DE2459778B2

DE2459778B2 - Bohrgerät

Info

Publication number: DE2459778B2
Application number: DE2459778A
Authority: DE
Inventors: Georg 5140 Erkelenz Hurtz
Original assignee: Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1974-12-18
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2459778C3; DE2459778A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf sin Bohrgerät mit einem Mast, einem Windwerk, das eine mittels hydrostatischen Antriebs drehbare Trommel für ein zum Halten des Bohrstranges oder eines &\λ Mast verschiebbaren Kraftdrehkopfes, Bohrschlittens od. dgl. vorgesehenes Seil aufweist, sowie mit einer Nachlaßvorrichtung für das Seil.

Um bei Bohrgeräten dieser Art das Seil mit dem Bohrstrang bzw. mit einem den Bohrstrang tragenden Kraftdrehkopf oder einem ähnlichen Element je nach dem Arbeitsvorgang nachlassen zu können, werden Bandbremsen verwendet, mit denen die Trommel für das ablaufende Seil beim Nachlaßvorgang abgebremst wird. Solche Bandbremsen enthalten dem Verschleiß unterworfene Teile, die häufig ersetzt werden müssen. Sie sind außerdem im Betrieb laut und verursachen als unangenehm empfundene Geräusche.

Es ist weiterhin ein Bohrgerät bekannt (DE-PS 6 46 177), bei dem die Seiltrommel eines Hebewerkes mittels eines Elektromotors über ein Getriebe zum Heben des Bohrgestänges antreibbar ist. Beim Nachlassen wird über dasselbe Getriebe und eine diesem zugeordnete lösbare Kupplung eine Pumpe angetrieben, die Wasser aus einem Behälter ansaugt und gegen einen ausgewählten Druck fördert. Zu diesem Zweck ist an die Förderleitung eine Mehrzahl parallel geschalteter Ventile mit unterschiedlich großen Durchlaßöffnungen angeschlossen, von denen jedes für sich geöffnet und geschlossen werden kann. Zum Heben des Bohrgestänges und zum Nachlassen desselben sind somit zwei verschiedene Aggregate (Elektromotor einerseits und Pumpe andererseits) erforderlich, die je nach der Betriebsweise in Tätigkeit treten, wobei zumindest bei der Pumpe auch eine Kupplung ein- und ausgerückt werden muß.

Bei einer anderen bekannten hydraulischen Nachlaßvorrichtung (DE-PS 6 00 536) sind Kolben-Zylinder-Einrichtungen vorhanden, deren Kolben beim Nachlaßvorgang die in den Zylindern befindliche Flüssigkeit ausschieben und über eine Leitung in einen Hochbehälter drücken. Dabei wird die Bewegung der undrehbar geführten Kolben von der Drehung der Windentrommel über ein hoch übersetztes Zwischengetriebe bewirkt, das mit den Kolben verbundene Schraubenspindeln und in diese eingreifende, drehbar, aber axial unverschiebbar gelagerte Muttern aufweist. Die letzteren werden von der Windentrommel über einen Kettentrieb und über Kegelradtriebe gedreht. Ein Heben des Gestänges ist mit einer solchen Vorrichtung nicht möglich.

Soll ein Bohrwerkzeug beim Bohren über eine bestehende Gewichtsbelastung hinaus einen erhöhten Andruck an die Bohrlochsohle erhalten, soll also der Bohrstrang zusätzlich belastet werden, wie es häufig, etwa bei harten Formationen, erwünscht oder erforderlich isi, so werden da/11 besondere Einrichtungen benutzt, die unabhängig von einer Nachlaßvorrichtung bekannter Art sind und z. B. mittels eines hydraulischen Zylinders und Kolbens zu bewegende Seilrollenanordnungen od. dgl. für die Verstellung eines Bohrschlittens od. dgl. aufweisen. Gewisse Schwierigkeiten bereitet es hierbei, die Größe des aufgebrachten Andruckes zu

ermitteln bzw. einen Andruck von gewünschter Größe einzustellen.

