen in eine und aus einer Bohranlage bekannt, deren Bohrgestängegreifer einen Ständer und einen daran angeordneten Ausleger aufweisenden, um eine im Wesentlichen senkrechte Achse zwischen einer bezüglich des Bohrmasts definierten Aufnahmestellung des Bohrgestänges in eine Einlegestellung parallel zum Bohrmast und umgekehrt schwenkbaren Manipulator umfasst, mit einem am Ausleger angeordneten, ein Bohrgestänge starr in der Aufnahmestellung greifenden und in die Einlegestellung parallel zum Bohrmast und umgekehrt bewegbaren, mit der Bewegung des Manipulators von der Aufnahmestellung des Bohrgestänges in die Einlegestellung parallel zum Bohrmast bewegungsgekoppelten, um eine Achse senkrecht zur Achse eines gegriffenen Bohrgestänges schwenkbaren Rohrgreifer.
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Diese Vorrichtung hat sich insbesondere in Verbindung mit Horizontalbohranlagen bewährt, jedoch ist auch hier einer Steuerung der Bewegung des Manipulators und des daran angeordneten Rohrgreifers um mehrere Achsen erforderlich, die zu einem erhöhten Bau- und Steuerungsaufwand führt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Vorrichtung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen in und aus einer Bohranlage vorzuschlagen, die besonders geeignet ist, mit einer Bohranlage zusammenzuwirken, deren Bohrmast sich in alle Winkel zwischen 0° und 90° ausrichten lässt.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zum Einlegen in eine und zum Entnehmen von Bohrgestängen aus einer Bohranlage mit einem neigungsveränderlich ausrichtbaren Bohrmast, einem daran angeordneten Bohrkopf und einer dazu fluchtenden Bohrgestängeklemmvorrichtung und zum Entnehmen aus einer und zum Einlegen der Bohrgestänge in eine waagerechte Bohrgestängeablage mit daran parallel zueinander angeordneten Bohrgestängen, wobei die Vorrichtung einen aus einer waagerechten Aufnahme- und Ablagestellung im Bereich der Bohrgestängeablage in eine Einlege- und Entnahmestellung im Bereich des Bohrmast fluchtend zum Bohrkopf und der koaxialen Bohrgestängeklemmvorrichtung bewegbaren Bohrgestängegreifer der eingangs erwähnten Art umfasst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bohrgestängegreifer wenigstens eine an einem Schwenkarm angeordnete Greifzange umfasst und der Schwenkarm durch wenigstens einen an einem zwischen einer waagerechten zur Bohrgestängeablage parallelen Stellung und einer zum Bohrmast parallelen Stellung bewegbaren Mast angeordneten Drehantrieb zwischen der Bohrgestängeablage und dem Bohrmast schwenkbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt somit nur einen parallel zum Bohrmast aufstellbaren, zwischen einer waagerechten, zur Bohrgestängeablage parallelen Stellung und einer zum Bohrmast parallelen Stellung bewegbaren Mast, der somit um eine erste Achse schwenkbar ist und wenigstens eine an einem Schwenkarm angeordnete Greifzange aufweist, wobei der Schwenkarm um eine zweite Achse um etwa 180° schwenkbar ist, so dass die Greifzange in der waagerechten zur Gestängeablage parallelen Stellung ein Bohrgestänge aufgreifen kann und, nachdem der Mast der Vorrichtung in eine Stellung parallel zum Bohrmast bewegt wurde, sich um etwa 180°, zusammen mit einem Bohrgestänge zwischen den Bohrkopf und die dazu fluchtende Bohrgestängeklemmvorrichtung schwenken lässt. Somit genügen für das Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen in und aus einer Bohranlage und zum Einlegen und Entnehmen der Bohrgestänge in und aus einer Bohrgestängeablage zwei Schwenkachsen, die sich leicht automatisch steuern lassen und nur einfache Antriebe benötigen.
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Vorzugsweise kann der den wenigstens einen Drehantrieb tragende Mast um eine Schwenkachse schwenkbar sein, die koaxial zu einer Schwenkachse des Bohrmastes zum neigungsveränderlichen Ausrichten des Bohrmastes angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Drehantrieb am Mast begrenzt längs verschiebbar angeordnet sein kann, um etwaige Ungenauigkeiten bei der Aufnahme eines Bohrgestänges aus der Bohrgestängeablage und beim Einlegen zwischen den Bohrkopf und die dazu fluchtende Bohrgestangeklemmvorrichtung auszugleichen.
