DE2748958A1

DE2748958A1 - Vorrichtung zum axialen bewegen eines an der bohrlochwand koaxial abzustuetzenden leitungsabschnittes o.dgl. innerhalb eines bohrloches

Info

Publication number: DE2748958A1
Application number: DE19772748958
Authority: DE
Inventors: Sven Halvor Johansson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-05
Filing date: 1977-11-02
Publication date: 1978-05-11
Also published as: GB1580469A; FR2370163B1; FI773264A; DK490677A; PL201923A1; DD132365A5; AU3036077A; NO773798L; US4141414A; SE7612372L; AU511184B2; PL109499B1; ATA787277A; CA1078369A; NL7712128A; BE860482A; AT358507B; SE414805B; FR2370163A1; JPS5386601A

Description

Dipl.lng.HamW.Scb5ning Sven Halvor Johansson Enelund, Vardsberg S-585 90 Linköping Schweden Anwaltsakte: $?&f /659

Vorrichtung zum axialen Bewegen eines an der Bohrlochwand koaxial abzustutzenden Leitungsabschnittes oder dergl. innerhalb eines Bohrloches.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum axialen Bewegen eines an der Bohrlochwand koaxial abzustützenden Leitungsabschnittes oder derg. innerhalb eines Bohrloches.

Kurzfassung

Ein Leitungsabschnitt oder eine sonstige Last, die in axialer Ausrichtung entlang eines Bohrloches zu bewegen ist, weist zwei hin- und hergehende Stellglieder und zwei Gruppen von Greifern auf. Jedes der Stellglieder wirkt in axialer Richtung zwischen der Last und einer Gruppe von Greifern, um die letzteren gegenüber der Lastin beliebig gewählter Axialrichtung über einen vorgegebenen Hub zu bewegen. Von einem endlosen Seil mit axial ausgerichteten geraden Seilabschnitten ist jeweils ein Seilabschnitt nit einem der Stellglieder verbunden, um diese simultan in entgegengesetzten axialen Richtungen zu bewegen. Die Greifer sind so ausgebildet, daß sie die Bohrlochwand bei größer werdenden axialen Belastungen mit einer größer werdenden radial nach außen wirkenden Kraft gegen die Bohrlochwand drücker. Am Ende eines jeden Stellgliedhubes kommen die Greifer an Anschlägen einer Richtungssteuerung zurAnlage, wodurch die in die Bohrlochwand eingreifenden Greifer außer Eingriff gebracht und die außer Eingriff stehenden Greifer gegen die Bohrlochwand gedrückt werden. Die Widerlager sind in zwei Gruppen vorgesehen,

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von denen die eine G_ruppe für das koordinierte Eingreifen und Lösen der Greifer beim Tansport der Last in der einen Axialrichtung und die andere Gruppe für die Bewegung in entgegengesetzter Richtung sorgt. Das Schalten der Richtungssteuerung in die eine oder andere Grenzstellung bringt die eine oder die andere Gruppe von Anschlägen zum Einsatz.

Die Erfindung dient zum Bohren von sehr tiefen Bohrlöchern und insbesondere zum Abstützen einer sich über die Länge des Bohrloches erstreckenden Leitung oder Achse durch eine Reaktion an der Bohrlochwand und ferner zum Auf- und Abbewegen eines Bohrkopfes, der am unteren Ende der Leitung vorgesehen ist.

Zum Bohren eines sehr tiefen Bohrloches in die Erde muß der am Grunde des Bohrloches arbeitende Bohrkopf mit der Erdoberfläche über eine Leitung verbunden sein, die sich entlang des Bohrloches erstreckt. Bei vorbekannten Vorrichtungen zum Tiefbohren besteht der Bohrkopf aus einem Druckmittelmotor, der unmittelbar mit Bohrmeißeln gekoppelt ist, um die letzteren anzutreiben. Die in das Bohrloch hineinführende Leitung bringt dar Druckmittel zum Motor. Das vom Motor zurückgeführte Druckmittel wird innerhalb des Bohrloches außerhalb der Leitung nach oben zurückgeleitet und nimmt dabei auch die vom Bohrkopf gelösten Gesteinsteile nach oben. Bei früheren Bohrvorrichtungen wurde die Leitung an der Erdoberfläche abgestützt und ragte dann hängend in das Bohrloch hinein. Aus diesem Grunde war die Bohrtiefe auf etwas weniger als die sogenannte Zerreißlänge der Leitung beschränkt. Wenn die Leitungslänge eine gewiße Grenze überschritt, die im allgemeinen etwas unterhalb von 6.000 Meter lag, wurde das Gewicht der Leitung so groß, daß die Zugfestigkeit der Leitung überschritten wurde und man mit einem Bruch der Leitung rechnen

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mußte. Somit war die maximale Tiefe, bis auf die man ein Bohrloch bohren konnte, bisher Heiner als 6.000 Meter.

Vorrichtungen zum Herstellen von Bohrlöchern mit einer Tiefe von erheblich mehr als 6.000 Meter würden es ermöglichen, auch in nicht-vulkanischen Gegenden geothermische Energie auszunutzen. Man kann davon ausgehen, daß der Temperaturanstieg in primären Felsformationen etwa 30° C/km beträgt. In einem bis auf etwa 10.000 Meter tief gebohrten Bohrloch läßt sich Wasser oder ein anderes Wärmeaustauschmedium in einem in das Bohrloch abgesenkten geschlossenen System in Umlauf setzen, um die in der Felsformation vorhandene Wärmeenergie aufzunehmen und zur Oberfläche zu befördern, wo man dann diese Wärmeenergie ausnutzen kann. Die Möglichkeit, auf so große Tiefen zu bohren, hat daher einen erheblichen Wert für die Schaffung einer unerschöpflichen Energiequelle.

Die am gleichen Tage vom gleichen Anmelder eingereichte Patentanmeldung mit der schwedischen Priorität vom 5. November 1976 aus der schwedischen Patentanmeldung 76 12372-8 betrifft eine Vorrichtung, die es möglich macht, extrem tiefe Bohrlöcher zu erzeugen. Bei einer solchen Vorrichtung befindet sich im oberen Abschnitt des zu vertiefenden Bohrloches eine luftdichte Auskleidung, die durch die porösen und mit Rissen versehen Felsformationen und auch noch etwas tiefer durch komprimiertes luftdichtes Felsgestein hindurchfuhrt, wobei in dem obersten Abschnitt des Bohrloches eine Luftschleuse vorgesehen ist. Über die gesamte Länge des Bohrloches erstreckt sich eine aus Abschnitten zusammengesetzte Steigleitung, die abschnittsweise leicht verbindbar und zerlegbar ist. Das obere Ende der Steigleitung, welches durch die Luftschleuse hindurchragt, mündet in die Atmosphäre. Der Bohrlochteil unterhalb der Luftschleuse außerhalb der Steigleitung wird unter Druck gesetzt, so daß ein Druckluftmotor, mit dem die Meißel des Bohrkopfes angetrieben

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werden, seine Luftzufuhr aus dem Bohrloch außerhalb der Steigleitung empfangen kann, während die Abluft des Druckluftmotors in das Innere der Steigleitung abgegeben wird.

Anstelle der hängenden Befestigung an der Erdoberfläche wird gemäß der vorerwähnten Anmeldung die Steigleitung mit Stütz- und Stellvorrichtungen gehalten, die an einzelnen Steigleitungsabschnitten in regelmäßigen Abständen über deren Länge verteilt sind und Greifer haben, die mit Reibungskraft die Bohrlochwand beaufschlagen. Der Bohrkopf ist mit einer Teleskopverbindung am unteren Ende der Steigleitung angeschlossen, so daß das Bohrloch durch eine Relativbewegung des Bohrkopfes vertieft werden kann, während die Steigleitung unbewegt bleibt. Wenn der Bohrkopf den maximalen Hub der Teleskopverbindung tiefer gebohrt hat, muß die Steigleitung ausreichend weit abgesenkt werden, um die Teleskopverbindung wieder zusammenzuschieben, damit der Bohrvorgang fortschreiten kann. Es ist aber auch notwendig, den Bohrkopf von Zeit zu Zeit zur Erdoberfläche heraufzubringen, um verschlissene Bohrmeißel gegen angeschärfte zu ersetzen. Zu diesem Zweck muß die Steigleitung sowohl angehoben als auch abgesenkt werden, um den an der Teleskopverbindung hängenden Bohrkopf im Bohrloch auf und ab zu bewegen.

Bisher gab es keine befriedigend arbeitende Vorrichtung, mit der man eine vertikale Leitung an der Wand eines Bohrloches halten und die Leitung nach Wunsch im Bohrloch nach oben oder unten bewegen kann.