Ziel der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Unzulänglichkeiten zu überwinden und bei einem mit hydrostatisch antreibbarem Windwerk ausgerüsteten Bohrgerät eine besonders günstige Möglichkeit für das Nachlassen des Bohrstranges bzw. eines Kraftdrehkopfes od. dgl. zu finden und dabei ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen sowie ohne solche Betriebsvorrichtungen auszukommen, die Bremsbeläge oder ähnliche, einem bestimmungsgemäßen Reibungsverschleiß ausgesetzte Teile erfordern, und ferner ein Arbeiten ohne unangenehme Lärm- und Geräuscherscheinungen zu erreichen. Im Rahmen der Gesamtaufgabe liegt es dabei auch, das Bohrgerät weiterhin so auszubilden, daß beim Arbeiten der dem Nachlaßvorgang dienende Teile in Verbindung mit der Betätigung einer Vorrichtung zum Aufbringen eines Bohrandruckes in zweckmäßiger Weise eine genaue Einstellung bzw. Erfassung des Bohrandruckes möglich wird.

Die Erfindung sieht bei einem Bohrgerät der eingangs genannten Art vor, daß der Windenantrieb ein als Motor und als Pumpe einsetzbares Hydroger^t ist und die Nachlaßvorrichtung von diesem Hydrogerät und einer dessen Arbeitsweise im Pumpenbetriebszustand bestimmenden hydraulischen Steuereinrichtung gebildet ist Hydraulische Geräte, welche sowohl als Pumpe als auch als Motor verwendet werden können, sind an sich bekannt.

Das Hydrogerät ist beispielsweise ein nach dem Verdrängerprinzip arbeitendes Axialkolbenaggregat. Bei seinem durch die Steuereinrichtung beeinflußten Betrieb als Pumpe entsteht eine Bremswirkung, wie sie für den Nachlaßvorgang erwünscht ist. Damit ist der Windenantrieb zugleich auch für das Nachlassen nutzbar gemacht. Eine Bandbremse oder sonstige Reibungsbremse als Nachlaßvorrichtung, wie sie bisher vorgesehen werden mußte, entfällt. Die bei der Erfindung dem Hydrogerät zugeordnete Steuereinrichtung stellt keinen besonderen Aufwand dar. Die notwendige Bremswirkung läßt sich vielmehr mit unkomplizierten Mitteln erreichen. So genügt es im einfachsten Fall, das Hydrogerät auf einen hydraulischen Widerstand, z. B. eine Blende od. dgl., zu schalten, gegen den es im Pumpenbetrieb arbeitet.

Für den Betrieb des Hydrogeräts als Motor und als Pumpe können insbesondere offene Hydrauliksysteme vorgesehen sein. Dies stellt eine sehr günstige Ausführung dar.

Weiterhin kennzeichnet sich eine zweckmäßige Ausbildung des Geräts ci'irch ein zwischen einer aus einem Tank ansaugenden Druckmittelpumpe und dem Hydrogerät angeordnetes Steuerventil, mittels dessen ein Anschluß des Hydrogeräts wahlweise mit der Druckmittelpumpe oder mit einer Abströmleitung zum Tank verbindbar isi, wobei der andere Anschluß des Hydrogeräts ständig mit dem Tank durch die in dessen Hydraulikmedium eintauchende Leitung verbunden ist. Dies ermöglicht ein schnelles Umschalten vom Windenauf Nachlaßbetrieb und stellt dabei auch sicher, daß das Hydrogerät beim Arbeiten als Pumpe immer einwandfrei ansaugen kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in einer bei Pumpenbetrieb des Hydrogeräts den Körderstrom von diesem abführenden Leitung ein Stromrcgelventil vorgesehen. Ein solches Stromregelventil (Mengenregler), das von an sich bekannter Bauart sein kann, hält die Senkgeschwindipkeit beim Nachlassen unab-

