DE2121007A1 - Unterwasser-Bohreinrichtung, insbesondere Kernbohreinrichtung - Google Patents

Description

• Unterwasser-Bohreinrichtung, insbesondere Kernbohreinrichtung Die Erfindung betrifft Unterwasser-Bohreinrichtungen, insbeson der. Kernbohreinrichtungen, mit einem das Bohrwerkzeug aufnehmenden Trägergetsell.
• Derartige Unterwasser-Bohreinrichtungen werden auf dem Gebiet der meeresgeologischen Forschung und der Explorationstechnik eingesetzt.
• Zu diesem Zweck werden meist innerhalb eines bestimmten Bereiches des Meeresbodens eine Reihe von Bohrungen eingebracht. Bei den bisher bakonnten Bohreinrichtungen ist es erforderlich, nach jedem Bohrvorgang das Werkzeug wieder an Bord des Trägerschiffes zurückzuholen, um de.
• Bohrwerkzeug den Bohrkern entnehmen zu können. Sollen in eineM begrenzten Bereich des Keeresbodens mehrere derartiger Bohrungen eingebracht werden, so ergeben sich insbesondere bei größeren Wassertiefen infolge des Absenkens und Wiedereinholens der Bohreinrichtung nach jeder Bohrvorgang erhebliche Vorlustzeiten Es besteht außerdem dobei die Schwierigkeit, die bereits eingebrachten Bohrungen am Meeresboden wieder aufzu finden und bestimmte Abstände zwischen den einzelnen Bohrungen einzuhalten0 Die gleiche Schwierigkeit ergibt sich auch dann, wenn in die eingebrachten Bohrungen Sensoren beispielsweise zur Messung dir Teiperatur ingefuhrt werden sollen. Es ist meist unmöglich, oder zumindest äußerst zeitraubend, die bereits eingebrachten Bohrungen auf den Meeresboden wieder aufzufinden.
• Aufgobe der vorliegenden Erfindung ist es, derartige Unterwasser-Bohreinrichtungen so auszubilden, daß innerhalb eines vorbestimmten Bereiches des Meeresbodens eine Anzahl von Bohrungen eingc bracht werden können, ohne die Bohreinrichtung nach jede. Bohrvorgang zur Entnahme der Kerne an Bord des Trägerschiffes zurtlckholen zu mUssen.
• Die gestellte Aufgobe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Trägerstell ein Magazinteil zur Aufnahme von mindestens zwei Bohrwerkzeugen in ochsporolleler Anordnung enthält und jeweils eines oder gleichzeitig mehrere der Bohrwerkzeuge in Sinne eines Bohrvartriebes antriebbar sind. Mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Bohreinrichtung können innerhalb einer Mission mehrere Bohrungen in den Meeresboden eingebracht werden, ohne die Einrichtung zwischen den ein zelnen Bohrgängen zur Entnahme der Kerne an Bord des Trägerfahrzeuges zurückholen zu müssen. Nachdem einer der Kernbohrer des Magazinteiles zur Wirkung gebracht worden ist, braucht fur die nachfolgende Bohrung die Einrichtung nur un einen geringen Betrag angehoben, seitlich versetzt und an der neuen Bohrstelle abgesetzt zu werden. Daraus ergibt sich eine erhebliche Zeit- und danit Kostenersparnis. Es ist ouch möglich, nit der Bohreinrichtung mehrere Bohrungen in bestimmten Abständden voneinander in den Meeresboden einzubringen, ohne die Bohroinrichtung seitlich versetzen zu müssen. Dabei ist von Vorteil, daß ein zeitraubendes Aufsuchen von bereits eingebrachten Bohrungen vermieden wird. Es ist bei entsprechender Ausbildung der Bohreinrichtung auch denkbar, gleichzeitig sämtliche Bohrwerkzeuge zum Einsatz zu bringen.
• Nach eine weiteren Merknol der Erfindung ist zur wahlweisen Kupplung des Antriebes ait einem der Bohrwerkzeuge das Magazinteil oder der Antrieb gegenüber den Trugergestell verstellbar vorgesehen.
• Daraus ergibt sich ein äußerst einfacher Aufbau der Bohreinrichtung hinsichtlich der Mittel zur Übertragung des Antriebes auf die Bohrwerkzeuge.
