DE2735875A1 - Bohrgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät mit einem neuartigen Verfahren und einer neuartigen Vorrichtung, mit deren Hilfe sich ein Bohrstrang bzw. Bohrgestänge zusammensetzen und auseinandernehmen läßt.

In der Bodenbohrtechnik ist ein Bohrgerät bekannt, das aus einem fahrbaren Untersatz, der eine langgestreckte Säule trägt, welche eine langgestreckte Bohreinrichtung stützt, die einen für längs zur Säule verlaufende Bewegungen mitgeführten Bohrantrieb bzw. Bohrmotor enthält, und aus einem langgestreckten Bohrgestänge besteht, das mit dem Bohrantrieb in einem wirksamen Eingriff steht und sich von dort aus vorwärts bzw. in Vorschubrichtung parallel zur Säule erstreckt, so daß ein Aufbohren von Bodenformationen möglich ist.

In vielen Fällen sollen die Löcher, die durch ein derartiges Gerät gebohrt werden sollen, wesentlich tiefer als die Vorschublänge des Geräts sein; deshalb wird bei fortschreitendem Bohrvorgang das Bohrgestänge meistens dadurch zusammengesetzt, daß eine Vielzahl von langgestreckten Bohrstangenabschnitten an ihren Enden durch Kupplungselemente lösbar miteinander befestigt werden. Dies erfordert viele Hantierungsund Bedienungsvorgänge an den Bohrstangenabschnitten und Kupplungselementen; deshalb gibt es verschiedene, dem Stand der Technik entsprechende Klammern, Greifvorrichtungen, Steckschlüssel, Stangenspeichermagazine und dergleichen, um einige dieser Schwierigkeiten beim Stangenhantieren derartiger Bohrverfahren zu überwinden und um die Bohreffektivität und die Zuverlässigkeit bzw. Sicherheit zu vergrößern. Obwohl derartige bekannte Vorrichtungen im allgemeinen die beabsichtigten Zwecke erfüllten, zeigten sie verschiedene Mangel. Beispielsweise war man bei vielen der früheren Stangenhandhabungsvorrichtungen und -anwendungsverfahren darauf beschränkt, Stangen einheitlicher Länge zu verwenden. Einige der früheren Anwendungsverfahren und Geräte zur Stangenhandhabung waren übermäßig kompliziert, während andere derartige Anwendungs-

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▼erfahren eine Vereinfachung des Bohrens nur unter Vernachlässigung von Sicherheitserwägungen oder wirtschaftlichen Überlegungen erreichten.

Um derartige Nachteile zu vermeiden, wird durch die Erfindung ein Handhabungsverfahren für Bohrstangen und ein Bohrgerät mit einer Kupplungsv-erriegelungsvorrichtung, die benachbart zur Vorderseite des Bohrantriebs getragen wird und mit diesem längs der Säule verschiebbar ist, und mit einer anderen Kupplungsverschließvorrichtung geschaffen, die davon in Vorschubrichtung mit Abstand angeordnet ist. Beide Kupplungsverriegelungen können zusammenwirkend mit Stangenkupplungselementen in Eingriff treten; damit läßt sich ein Verfahren zur Montage und Demontage von Bohrgestängen angeben, das in hohem Maße die Handhabung von Bohrstangen vereinfacht. Zusätzlich verbessert die Erfindung durch ihre neuartige Reihenfolge von Stangenhandhabungsschritten die Sicherheit und Zuverlässigkeit beim Bohren, und erhöht die Vielseitigkeit des Bohrverfahrens dadurch, daß Stangeneinheiten variierender Länge im selben Bohrgestänge verwendet werden können.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines fahrbaren Bohrgeräts mit einer erfindungsgemäßen Stangenhandhabungsvorrichtung,

Fig. 2 eine fragmentarische Teilansicht nach Fig. 1 ; es wird eine erfindungsgemäßeKupplungsverriegelung gezeigt, dessen nach vorne gerichteter Endabschnitt teilweise weggeschnitten wurde, um einen zentralen Längsschnitt davon zu zeigen,

Fig. 3 eine Teilansicht eines Querschnitts der Kupplungsverriegelung nach Fig. 2, wobei der Schnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2 ausgeführt wurde,

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Fig. 4 eine fragmentarische Draufsicht in Richtung der Linie 4-4 nach Fig. 1; geeigt wird eine andere erfindungsgemäße Kupplungsverriegelung, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kupplungselements.

Mit dem Bezugszeichen 10 nach Fig. 1 ist allgemein ein Bodenbohrgerät bezeichnet, das erfindungsgemäße Handhabungs- oder Bedienungsvorrichtungen für Bohrstangen aufweist. Das Bohrgerät 10 umfaßt einen Bohrantrieb oder -motor 12 wie beispielsweise einen Motor, der Drehungen kombiniert mit linearen Stoßbewegungen ausführen kann, durch irgendeine geeignete Antrieb skraftvorrichtung, die nicht gezeigt ist, angetrieben wird und für selektiv steuerbare Bewegungen längs der im allgemeinen aufrechtstehenden, langgestreckten Säule 14 durch geeignete Zuführvorrichtungen bewegt wird, wie beispielsweise durch einen Zuführkettenmechanismus, der teilweise beim Bezugszeichen 16 gezeigt wird und mit der Säule 14 so zusammenarbeitet, daß der Zuführmotor 12 daran entlang, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, nach oben und nach unten verschoben werden kann. Die Säule 14 wird von einem angetriebenen Baupenfahrgestell 18 schwenkbar und einstellbar getragen, so daß der Boden selektiv überquert werden und das Bohrgerät 10 für Bohrarbeiten in Position gebracht werden kann.