hängig von dem vom Hydrogerät erzeugten Dioick und damit unabhängig von dem Gewicht des nachzulassenden Bohrstranges konstant. Vorteilhaft ist das Stromregelventil einstellbar. Der Bedienungsmann des Bohrgeräts braucht dann lediglich einen das Stromregelventil beeinflussenden Hebel od. dgl. auf einen wählbaren Wert an einer Skala zu stellen und weiß dann, daß der Nachlaßvorgang mit der von ihm gewünschten Senkgeschwindigkeit vonstatten geht Dies stellt gegenüber bisher üblichen Vorrichtungen eine wesentliche Verbesserung sowohl im Hinblick auf den Arbeitsvorgang selbst als auch für die Bedienung des Bohrgeräts dar.

Parallel zum Stromregelventil ist zweckmäßig ein bei Pumpenbetneb des Hydrogeräts vom Förderstrom in Schließstellung gehaltenes Rückschlagventil vorgesehen, über das dem Hydrogerät beim Motorbetrieb Druckmittel zuführbar ist.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß ein Druckbegrenzungsventil in einer Leitung angeordnet ist, die im Pumpenbetriebszustand den einzigen Abströmweg für das vom Hydrogerät geförderte Hydraulikmedium bildet, Dies bietet υ a. die Mog'ichkeit, weitere Arbeitsoperationen mit dem Bohrgerät in vorteilhafter Weise ausführen zu können.

Insbesondere kann bei einer solchen Ausführung des Bohrgeräts mit auf Pumpenbetrieb geschaltetem Hydrogerat der Bohrstrang oder eine ihn haltende Aufhängung, ein Kraftdrehkopf, Bohrschlitten od. dgl. durch eine Antriebsvorrichtung mit wählbarer Kraft abwärts bewegt werden, um einen gewünschten Bohrandruck aufzubringen. Dabei strömt das von dem als Pumpe arbeitenden, durch das Windwerk angetriebenen Hydrogerät geförderte Hydraulikmedium über das Druckbegrenzungsventil ab, das in einer hierbei als alleiniger Abströmweg geschalteten Leitung liegt.

Es besteht hier der große Vorteil, daß die von der Andruckvorrichtung aufgebrachte Kraft ohne Unsicherheiten oder nicht erfaßbare Reibungseinflüsse ermittelt und bei geeigneter Ausbildung der Andrückvorrichtung auch einwandfrei eingestellt werden kann.

Bei einer zweckmäßigen Ausführung weist die And^ruckvorrichtung eine motorisch antreibbare Winde mit einem die Andruckkraft als Zugkraft am Bohrstrang, Kraftdrehkopf od. dgl. ausübenden Zugorgan auf. Von besonderem Vorteil ist es, als Antrieb für die Winde einen Hydraulikmotor vorzusehen. Dabe! ist zweckmäßig an die zum Motor führende Druckmittelleitung ein einstellbares Druckbegrenzungsventil mit Ablauf zum Tank angeschlossen, wodurch eine einfache Änderung der Andruckkraft möglich ist. Die Höhe der Andruckkraft läßt sich auf einem Manometer ablesen, das an die zum Motor führende Druckmittelleitung angeschlossen ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der EiiinauMg ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, der ein Ausführungsbeispiel veranschaulichenden Zeichnung sowie den angefügten Ansprüchen. In der Zeichnung sind z. T. schematisch wichtige Teile eines Bohrgeräts sowie hydraulische Bauelemente mit ihrer Schaltung dar-estellt.

Mit der Ziffer 14 ist ein Teil des Mastes eines im übrigen nicht wiedergegebenen Bohrgeräts bezeichnet, das von bekannter Ausbildung sein kann. An Führungen des Mastes 14 ist ein Bohrschlitten oder Kraftdrehkopf 13 auf und ab verschiebbar, der am oberen Ende eines von ihm drehend an.reibbaren Bohrgestänges 15 mit Bohrwerkzeug 16 angreift. Der Kraftdrehkopf 13 ist an dem Seil 17 eines Windwerkes W aufeehänet. dessen

Trommel 7 über eine Welle 18 mit einem Hydrogerät 6 verbunden ist, das wahlweise als Motor oder als Pumpe arbeiten kann.