• Bei geologischen Untersuchungen des Meeresbodens stellt sich auch die Forderung, z. B. die Bodentemperatur zu messen. Um diese Forderung erfüllen zu können, Lassen Sonden in die Bohrungen eingeführt werden. Das Wiederauffinden der Bohrungen fur das Einführen der Meßsonden ist jedoch äußerst schwierig und zeitraubend, wenn nicht Uberhaupt unmöglich. Zur Uberwindung dieser Schwierigkeit ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, am Magazinteil außer Bohrwerkzeugen eine oder mehrere Meßsonden anzuordnen. In Verbindung mit dz gegenüber dem Trägergestell verschiebbaren Magazinteil ist es erobglicht, die Meßsonde zu jeder der Bohrungen in eine koaxiale Lage zu bringen und nachfolgend in die Bohrungen einzuführen. Sowohl die Aufnahme der Sonde am Magazinteil als auch deren Vorschubbewegung rfolgt dabei mit den gleichen wie fur die Bohrwerkzeuge verwendeten Mitteln.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt.
• Fig. 1 zeigt eine Vorderonsicht der Konrnbohreinrichtung.
• Fig. 2 zeigt die Konrbohreinrichtung in einer Seitenansicht gemäß Fig. 1.
• Fig. 3 zeigt in einem Ausschnitt aus Fig. 1 eine Einzelheit der Kernbohreinrichtung in gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab.
• Die in der Zeichnung Fig. 1 bis 3 dargestellte Konrbohreinrichtung ist als selbständige, von einen Trögerschiff aus einsetzbare Einheit ausgebildet, Die Kernbohreinrichtung trägt dabei Antriebeineheiten, die ihre Energie über Zuleitungen vom Trägerschiff aus erhalten.
• Mit 1 ist ein unterer Trägerrrahmen bezeichnet, an den Fußteile 2 fur die Auflage der Kernbohreinrichtung auf dem Meeresboden 4 angebracht sind. Die untere Trägerrahmen 1 dient einerseits zur Aufnahme von Ballastkörpern 6, die fur eine feste Auflage der Kernbohreinrichtung an Meresboden 4 zur Abstutzung der Kernbohrer dienen. Dio Bale lastkörper 6 bestehen hierbei aus einer Anzahl aufeinanderliegendet Betonplatten. Mit den unteren Trägerrahmen 1 sind vier einen Raun zwischen sich einschließende Vertikalträger 10 fest verbunden, die im Bereich ihres oberen Endes einen oberen Trägerrahmen 12 aufnehmen.
• An den oberen Trägerrahmen 12 bzw. die Vertikalträger 10 schließen Streben 13 an, die eine Aufnahmeteil 14 mit einer Durchbrechung 15 tragen. In die Durchbrechung 15 greift eine Kausche 17 ein, an der ein Tragseil 16 befestigt ist (Fig. 2). Die Kernbohreinrichtung wird mit Hilfe des Tragseiles und einer an Bord des Trägerschiffes angeordneten Seilwinde (hier nicht dargestellt) auf den Meersboden abgesenkt bzw. on Bord des Trägerschiffes zurückgeholt. Zwischen den Vertikalträgern 10 ist eine Bohrspindel 20 angeordnet, deren oberes Ende an die Antriebswelle 22 eines Hydraulikmotors 23 anschließt.
• Parallel zur Bohrspindel 20 ist eine hydraulisch wirkende Stelleinheit 25 angeordnet, deren Zylinder 26 sich an den Vertikalträgern 10 der Bohreinrichtung abstutzt und deren Arbeitskolben (nicht dargestellt) Uber ein Gabelteil 30 an der Bohrspindel 20 angreift. AM Gabelteil 30 des Kolbens ist ein Mitnehmerteil 31 pendelnd befestigt, Uber das die Stelleinheit 25 an der Bohrspindel 20 angreift. Das Mitnehmerteil 31 löst eine freie Drehung der Bohrspindel 20 zu und bewirkt gleichzeitig eine Mitnahme der Bohrspindel und des Hydrauliksotors 23 in axialer Richtung. Die Bohrspindel 20 wird ii Bereich ihres oberen Endes durch das Mitnehmerteil 31 und ii Bereich ihres unteren Endes mittels eines Radiollogers 33 geführt. Sowohl die Bohrspindel 20 mit ihres Antriebsmotor 23 als auch die hydraulisch wirkende Stelleinheit 25 sind in einem gegen Eindringen von Wasser abgedichteten Gehäuse 35 untergebracht, dessen Bodenteil 36 das untere Radiallager 33 fUr die Bohrspindel 20 aufnimmt. Zur Abdichtung des durch das Gehäuse 35 gebildeten Raumes 38 sind am Radiolloger 33 Dichtungsmittel 39 vorgesehen. Mit 40 ist fener ein Elektromotor bezeichnet, der zus Antrieb einer Hydraulikpumpe 41 dient. Die Pumpe 41 ist über Zu- bzw. Rückführungsleitungen (nicht dargestellt) an den Zylinder 26 der Stelleinheit 25 angeschlossen, wobei ueber eine hier nicht dargestellte, von dem Trägerschiff aus betätigbare Druckmittelsteuereinrichtung üblicher Bouart das aus einem Reservoir entnommene Drucknittol den einen oder andern Zylinderraum der Stelleinheit 25 zugeleitet und dosit deren doppelt wirkender Arbeitskolben in der einen oder anderen Richtung verstellt wird.