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Die US-Patentschrift 2 946 578 offenbart eine Vorrichtung mit koaxialen vorderen und hinteren Abschnitten, wobei der vordere Abschnitt einen Bohrkopf und der hintere Abschnitt eine Gruppe von aufblasbaren axial hintereinander liegenden Kissen enthielt. Die Kissen einer jeden Kissengruppe waren ringsum die Vorrichtung derart angeordnet, daß die Kissen im aufgeblasenen Zustand mit Reibungskraft an der Bohrlochwandung zur Anlage kommen, während sie im belüfteten Zustand die Bohrlochwandung nicht beaufschlagten. Die entsprechenden Kissengruppen wurden an Teilen der Vorrichtung befestigt, die axial relativ zueinander bewegbar waren. Während eine erste Kissengruppe aufgeblasen war, wurde der die benachbarte zweite Gruppe von belüfteten Kissen tragende Vorrichtungsteil in axialer Richtung zur aufgeblasenen Kissengruppe hin oder von ihr fort bewegt. Nun konnte die zweite Kissengruppe aufgeblasen werden, um anschließend die erste Kissengruppe zu belüften und in axialer Richtung in der gleichen Richtung gegenüber der zwiten Kissengruppe zu bewegen. Auf diese Weise konnte die Vorrichtung sich selbst in einer beliebigen Richtung in einem Bohrloch auf- und abbewegen oder auch in einer festen Lage gehalten werden.

In einem unter Druck stehenden Bohrloch bereitet das Aufblasen der Kissen ein erhebliches Problem. Des-weiteren ist eine solche Vorrichtung nicht für den Gebrauch in vertikalen Bohrlöchern geeignet, da der Reibungsangriff zwischen den Kissenoberflächen und der Bohrlochwand nicht fest genug ist, um erhebliche Gewichte abzustützen.

Die USA-Patentschrift 3 185 225 offenbart eine Vorrichtung zum Vorschieben eines Bohrkopfes in Bohrrichtung. Diese Vorrichtung besteht aus zwei Gruppen von Ankern, die nacheinander derart bewegbar sind, daß die eine Ankergruppe die Bohr-

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lochwand beaufschlagt und die andere Ankergruppe sich radial von der Bohrlochwand löst, um dann in axialer Richtung einen kurzen Weg in Bohrrichtung vorbewegt zu werden. Jede Ankeranordnung enthält eine Mehrzahl von langgestreckten Armen, die sich in Längsrichtung des Bohrloches erstrecken und die Bohrlochwand mit Abstand in Umfangsrichtung beaufschlagen. Da sich die Vorrichtung gemäß US-Patentschrift 3 185 225 im Bohrloch nur in Bohrvorschubrichtung bewegen läßt, mußte sie aus dem Bohrloch mit Hilfe eines Seiles oder eines Kabels herausgezogen werden, das man von der Erdoberfläche herunterführte . Demzufolge konnte eine solche Anordnung nicht für das Bohren von sehr tiefen Bohrlöchern eingesetzt werden. Desweiteren war der Eingriff der Arme an der Wand eines vertikalen Bohrloches nicht fest genug, um erhebliche Lasten abzustützen.

Die USA-Patentschrift 3 827 512 offenbart eine andere Vorrichtung zum Vorschieben eines Bohrkopfes in Bohrrichtung. Diese Vorrichtung verwendet zwei Gruppen von klauenartigen Ankern. Wenn die Anker der einen Gruppe die Bohrlochwand beaufschlagen, war die andere Gruppe von Ankern in radialer Richtung gegenüber der Bohrlochwand zurückgezogen und konnte dann in Bohrrichtung gegenüber der im Eingriff befindlichen Klauengruppe vorgeschoben werden. Jeder der Anker war so ausgebildet und angeordnet, daß beim Angriff an der Bohrlochwand die axiale Reaktionskraft des Bohrervorschubes in eine radial nach außen gerichtete Kraft an dem klauenartigen Anker umgesetzt wird, so daß der Anker bei steigenden Vorschubkräften tiefer in die Bohrlochwand hineingedrückt wird. Während die eine Ankergruppe den Bohrkopf vorschob, tendierte die andere Ankergruppe aufgrund der axialen Kraft in Bohrervorschubrichtung zu einem Lösen von der Bohrlochwe»

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Daher konnten die Anker die Bohrvorrichtung wirksam nur in Vorschubrichtung bewegen. In der genannten Patentschrift ist auch vorgeschlagen, die Vorrichtung mit einem zweiten eingebauten Antrieb aus einem horizontalen Bohrloch herauszuziehen. Dieser zweite Antrieb enthält zwei weitere Ankergruppen, die Rücken an Rücken neben der ersten Ankergruppe vorgesehen sind. Diese Rücken-an-Rücken-Anordnung kann aber in einem vertikalen Bohrloch nicht arbeiten, da die Schwerkraft eine ständig nach unten gerichtete Kraft an allen in die Bohrlochwand eingreifenden und das Absinken der Vorrichtung im Bohrloch verhindernden Ankergruppen ausübt. Nachdem einmal diese Anker im Eingriff sind, gibt es keine Möglichkeit, die Anker zurückzuziehen, um das Bohrgestänge abwärts zu bewegen.

Die vorliegende Erfindung öst das vorstehend geschilderte Problem durch Schaffung einer Vorrichtung, mit der sich eine entlang eines tiefen vertikalen Bohrloches erstreckende Steigleitung durch Reaktion an der Bohrlochwand abstützen und auch in dem Bohrloch sowohl nach oben als auch nach unten bewegen läßt. Eine solche Vorrichtung läßt sich fernsteuern und durch in das Bohrloch eingebrachte Druckluft antreiben, die einen erheblich höheren Druck hat als die in der mit der Vorrichtung verbundenen Steigleitung enthaltene Luft, so daß man die Vorrichtung ohne eine zusätzliche Leitung oder einen Schlauch verwenden kann, die in das Bohrloch hineinführt. Auch offenbart die vorliegende Erfindung Greifer oder klauenförmige Anker für eine solche Vorrichtung, die mit größer werdender, nach unten gerichteter Kraft stärker in die Bohrlochwand eingreifen und sich trotzdem schnell und automatisch von der Bohrlochwand lösen können,

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um das Bohrgestänge gesteuert abwärts zu bewegen. Durch die Erfindung ist eine Tiefbohrvorrichtung herstellbar, mit der extrem tiefe Bohrlöcher in die Erde gebohrt werden können, um tief unter der Erdoberfläche vorhandene geothermische Energiemengen oder sonstige wertvolle Vorkommen nutzbar zu machen.

Kernpunkt der Erfindung sind an einer Mehrzahl von Lei tungsabschnitten vorgesehene Vorrichtungen, deren Greifer in die Bohrlochwand haltend eingreifen und mit fernsteuerbaren pneumatischen Antrieben versehen sind, wobei der Drucklufteinlaß im Bohrloch außerhalb der Rohrleitungsabschnitte und der Druckluftauslaß im Inneren der Rohrleitungsabschnitte vorgesehen sind und die pneumatischen Antriebe der Greifer so arbeiten, daß die letzteren in Abhängigkeit von empfangenen Steuersignalen den Leitungsabschnitt an einer Bewegung im Bohrloch hindern oder aufwärts oder abwärts bewegen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der vorgenannten Art ist mit einem einfachen System von Schall- oder Funksignalen steuerbar, um die Vorrichtung selektiv in ihrer Lage im Bohrloch zu halten oder die Rohrleitungsabschnitte innerhalb des Bohrlo dies nach oben oder nach unten zu bewegen.

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Insbesondere offenbart die Erfindung eine Leitungsabstützvorrichtung mit zwei Gruppen von Greifern oder Ankern, die sich in die Bohrlochwand eingreifend vorschieben oder von der Bohrlochwand zurückziehen lassen. Hierbei sind die Greifer so ausgebildet und angeordnet, daß deren beim Angriff an der Bohrlochwand radial nach außen gerichtete Haltekreft unter dem Einfluß der Schwerkraft vergrößert wird. Eine Greifergruppe ist stets mit der Bohrlochwand im Eingriff_f während die andere Greifergruppe axial in der einen oder anderen Richtung entlang der Bohrlochwand bewegt wird. Einfache aber wirkungsvolle Mittel sorgen für ein automatisches Lösen einer jeden Gruppe von Greifern von der Bohrlochwand, nachdem die andere Greifergruppe die Oberfläche der Bohrlochwand beaufschlagt hat, so daß dann die gelöste Gruppe von Greifern axial in beliebiger Richtung gegenüber der neu in Eingriff befindlichen Gruppe bewegt werden kann.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Antrieb für die Greifer besteht aus zwei hin und her gehenden Stellgliedern, die jewels eine Gruppe von Greifern gegenüber der abgestutzten Laßt bewegen. Jedes der Stellglieder ist mit einer Mehrzahl von doppelt wirkenden pneumatischen Kolbenzylinder-Motoren versehen. Besonders einfache Schaltungstelle sorgen dafür, daß die verschiedenen Kolbenzylinder-Motoren der hin und her beweglichen Stellglieder stets gemeinsam in entgegengesetzten Richtungen über vorbestimmte Hübe arbeiten, und daß die entsprechenden Hübe im wesentlichen gleichzeitig beginnen und enden.