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Da ein einzelnes Bohrgestänge jeweils bis zu fast 10 Meter lang sein kann, ist es vorteilhaft, zwei Greifzangen beabstandet zueinander an einer am Mast drehbar angeordneten, durch den wenigstens einen Drehantrieb drehbaren Welle zu befestigen, um eine sichere Halterung und Führung des durch die Greifzangen gehaltenen Bohrgestänges zu gewährleisten.
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Wenn der wenigstens eine Drehantrieb als Drehlager für die Welle dient und ein beabstandetes zweites Drehlager für die Welle durch einen zweiten Drehantrieb oder durch ein Drucklager zur Übertragung der Längsverschiebung vom Mast auf die Welle gebildet ist, ergibt sich eine vereinfachte Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die Längsverschiebbarkeit der Greifzangen entlang dem Mast ergibt sich, wenn der wenigstens eine Drehantrieb oder die zwei an entgegengesetzten Enden der Welle angeordneten Drehantriebe sowie das etwa mittig an der Welle angeordnete Drucklager mittels wenigstens eines längs beweglichen Schlittens am Mast gelagert sind und ein Verschiebeantrieb am Drucklager oder am das Drucklager tragenden Schlitten angreift. Die Drehantriebe dienen somit nur als Radiallager und brauchen keine Axialkräfte aufzunehmen, da diese von dem mittig an der Welle angeordneten Drucklager bei der Längsbewegung aufgenommen werden.
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Zum genauen Positionieren der Greifzangen gegenüber einem Bohrgestänge in der Gestängeablage und in der Achse zwischen dem Bohrkopf und der dazu fluchtenden Bohrgestängeklemmvorrichtung kann die wenigstens eine Greifzange am Schwenkarm teleskopartig verschiebbar gelagert sein.
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Um ein Verrutschen eines von der wenigstens einen Greifzange gehaltenen Bohrgestänges in einer steilen Stellung des Bohrmastes zu verhindern, kann am Schwenkarm für die wenigstens eine Greifzange oder an der Welle ein gegen das Ende des Bohrgestänges bewegbarer Sicherheitsanschlag angeordnet sein.
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Es ergibt sich somit, dass die Schwenkachse des Schwenkarms für die wenigstens eine Greifzange oder der Welle für die Schwenkarme der zwei Greifzangen in der Stellung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen parallel zur durch den Bohrkopf und die fluchtende Bohrgestängeklemmvorrichtung verlaufenden Achse verläuft und das Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen in und aus der Bohranlage durch ein Schwenken um diese Schwenkachse und gegebenenfalls eine translatorische Bewegung der wenigstens einen Greifzange entlang des zugehörigen Schwenkarms erfolgt, wobei der Verschiebeantrieb für die wenigstens eine an der Welle angeordnete Greifzange und für deren Teleskopbewegung dazu eingerichtet sind, das Bohrgestänge genau in der Achse zwischen dem Bohrkopf und der Bohrgestängeklemmvorrichtung auszurichten.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des Näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Bohranlage in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen, und
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2 eine schematische, perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen in und aus einer Bohranlage.
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Eine Bohranlage 1 besteht in bekannter Weise aus einer Trägeranordnung 2, die als ausrichtbare, transportable Plattform, wie dargestellt, oder aus einem Raupenunterwagen bestehen kann, auf der eine Antriebseinheit 3 angeordnet ist, die die Energie zu einem an einem Bohrmast 4 verschiebbar angeordneten, drehbaren Bohrkopf 5, zu einer am unteren Ende des Bohrmasts 4 ortsfest und undrehbar angeordneten Bohrgestängeklemmvorrichtung 6 und zu einer Kolben-Zylinder-Einheit 8 zum Aufrichten des Bohrmasts 4 und zu dessen Bohrwinkeleinstellung liefert. Eine Stabilisierungs- und Stützanordnung 9 dient dazu, den Bohrmast insbesondere in der in 1 dargestellten Winkelstellung zu sichern.