Der Bohrantrieb 12 enthält eine sich nach vorne oder nach unten erstreckende, langgestreckte Schlagstange 20 (Fig. 2), an die über eine langgestreckte, umdrehbare Kupplungsbuchse 22 ein langgestrecktes, sich in Vorschubrichtung erstreckendes Bohrgestänge 24 koaxial befestigt ist, das normalerweise aus einer Vielzahl von Bohrstangenabschnitten 24* besteht, die durch andere Kupplungselemente 22 an ihren Enden starr, jedoch lösbar miteinander verbunden sind. Ein konventioneller, hier nicht gezeigter Bohrmeißel ist am vordersten Ende des Bohrgestänges 24 starr, jedoch lösbar befestigt, so daß ein Bohrloch längs

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der Achse X-X auf wohlbekannte Weise gebohrt werden kann.

Die Stangenabschnitte 24' sind als mit einem durchgehenden äußeren Gewinde versehene Stangen dargestellt, die dadurch, daß sie an ihren Längsenden wirksam in die Innenumfangsbereiche der Kupplungsbuchsen 22 eingeschraubt und die Buchsen 22, wie bekannt, dadurch in axialer Spannung gehalten werden, auf kraftschlüssige Weise verbunden werden können; Jedoch sind für die Erfindung auch verschiedene andere Ausführungen von Stangen und Kupplungselementen geeignet. Beispielsweise muß der Stangenabschnitt 24' nicht durchlaufend mit Gewinde versehen sein; auch können andere Hilfsmittel zur Befestigung der Kupplungselenmte 22 an die Stangen 24', wie beispielsweise ein Bajonettverschluß, verwendet werden.

Insoweit ist das oben allgemein beschriebene Bohrgerät 10 bekannt, so daß auf eine weitere Beschreibung verzichtet wird; es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das Bohrgerät 10 nur eine von zahlreichen Bohranlagen ist, bei denen sich die weiter unten beschriebene Erfindung anwenden läßt, deshalb soll eine Bezugnahme auf dieses Gerät nicht als Einschränkung der Erfindung ausgelegt werden. Für die weiter unten folgende Beschreibung bezieht sich die Bezeichnung "longitudinal" auf die Richtung der Längsausdehnung der Säule 14, und die Bezeichnungen "seitlich" und "quer" beziehen sich auf Richtungen, die seitlich und quer zu dieser Längsausdehnung verlaufen.

Um während der Hontage und Demontage eines Bohrgestänges die Handhabung und Speicherung der einzelnen Bohrstangenabschnitte 24' zu erleichtern, ist das Bohrgerät 10 mit irgendeinem geeigneten Bohrstangen-Speichergestell bzw. -magazin 26 (Fig. 1) ausgestattet, das von der Säule 14 getragen wird und dafür geeignet ist, eine Vielzahl von Bohrstangenabschnitten 24' zu tragen, die darin in allgemein paralleler Orientierung zur Längsausdehnung der Säule 14 angeordnet sind. Durch den Aufbau des Magazins 26 wird es möglich, daß die von diesem Magazin getragenen Bohrstangenabschnitte 24' gegenüber

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der Säule 14 seitlich bewegt werden, tun die Stangenabschnitte 24', wie bereits bekannt, selektiv und koaxial mit der Achse X-X auszurichten. Vorzugsweise stehen die Stangenabschnitte 24* angrenzend an ihre unteren Enden innerhalb eines Aufnahmebereichs 28 des Magazins 26 für untere Stangenenden in Eingriff und werden dort abgestützt, während sie angrenzend an ihre oberen Enden auf eine derartige Weise befestigt sind, daß sie seitlich aus dem Magazin herausgenommen und in das Magazin 26 eingesetzt werden können,wobei nur eine minimale Vertikalbewegung erforderlich ist. Wie weiter unten noch beschrieben wird, erleichtert dies das Montieren und Demontieren des Bohrgestänges.

Zwischen den Längsenden der Säule 14 wird eine Bohrstangen-Einspannvorrichtung bzw. -Greifvorrichtung 42 einstellbar getragen, um den seitlich benachbarten Bereich eines Bohrstangenabschnitts 24' im Bohrgestänge 24 fest einzuspannen. Die Spannvorrichtung 42 enthält dabei Vorrichtungen, die einen Greifbackenteil der Spannvorrichtung 42 seitlich selektiv in einen Eingriff mit dem Bohrgestänge 24 bewegen oder aus diesem Eingriff lösen, wie es in der US-Anmeldung 657 508 beschrieben ist.

Das Bohrgerät 10 besitzt zusätzlich eine vordere Bohrstangenzentriervorrichtung 34 (Fig. 4), die sich gegenüber dem Vortriebsende der Säule 14 seitlich nach außen erstreckt, um das Bohrgestänge 24 zu stützen und zu führen.