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Eine gemäß der Erfindung vorgesehene Richtungssteuerung, die zwischen festgelegten Grenzen quer zur Stellglied-Antriebsbewegung hin und her beweglich ist, enthält zwei Gruppen von Anschlägen, die von den Greifern am Ende der Stellgliedhübe so beaufschlagt werden, so daß die von der Bohrlochwand gelösten Greifer mit der Bohrlochwand in Eingriff gebracht werden, während die im Eingriff stehenden Greifer mit Kraft von der Bohrlochwand gelöst werden. Eine der zwei Gruppen von Anschlägen ist so angeordnet, daß sie von den Greifern beaufschlagt wird, wenn die Richtungssteuerung in der einen Endstellung steht, in der das Eingreifen und Lösen der Greifer für den Transport der Last in der einen Längsrichtung des Bohrloches koordiniert ist. Die andere Gruppe von Anschlägen ist so angeordnet, daß sie von den Greifern beaufschlagt wird, wenn die Richtungssteuerung in der anderen Endstellung steht. Auch hierdurch wird das Eingreifen und Lösen der Greifer koordiniert, wenn die Bewegung innerhalb des Bohrloches in entgegengesetzter Richtung erfolgt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tiefbohrvorrichtung Taeispielswelse veranschaulicht ist.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen unteren Teil eines weiter zu vertiefenden Tiefbohrloches mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

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Fig. 2a - 2b ist eine teils in Seitenansicht gesehene und teils entlang der Schnittlinie II - II der Fig. 1 geschnittene Ansicht in vergrößertem Maßstäbe, wobei Jedoch in der linken Hälfte dieser Fig. 2a der Zustand dargestellt ist, bei dem eine erste Stufe der Abwärtsbewegung gezeigt ist, während in der rechten Hälfte der Fig. 2b der Zustand dargestellt ist, bei dem eine erste Stufe der Aufwärtsbewegung durchgeführt wird,

Flg. 2c - 2d ist eine in wesentlichen der Fig. 2a - 2b ähnliche Darstellung, bei der die Vorrichtung in der linken Hälfte (Fig. 2c) in einem Zustand steht, bei dem eine zweite Stufe der Abwärtsbewegung erfolgt, während in der rechten Hälfte (Fig. 2d) der Zustand für eine zweite Stufe der Aufwärtsbewegung dargestellt ist,

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie III -III der Fig. 1,

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seltenansicht gemäß der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 eine geso^hnittene Teilansicht gemäß der Schnittlinie V - V der Flg. 3,

Fig. 6 eine geschnittene Teilansicht gemäß der Schnittlinie VI - VI der Fig. 5,

Fig. 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht gemäß der Schnittlinie VII - VII der Fig. 3,

Fig. 8 eine Seltenansicht eines Greiferelementes gegenüber einer vom Greiferelement beaufschlagten Bohrlochwand,

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Fig. 9 und 10 Querschnitte gemäß den Schnittlinien IX - IX und X - X der Fig. 2a - 2b,

Fig. 11 eine Seitenansicht des Vorrichtungsteiles,

mit dem die Bewegungsrichtung entlang des Bohrloches gesteuert wird,

Fig. 12 und 13 Querschnitte gemüß den Schnittlinien XII - XII und XIII - XIII der Fig. 11 und

Fig. 14 ein vergrößerter Längsschnitt durch einen

der nachgiebigen Anschlagstifte der Vorrichtung gemäß der Schnittlinie XIV - XIV der Fig. 8.

Von den Zeichnungen sei zunächst die Fig. 1 erläutert. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Teil des Bohrloches, welches in eine luftdichte primäre Felsformation eingetrieben wurde. Dieses Bohrloch soll mit einem Bohrkopf vertieft werden, welcher nicht dargestellt ist und auf einem Niveau arbeitet, das unterhalb der unteren Grenze der Fig. 1 liegt. Einzelheiten eines solchen Bohrkopfes zur Vertiefung des Bohrloches sind in der Fig. 1 nicht dargestellt, da sie keinen unmittelbaren Bezug auf die vorliegende Erfindung haben und darüberhinaus in der am gleichen Tage eingereichten Anmeldung des Anmelders beschrieben wurden. Einzelheiten dieser Anmeldung sind bereits in der Beschreibungseinleitung angegeben. Auf diese Parallelanmeldung wird bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen.

Über die volle Höhe des Bohrloches erstreckt sich eine Steigleitung 4, die am unteren Ende über eine Teleskopverbindung mit dem Bohrkopf verbunden ist. Die Teleskopverbindung gibt die Möglichkeit, den Bohrkopf innerhalb fester Grenzen auf und ab zu bewegen. Der nicht dargestellte obere Abschnitt des Bohrloches ist mit einer luftdichten Auskleidung und einer Luftschleuse versehen, so daß man den dargestellten Abschnitt

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des Bohrloches 1 mit Ausnahme des Inneren der Steigleitung 4 mittels einer auf der Erdoberfläche angeordneten Druckluftquelle unter Druck setzen kann. Die Steigleitung 4 ragt mit ihrem oberen Ende durch die Luftschleuse hindurch und ist zur Atmosphäre geöffnet. Durch die vorerwähnte Anordnung kann der mit einem Druckluftmotor versehene Bohrkopf mit den Bohrmeißeln dadurch in Betrieb genommen werden, daß man am Druckluftmotor eine Lufteinlaßleitung vorsieht, die außerhalb der Steigleitung 4 in das Bohrloch einmündet. Eine zugehörige Luftauslaßleitung steht dann mit dem Inneren der Steigleitung in Verbindung. Da das Innere der Steigleitung 4 eine Unterdruckquelle gegenüber der Druckluft im Bohrloch darstellt, lassen sich die vom Bohrkopf gelösten Gesteinsteile in die Steigleitung 4 hineinsaugen und an der Erdoberfläche zusammen mit der Abluft des pneumatischen Bohrkopfmotors herausblasen.

Die Steigleitung 4 besteht aus einzelnen miteinander verbundenen Leitungsabschnitten, von denen eine größere Anzahl identische glatte Rohrabschnitte 4a sind. In regelmäßigen Abständen sind in der Steigleitung jedoch Leitungsabschnitte 5 vorgesehen, an deÄⁿerfindungsgemäße Stütz- und Stellvorrichtungen 3 angebracht sind. Mit diesen Vorrichtungen 3 wird die Steigleitung an der Wandung 7 des Bohrloches abgestützt, so daß keine Aufhängung der gesamten Steigleitung an der Erdoberfläche mehr erforderlich ist, wie es bei älteren Tiefbohrvorrichtungen der Fall war. Mit den Vorrichtungen S läßt sich die Steigleitung im Bohrloch während des BorVorganges festsetzen oder auch anheben und absenken, um die Bohrmeißel auszuwechseln. Die verschiedenen Steigleitungsabschnitte 4a und 5 sind mit Muffen 6 so miteinander verbunden, daß die einzelnen Leitungsabschnitte leicht am oberen Ende der Steigleitung angefügt werden können, wenn man die Steigleitung 4 im Bohrloch abwärts bewegt. In entsprechender Weise lassen sich die einzelnen Leitungsabschnitte voneinander trennen, wenn diese beim Herausheben der Steigleitung am oberen Ende des Bohrloches

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vorragen. Die Verbindungen zwischen benachbarten Leitungsabschnitten sind verständlicherweise luftdicht. Um die Handhabung der speziellen Leitungsabschnitte 5 mit den Vorrichtungen 3 zu erleichtern, können diese erheblich kürzer ausgebildet sein, als die glattwandigen Leitungsabschnitte 4a. Hierbei sind jedoch die Innen- und Außendurchmesser untereinander gleich und es sind die Endabschnitte gleichartig ausgebildet, so daß man für benachbarte Steigleitungsabschnitte identische Verbindungsmuffen verwenden kann.

Gemäß Fig.2a - 2b bis 14 besteht jede der Vorrichtungen 3 aus einer Mehrzahl von Greifern 16 für den Angriff an der Bohrlochwand 7. Mittels nachfolgend zu beschreibender pneumatischer Antriebe werden diese Greifer 16 betätigt. Die pneumatischen Antriebe empfangen die Druckluft außerhalb der Steigleitung 4 aus dem Bohrloch. Die Abluft dieser pneumatischen Antriebe wird ins Innere der Steigleitung 4 eingeleitet. Verständlicherweise können diese pneumatischen Antriebe ihre Druckluft auch über einen Schlauch oder eine Leitung empfangen, die über das Bohrloch nach unten geführt ist, um dann die Abluft in das Bohrloch abzugeben. Da es jedoch von besonderem Vorteil ist, mit einem unter Druck gesetzten Bohrloch zu arbeiten bei der Tiefbohrung, soll nachfolgend diese spezielle Ausführung beschrieben werden. Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß die Leitungsabschnitte 5 lediglich als Beispiel für irgendeine Last zu werten sind, die man entlang der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 entlang eines Bohrloches zu bewegen hat. Beispielsweise könnte die Last eine Sonde mit Meßinstrumenten oder radioaktivem Material sein. Ferner wird die Vorrichtung 3 im Einsatz in einem vertikalen Bohrloch beschrieben, bei dem die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders in Erscheinung treten. Die Vorrichtungen 3 können aber auch leicht so umgestaltet werden, daß man sie in horizontalen oder schräg verlaufenden Bohrlöchern verwenden kann.