• Wie insbesondere Fig. 3 erkennen läßt, sind unterhalb des Gehäuses 35 an den Vertikalträgern 10 senkrecht zur Bohrspindel 20 verl aufende Führungsschienen 43 bzw. 43' angeordnet, die zur Aufnahme eines senkrecht zur Bohrspindel 20 gegenüber den Führungsschienen verstellbarren Magazinteiles 45 dieeen. Das Magazinteil 45 weist eine Anzahl von in einer Reihe liegender rotationssymmetrischer Durchbrechungen 48 auf, die achsparallel zur Achs der Bohrspindel 20 verlaufen. Jede der Durchbrechungen 48 nimmt ein entsprechend rotationssymmetrisch ausgebildetes Kopfteil 49 auf, mit dem je der Scahft 50 eines Kernbohrers 51 fest verbunden ist, wobei au freien Ende der Schäfte 50 die Schneidelemente 53 (Fig. t und 2) der Bohrer befestigt sind.
• Die Kenrbohrer 51 sind zur Bohrspindel 20 achsparallel iu Mogozinteil 45 aufgeno on.
• In das Magazinteil 45 sind radial zu den Durchbrechungen 48 gerichtete durchgehende Bohrungen 58 eingearbeitet, die zur Aufnahme von Arretierkörpern, die hier aus Kugeln 60 bestehen, dienen. Die radialen Bohrungen, 58 sind durch Gewindeplatten 61 nach außen abgeschlossen und nehmen unter Vorspannung stehende Druck federn 62 auf, die sich einerseits an den Gewindeplatten 61 au Magazinteil 45 abstuten und andererseits die Arretierkugeln 60 ständig gegen die Mantelflächen der Kopfteile 49 drucken. In die Mantelflächen der Kopfteile 49 ist eine ringförmige Vertiefung 63 eingearbeitet, die zus Eingriff der Arretierkugeln 60 und damit zur lösbaren axialen Halterung der Kopfteile 49 bzw. der Kernbohrer 51 au Magazinteil 49 dient. Ausgehend von der Vertiefung 63 weist das Kopfteil 49 eine sich in Richtung auf die Bohrspindel 20 konisch verjüngende Mantelfläche 64 auf. In das der Bohrspindel 20 zugewandt. Ende des Kopfteiles 49 ist eine koaxiale Bohrung 69 mit konischem Verlauf eingearbeitet, die mit dem entsprechend ausgebildeten Ende 69 der Bohrspindel 20 zusammenwirkt. Zwischen der Bohrspindel 20 und den Kopfteilen 49 ist ein Bajonettverschluß gebildet, der aus einem Verriegelungsstift 70 an der Bohrspindel 20 und einer Winkelnut 72 am Kopfteil 49 besteht. Au Kopfteil 49 ist unterholb des Magazins 45 ein Bund 73 gebildet, der als Anschlag im Zusaumenwirken mit dem Magazinboden 45 dient.
• FUr den Antrieb des magazinteiles 45 ist ein Schrittschaltwerk 75 vorgesehen (Fig. 2), das sich an den Vertikalträgern 10 abstützt und sechs Stellungen entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Kernbohrer 51 aufweist. Das Mitnehmerglied des Schrittschaltwerkes 75 greift dabei in einen Mitnehmeranschlag au Magazinteil 45 ein, so daß die Bewegung des Schrittschaltwerk.s 75 auf das Magazinteil 45 ubertragen wird. Das Schrittschaltwerk 75 besteht hierbei aus ein über einen Motor antreibbaren Rastgetriebe, wobei die Betätigung über Leitungen für die Energiezufuhr udn Steuerleitungen von Bord des Trägerschiffes aus erfolgt. Das Schrittschaltwerk 75 weist eine allgemein Ueblich Bauweise auf und ist deshalb hier nicht naher beschrieben.
• Nachfolgend ist die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Bohrein richtung beschrieben.