Die Zentriervorrichtung 34 besitzt ein Paar seitlich schwenkbarer Arme 34', die gemeinsam in eine Eingriffsposition schwenkbar sind, wie es in der Fig. 4 gezeigt wird, wobei die seitlich äußeren Enden der Arme eine Führungsbohrung 82 bilden, die mit der Achse X-X verläuft und deren Durchmesser so groß ist, daß Stangenabschnitte 24* darin verschiebbar aufgenommen werden können. In der Eingriffsposition der Arme 34' bilden diese auch eine stationäre, nach oben offene Kupplungsverriegelung oder eine Rückhaltevorrichtung in Form eines Steckschlüssels 32, der sich koaxial nach oben gegenüber einer Führungsbohrung 82 erstreckt,

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wodurch die Verriegelung 32 mit Schlüsselanlageflächen bzw. Schlüsselangriffeflächen 40 in Eingriff treten kann, die für ein Zusammenwirken entsprechend geformt sind, sich axial auf dem Umfang jeder Kupplungsbuchse 22 erstrecken und in allen Einzelheiten später beschrieben werden. Da die Kupplungsbuchse 22 nicht durch die Bohrung 82 paßt, kann die Zentriervorrichtung 34 dadurch außer Eingriff gebracht oder geöffnet werden, daß die Arme 34' seitlich nach außen gegenüber der Achse Z-Z beispielsweise dann geschwenkt werden, wenn eine Buchse 22 während der Bohrarbeiten durch die Zentriervorrichtung 34 laufen muß. Um die Arme 34' in ihrer Eingriffeposition selektiv zu fixieren, kann irgendeine geeignete manuell betätigte oder angetriebene Verschließvorrichtung wie beispielsweise ein Sperrhaken bzw. Schnappverschluß 33 vorgesehen sein.

Eine Kupplungeverriegelung oder eine Rückhaltevorrichtung 36, die in Gegenbohrrichtung angeordnet ist, (Fig. 1, 2 und 3) ist gegenüber dem Bohrantrieb 12 stationär und vorzugsweise angrenzend am in Bohrrichtung weisenden Ende des Bohrantriebs 12 befestigt und erstreckt sich koaxial von da aus in Bohrrichtung bzw. Vorschubrichtung. Die Kupplungsverriegelung 36 umfaßt ein langgestrecktes, ringförmiges Gehäuse 44, das starr aber lösbar angrenzend an das vordere Ende des Bohrantriebe 12 durch eine Vielzahl von Schraubbefestigungen 38 befestigt ist, die sich durch eine entsprechende Vielzahl von ausgerichteten Bohrungen erstrecken, die in den angrenzenden Flanschteilen 46, 48 des Motors 12 bzw. des Gehäuses 44 angeordnet sind. Koaxial in Bohrrichtung zum Antrieb 12 erstreckt sich die Schlagstange 20 innerhalb einer nach vorne offenen koaxialen Bohrung 50, die innerhalb des Gehäuses 44 ausgebildet ist und einen vorderen Endbereich 50* mit ausreichend großem Durchmesser besitzt, um darin axial eine Kupplungebuchse 22 für einen Gewindeeingriff mit der Schlagstange 20

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aufzunehmen. Das gegenüberliegende axiale Ende dieser Buchse 22 kann durch ein Gewinde mit dem oberen oder gegen die Bohrrichtung weisenden Ende eines Bohrstangenabschnitts 24* in Eingriff treten, um den Stangenabschnitt 24* an der Schlagstange 20 starr, aber lösbar zu befestigen. Ein vorderer Endteil 44' des Gehäuses 44, innerhalb dem ein Bohrungsbereich 50' festgelegt ist, besitzt Kupplungsverriegelungsvorrichtungen, die aus einem Paar identischer langgestreckter, im allgemeinen zylindrischer Kolbenelemente 54 bestehen, die innerhalb eines entsprechenden Paares paralleler, seitlich mit Abstand angeordneter und quer sich erstreckender Bohrungen 56 gemeinsam verschiebbar angeordnet sind, welche innerhalb des Gehäuseteils 44' (Fig. 3) benachbart diametral entgegengesetzter Seiten des Bohrungsbereiches 50' gebildet sind, so daß durch die Bohrung 50' und entsprechende Bohrungen 56 Zonen gegenseitiger Überschneidung 58 bestimmt sind. Die Axialenden jeder Bohrung 56 sind durch darin eingeschraubte und abgedichtete Einsätze 66 verschlossen, so daß angrenzend an die entsprechenden axialen Enden jedes Kolbens 54 Kammern festgelegt sind, und eine FIuidbetätigung der Kolben, wie sie weiter unten beschrieben wird, möglich ist.

Jeder Kolben 54 enthält eine axial und radial nach innen sich erstreckende Vertiefung 60, die zwischen den Axialenden des Kolbens angeordnet ist und im allgemeinen dem Querschnittsprofil des Bohrungsteils 50' innerhalb der Zonen 58 entspricht, so daß Jeder Kolben 54 bei seiner Anordnung in einer gegenüber seiner entsprechenden Bohrung 56 äußersten Axialposition völlig außerhalb des Bohrungsteils 50' liegt; damit ist die Kupplungsverriegelung 36 außer Eingriff mit einem Kupplungselement 22, das im Bohrungsteil 50' angeordnet ist. Jeder Kolben 54 besitzt weiterhin Sperrflächen 62, die sich angrenzend an die Vertiefung 60 axial erstrecken, um einen Eingriff mit den longitudinal eich erstreckenden Schlüsselangriffsflächen 40 auf der Kupplungsbuchse 22 herzustellen,