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Der vorerwähnte pneumatische Antrieb enthält eine Mehrzahl von doppelt wirkenden pneumatischen Zylindermotoren 10. Diese Motore 10 sind in zwei Gruppen vorgesehen, die gegeneinander entlang der Länge des Leitungsabschnittes 5 versetzt sind. Vorzugsweise befinden sich in jeder Gruppe drei pneumatische Zylindermotore 10, deren Achsen parallel zum Leitungsabschnitt verlaufen. Die Motore sind in gleichen radialen Abständen zum Leitungsabschnitt 5 vorgesehen und haben auch in Umfangsrichtung gleiche Abstände (in den Fig.2a, 2b und 2c - 2d sind die Zylindermotore der Einfachheit halber in diametral gegenüberliegender Anordnung im Leitungsabschnitt 5 dargestellt. Die tatsächlich bevorzugte Ausführungsform ist Jedoch in allen übrigen Figuren der Zeichnungen dargestellt). Jeder Motor 10 besteht aus einem Zylinder 11 und einem Kolben 12, der in dem Zylinder 11 hin und her verschieblich ist und eine nach unten ragende Kolbenstange 13 aufweist. Die Zylinder 11 der Motore 10 der oberen Motorengruppe sind mit dem Leitungsabschnitt 5 mittels einer Ringplatte 8 angeschlossen, die koaxial am Leitungsabschnitt befestigt ist und die unteren Enden der Zylinder 11 trägt. In gleicher Weise sind die Zylinder 11 der Motoren 10 der unteren Motorengruppe mit ihren unteren Enden auf einer ähnlichen Ringplatte 9 befestigt, die am Leitungsabschnitt 5 angebracht ist. Jede der ringförmigen Halteplatten 8 und 9 weist einen Außendurchmeeser auf, der erheblich kleiner ist als der Durchmesser des Bohrloches, so daß die Bohrlochwand^ nicht beaufschlagt werden.

Die Greifer 16 liegen entweder in einer oberen Greifergruppe oder einer unteren Greifergruppe 20. Die Greifer einer jeden Gruppe sind mit den Kolbenstangen 13 des jeweils darüber liegenden Zylinders 11 mittels einer im wesentlichen ringförmigen Tragplatte 14 verbunden, die den Leitungsabschnitt 5 mit etwas Spiel umgibt. Da die Motoren 10 einer jeden Gruppe mittels der an die Kolbenstangen 13 abgeschlossenen Tragplatte vereinigt sind, bildet die Tragplatte ein axial hin und her bewegliches pneumatisches Stellglied für eine Gruppe 19 oder 20 der Greifer 16. ₈₀₉8 19/082«

Jedes dieser pneumatischen Stellglieder kann die zugehörige Gruppe 19, 20 der Greifer axial relativ zum Leitungsabschnitt über Hübe bewegen, die durch die Hubgrenzen der Kolben 12 vorgegeben sind. Um den Leitungsabschnitt 5 entlang des Bohrloches zu bewegen, ist es erforderlich, die Arbeitsweise der zv/ei hin und her beweglichen Stellglieder so zu koordinieren, daß jede Greifergruppe 19, 20 stets in Gegenrichtung zur Bewegung der anderen Gruppe verstellt wird, wobei dann auch sichergestellt wird, daß die beiden Stellglieder ihre Hübe im wesentlichen gleichzeitig beginnen und beenden. Zu diesem Zweck sind die oberen und unteren Tragplatten 14 mit einander über drei Koordiniervorrichtungen verbunden, welche neben dem Leitungsabschnitt 5 angeordnet und gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Jede der Koordiniervorrichtungen besteht aus einem endlosen Stahlseil 38, welches über obere und untere freilaufende Rollen 40 und 41 geführt ist. Die obere Rolle 40 (Fig. 2c, 2d, 4 und 5) ist in einem Lager 42 gelagert, welches zv.'ischen dem Leitungsabschnitt 5 und zwei Motorzylindern 10 oberhalb der Ringplatte 8 befestigt ist. Die untere Rolle 41 liegt in einer erheblichen Entfernung unterhalb der oberen Rolle 40 in vertikaler Ausrichtung. Diese Rolle 41 ist frei drehbar in einem geeigneten (nicht dargestellten) Lager, das mit dem Leitungsabschnitt 5 befestigt sein kann. Das endlose Stahlseil 38, welches über die Rollen 40 und 41 geführt ist, weist somit lange geradlinige Seilabschnitte auf, die zwischen den Rollen liegen. Die Bewegung eines geraden Stahlseilabschnittes führt zwangsläufig zu einer entgegengesetzten axial gerichteten Bewegung im anderen Stahlseilabschnitt. Eines dieser geradlinigen Abschnitte des Stahlseiles 38 ist an der oberen Tragplatte 14 bei 39 befestigt. Der andere geradlinige Abschnitt des Stahlseiles 38 ist in ähnlicher Weise an der unteren Tragplatte 14 befestigt. Die obere, die Zylinder tragende Ringplatte 8 weist Bohrungen 43 auf, durch die die Stahlseilstränge hindurchlaufen. Auch jede der Tragplatten 14 ist mit ähnlichen Bohrungen 44 versehen.

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An jeder Tragplatte sind mindestens drei Greifer 16 vorgesehen. Jeder dieser Greifer ist in einem Lagerbock 15 gelagert, der an der Unterseite der zugehörigen Tragplatte 14 unmittelbar unterhalb einer der Kolbenstangen 13 nach unten ragt. Wie am besten aus Fig. 8 zu ersehen, ist jeder Greifer als zweiarmiger Hebel ausgebildet, der so mit dem Lagerbock 15 ver- ' bunden ist, das er um eine mittige horizontale Achse quer zu seiner Längserstreckung verschwenken kann. Die Greifer einer jeden Tragplatte 14 und die sie tragenden Lagerböcke 15 sind in gleichen Abständen von der Achse des Leitungsabschnittes 5 nit gleichförmigen Umfangsabständen angeordnet. (Obwohl Fig. 2a - 2b und 2c - 2d die Greifer in diametraler Anordnung am Leitungsabschnitt 5 zeigen, dient dies nur der vereinfachten Darstellung, denn vorzugsweise werden in jeder Gruppe drei Greifer vorgesehen, wie es an anderen Stellen der Zeichnung dargestellt ist.)

Die einzelnen Tragplatten 14 haben einen Außendurchmesser, der ausreichend kleiner ist als der Durchmesser des Bohrloches, damit die Bohrlochwand 7 nicht von den Tragplatten 14 beaufschlagt wird. Die Greifer 16 sind jedoch so angeordnet, daß deren Länge bei radialer Ausrichtung zur Leitungsachse mit ihrem Endteil über den Außenrand der sie haltenden Tragplatte 14 hinausragen und dort an der Bohrlochwand zur Anlage kommen können. Wie Fig. 8 und 11 zeigen, sind die Außenenden der Greifer 16 mit einer Angriffsfläche 18 versehen, an der Spitzen vorragen, bei denen es sich um die angespitzten Enden von harten Metallstiften 17 handelt, die in den Greifer 16 eingesetzt sind.

Es ist zu beachten, daß die Greifer 16 so geformt sind, daß deren Angriffsflächen 18 unterhalb und radial außerhalb von deren Schwenkachsen liegen, so daß die am Anlenkungspunkt der Lagerbügel 15 angreifende Schwerkraft eine radial nach außen gerichtete Komponente am Außenende des Greifers erzeugt, durch die der Greifer in einen noch festeren Eingriff mit der

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Bohrlochwand 7 gebracht wird. Zu beachten ist ferner, daß die Außenenden der Greifer, an denen sich die Angriffsflächen 18 befinden, eine nach unten gerichtete Vorspannung haben, so daß beim Lösen der Angriffsflächen von der Bohrlochwand die Außenenden der Greifer nach unten von der Bohrlochwand fortschwenken und dann die Bohrlochwand nicht mehr beaufschlagen. Wie die Zeichnung zeigt, ergibt sich diese nach unten gerichtete Vorspannung an den Greifern durch die Schwerkraft, da die äußeren Enden der Greifer schwerer sind als die innen liegenden Greiferenden.

Aus der bisherigen Beschreibung ist ersichtbar, daß während der koordinierten Betätigung der hin und her gehenden Stellglieder mit den pneumatischen Motoren 10 der Leitungsabschnitt 5 entv;eder nach oben oder nach unten im Bohrloch bewegt werden kann, indem man dafür sorgt, daß die Greifer einer jeden Gruppe 19 und 20 die Bohrlochwand 7 in geeigneter Koordination mit den Stellgliedhüben beaufschlagen und wieder freigeben. 0/'e Mittel , mit denen eine zeitlich genau abgest immte Koordination zwischen den Greifern und deren Angriff und Lösen gegenüber der Bohrlochwand erzielt wird, enthalten eine Richtungssteuervorrichtung, die generell mit dem Bezugszeichen 21 versehen und am besten aus den Fig. 11 bis 13 zu erkennen ist. Praktisch ist für jede Gruppe 19, 20 der Greifer eine Richtungssteuerung 21 vorgesehen, doch arbeiten diese beiden Richtungssteuerungen - wie es noch nachfolgend näher erläutert wird - gemeinsam als eine einzige Richtungssteuerung.