• Die gesamte Bohreinrichtung wird mittels der an Bord des Trägerschiffes installierten Seilwinde über das Tragseil 16 auf den Meeresboden 4 abgesenkt, so daß die gesamte Bohreinrichtung Mittels der Fußteile 2 auf den Meeresboden 4 aufsetzt. Soll nunmehr gebohrt werden, so wird das Hydrauliaggregat eingeschaltet. Der Hydraulikmotor 23 versetzt damit Uber die Antriebswelle 22 die Bohrspindel 20 in Rototion. Wird nunmehr die Stelleinheit 25 betätigt, d. h. in den oberen Zylinderrau vor den Kolben Druckmittel zugeleitet, so bewegt sich der Kolben abwärts und nimmt gleichzeitig über das Gabelteil 30 und das Mitnehmerteil 31 die Bohrspindel 20 mit. Durch diese axiale Bewegung der Bohrspindel 20 wird das Kopfteil 49 im Magazinteil 45 ebenfalls in axialer Richtung mitgenommen. Mittels der kegeligen Mantelfläche 64 des Kopfteiles 49 werden die Arretierkugeln 60 gegen die Wirkung der Druckfedern 62 in ihren Bohrungen 58 nach außen gedruckt und damit das Kopfteil 49 vol Magazinteil 45 gelöst. t. Noch Abschluß des Bohr-Vorganges erfolgt ein. Bettitigung der Stelleinheit 25 in entgegengesetzter Richtung. Uber das Gabelteil 30 und das Mitnehmerteil 31 wird die Bohrspindel 20 und uber den Bajonettverschluß 70, 72 der Kernbohrer 51 nach oben mitgenommen. Nach Anshlag des Bundes 73 cm Mogazinteil 45 rasten die Arretierkugeln 60 in die ringförsige Vertiefung 63 in der Mantelfläche des Kopfteiles 49 durch die Wirkung der Druckfedern 62 ein, so daß des Kopfteil 49 an Magazinteil 45 in bezug auf eine axiale Vorstellung arretiert ist, wobei sich das Kopfteil 49 in der Durchbrechung 48 im Magazinteil 45 weiterzudrehen vernag. Wird nunmehr mittels des Motors 23 ein Drehrichtungswechsel der Bohrspindel 20 bewirkt, so wird der Bajonettverschluß 70, 72 geöffnet und die Bohrspindel 20 kann ue einen Betrag in axialer Richtung weiter noch oben verstellt werden, ohne das Kopfteil 49 mit den Kernbohrer 51 mitzunehmen. Ist das freie Ende 69 der Bohrspindel 20 außer Eingriff mit dem Kopfteil 49, so wird das Schrittschaltwerk 75 betätigt und damit das Magazin in den Führungsschienen 43 bzw. 43' verstellt und zwar so weit, bis sich die Bohrspindel 20 mit einem der übrigen Kernbohrer 51 des s Magazins in einer achsparallelen Lage befindet. Di. Bohrspindel 20 wird danach mittels der Stelleinheit 25 in der bereits beschriebenen Weise abwärts bewegt. Infolge der Arbwärtsbewegung der Bohrspindel 20 und der gleichzeitigen Drehung der Bohrspindel wird der Bajonettverschluß 70, 72 zwischen der Bohrspindel 20 und den Kopfteil 49 selbsttätig geschlossen und damit der Kernbohrer 61 in Drehrichtung der Bohrspindel 20 mitgenommen. Nunmehr wird bei einer weiteren axialen Verstellung der Bohrspindel 20 das Kopfteil 49 mit dem daran befestigten Kernbohrer 51 in axialer Richtung mitgenommen, wobei wiederum die Arretierkugeln 60 gegen die Wirkung der Druckfedern 62 zurückgedrückt werden und damit das Kopfteil 49 vom Magazinteil 45 freigegeben wird.
• In der beschriebenen Weise können somit sämtliche am Magazin gehaltene Kernbohrer 51 nacheinander zum Einsatz gebracht werden, ohne die Bohreinrichtung jeweils nach einem Bohrgang wieder an Bord des Trägerschiffes zurückholen zu müssen. Sind sämtliche Kernbohrer 51 des Magazinteiles 45 zus Einsatz gelangt, wird die gesamte Bohreinrichtung mittels des Tragseiles 16 an Bord des Trägerschiffes zurückgeholt. Die Kernbohrer werden danach entleert und können wieder zus Einsatz gebraucht werden. Es ist auch möglich, ein neues Magazin mit entsprechenden Bohrern in die Bohreinrichtung einzusetzen und die Einrichtung sofort erneut auf den Meersboden abzusenken.
• Fur die Beobachtung der Bohrstelle kann die Bohreinrichtung mit einer Fernsehkamera ausgestattet sein, die lit eines Espfanger an Bord des Trägerschiffes gekoppelt ist.
• Wie insbesondere aus Fig. 1 ereichtlich, trägt das Magazinteil 45 eine Temperatur-Meßsonde 78 anstelle eines der Bohrwerkzeuge 51. Die Meßsonde 78 ist in der gleichen Weise wie die Bohrzwerkzeuge 51 am Magazinteil 45 axial und über die Stelleinheit 25 axial verstellbar vorgesehen. Durch Betätigung des Schrittschaltwerkers 75 kann durch entsprechende Verstellung des Magazinteiles die Meßsonde 78 in eine koaxiale Lage zur bereits in den Meeresboden eingebrachten Bohrung gebracht und dmn in diese eingeführt werden.