Zwischen einer aus dem Tank T ansaugenden, einstellbaren Druckmittelpumpe 1 mit parallel zu dieser geschaltetem einstellbarem Maximaldruckventil 19 und einem Anschluß 20 des Hydrogeräts 6 ist ein Steuerventil 2 vorgesehen, über das in einer seiner beiden Stellungen dem Hydrogerät 6 über Leitungen 22, 24 und ein Rückschlagventil 4 Druckmedium von der Pumpe 1 zugeführt werden kann. Das Hydrogerät 6 arbeitet dabei als Motor und treibt die Trommel 7 des Windwerkes W im Sinne des Anhebens des Krafldrehkopfes 13 an. Das llydraulikmedium strömt hierbei vom Nydrogerät 6 aus dessen anderem Anschluß 26 ab und fließt über eine Leitung 21 zurück zum Tank T. In einer vom Anschluß 20 zur Leitung 21 führenden Leitung 25 ist ein Druckbegrenzungsventil 5 angeordnet, das beim Antrieb der Windwerkstrommel 7 zur Drehmomentbegrerming riienrn kann

Die Leitung 21 dient beim Pumpenbetrieb des Hydrogeräts 6 als Saugleitung und taucht in das Hydraulikmedium im Tank 7"ein. Dem Pumpenbetriebszustand des Hydrogeräts 6 entspricht die in der Zeichnung als eingestellte Arbeitsposition gezeigte Stellung des Steuerventils 2. Hierbei kann das Hydrogerät 6 zusammen mit einem als Steuereinrichtung in einer Leitung 23 vorgesehenen einstellbaren Stromregelventil 3 als Nachlaßvorrichtung arbeiten. Ist das Stromregelventil 3 geschlossen, dann dreht sich das Hydrogerät 6 nicht, weil ein Abströmen von Hydraulikmedium über das nur entgegengesetzt öffnende Rückschlagventil 4 nicht möglich ist und das Druckbegrenzungsventil 5 auf einen höheren Druck eingestellt ist. der über den beim Nachlassen auftretenden Drücken liegt.

Wird das Stromregelventil 3 geöffnet, so kann sich die Trommel 7 zum Nachlassen des Seiles 17 drehen, wobei das von dem als Pumpe arbeitenden Hydrogerät 6 geförderte Druckmedium über das Stromregelventii ; abfließt. Entsprechend der Öffnung des Stromregelven tils 3 ist jede gewünschte Ablaufgcschwindigkeit de Last von Null bis zum Maximum einstellbar.

Um z. B. beim Bohren in harten Formationen einen Andruck von einstellbarer Höhe auf das Bohrwerkzeug 16 ausüben zu können, ist bei der dargestellten Ausführung eine von einem Hydraulikmotor 9 über eine Welle 29 antreibbare Winde 10 vorgesehen, deren Seil 30 am Kraftdrehkopf 13 angreift und diesen mit dem Bohrstrang 15 und dem Werkzeug 16 zur Aufbringung eines Andruckes nach unten ziehen kann. Der Motor S wird von einer einstellbaren Pumpe 8 aus dem Tank 7 mit Druckmedium versorgt. An die von der Pumpe 8 zum Motor 9 führende Druckmittelleitung 28 sind ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 11 mit Ablau zum Tank Tsowieein Manometer 12 angeschlossen.

Wird beim Aufbringen des Andruckes der Kraftdreh lionf 13 rniucls des Seiles 30 der Winde !Q risch uniei gezogen, so treibt dabei das Windwerk IV gleichzeitig das Hydrogerät 6 im Pumpenbetrieb an. Das Stromre gelventil 3 ist dabei geschlossen, so daß die Leitung 25 den alleinigen Abströmweg bildet und das aus dem Auslaß 20 geförderte Druckmedium nur über das entsprechend eingestellte Druckbegrenzungsventil 5 abfließen kann.