Jede der identischen Richtungssteuerungen besteht aus einer oberen ringförmigen Drehplatte 22, einer unteren ringförmigen Drehplatte 23 und einer Mehrzahl von Abstandshaltern oder Zugstangen 24, mit denen die Drehplatten 22 und 23 in festem axialen Abstand zueinander gehalten werden. Diese Zugstangen 24 sorgen auch dafür, daß sich die beiden Drehplatten nur gemeinsam verdrehen können (der Einfachheit halber sind die Abstand haltenden Zugstangen 24 nur in den Fig.11 bis 13, nicht aber in den Fig.2a, 2b und 2c - 2d dargestellt.) Die Drehplatten 22 und

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23 sind mit geeigneten nicht dargestellten Lagern koaxial zum Leitungsabschnitt 5 ausgerichtet. Die erwähnten Lagerungen begrenzen die Drehung der Drehplatten auf einen vorbestimmten Winkelweg. Die obere Drehplatte 22 liegt unmittelbar unter der benachbarten zylinder-tragenden Ringplatte 8 oder 9 und damit oberhalb der ringförmigen Tragplatte 14 für die Gruppe 19 oder 20 der Greifer 16. Die untere Drehplatte befindet sich in Abstand unter der Tragplatte 14. Der vertikale Abstand zwischen den Drehplatten 22 und 23 ist ausgehend groß gewählt, um die Tragplatte 14 über den vollen Hub zu bewegender durch den vollen Hub der Kolben 12 vorgegeben ist. Damit die abstandhaltenden Zugstangen 24 nicht durch die Tragplatte 14 behindert werden und auch eine Drehung der Drehplatten 22 und 23 ermöglichen, sind in der Tragplatte 14 kurzen bogenförmige Schlitze 25 (Fig. 9 und 10) vorgesehen, durch die die Zugstangen 24 frei hindurchlaufen. Da jede Drehplatte 22 zwischen einer zylinder-abstUtzenden Ringplatte 8 oder 9 und einer beweglichen Tragplatte 14 liegt, hat auch jede der Drehplatten 22 bogenförmige Schlitze 33, durch die die Kolbenstangen 13 frei hindurchlaufen können, wie es die Fig. 12 zeigt. Aus der Fig. 12 ist auch erkennbar, daß die obere Drehplatte 22 weitere bogenförmige Schlitze 44a aufweist, durch die die geradlinigen Abschnitte des Stahlseiles 38 hindurchlaufen können.

Jede der drehbaren Richtungssteuerungen 21 sorgt für eine Abwärtsbewegung des Leitungsabschnittes 5, wenn sie in einer Endstellung Ihrer Drehung steht , die in den Fig.9, 10, 12 und 13 mit N bezeichnet ist. Die andere Grenze der Drehbewegung, die in den genannten Figuren mit U bezeichnet ist, dient der Aufwärtsbewegung der Steigleitung. An jeder Grenze der Drehbewegung bringt die Richtungssteuerung bestimmte Anschlagstifte einer Hehrzahl von Anschlagstifen 26, 27, 34, 35 in eine ausgerichtete Lage gegenüber den Greifern 16 der die Greifer stutzenden Tragplatte 14, die zwischen den Drehplatten 22,23 liegt. Wenn die von den Kolbenstangen 13 getragenen Greifer relativ zur Richtungssteuerung nach oben oder unten bewegt werden, beaufschlagen die Greifer die auf sie ausgerichteten

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Anschlagstifte und verschwenken dann in eine Eingriffsoder Außereingriffsstellung gegenüber der Bohrlochwand 7, wie es die Umstände erfordern. Wie dies im einzelnen geschieht bei den beiden verschiedenen Rohrleitungsbewegungen, ergibt sich aus der nachfolgenden Erläuterung.

An der Unterseite der oberen Drehplatte 22 befinden sich zwei Gruppen 26, 27 von nach unten gerichteten Anschlägst;/^en (Fig. 12). Die Anschlagstifte einer Gruppe 26 sind starr und in radialer und in Umfangsrichtung auf der Drehplatte 22 so angeordnet, daß bei N-Stellung (abwärts) der Drehplatte (Fig. 9) jeder der Anschlagstifte 26 vom äußeren Ende eines darunter befindlichen Greifers 16 beaufschlagt werden kann. Eine solche Beaufschlagung erfolgt bei der Aufwärtsbewegung der Tragplatte 14 in der Nähe des oberen Hubendes. Auf diese Weise wird das äußere Ende des Greifers nach unten verschwenkt und kommt dann von der Bohrlochwand 7 frei, wie es im unteren Teil der Fig. 2a und im ob eren Teil der Fig. 2c dargestellt ist. Damit diese Anschlagstifte 26 frei an der Tragplatte 14, welche die Greifer 16 trägt, vorbeikommen können, hat die Tragplatte 14 bogenförmige Ausnehmungen 36 an ihrem Außenrand in der Nachbarschaft der entsprechenden Greifer (Fig.9 und 10). Wenn die Richtungssteuerung in der U-Stellung steht, können die Anschlagstifte der Gruppe 26 die Greifer nicht beaufschlagen.

Die nach unten ragenden Anschlagstifte 27 der anderen Gruppe auf der Drehplatte 22 sind in radialer und axialer Richtung so auf der Platte angeordnet, daß sie jederzeit neben den Greifern liegen, wenn sich die Drehplatte 22 in der N-Stellung befindet. Ist die Drehplatte 22 jedoch in der U-Stellung (aufwärts), wie es die Fig 10 zeigt, kann jeder dieser Anschlagstifte 27 von einem radial innen liegenden Teil eines darunter befindlichen Greifers 16 beaufschlagt werden. Eine solche Beaufschlagung erfolgt immer dann, wenn die Tragplatte 14 sich dem Ende ihres Aufwärtshubes nähert. Die Tragplatte weist bogenförmige Schlitze 37 auf, durch welche die Anschlag-

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stifte 27 zwecks Beaufschlagung frei hindurchlaufen können. Wenn das innere Ende eines jeden Greifers auf diese Weise nach unten verschwenkt wird, schwenkt das Außenende des Greifers nach oben bis in eine Anlage an der Bohrlochwand 7, wie dies in» unteren Teil der Pig. 2b und im oberen Teil der Fig. 2d dargestellt ist.

Da die Greifer die Bohrlochwand 7 an einem mehr oder weniger Undefinierten Punkt ihrer Schwenkbewegung beaufschlagen und ihnen weiterhin eine kontinuierliche Kraft zuzuführen ist, um die Greifer in eine feste Anlage an der Bohrlochwand zu bringen, während das Stellglied den Aufwärtshub vollendet, sind die Anschlagstifte 27 in auswärtiger Richtung federnd nachgiebig ausgebildet. Dies ist speziell in Fig. 14 dargestellt. Jeder der Anschlagstifte 27 besteht aus einem ob-eren Teleskopteil 29, das am oberen Ende mit der Drehplatte 22 fest verbunden ist und aus einem unteren Teleskopteil 28, das auf dem unteren Teil des oberen Teleskopteiles axial verschiebbar ist. Jeder der Teleskopteile 28, 29 ist mit einer inneren Bohrung versehen, um ein Gehäuse für eine Schraubendruckfeder 30 zu bilden. Die Feder 30, die an den geschlossenen Enden der Teleskopteile zur Anlage kommt, gibt dem Teleskopteil 28 eine nach unten gerichtete Vorspannung. Ein in der rohrförmigen Wand des unteren Teleskopteiles 28 befestigter Stift 32 ragt radial nach innen und greift in einen axial ausgerichteten Schlitz 31 in der rohrförmigen Wand des oberen Teleskopteiles 29 ein. Das untere Ende des axialen Schlitzes 31 legt eine untere Grenze der gegen eine Federvorspannung erfolgenden Bewegung des unteren Teleskopteiles 28.

Die Anschlagstifte 34, 35 einer jeden Richtungssteuerung ragen von der unteren Drehplatte 23 nach oben (Fig. 13) und sind ähnlich angeordnet wie die oberen Anschlagstifte 26, Diese Anschlagstifte 34, 35 werden von den Unterseiten der Greifer 16 beaufschlagt, wenn die Tragplatte 14 sich dem Ende ihres Abwärtshubes nähert. Wenn die Richtungssteuerung 21

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in die U-Stellung (aufwärts) gedreht ist, kann einer der Anschlagstifte 34 die Unterseite eines jeden Greifers an einer Stelle beaufschlagen, die gegenüber der Greiferschwenkachse nach innen versetzt ist, so daß das Außenende des Greifers nach unten bewegbar ist und dann von der Bohrlochwand 7 abgehoben wird, wie es der obere Teil der Fig. 2b und der untere Teil der Fig. 2d zeigen. Ist dagegen die Richtungssteuerung 21 in die N-Stellung (abwärts) gedreht, richten sich die Anschlagstifte 35 auf die entsprechenden Greifer aus, so daß, wenn sich die Tragplatte 14 dem Ende ihres Abwärtshubes nähert, die Unterseite eines jeden Greifers von einem dieser Anschlagstifte außerhalb der Schwenkachse beaufschlagt wird. Hierdurch verschwenken die Außenenden eines jeden Greifers nach oben und kommen dann an der Bohrlochwand 7 zur Anlage, wie dies im oberen Teil der Fig. 2a und im unteren Teil der Fig. 2c dargestellt ist. Da auch hier die Anlage eines Greifers an der Bohrlochwand an einem etwas Undefinierten Punkt der Schwenkbewegung erfolgt und die Greifer fortgesetzt eine Vorspannung erhalten müssen, während das Stellglied seinen Hub beendet, sind die Anschlagstifte 35 in axialer Richtung federnd nachgiebig ausgebildet und haben einen identischen Aufbau, wie die Anschlagstifte 27.