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wenn die Kolben 54 in ihre entgegengesetzte extreme Lage oder Einrückposition innerhalb der Bohrungen 56 bewegt werden, um die entsprechende Buchse 22 gegen eine Rückdrehung zu verriegeln (mit der Rückdrehung ist diejenige Drehrichtung der Schlagstange 20 gemeint, welche die Gewindeverbindung zwischen der Schlagstange und einem nicht drehenden Kupplungselement löst und in Pig. 3 als Gegenuhrzeigerdrehung angenommen wurde). Beim praktischen Betrieb müssen die Kupplungselemente 22 nicht notwendigerweise für einen Eingriff der Flächen 40 mit den Flächen 62 ausgerichtet sein; deshalb wird der Bohrantrieb langsam in die umgekehrte Richtung gedreht, während gleichzeitig die Kolben 54 in ihre Einrückpositionen gedrängt werden, um einen wirksamen Eingriff der Flächen 40 mit den Flächen 62 sicherzustellen, wenn eine geeignete Ausrichtung erreicht ist. Wenn die Kolben 54 so angeordnet sind, wie es für eine Verriegelungswirkung gezeigt wurde, kann sich das Kupplungsstück 22 noch in Bohrrichtung (im Uhrzeigersinn) drehen, während die Flächen 40 wiederholt ihren Eingriff mit den Flächen 62 dadurch lösen, daß sie mit einem abgeschrägten Endbereich 64 der Vertiefung 60 benachbart den Flächen 62 in Eingriff kommen, um die entsprechenden Kolben 54 ic Richtung der gezeigten Ausrückposition der Kolben zu drücken. Damit arbeitet, wie gezeigt wurde, die Verriegelung 36 so, daß Kupplungselemente 22 nur gegenüber der umgekehrten Bohrgeetangedrehung verriegelt werden. Natürlich kann die Verriegelung 36 auf einfache Weise auch so ausgebildet sein, daß sie Kupplungselemente 22 sowohl gegen eine Vorwärts- als auch gegen eine Rückwärtsdrehung dadurch verriegelt, daß beispielsweise durch Erweiterung der Flächen 62 oder durch Vertauschen der Positionen der Flächen 62 und des Bereiches 64 auf einem der Kolben 54 geeignete Abänderungen gemacht werden.

Um eine Fehlanpassung der Flächen 62 und der Vertiefung 60

mit dem Bohrungsbereich 50* und dem darin angeordneten Kupplungs-

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element 22 zu vermeiden, ist innerhalb des Körpers 44 ein entfernbarer Führungsstift 78 befestigt, der sich radial in jede Bohrung 56 hinein und in eine längs sich erstreckende Aussparung 80 erstreckt, die zwischen den Axialenden von jedem entsprechenden Kolben 54 gebildet ist, um die Kolben an einer Axialdrehung zu hindern.

Um eine Bewegung der Kolben 54 zwischen deren beschriebenen Einrück- und Ausrückpositionen zu bewirken, sind Fluidbetätigungsvorrichtungen vorgesehen, die vier Fluiddurchgänge 72 umfassen,welche sich innerhalb der äußeren Umfangewand des Gehäuses 44 erstrecken, wobei jeder Durchgang 72 mit seinem einen Ende mit der Außenseite des Gehäuses 44 über einen entsprechenden Einlaß 70 in Verbindung steht. Das entgegengesetzte Ende jedes entsprechenden Durchlasses 72 steht mit einem Axialende einer Bohrung 56 über vier entsprechende radial nach außen sich erstreckende Ringräume in Fluidverbindung, wobei jedes Ende jeder Bohrung 56 von einem Ringraum 74 umschlossen wird. Fluidführende Leitung 76, die mit den Einlassen 70 durch konventionelle Anpaßstücke geeignet verbunden sind und mit irgendeiner geeigneten Fluiddruckquelle und mit nicht gezeigten Ventilvorrichtungen außerhalb des Gehäuses 44 in Verbindung stehen, leiten das Fluid den Axialenden der Bohrungen 56 selektiv zu, um auf die Kolben 54- so einzuwirken, daß diese in die beschriebenen Einrück- bzw. Ausrückpositionen selektiv gedrückt werden. Natürlich ist es nicht notwendig, daß für das Zuführen von Fluid zu jedem Ende jeder Bohrung 56 ein separater Fluideinlaß 70 und eine separate Leitung 76 vorgesehen sind, da die Kolben 54 immerzu gemeinsam für einen gleichzeitigen Eingriff mit einem Kupplungselement 22 und einer gleichzeitigen Freigabe des Kupplungselements 22 bewegt werden sollen. Demgemäß kann auch ein einziges Paar von Fluideinlässen 70 verwendet werden, um das Antriebsfluid über irgendwelche geeignet ausgebildete Verbindungsdurch-

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führungen zu den entsprechenden Enden der beiden Bohrungen 56 zu richten und damit ein Antriebsfluid für das gemeinsame Betätigen der entsprechenden Kolben 54 bereitzustellen. Es können auch andere Kolbenbetätigungsvorrichtungen angewendet werden, wofür als Beispiel die Kombination aus einer einzigen Fluiddruckvorrichtung, die auf ein Ende jedes Kolbens 54 wirkt, und aus einem Rücksetzgestänge mit positiver Federvorspannung genannt wird, das auf das entgegengesetzte Ende des Kolbens wirkt, oder eine federbelastete elektromagnetische Vorrichtung angeführt werden kann.

Im praktischen Betrieb wird das Bohrgestänge 24 bei fortschreitender Bohrtätigkeit aus einzelnen Stangenabschnitten 24' aufgebaut, von denen eine jede eine Kupplungsbuchse 22 besitzt, die mit dem oberen Ende des Stangenabschnitts fest verschraubt ist, und die gemeinsam im folgenden als Stangenaufbauten 25 bezeichnet werden. Währenddessen wird der Bohrantrieb 12 auf konventi-onelle Weise betätigt und längs der Säule 14 vorwärts oder nach unten vorgeschoben, um ein Bohrloch mit einem zuvor aufgebauten Teil des Bohrgestänges 24 auf die volle Tiefe vorzutreiben, was durch Offnen der Zentriervorrichtung 34 ermöglicht wird. Der Antrieb 12 wird in ausreichendem Maße nach oben gehoben, so daß die Zentriervorrichtung 34 geschlossen werden kann, und wird dann abgesenkt, während das Bohrgestänge 24 langsam gedreht wird, um die Flächen 40 der zuoberst liegenden Kupplung 22 innerhalb der Verriegelung 32 auszurichten und sie in Eingriff zu bringen. Der Antrieb 12 wird dann in Gegendrehrichtung betätigt, um die Schlagstange 20 aus dem verriegelten Kupplungselement 22 zu lösen, und wird auf seine alleroberste Stellung zurückgezogen, damit der nächste Stangenaufbau 25, der vom Magazin 26 getragen wird, eingesetzt werden kann, während das Bohrgestänge weiterhin an der Zentriervorrichtung 34 im Bohrloch aufgehängt bleibt. Danach wird das Magazin 26 bewegt, um den nächsten Aufbau 25 mit der Achse Z-Z koaxial auszurichten und einen Eingriff des