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Zwischen dem Bohrkopf 5 und der dazu fluchtenden Bohrgestängeklemmvorrichtung 6 ist ein Bohrgestänge 10 dargestellt. Neben der Bohranlage 1 ist eine Vorrichtung 11 zum Einlegen und Entnehmen von einzelnen Bohrgestängen 10 in und aus der Bohranlage 1 und zum Entnehmen und Einlegen der Bohrgestänge 10 aus und in eine waagerechte Bohrgestängeablage 30 angeordnet. Die Vorrichtung 11 zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen 10 umfasst einen Mast 12, der um eine Schwenkachse 13 schwenkbar an einer transportablen Plattform 14 gelagert ist. Die transportable Plattform 14 wird mit Bezug auf die Bohranlage 1 so angeordnet, dass die Schwenkachse 13 des Mastes 12 fluchtend und koaxial mit der Schwenkachse 7 des Bohrmastes 4 verläuft. In dieser Stellung wird die transportable Plattform 14 an der Trägeranordnung 2 der Bohranlage 1 befestigt. Der Mast 12 lässt sich mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 15 aus einer waagerechten Stellung, parallel zu den Bohrgestängen 10 in der Bohrgestängeablage 30 in eine Stellung parallel zum Bohrmast 4 bewegen, so dass die Vorrichung 11 in der waagrechten Stellung ein Bohrgestänge 10 aus der Bohrgestängeablage 30 aufnehmen und dieses Bohrgestänge 10 in der in 1 dargestellten Darstellung in die Bohranlage 1 einlegen und umgekehrt daraus auch entnehmen und in der Bohrgestängeablage 30 ablegen kann.
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Am Mast 12 sind ein längsbeweglicher, erster Schlitten 16 für einen ersten Drehantrieb 19, ein zweiter, längsbeweglicher Schlitten 17 für einen zweiten Drehantrieb 20 und etwa mittig dazwischen ein dritter, längsbeweglicher Schlitten 18 für ein Drucklager 21 angeordnet. Der erste und der zweite Drehantrieb 19, 20 dienen als Radiallager für eine Welle 22, während das Drucklager 21 dazu dient, eine translatorische Bewegung der drei Schlitten 16, 17, 18 entlang dem Mast 12 mittels eines Verschiebeantriebs 23 in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit, die einerseits an dem Schlitten 18 für das Drucklager 21 oder an dem Drucklager 21 und andererseits an dem Mast 12 angreift, zu bewirken.
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In der Nähe der beiden Drehantriebe 19, 20 sind ein erster Schwenkarm 24 mit einer ersten Greifzange 25 und eine zweiter Schwenkarm 26 mit einer zweiten Greifzange 27 starr an der Welle 22 befestigt. Sowohl der erste Schwenkarm 24 als auch der zweite Schwenkarm 26 sind mittels jeweils einer Kolben-Zylinder-Einheit 24a bzw. 26a teleskopartig verlängerbar, wodurch sich der Abstand der ersten und der zweiten Greifzange 25, 27 zur Welle 22 einstellen lässt, um ein durch die Greifzangen 25, 27 aufgenommenes Bohrgestänge 10 aus der Bohrgestängeablage 30 passgenau entnehmen zu können und genau ausgerichtet in die Achse zwischen dem Bohrkopf 5 und der fluchtenden Bohrgestängeklemmvorrichtung 6 einsetzen zu können.
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Die Längsbeweglichkeit der Schlitten 16, 17, 18 auf dem Mast 12 der Vorrichtung 11 dient dazu, ein von den Greifzangen 25, 27 gehaltenes Bohrgestänge 10 auch in Achsrichtung zwischen dem Bohrkopf 5 und der dazu fluchtenden Bohrgestängeklemmvorrichtung 6 so auszurichten, dass das Bohrgestänge 10 sich mit dem Bohrkopf 5 verbinden und in den Bereich der Bohrgestängeklemmvorrichtung 6 verschieben lässt, um es dort mit einem bereits in den Boden eingebohrten Bohrgestänge zu verbinden.