Wenn die Richtungssteuerung 21 in die N-Stellung (abwärts) gedreht ist, werden die Greifer in der Nähe ihrer Außenenden von den starren, nach unten ragenden Anschlagstiften 26 auf der oberen Drehplatte 22 und durch die nachgebenden , nach oben gerichteten Anschlagstifte 35 der unteren Drehplatte 23 beaufschlagt. Wenn die Richtungssteuerung 21 in die U-Stellung gedreht ist, werden die Greifer in der Nähe ihrer inneren Enden von den nachgiebigen Anschlagstiften 27 auf der oberen Drehplatte 22 und von den starren Anschlagstiften 34 an der unteren Drehplatte 23 beaufschlagt.

Wie schon zuvor erwähnt, haben die Außenenden der Greifer eine Vorspannung, durch die die Greifer nach unten verschwenkt werden.

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Wenn jedoch die Greifer von der Bohrlochwand gelöst sind, ist der nach unten gerichtete Schwingungshub unter dem Einfluß der Vorspannung beschränkt, damit die Anschlagstifte mit dem Greifer zusammenwirken können. Die Greifer bleiben dann in einer Lage stehen, die definiert ist durch die Anlage der inneren Greiferenden an der Unterseite der Tragplatte 14, wie dies der untere Teil der Fig. 2a und der obere Teil der Fig. 2c zeigen.

Wie schon zuvor erwähnt, hai die Richtungssteuerung für die obere Greifergruppe 19 stets die gleiche Lage in der N- oder U-Stellung, wie die entsprechende Richtungssteuerung 21 für die untere Greifergruppe 20. In der dargestellten AusfUhrungsform weist jede der oberen und unteren Richtungssteuerungen 21 eigene pneumatische Antriebe 45 auf, mit denen eine Verdrehung in die N- und die U-Stellungen vorgenommen wird. Die beiden pneumatischen Antriebe für die beiden Richtungssteuerungen 21 sind jedoch an ein ejiziges Vierwege-Ventil 53 angeschlossen, welche beide Richtungssteuerungen versorgt und somit für die erforderliche Koordination sorgt.

Die Fig. 3 und 6 zeigen Einzelheiten des pneumatischen Antriebes 45 für die obere Richtungssteuerung 21. Ein entsprechender pneumatischer Antrieb für die untere Richtungssteuerung 21 ist Identisch ausgebildet. Jede der pneumatischen Antriebe besteht aus einem kleinen doppelt wirkenden Zylindermotor, welcher über der die Zylinder tragenden Platte 8 oder unmittelbar oberhalb der Richtungssteuerung angeordnet ist. Die Zylinder 46 der Antriebe 45 sind schwenkbar auf der Ringplatte 8 oder 9 mit einem Lagerzapfen 47 angeschlossen, welcher durchjbie Ringplatte 8 nach oben ragt. Die Kolbenstange 48 des Zylindermotors 45 ist mit ihrem äußeren Ende schwenkbar mit einem Lagerzapfen49 angeechlossen, welcher fest mit der oberen Anschlagstifte tragenden Drehplatte 22 verbunden ist und nach oben durch einen bogenförmigen Schlitz 50 hindurchragt, der in der die Zylinder tragenden Ringplatte 8 vorgesehen ist.

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Luftleitungen 51, 52 führen von den gegenüberliegenden Enden eines jeden Zylinders 46 zum Vierwege-Ventil 53. Einzelheiten dieses Ventiles 53 sind nicht dargestellt, da dieses Ventil im wesentlichen identisch ist mit einem Vierwege-Ventil 54, das noch nachfolgend beschrieben werden wird_o Es sei Jedoch erwähnt, daß das Ventil 53 zwei Schaltstellungen hat. In einer Schaltstellung sorgt das Ventil dafür, daß die Zylindermotore 45 die Richtungssteuerungen in die N-Stellung bringen, während in der zweiten Schaltstellung die Motore 45 die Richtungssteuerungen in die U-Stellung bringen. Die Schaltstellung des Ventils 53 ist von der Erdoberfläche in nachfolgend noch zu erläuternder Weise fernsteuerbar. Das Ventil 53 läßt sich am Leitungsabschnitt 5 oberhalb der Ringplatte 8 anbringen und mit einem Drucklufteinlaß versehen, welcher außerhalb der Steigleitung 4 in das Bohrloch einmündet. Eine zugehörige Luftauslaßleitung steht mit dem Inneren des Leitungsabschnittes 5 in Verbindung.

Das zweite Vierwege-Ventil 54 ist in Fig. 2a - 2b, 2c - 2d, 3 und 7 dargestellt. Dieses Ventil 54 steuert die Arbeit der Zylindermotoren 10, welche die Greifer 16 betätigen. Das Ventil 54 kann ebenfalls am Leitungsabschnitt 5 oberhalb der Ringplatte 8 angeordnet werden. Ein zugehöriger Drucklufteinlaß 60 mündet außerhalb der Leitung 4 in das Bohrloch ein. Der zugehörige Luftauslaß 63 steht mit dem Inneren des Leitungsabschnittes 5 über ein fernsteuerbares Absperrventil 64 in Verbindung. Der Drucklufteinlaß 60 ist vorzugsweise mit einer wasserabweisenden Abdeckung und einem ölgetränkten Filter 61 versehen.

Das Vierwege-Ventil 54 besteht aus einem Gehäuse 55 mit vier Anschlüssen 59, 62, 65, 65a in der zylindrischen Seitenwand, oben, unten und an den beiden gegenüberliegenden Seiten. Innerhalb des Gehäuses 55 befindet sich ein zylindrischer Ventilkörper 56 mit zwei rechtwinklig verlaufenden Kanälen 57, 58, die sich in jeder der beiden Drehstellungen des Ventilkörpers 56 mit den Gehäuseanschlüssen in Verbindung bringen lassen.

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Wie dargestellt führt der obere Gehäuseanschluß 59 zum Drucklufteinlaß 60. Der untere Gehäuseanschluß 62 führt zum Luftauslaß 63, der zum Inneren des Leitungsabschnittes 5 führt. Der links liegende GehMuseanschluß 65 führt zu einer Leitung 66, von der ein erster Abzweig 67 zum unteren stangenseitigen Ende des Zylinders 11 der oberen Greifergruppe 19 führt. Die Leitung 66 führt über den ersten Abzweig 66 hinaus nach unten und verbindet mit einem zweiten Abzweig 68 die oberen Enden der Zylinder 11 für die untere Greifergruppe 20. Der rechts liegende Anschluß 65a des Vierwege-Ventils 54 führt zu einer zweiten Leitung 69, an der eine erste Gruppe von Abzweigen 70 vorgesehen ist, die zu den oberen Enden der oberen Zylinder 11 führen. Eine zweite Gruppe von Abzweigen 71 der Leitung 69 führen zu den unteren Enden der unteren Zylindergruppe 11.

Venn man den Luftauslaß 63 mittels des fernsteuerbaren Absperrventils 64 blockiert, können die Zylindermotore 10 nicht arbeiten. Das Absperrventil ist normalerweise in der Absperrstellung vorgespannt und so ausgebildet, daß es bei Enpfang eines Signales von der Erdoberfläche öffnet und dann solange offen bleibt, wie das empfangende Signal andauert. Wie nachfolgend noch zu erläutern, kann dieses Signal ein Schallsignal einer vorgegebenen Frequenz sein, wobei dann das Absperrventil einen Empfänger enthält, der auf das Signal bestimmter Frequenz anspricht. Solche Schallsteuerungen sind an sich bekannt und daher nicht im einzelnen dargestellt.

Solange das Absperrventil 64 offen steht, bleiben die Zylindermotore 10 in Betrieb und reversieren automatisch ihre Bewegungsrichtung am Ende eines Jeden Hubes mit Hilfe einer automatischen Umschaltung der Drehstellung des Ventilkörpers 56 des Vierwege-Ventils 54. Diese automatische Umschaltung geschieht über eine mit Spiel ausgelegte Verbindung zwischen den Zylindermotoren 11 und demSteuerventilkörper 56 (Fig. 7). Ein axial nachgebender Lenker 72 erstreckt sich mehr oder weniger horizontal zwischen

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dem Ventilkörper 56 und einer vertikalen Stange 77, deren unteres Ende mit der oberen, die Greifer tragenden Platte verbunden ist. An dieser Stange 77 befinden sich in Längsrichtung auseinanderliegende Mitnehmer 80, 81, die wechselweise den Lenker 72 beaufschlagen, wenn die Tragplatte 14 die Stange 77 auf und ab bewegt. Der Lenker 72 besteht aus zwei Teleskopteilen, von denen der eine als Federkammer 73 ausgebildet ist, um den Lenker 72 in der gestreckten Stellung vorzuspannen. Somit kann sich der Lenker 72 je nach Erfordernis verkürzen und verlängern. Am einen Ende ist der Lenker 72 an einem Stift 74 angelenkt, welcher exzentrisch am Ventilkörper 56 vorgesehen ist und sich parallel zur Ventilkörperachse erstreckt. Das andere Ende des Lenkers 72 ist verschwenkbar mit einem stationären Lager 75 verbunden, das an dem Zylinder einer der Motoren 10 vorgesehen ist (siehe Fig.3). Der Mittelteil des Lenkers 72 ist als Ring 76 ausgebildet, um die vertikale Stange 77 bei deren Auf- und Abbewegung zu führen. Die Ober- und Unterseiten des Ringes 76 dienen als Anschläge für die Mitnehmer 81 und 80. Wenn die Kolben 12 der oberen Gruppe von Zylindermotoren sich dem Ende eines Aufwärtshubes nähern, beaufschlagt der untere Mitnehmer 80 der Stange 77 die Unterseite des Lenkers 72, so daß dieser nach oben verschwenkt und den Ventilkörper 56 von der in Fig. 7 mit F bezeichneten Stellung um 90° in die Gegenstellung M bewegt, in der die oberen Zylindermotoren 10 auf einen abwärtigen Kolbenhub geschaltet werden. Am Ende des Abwärtshubes beaufschlagt der obere Mitnehmer 81 der Stange 77 die Oberseite des Lenkers 72, um diesen nach unten zu schwenken, so daß der Ventilkörper 56 um 90° zurück in die F-Stellung gedreht wird, in der die obere Gruppe von Motoren wieder auf Aufwärtshub geschaltet werden.