Claims (12)

P a t e n t a n s p r ü c h e :

1. Unterwasser-Bohreinrichtung, insbesondere Kernbohreinrichtung mit eines dos Bohrworkzeug aufnehmenden Trögergestell, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerstell (1, 10, 12) ein Magazinteil (45) zur Aufnahme von mindestens zwei Bohrwerkzeugen (51) in achsparalleler Anordnung enthält und jeweils eines oder gleichzeitig mehrere der Bohrwerkzeuge (51) im Sinne eines Bohrvortriebes antreibbar sind.

2. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Trägerstell (1, 10, 12) die Antriebsmittel (23, 25) fUr die Bohrwerkzeuge (51) angeordnet sind, und daß deren Energieversorgung von einen Trägerfahrzeug aus erfolgt.

3. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Antriebsmittel (23, 25) iu Sinne eines Bohrvortriebes antreibbare und über Kupplungsglieder (70, 72) wahlweise uit jedem der Bohrwerkzeuge (51) kuppelbare Bohrspindel (20) vorgesehen ist.

4. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen Kupplung des Antriebes (23, 25, 20) mit einem der Bohrwerkzeuge (51) das Magazinteil (45) oder der Antrieb (23, 25, 20) gegenüber dem Trägerstell (1, 10, 12) verstellbar vorgesehen ist.

5. Bohreinrichtung nach Anspruch X bi3 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des Magazinteiles (45) bzw. des Antriebes (23, 25, 20) ein Schrittscholtwerk (75) vorgesehen ist.

6. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, da zwischen Antrieb (23, 25, 20) und den Bohrwerkzeugen (51) in einer Drehrichtung eine formschlüssige Kupplung bewirkende Bajonettverschlußglieder (70, 72) gebildet sind.

7. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrwerkzeuge (51) in ihrer Neurtralsstellung über eine in axialer Richtung wirksame Verriegelung (60, 62, 63) an Magazinteil (45) arrotierbar, doch frei drehbar gehalten sind.

8. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung aus am Magazinteil (45) bzw. am Kopfteil (49) der Bohrwerkzeuge (51) angeordneten, senkrecht zum Bohrwerkzeug-Vorschub gegen Federzungen (62) beweglichen Verriegelungsgliedern (60) bzw. sit diesen zusammenwirkenden Vertiefungen (63) besteht.

9. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, doß zur Erzielung der Bohrer-Vorschubbewegung eine einen Kolben und Zylnder enthaltende, hydraulisch wirkende und zur Bohrspindel (20) ach*-parallele Stelleinheit (25) vorgesehen ist.

10. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Magazinteil (45) außer Bohrwerkzeugen (51) eine oder mehrere Meßsonden (78) angeordnet sind.

11. Bohreinrichtung noch Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohreinrichtung durch Ballast (6) beschwert und über Fesselungsmittel (16) von einem Trägerfahrzeug aus auf den Meeresboden aufsetzbar ist.

12. Bohreinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohreinrichtung Teil eines Unterwasser-Trägerfahrzeuges ist.

L e e r s e i t e