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Kupplungselements 22 am Aufbau 25 mit der Schlagstange 20 dadurch zu bewirken, daß der Antrieb 12 nach unten geschoben und in Vorschubdrehrichtung gedreht wird. Der neue Aufbau 25 wird dann durch ein Nach-Oben-Ziehen des Antriebs 12 vom Magazinteil 28 abgehoben, um das Magazin 26 zu räumen, das daraufhin in seitlicher Richtung zur Seite bewegt wird. Der Aufbau 25 wird dann abgesenkt und in Vorschubrichtung gedreht, so daß er in eine Schraubverbindung mit dem obersten Kupplungselement 22 des zusammengesetzten Bohrgestänges 24, das innerhalb der Verriegelung 32 in Eingriff geblieben war, eingedreht wird. Eine fortgesetzte Vorschubdrehung des Motors 12 zieht alle Schraubverbindungen zwischen der Verriegelung 32 und der Schlagstange 20 fest, worauf die Zentriervorrichtung 3^ geöffnet wird, um auf konventionelle Weise eine fortgesetzte Bohrtätigkeit zu ermöglichen. Während der oben beschriebenen Prozedur für den Aufbau des Bohrgestänges führt der vordere trichterförmige Innenumfang 100 des Gehäuses 44 den neu dazugefügten Aufbau 25 in einen Eingriff mit der Schlagstange 20, um eine Schraubverbindung zwischen diesen Teilen herzustellen.

Wenn das Bohrgestänge 24 auseinandergenommen werden soll, werden alle Schraubverbindungen im Bohrgestänge 24 dadurch etwas gelöst, daß das Bohrgestänge auf irgendeine geeignete Weise wie beispielsweise durch Schlagstöße mit dem Schlaghammerkolben im Antrieb 12 gerüttelt wird, ohne daß eine Bohrgestängedrehung ausgeführt wird,und der von den Verbindungen gelöste Antrieb 12 nach oben zurückgezogen wird, um den obersten Aufbau 25 vom Bohrloch auf eine Position zu ziehen, bei der das zweite Kupplungselemente 22, das den ersten und den zweiten Bohrstangenabschnitt verbindet, über der Zentriervorrichtung 34 angeordnet ist. Dann wird ein Greifer 42 betätigt, der den Stangenbereich des obersten Aufbaus 25 entgegen dessen axiale Drehung einspannt, und der Antrieb 12 wird so betätigt, daß er eine Vorschubdrehung ausführt, um lediglich die Schraubverbindungen des obersten

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Kupplungselements 22 fest anzuziehen. Der Greifer 42 gibt dann die Bohrstange frei, und während die Zentriervorrichtung 34 geschlossen ist, wird der Antrieb 12 abgesenkt und langsam in Rückwärtsrichtung solange gedreht, wie es nötig ist, die Flächen 40 des nächst unteren (zweiten) Kupplungselements 22 innerhalb der Verriegelung 32 zu ergreifen. Sa alle Schraubverbindungen mit Ausnahme der des obersten Kupplungselements 22 gelockert sind, gibt eine weitere Rückwärtsdrehung den obersten Aufbau 25 vom Kupplungselement 22 frei, das in der Verriegelung 32 festgehalten wird, während der Rest des Bohrgestänges an der Zentriervorrichtung 34 im Bohrloch aufgehängt bleibt. Als nächstes wird der Antrieb 12 nach oben zurückgezogen, um den davon herabhängenden Aufbau 25 so zu heben, daß ein ausreichender Abstand für das Magazin 26 entsteht, das zur Aufnahme des unteren Endes angeordnet werden soll, und die Verriegelung 36 wird , wie es oben beschrieben wurde, so betätigt, daß sie die Flächen 40 des oberen Kupplungselements 22 während einer Rückwärtsdrehung des Antriebs 12 festhält. Auf diese Weise gibt die Schlagstange 20 das Kupplungselement 22 frei, und der Aufbau 25 fällt auf geringe Entfernung nach unten in den Magazinbereich 28, wenn das Kupplungselement 22 aus der Verriegelung 36 frei herausfällt. Daraufhin wird das Magazin 26 betätigt, um den Aufbau 25 an seinem oberen Ende festzuhalten und den Aufbau 25 in zur Achse X-Z seitlicher Richtung zu transportieren. Die Verriegelung 36 wird in ihre Freigabeposition zurückgebracht, und der Antrieb 12 wird abgesenkt und in Vorschubrichtung gedreht, falls es notwendig ist, die Schlagstange 20 mit dem obersten Kupplungselement 22 des Bohrgestänges 24, das in der Verriegelung 32 festgehalten wurde und in dieser Lage geblieben war, durch Verschrauben in Eingriff zu bringen. Die oben beschriebene Prozedur wird solange wiederholt, bis das Bohrgestänge völlig aus dem Bohrloch herausgezogen und zerlegt worden ist.