Solange das Absperrventil 64 offenbleibt, bleiben auch die Zylindermotoren 10 in Betrieb. Hierbei bewegen sich die oberen Motoren stets entgegengesetzt zu den unteren Motoren und es kommt stets zu einer gleichzeitigen Reversierung am

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Ende eines jeden Hubes. Die Richtung, in der sich die erfindungsgemäße StUtz- und Stellvorrichtung entlang des Bohrloches nach oben oder unten bewegt, wenn die Motoren in der vorerwähnten Weise arbeiten, hängt von der Drehstellung der Richtungssteuerung 21 ab, die mit dem Vierwege-Ventil 53 gesteuert w/rd, Aus der vorstehenden Erläuterung des Steuerventils 54 ergibt sich, daß das Vierwege-Ventil 53 in einer der beiden Stellungen eine Vorspannung erhalten kann (d.h. in Richtung N-Stellung für eine Abwärtsbewegung der Vorrichtung 3), um dann eine Betätigung in die andere Stellung durch eine geeignete Fernsteuerung zu erhalten. Hierzu dient beispielsweise eine nicht dargestellte kleine pneumatische Stellvorrichtung, die mit einem signal-abhängig arbeitenden Absperrventil (nicht dargestellt) gesteuert wird. So bewegt sich die Vorrichtung 3 bei Fehlen eines Richtungssteuereignals solange abwärts, wie sie ein ^MBewegungs^w-Steuersignal einer Frequenz empfängt. Eine entsprechende Aufwärtsbewegung erfolgt immer dann, wenn der Empfang des "Bewegungs¹¹ -Signals begleitet ist vom Eapfang eines ⁿAufwärts^B-Signäls einer anderen Frequenz.

Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, daß sich der Bohrkopf in ähnlicher Weise steuern läßt, wobei der Bohrkopf stehen bleibt, wenn er kein Signal empfängt und solange arbeitet, wie ein kontinuierliches "Bohr^-Steuersignal einer dritten Frequenz eintrifft.

Ein automatischer ^wBewegungsⁿ-Steuersignalgeneratar läßt sich am unteren Ende der Steigleitung 4 so anordnen und auslegen, daß er immer dann ein "Bewegungs"-Signal aussendet, wenn die Teleskopverbindung 4b zwischen der Steigleitung 4 und dem Bohrkopf 3a vollständig gestreckt ist. Hierbei wird auch dann dafür gesorgt, daß dieses "Bewegungs"-Signal aufhört, wenn die Teleskopverbindung 4b vollständig zusammengeschoben ist. Auf diese Weise bewegt sich die Steigleitung automatisch immer dann abwärts, wenn es erforderlich ist, dem

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Bohrkopf wieder Bewegungsfreiheit zu schaffen, nachdem das Bohrloch entsprechend vertieft wurde.

Die Steigleitung selbst kann dazu dienen, sämtliche Steuersignale für alle Vorrichtungen 3 und den Bohrkopf 3a zu übertragen. Da Schallwellen innerhalb von Stahlkonstruktionen mit einer Geschwindigkeit von etwa 5300 m/s c übertragen werden, können die verschiedenen Vorrichtungen entlang der Längenerstreckung der Steigleitung 4 im wesentlichen gleichzeitig arbeiten. Soweit die Vorrichtungen 3 aufgrund der unterschiedlichen Signallaufzeiten nicht exakt zur gleichen Zeit ihre Bewegungen beginnen und beenden, ergibt sich eine gewisse Pufferung durch die Elastizität der Luft in den gegenüberliegenden Zylinderteilen der Motorzylinder 11. Aufgrund dieser Pufferung läßt sich eine extrem lange Steigleitung, die mehrere hundert Tonnen wiegt, mit den Vorrichtungen 3, welche in regelmäßigen Abständen vorgesehen sind, an der Bohrlochwand abstützen. Jede einzelne Vorrichtung 3 entlang der Steigleitung trägt nur einen Teil des gesamten Gewichtes der Leitung, jedoch ergibt sich für jede einzelne Vorrichtung 3 ein proportionaler Gewichtsanteil.

Für ein vollständiges Verständnis der Arbeitsweise der Vorrichtung 3 sei zunächst angenommen, daß die Vorrichtung sich im stationären Zustand befindet. In diesem Zustand beaufschlagt die untere Greifergruppe 20 eine Bohrlochwand, wobei die Kolben 12 der Zylindermotore sich in Zwischenstellungen zwischen den Hubenden befinden. Es sei angenommen, daß sich das Steuerventil 54 in der in den Fig. 2c - 2d dargestellten Lage, befindet und daß das Absperrventil 64 geschlossen ist. Auf diese Weise ruht die Leitung auf einem Luftkissen, das sich oberhalb der Kolben 12 der unteren Zylinder befindet.

Wenn nun ein "Bewegungs"-Signal empfangen wird, welches nicht von einem "Aufwärts"-Signal begleitet ist, öffnet das Absperrventil 64, so daß die an den oberen Enden der unteren Zylinder und an den unteren Enden der oberen Zylinder eingeschlossenen Luftkissen ireigegeben werd^i.Die Abstützung mit den Luftkissen

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hört jetzt auf und es strömt dafür die eingeschlossene Luft zu dem unter niederem Druck stehenden Inneren des Leitungsabschnittes 5» während die unteren Zylinder 11 sich relativ zu ihren Kolben 12 nach unten bewegen und die oberen Kolben in ihren Zylindern 11 nach unten laufen. Durch diese Kolbenbewegung wird der Leitungsabschnitt 5 relativ zur Tragplatte 14 der im Eingriff befindlichen unteren Greifergruppe 20 abgesenkt. Zur gleichen Zeit wird die Tragplatte 14 für die außer Eingriff befindliche obere Greifergruppe 19 relativ zum Bohrloch und auch relativ zum Leitungsabschnitt 5 nach unten bewegt. Die Relativbewegung zwischen den Zylindern und Kolben der zwei Gruppen von pneumatischen Antrieben sind durch das endlose Stahlseil 38 miteinander synchronisiert. Hinzu kommt noch eine Unterstützung durch den Druckluftstrom in die unteren Enden der unteren Zylinder und in die oberen Enden der oberen Zylinder.

Da kein "Aufwärts"-Signal empfangen wurde, stehen die Richtungssteuerungen 21 in den N-Stellungen (abwärts), in der die oberen starren Anschlagstifte 26 und die unteren nachgiebigen Anschlagstifte 35 auf die Greifer ausgerichtet sind.

Wenn die Tragplatte 14 für die obere Greifergruppe 19 das Ende des Abwärtshubes erreicht, gelangen die Greifer, wie Fig.2a zeigt, zur Anlage an den nach oben ragenden nachgiebigen Anschlagstiften 35 der oberen Richtungssteuerung, so daß die Greifer verschwenkt werden und an der Bohrlochwand zur Anlage kommen. Sehr bald danach kommen die Greifer der unteren Greifergruppe 20 von der Bohrlochwand frei, wenn sie die nach unten ragenden starren Anschlagstifte 26 der unteren Richtungssteuerung beaufschlagen. Die Anschlagstifte 26 beaufschlagen von oben her die Außenenden der Greifer 16, wenn sich die Zylinder 11 der unteren pneumatischen Antriebe dem letzten Teil ihrer Abwärtsbewegung nähern. Die Lage des Ventilkörpers des Vierwege-Ventils 54 wird in der Nähe des Hubendes in der

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vorbeschriebenen Weise umgeschaltet, so daß nunmehr die Vorrichtung sich in einem Zustand befindet, den die Fig. 2a - 2b für das Hubende zeigen.