Das Manometer 12 zeigt den für das Abwärtsfahren des Bolr-Mranges mit dem Bohrwerkzeug 16 erforderlichen Hydraulikdruck an. Dabei sind alle Wirkungsgrad beeinflussungen, die sich sonst durch Seilreibung, Untersetzungen, Liigerreibung urw. ergeben, ausgeklammert. Sitzt das Bohrwerkzeug 16 auf der Bohrlochsohle auf, so entspricht jeder höhere Wert, der an dem Manometer 12 ablesbar ist. der tatsächlich auf das Bohrwerkzeug 16 wirkenden Belastung. Der jeweils gewünschte Wert für den Andruck kann am Druckbegrenzungsventil 11 stufenlos eingestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrgerät mit einem Mast, einem Windwerk, das eine mittels hydrostatischen Antriebs drehbare Trommel für ein zum Halten des Bohrstranges oder eines am Mast verschiebbaren Kraftdrehkopfes, Bohrschlittens od. dgl. vorgesehenes Seil aufweist, sowie mit einer Nachlaßvorrichtung für das Seil, dadurch gekennzeichnet, daß der Windenantrieb ein als Motor und als Pumpe einsetzbares Hydrogerät (6) ist und die Nachlaßvorrichtung von diesem Hydrogerät (6) und einer dessen Arbeitsweise im Pumpenbetriebszusiand bestimmenden hydraulischen Steuereinrichtung gebildet ist.

2. Bohrgerät nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb des Hydrogeräts (6) als Motor und als Pumpe offene Hydrauliksysteme vorgesehen sind.

3. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch ein zwischen einer aus einem Tank (T) ansaugenden Druckmittelpumpe (1) und dem Hydregsrät (6) angeordnetes Steuerventil (2), mittels dessen ein Anschluß (20) des Hydrogeräts (6) wahlweise mit der Druckmittelpumpe (1) oder mit einer Abströmleitung (21) zum Tank (T) verbindbar ist, wobei der andere Anschluß (26) des Hydrogeräts (6) ständig mit dem Tank (T) durch die in dessen Hydraulikmedium eintauchende Leitung (21) verbunden ist.

4. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer bei Pumpenbetrieb des Hydrogeräts (6) den Förderstrom von diesem abführenden Leitung (23) ein Stromregelventil (3) vorgesehen ist.

5. Bohrgerät nach Aa^pruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromregelvent" (3) einstellbar ist

6. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Stromregelventil (3) ein bei Pumpenbetrieb des Hydrogeräts (6) vom Förderstrom in Schließstellung gehaltenes Rückschlagventil (4) vorgesehen ist, über das dem Hydrogerät (6) beim Motorbetrieb Druckmittel zuführbar ist.

7. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer an das Hydrogerät (6) angeschlossenen, im Pumpenbetriebszustand desselben als alleiniger Abströmweg schaltbaren Leitung (25) ein Druckbegrenzungsventil (5) vorgesehen ist.

8. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer am Bohrstrang bzw. an einem mit diesem in Verbindung stehenden Kraftdrehkopf, Bohrschlitten od. dgl. angreifenden Andruckvorrichtung für ein Bohrwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckvorrichtung eine motorisch antreibbare ">"> Winde (10) mit einem die Andruckkraft als Zugkraft am Bohrstrang, Kraftdrehkopf (13) od. dgl. ausübenden Seil (30) aufweist.

9. Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für die Winde (10) ein <■" \ lydrauiikmotor (9) vorgesehen ist.

10. Bohrgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an die zum Motor (9) führende Druckmittelleitung (28) ein einstellbares Druckbegrenzungsventil (U) mit Ablauf zum Tank (T) · · angeschlossen ist.

11. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die zum Motor (9) führende Druckmittelleitung (28) ein Manometer (12) angeschlossen ist.