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Zur Erfüllung der erfindungsgemäßen Aufgabe können verschiedene Anordnungen von Schlüsselangriffsflächen am Eupplungselement 22 angewendet werden, obwohl die in Längsrichtung kontinuierlich verlaufenden« am Ende offen auslaufenden Flächen 40 von den Herstellungskosten her bevorzugt sind. Beispielsweise können sich longitudinal verlaufende Gruppen von unabhängigen Schlüsselflächen 40' von jedem Axialende der Kupplungselemente 22 aus so erstrecken, daß ein axial gesehen mittlerer Bereich 41 des Kupplungselements verbleibt, der, wie es in Fig. 5 zu sehen ist, überhaupt keine derartigen Flächen besitzt. Derartige unabhängige Flächen 40' können dabei je nach Bedarf in Umfangsrichtung ausgerichtet oder nicht ausgerichtet sein. Gleichermaßen können mehr als zwei Flächen bzw. Flachseiten oder andere einrückbare Oberflächenausbildungen zusammen mit passend abgeänderten Kupplungsverriegelungen verwendet werden. Bei allen derartigen alternativen Bauarten müssen jedoch die einrückbaren Oberflächenbereiche des Kupplungselements ein axiales Einrücken und Ausrücken mit jeder der Verriegelungen 32 oder 36 zulassen, so daß es möglich ist, entweder ein Kupplungselement 22 in vertikaler Richtung in eine Verriegelung 32 nach unten hinein zu setzen oder einen Aufbau 25 senkrecht nach unten unter Freigabe der Verriegelung 36 bei gleichzeitiger Freigabe von der Schlagstange 20 fallen zu lassen. Weiterhin muß die Axiallänge der einrückbaren Oberflächenbereiche an wenigstens einem Ende des umkehrbaren Kupplungselements ausreichend groß sein, damit ein Eingriff des Kupplungselements innerhalb der Verriegelung 36 für die volle Schraubstrecke der Schraubverbindung zwischen Kupplungselement 22 und Schlagstange 20 und zusätzlich für das ganze Ausmaß irgendeines axialen Spiels möglich ist, das zwischen der Verriegelung 36 und einem an der Schlagstange 20 angebrachten Kupplungselement auftreten kann. Beispielsweise kann die Schlagstange 20 gegenüber dem Antrieb 12 in gewissem Umfang ein Axialspiel besitzen, das bei der Bestimmung der erforderlichen Länge der Flächen 40 berücksichtigt werden muß.

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Durch die Erfindung wird damit eine Vorrichtung geschaffen, die zur Handhabung von Bohrstangenabschnitten beim Zusammensetzen und Auseinandernehmen eines langgestreckten Bohrgestänges dient, das von einer Vielzahl derartiger Stangenabschnitte aufgebaut wird, welche an ihren Enden durch neuartige Kupplungselemente miteinander befestigt sind. Verriegelungsvorrichtungen, die in longitudinaler Richtung mit Abstand angeordnet sind, und von denen eine vom Bohrantrieb getragen wird, können mit den neuartigen Kupplungsvorrichtungen in Eingriff treten, um das Zusammensetzen und Auseinandernehmen des Bohrgestänges zu erleichtern.

Insoweit sich die obige Beschreibung auf eine erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsform bezieht, sind verschiedene alternative oder abgeänderte Ausführungsformen denkbar: beispielsweise können die Aufbauten 25 alternativ dazu als einheitliche Elemente des Bohrgestänges ausgebildet oder insbesondere Stangenabschnitte sein, die entsprechende integral gebildete Außen- und Innengewindeanschlüsse wie konventionelle zusammensteckbare Rohrgestänge besitzen, wobei Schlüsselangriffsflächen axial benachbart derartiger Stecker- und Buchsenbereiche angeordnet sind, wo sie erforderlich sind; bei Bedarf kann die untere Verriegelung 32 von der Vorschubzentriervorrichtung 34 unabhängig sein, und neben dergleichen mehr kann die Ausgestaltung und Wirkungsweise des Magazins 26 in einem weiten Bereich variieren.

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Leerseite

Claims (34)

Patentansprüche

1. Verriegelungsvorrichtung, die dafür verwendet wird, ein Bohrstangenkupplungselement gegenüber Drehungen zu halten, das an einem langgestreckten Drehteil eines Bohrantriebs festgemacht ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Körperelement gegenüber dem Antrieb stationär angeordnet ist und sich benachbart zum festgemachten Kupplungselement erstreckt, und daß eine Rückhaltevorrichtung vom Körperelement getragen wird und selektiv so betätigbar ist, daß das festgemachte Kupplungselement gegen eine Azialdrehung in wenigstens einer Drehrichtung verriegelt ist.

DR. C. MANITZ · DIPL.-INC. M. FiNSTEKWALD • MÖNCHEN 33. ROBERT-KOCH-STRASSE I TEL. 10891 a> 43 II. TELEX OS-39673 PATMF

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DIPL.-INC. W. CRAMKOW 7 STUTTGART SO IBAD CANNSTATT) SEELBERCSTR. 33/SS. TEL· (0711)56 73 öl

ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7370 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77063-805

ORIGINAL INSPECTED

2. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die selektive Betätigung ein selektives Erfassen des festgemachten Kupplungselements durch die Bückhaltevorrichtung, wodurch das festgemachte Kupplungselement gegen eine Drehung in wenigstens einer Richtung verriegelt wird, und ein Freigeben des festgemachten Kupplungselements durch die Rückhaltevorrichtung darstellt, wodurch das festgemachte Kupplungselement für eine Drehung in wenigstens einer Richtung losgelassen wird.

3. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückhaltevorrichtung eine langgestreckte Vorrichtung ist, die sich in einer quer zur axialen Ausdehnung des Drehteils verlaufenden Richtung erstreckt, und daß das Erfassen und Freigeben durch Bewegung der langgestreckten Vorrichtung in deren Ein-rück- bzw. Ausrückpositionen in Querrichtung erfolgen.

4. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die langgestreckte Vorrichtung aus einem Paar langgestreckter Elemente besteht, die sich in Querrichtung zur axialen Ausdehnung des Drehteils erstrecken, und daß das Erfassen und Freigeben durch Bewegung der Elemente in deren Eindruck- bzw. Ausrückpositionen in Querrichtung erfolgen.

5- Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die langgestreckten Elemente langgestreckte Kolbenteile sind, welche durch Fluidmittel bzw. Treibmittel in Querrichtung verschiebbar sind.

6. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Körp-erelement ein ringförmiger, vom Antrieb getragener Körper ist, der den Drehteil und das festgemachte Kupplungselement koaxial

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7. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Hiickhaltevorrichtung selektiv betätigbar ist, um das festgemachte Kupplungselement gegen eine Axialdrehung in nur einer Drehrichtung zu verriegeln.

8. Bohrgerät, dadurch gekennzeichnet , daß ein Bohrantrieb einen langgestreckten Drehteil aufweist, der so ausgebildet ist, daß daran eine Bohrstangenkupplung festgemacht werden kann, daß ein Antriebsteil sich benachbart zum Drehteil erstreckt, und daß Rückhaltevorrichtungen vom Antriebsteil getragen werden und selektiv betätigbar sind, um das festgemachte Kupplungselement gegen Axialdrehung in wenigstens einer Drehrichtung zu verriegeln.

9· Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die selektive Betätigung ein selektives Erfassen der festgemachten Kupplung durch die Hiickhaltevorrichtung zur Verriegelung des Kupplungselements gegen Drehung in wenigstens einer Richtung und ein Freigeben des festgemachten Kupplungeelements durch die Hiickhaltevorrichtung darstellt, um das festgemachte Kupplungselement zur Drehung wenigstens in einer Richtung loszulassen.

10. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückhaltevorrichtung eine langgestreckte Vorrichtung ist, die sich in Querrichtung zur axialen Ausdehnung des Drehteils erstreckt, und daß das Erfassen und Freigeben durch Bewegung der langgestreckten Vorrichtung in deren Einrück- bzw. Ausrückpositionen in Querrichtung erfolgen.

11. Bohrgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die langgestreckte Vorrichtung ein Paar langgestreckter Element ist, die sich in Quer-

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richtung zur axialen Ausdehnung des Drehteils erstrecken, und daß das Erfassen und das Freigeben durch Bewegung der Elemente in deren Einrück- bzw. Ausrückpositionen in Querrichtung erfolgen.

12. Bohrgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die langgestreckte Vorrichtung langgestreckte, durch ein Pluidmittel in Querrichtung verschiebbare Kolbenteile sind.

13. Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Antriebsteil den Drehteil und das festgemachte Kupplungselement koaxial umgibt.

14. Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückhaltevorrichtung selektiv betätigbar ist, um das festgemachte Kupplungsstück gegen axiale Drehung in nur einer Drehrichtung zu verriegeln.

15. Bohrgerät mit einer langgestreckten Bohrstützsäule, dadurch gekennzeichnet , daß ein Bohrantrieb so ausgebildet ist, daß ein langgestrecktes Bohrgestänge daran festgemacht werden kann, und in bezug auf die Säule in Längsrichtung verschiebbar ist, um das Bohrgestänge in dessen Axialrichtung vorzutreiben, daß ein Paar von Verriegelungsvorrichtungen betätigbar ist, um erste, axial mit Abstand angeordnete Abschnitte des Bohrgestänges zu erfassen und damit diese ersten Abschnitte gegen Axialdrehung zu sichern bzw. festzuhalten, während eine der Verriegelungsvorrichtungen gegenüber dem Antrieb in axialer Richtung stationär und die andere der Verriegelungsvorrichtungen gegenüber dem Antrieb in axialer Richtung verschiebbar ist.

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16. Bohrgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Greifvorrichtungen bzw. Einspannvorrichtungen vorgesehen sind, um andere Abschnitte des Bohrgestänges, die axial gesehen zwischen benachbarten Abschnitten der ersten Abschnitte liegen, zu erfassen und dadurch diese anderen Abschnitte gegen Axialdrehung zu sichern.

17. Bohrgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die andere Verriegelungsvorrichtung gegenüber der Säule axial stationär ist.

18. Bohrgerät nach Anspruch 17, dadurch g ek e η η zeichnet , daß die eine Verriegelungsvorrichtung gemeinsam mit dem Antrieb axial gegenüber der Säule verschiebbar ist.

19* Bohrgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Verriegelungsvorrichtung durch den Antrieb getragen wird und so betätigbar ist, daß derjenige erste Abschnitt, der am Antrieb festgemacht ist, erfaßt werden kann.