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Am zweiten Schwenkarm 26 ist über einen Ausleger 26b ein Sicherheitsanschlag 28 angeordnet, dessen Ende am Ende des von den Greifzangen 25, 27 gehaltenen Bohrgestänges 10 angreift, um ein Verrutschen dieses Bohrgestänges 10 in der in 1 und 2 dargestellten, steil aufgerichteten Stellung zu verhindern. Wenn das von den Greifzangen 25, 27 gehaltene Bohrgestänge 10 in den Bereich der Achse zwischen dem Bohrkopf 5 und der Bohrgestängeklemmvorrichtung 6 gelangt ist, wird der Sicherheitsanschlag 28 mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit 28a zurückgezogen, und das Bohrgestänge 10 lässt sich nach dem Öffnen der Greifzangen 25, 27 mit einem bereits in den Boden eingebohrten Bohrgestänge mittels des Bohrkopfes 5 verschrauben.
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Das Schwenken der Schwenkarme 24, 26 mit den Greifzangen 25, 27 erfolgt um eine durch die Drehantriebe 19, 20 und das Drucklager 21 in der Welle 22 verlaufende Schwenkachse 29, die in der in 1 dargestellten Stellung parallel zur durch den Bohrkopf 5 und die dazu fluchtende Bohrgestängeklemmvorrichtung 6 verlaufenden Achse liegt und in der Aufnahmestellung eines Bohrgestänges aus der Bohrgestängeablage 30 parallel zur Achse des aufzunehmenden Bohrgestänges 10 in der Bohrgestängeablage 30 verläuft.
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Die Bohrgestängeablage 30 besteht aus einer transportablen Plattform 31, die benachbart zur transportablen Plattform 14 der Vorrichtung 11 angeordnet und an dieser befestigt ist. Die transportable Plattform 31 weist Ständer 32 auf, auf denen eine größere Anzahl paralleler Bohrgestänge 10 gelagert sind.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass die Vorrichtung 11 zum Einlegen in und zum Entnehmen von Bohrgestängen 10 aus der Bohranlage 1 und zum Entnehmen aus der und zum Zurücklegen in die Bohrgestängeablage 30 nur zwei Schwenkachsen, nämlich die Schwenkachse 13 für den Mast 12 und die Schwenkachse 29 für die an den Schwenkarmen 24, 26 angeordneten Greifzangen 25, 27 benötigt, und dass zusätzlich nur geringfügige, translatorische Bewegungen der Greifzangen 25, 27 entlang dem Mast 12 der Vorrichtung 11 und entlang den Schwenkarmen 24, 26 erforderlich sind, um die Einlege-Entnahmebewegungen für ein Bohrgestänge 10 durchzuführen. Hieraus folgt, dass die Steuerung der Vorrichtung 11 stark vereinfacht ist, sich unter Zuhilfenahme von entsprechenden Sensoren leicht automatisieren lässt und ein schnelles Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen 10 durchführen lässt.
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Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bohranlage
- 2
- Trägeranordnung
- 3
- Antriebseinheit
- 4
- Bohrmast
- 5
- Bohrkopf
- 6
- Bohrgestängeklemmvorrichtung
- 7
- Schwenkachse des Bohrmastes
- 8
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 9
- Stabilisierungs- und Stützanordnung
- 10
- Bohrgestänge
- 11
- Vorrichtung zum Einlegen und Entnehmen von Bohrgestängen
- 12
- Mast
- 13
- Schwenkachse
- 14
- Transportable Plattform
- 15
- Kolben-Zylinder-Einheit für den Mast der Vorrichtung
- 16
- Erster längsbeweglicher Schlitten für einen ersten Drehantrieb
- 17
- Zweiter längsbeweglicher Schlitten für einen zweiten Drehantrieb
- 18
- Dritter längsbeweglicher Schlitten für ein Drucklager
- 19
- Erster Drehantrieb
- 20
- Zweiter Drehantrieb
- 21
- Drucklager
- 22
- Welle
- 23
- Verschiebeantrieb = Kolben-Zylinder-Einheit
- 24
- Erster Schwenkarm
- 24a
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 25
- Erste Greifzange
- 26
- Zweiter Schwenkarm
- 26a
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 26b
- Ausleger
- 27
- Zweite Greifzange
- 28
- Sicherheitsanschlag
- 28a
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 29
- Schwenkachse des/der Schwenkarme
- 30
- Bohrgestängeablage
- 31
- Transportable Plattform
- 32
- Ständer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5941324 A [0002]
- DE 10206645 B4 [0003]