Nunmehr strömt die Druckluft am unteren Ende der oberen Zylinder und an den oberen Enden der unteren Zylinder ein, während die Abluft an den oberen Enden der oberen Zylinder und den unteren Enden der unteren Zylinder abströmt. Die Zylinder 11 der oberen pneumatischen Antriebe und mit ihnen der Leitungsabschnitt 5 bewegen sich somit gegenüber der im Eingriff befindlichen oberen Greifergruppe 19 nach unten, wie es der große Pfeil N in Fig.2a zeigt. Zur gleichen Zeit bewegt sich die untere Greifergruppe 20, die gegenwärtig die Bohrlochwandung nicht beaufschlagt, mit den unteren Kolben 12 relativ zum Leitungsabschnitt 5 und relativ zur Bohrlochwand nach unten. Wenn dieser Hub endet, beaufschlagen die Greifer der unteren Greifergruppe 20 die nach oben ragenden nachgiebigen Anschlagstifte 35 der unteren Richtungssteuerung und werden dann so verschwenkt, daß sie die Bohrlochwand beaufschlagen, während die starren nach unten ragenden Anschlagstifte 26 der oberen Richtungssteuerung von oben auf die Greifer der oberen Greifergruppe 19 auftreffen und diese nach unten verschwenken und von der Bohrlochwand abheben. Zum gleichen Zeitpunkt wird das Vierwege-Ventil erneut umgeschaltet, so daß die Druckluft den oberen Enden der oberen Zylinder und den unteren Enden der unteren Zylinder zugeführt wird, während die unteren Enden der oberen Zylinder und oberen Enden der unteren Zylinder belüftet werden, um einen neuen Zyklus zu beginnen. Dieser Zustand der Vorrichtung ist in Fig.2c dargestellt. Diese Arbeitsweise der Vorrichtung 3 dauert solange an, bis das "Bewegungs"-Signal endet und dann das Absperrventil 64 geschlossen wird.

Während der Abwärtsbewegung wird die von den sich verkleinerten Zylinderräumen abgegebene Luft zum Inneren des Leitungsabschnittes 5 nicht unbeschränkt durchgelassen . Vielmehr wird der Luftstrom

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ausreichend gedrosselt, um das Absenken des Leitungsabschnittes zu steuern oder abzubremsen. Da die Tragplatten 14 der beiden Stellglieder miteinander über das endlose Stahlseil 38 verbunden sind, sorgt auch das "leerlaufende" Stellglied (dessen Greifer außer Eingriff sind) mit dafür, beim Absenken den Brems- oder Puffereffekt zu verbessern.

Wenn von der Vorrichtung 3 zusammen mit dem "Bewegungs"-Signal auch ein ^llAufwärts"-Signal empfangen wird, schalten die Richtungssteuerungen 21 in die U-Stellungen, in denen die oberen nachgiebigen Anschlagstifte 27 und die unteren starren Anschlagstifte 34 auf die Greifer ausgerichtet sind. Es sei nun angenommen, daß die beiden Stellglieder sich mittig zwischen den Enden ihrer Hübe befinden und daß die oberen Greifer der Gruppe 19 die Bohrlochwand beaufschlagen und daß das Ventil in der Stellung steht, die in Fig. 2c - 2d dargestellt ist. Beim öffnen des Absperrventils 64 gelangt Druckluft aus dem Bohrloch in den oberen Teil der oberen Zylinder 11, um diese (und damit auch denLeitungsabschnitt 5) gegenüber den im Eingriff befindlichen Greifern 19 anzuheben. Die Druckluft gelangt auch zu den Unterseiten der Kolben 12 der unteren Zylinder, um deren Kolben relativ zur Bohrlochwand und auch relativ zum Leitungsabschnitt 5 anzuheben, so daß dann schließlich auch die Greifer der unteren Greifergruppe 20 außer Eingriff kommen. In der Zwischenzeit strömt die Luft vom unteren Teil der oberen Zylinder und vom oberen Teil der unteren Zylinder in das Innere des Leitungsabschnittes 5. Wenn dieser Hub zuende geht, sind die unteren Greifer der Gruppe 20 in eine Eingriffsstellung gegen die Bohrlochwand angehoben durch die nach unten ragenden nachgiebigen Anschlagstifte 27. Unmittelbar danach beaufschlagen die nachjbben ragenden starren Anschlagstifte 34,die sich mit der Drehplatte 23 und dem Leitungsabschnitt 5 nach oben bewegen, die oberen Greifer 19, um diese von der Bohrlochwand abzuheben. Am Ende dieses Hubes wird der Ventilkörper des Vierwege-Ventils 54 umgeschaltet, so daß sich die Vorrichtung nun in einer Stellung befindet, die die Fig. 2b zeigt.

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Die Druckluft strömt nun zu den oberen Enden der unteren Zylinder 11, so daß diese Zylinder und mit ihnen der Leitungsabschnitt 5 angehoben wird. Die Druckluft strömt auch zu den unteren Enden der oberen Zylinder, so daß deren Kolben 12 angehoben werden und demzufolge auch die oberen Greifer 19 relativ zum Leitungsabschnitt 5 und relativ zur Bohrlochwand angehoben und außer Eingriff gebracht werden. Kurz bevor dieser Hub endet, werden die oberen Greifer 19 mit den oberen nach unten ragenden nachgiebigen Anschlagstiften 27 in Eingriff gebracht, so daß die Greifer so verschwenkt werden, daß sie an der Bohrlochwand haltend zum Eingriff kommen. Unmittelbar danach bringt die untere Drehplatte 23, welche von dem sich nach oben bewegenden Leitungsabschnitt 5 getragen wird, ihre starren nach/oben ragenden Anschlagstifte 34 in Eingriff mit den unteren Greifern 20, um diese von der Bohrlochwand fortzuschwenken. Wenn dieser Hub endet, wird das Vierwege-Ventil wieder für einen neuen Hub in entgegengesetzter Richtung zurückgestellt. Nunmehr befindet sich die Vorrichtung in dem Zustand, den die Fig. 2d zeigt. Es kann jetzt der Zyklus wiederholt werden.

Im oberen Teil eines Bohrloches ist die Luft im allgemeinen sehr feucht, während in Tiefen von mehr als 6000 m die Luft eine relativ geringe Feuchtigkeit hat wegen der Aufheizung auf Temperaturen von 300 bis 450 C. In diesem Zusammenhange sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung durchaus in der Lage ist, unter diesen extremen Umgebungsbedingungen zu arbeiten.

Für den Fachmann liegt es nahe, daß die Erfindung auch abweichend von der vorstehenden Beschreibung ausgebildet werden kann.

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Claims

27Λ8958 Patentansprüche

1. Vorrichtung zum axialen Bewegen eines an der Bohrlochwand koaxial abzustutzenden Leitungsabschnittes oder dergl. innerhalb eines Bohrloches gekennzeichnet durch zwei bewegungsmäßig koordhierte, in Richtung der Leitungslängsachse mit Abstand zueinander angeordnete und gegenüber dem Leitungsabschnitt (5) gleichzeitig über gleichgroße Hübe in entgegengesetzten Richtungen bewegbare Stellglieder (14) mit je einer Gruppe (19,20) von gegen die Bohrlochwand (7) bewegbaren Greifern (16), die um quer zur Leitungslängsachse gerichtete Achsen begrenzt verschwenkbar auf dem zugehörigen Stellglied (14,15) so gelagert sind, daß sie sich in radialer Richtung entgegen einer in Lösestellung wirkenden Vorspannung mit ihren schräg zur Leitungslängsachse angestellten Außenenden (18) an der Bohrlochwand (7) abstützen können, und eine Richtungssteuerung (21), deren Schaltelemente (22,23) zwischen zwei definierten Endstellungen (N, U) quer zur Leitungslängsachse bewegbar und mit zwei Gruppen von Anschlägen (26,34; 27, 35) für die an den beweglichen Stellgliedern (14) gelagerten Greifer (16) versehen sind, um an den Enden der Stellgliedhubbewegungen die in Eingriffsstellung befindlichen Greifer (16) von der Bohrlochwand (7) fort in die Lösestellung und die in Eingriffsstellung befindlichen Greifer (16) gegen die Bohrlochwand (7) in die Eingriffsstellung zu verschwenken , wobei die eine Gruppe von Anschlägen (26,34) in der einen definierten Endstellung (N) der Schaltelemente^²²'²³ und die andere Gruppe von Anschlägen (27, 35) in der anderen definierten Endstellung (U) der Schaltelemente*²²· ²³Li den zugeordneten Greifern (16) angreifen, um den Lei tungsabschnitt (5) in der einen bzw. der entgegengesetzten Axialrichtung zu bewegen.

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°A«*'NAL INSPECTED

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine zwischen zwei Schaltstellungen (F,M) hin- und her bewegbare Umsteuervorrichtung (53, 54) für die gegensinnig wirkenden Antriebe (10) jedes der Stellglieder (14) und eine mit Spiel ausgebildete Verbindung (72-81) zwischen Stellglied (14) und Umsteuervorrichtung (53, 54), welche bei Erreichen des Stellgliedhubendes die Umsteuervorrichtung (53, 54) in die entgegengesetzte Schaltstellung (M, F) bewegt, in der die Antriebe (10) reversiert werden (Fig. 7).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (14) mit zweiseitig wirkenden Pneumatik-Zylindermotoren (12,13) versehen sind, die über ein 4-Wegeventil (54) gespeist werden, welches mit den gegenüberliegenden Zylinderanschlüssen (65, 65a), einem Drucklüfteinlaß (60) und einem Luftauslaß (63) verbunden ist, wobei der Luftauslaß (63) ein normalerweise geschlossenes Absperrventil (64) enthält, das zum Einschalten der Stellglied-Motoren (12,13) geöffnet werden kann.

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