20. Kupplungselement, das geeignet ist, langgestreckte Bohrstangenabschnitte an ihren Enden durch eine kraftschlüssige Verbindung aneinander anzuschließen, um damit ein langgestrecktes Bohrgestänge zu bilden, dadurch gekennzeichnet , daß ein langgestreckter Körper einen axial sich erstreckenden inneren Umfangsbereich besitzt, der so gestaltet ist, daß zusammenwirkbar gebildete Endbereiche der Bohrstangenabschnitte darin festgemacht werden können, und einen äußeren Umfangsbereich besitzt, der aufgrund seiner Gestaltung von einem Werkzeug bzw. von einer Einspannvorrichtung erfaßt werden kann, eich in axialer Hichtung wenigstens von einem Axialende des Korpers aus zu einem mittleren Bereich des Körpers hin erstreckt und durch das Werkzeug wirksam so er-

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griffen werden kann, daß das eingreifende Werkzeug zwischen den axialen Enden des äußeren Umfangsbereichs in axialer Sichtung zum äußeren Umfangsbereich verschoben werden kann, während der wirksame Eingriff dabei kontinuierlich bestehen bleibt, und in axialer Sichtung aus jeder wirksamen Eingriffsstellung heraus an dem einen Axialende vorbeibewegt werden kann, um das Werkzeug vom äußeren umfangsbereich zu lösen.

21. Kupplungselement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der innere ausgestaltete Umfangsbereich mit einem Gewinde versehen ist.

22. Kupplungselement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Umfangsbereich sich in axialer Richtung von beiden Enden des Körpers zu entsprechenden Zwischenbereichen des Körpers erstreckt.

23· Kupplungselement nach Anspruch 20, dadurch g e ke η η zeichnet , daß der äußere Umfangsbereich kontinuierlich zwischen den axialen Enden des Körpers verläuft.

24. Kupplungselement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper im allgemeinen zylindrisch ist, und daß der äußere Umfangsbereich aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung mit Abstand angeordneter, axial sich erstreckender Flächen bzw. Schlüsselangriffsflächen besteht.

25. Kupplungselement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß der wirksame Eingriff des Werkzeugs mit dem äußeren Umfangsbereich dazu dient, das Kupplungselement gegen axiale Drehung in bezug auf das Werkzeug festzuhalten.

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26. Verfahren, das geeignet ist, nacheinander einzelne der Bohrstangenabschnitte vom Bohrgestänge in einer Bohranlage zu entfernen, mit einem Bohrer, der gegenüber einem Bohrstangenmagazin axial bewegbar ist, und einem langgestreckten Bohrgestänge, das am Drehteil des Bohrers durch erste Drehkupplungselemente festgemacht ist und sich aus einer Vielzahl von langgestreckten Bohrstangenabschnitten von ungleichformiger Länge zusammensetzt, wobei die Bohrstangenabschnitte an ihren Enden durch zweite Drehkupplungselemente miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß alle Verbindungen der ersten und zweiten Drehkupplungselemente mit Bohrer und Bohrstangenabschnitten gelöst bzw. gelockert werden, daß als erste Axialdrehung eine Drehung des Drehteils gegenüber dem ersten Bohrstangenabschnitt erfolgt, das zum Drehteil benachbart liegt, um ausschließlich die Verbindungen des ersten Kupplungselements mit dem ersten Bohrstangenabschnitt und dem Drehteil fest anzuziehen, daß als zweite Axialdrehung eine Drehung des Drehteils und des ersten Bohrstangenabschnitts gegenüber dem einen der zweiten Eupplungselemente erfolgt, welche den ersten Bohrstangenabschnitt mit dem nächst benachbarten Bohrstangenabschnitt fest verbindet,um so den ersten Bohrstangenabschnitt von dem einen der zweiten Eupplungselemente zu lösen, daß daraufhin der Bohrer gegenüber dem Bohrstangenmagazin axial angeordnet wird, um eine Ablagestelle für den ersten Bohrstangenabschnitt im Bohrstangenmagazin aufzufinden, daß als dritte Axialdrehung eine Drehung des Drehteils gegenüber dem ersten Kupplungselement erfolgt, um das erste Kupplungselement und den ersten Bohrstangenabschnitt vom Drehteil zu losen und den ersten Bohrstangenabschnitt im Magazin abzusetzen, daß daraufhin der Drehteil mit dem einen der zweiten Eupplungselemente verbunden wird, und daß das Lösen, die erste Axialdrehung, die zweite Axialdrehung, die selektive Anordnung, die dritte Axialdrehung und das Verbinden wiederholt werden, um den nächst benachbarten Bohrstangenabschnitt vom Bohrgestänge zu entfernen.

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27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Lockern aller Verbindungen des ersten und zweiten Kupplungselements mit dem Bohrer und den Bohrstangenabschnitten gleichzeitig erfolgt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß das Lockern durch mechanisches Rütteln des Bohrgestänges erfolgt.

29. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich vor der Ausführung der zweiten Axialdrehung der nächst benachbarte Drehstangenabschnitt abgestützt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß die erste, zweite und dritte Axialdrehung durch Betätigen des Drehteils erfolgt.

31. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet , daß das Lockern durch Betätigen des Bohrers erfolgt.

32. Bohrgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Antriebsteil zusätzlich eine Führungsvorrichtung besitzt, so daß das Kupplungselement in einen Eingriff mit dem Drehteil geführt und das Befestigen des Kupplungselemente mit dem Drehteil erleichtert wird.

33« Bohrgerät nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet , daß die Führungsvorrichtung eine Vorrichtung zur axialen Aufnahme des Kupplungselements enthält, damit das Kupplungselement mit dem Drehteil bei einer Bewegung des Kupplungselements in axialer Richtung in die Nähe des Drehteile koaxial ausgerichtet wird.

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34. Bohrgerät nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet , daß die Führungsvorrichtung eine Vorrichtung mit im allgemeinen konischer Oberfläche besitzt, die im allgemeinen gegenüber dem Drehteil koaxial angeordnet ist.

35· Bohrgerät nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet , daß der Antriebsteil einen ringförmigen Teil hat, der den Drehteil umgibt, und daß die Vorrichtung mit konischer Oberfläche ein innerer konischer IMfangsoberflächenbereich des ringförmigen Teils ist.

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