DE29720465U1 - Device for clamping and breaking drill strings - Google Patents
Device for clamping and breaking drill stringsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Klemmen und Brechen von Bohrsträngen, die aus Bohrelementen wie Bohrrohren oder Bohrgestängen zusammengesetzt sind, mit wenigstens zwei paarweise gegenüberliegend angeordneten und hydraulisch verstellbaren Spannbacken, zwischen denen ein Bohrelement einklemmbar ist, und mit Klemmeinsätze aufweisenden Aufsetzbacken, welche lösbar an den Spannbacken befestigt sind.The invention relates to a device for clamping and breaking drill strings, which are composed of drilling elements such as drill pipes or drill rods, with at least two hydraulically adjustable clamping jaws arranged in pairs opposite one another, between which a drilling element can be clamped, and with attachment jaws having clamping inserts, which are detachably attached to the clamping jaws.
Vorrichtungen zum Klemmen und Brechen von Bohrsträngen werden an Bohrgeräten zum Herstellen von Löchern in verschiedenen Untergründen verwendet. Bohrgeräte finden eine häufige Anwendung, um Verpreßanker im Erdreich, Gestein oder Fels zu setzen. Hierzu bestehen die bekannten Bohrgeräte aus einem Raupenfahrzeug, auf dem eine Lafette an Gelenkarmen in allen Richtungen bewegbar angelenkt ist. Auf der Lafette ist axial verfahrbar ein Bohrantrieb, z. B. ein Drefv/Schlagantrieb, angeordnet, mit dem die einzelnen Bohrelemente gekoppelt werden. Diese Kopplung wie auch die Verbindung der einzelnen Bohrelemente im Rahmen des Vortriebs des gesamten Bohrstranges findet gewöhnlich durch Verschrauben statt. Die einzelnen Bohrelemente werden einem in der Regel parallel zur Lafette angeordneten Magazin entnommen und nach dem Bohren der Löcher, wieder in dieses zurückgelegt.Devices for clamping and breaking drill strings are used on drilling machines to create holes in various types of substrate. Drilling machines are often used to set grout anchors in the ground, rock or stone. For this purpose, the well-known drilling machines consist of a crawler vehicle on which a carriage is attached to articulated arms that can be moved in all directions. A drilling drive, e.g. a rotary/impact drive, is arranged on the carriage and can be moved axially, with which the individual drilling elements are coupled. This coupling, as well as the connection of the individual drilling elements as part of the advance of the entire drill string, usually takes place by screwing. The individual drilling elements are taken from a magazine that is usually arranged parallel to the carriage and are returned to it after the holes have been drilled.
Die Handhabung der einzelnen Bohrelemente stellt sowohl beim Setzen zur Durchführung des Bohrvorganges als auch beim Ziehen der Bohrstränge ein außerordentliches Problem insoweit dar, daß die einzelnen Bohrelemente in Abhängigkeit von ihrer Länge ein erhebliches Gewicht besitzen und amThe handling of the individual drilling elements presents an extraordinary problem both when setting them up to carry out the drilling process and when pulling out the drill strings, as the individual drilling elements have a considerable weight depending on their length and
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Bohrgeräte positioniert, gehalten und verschraubt bzw. wieder voneinander gelöst und wegtransportiert werden müssen. Bei verschiedenen Bohrverfahren kommt darüber hinaus erschwerend hinzu, daß mit ineinander gesetzten Bohrsträngen gearbeitet wird, wie beispielsweise beim Überlagerungs- und Doppelkopfbohren, bei dem ein inneres Bohrgestänge mit einem Außenbohrrohr konzentrisch mit Abstand umgeben ist. Für jeden sogenannten Schuß sind hierbei zwei unterschiedliche Bohrelemente zu handhaben, die über Gewindeanschlüsse mit dem Bohrantrieb bzw. dem bereits gesetzten Bohrstrang zu verbinden und nach Durchführung des Dreh-/Schlag-Bohrvorgangs wieder zu lösen sind.Drilling equipment must be positioned, held and screwed together, or detached from each other and transported away. In various drilling processes, it is also made more difficult by the fact that drill strings are placed one inside the other, such as in overburden and double-head drilling, where an inner drill rod is surrounded by an outer drill pipe at a distance from each other. For each so-called shot, two different drilling elements must be handled, which must be connected to the drill drive or the drill string that has already been set via threaded connections and then detached again after the rotary/impact drilling process has been carried out.
Im Stand der Technik ist es bekannt, zum Verbinden bzw. Lösen von Bohrelementen eines Bohrstranges die eingangs geschilderte Vorrichtung zu verwenden. Ursächlich hierfür ist, daß durch die Dreh-/Schlagbewegung während des Bohrvorgangs die einzelnen Bohrelemente eines Bohrstranges derart miteinander verpreßt sind, daß ein Losdrehen mittels des Bohrantriebs alleine nahezu ausgeschlossen ist. Bei der bekannten Vorrichtung werden zwei miteinander verschraubte Bohrelemente jeweils zwischen ein Paar hydraulisch betätigte Spannbacken eingeklemmt und das Haftmoment der Bohrelementverbindung durch hydraulisch unterstützte Relativdrehung eines Spannbackenpaares um in der Regel 30° aufgebrochen. Das endgültige Losdrehen des damit gelockerten Bohrelementes kann nun mit dem Bohrantrieb vorgenommen werden. Um einen Reibschluß der Spannbacken mit einem eingespannten Bohrelement zu erzielen, werden mit profilierten Klemmeinsätzen bestückte Aufsetzbacken verwendet, die nach Verschleiß ausgewechselt werden.In the prior art, it is known to use the device described above to connect or disconnect drilling elements of a drill string. The reason for this is that the individual drilling elements of a drill string are pressed together by the rotary/impact movement during the drilling process in such a way that loosening them using the drill drive alone is almost impossible. In the known device, two drilling elements screwed together are each clamped between a pair of hydraulically operated clamping jaws and the holding torque of the drilling element connection is broken by hydraulically supported relative rotation of a pair of clamping jaws by usually 30°. The drilling element that has been loosened in this way can now be finally unscrewed using the drill drive. In order to achieve a frictional connection between the clamping jaws and a clamped drilling element, attachment jaws equipped with profiled clamping inserts are used, which are replaced when they wear out.
Als Nachteil der zuvor beschriebenen Vorrichtung erweist sich, daß sich die zum einfachen und schnellen Austauschen an die Spannbacke angeschraubten Aufsetzbacken häufig lösen, was nicht nur eine umständliche und aufwendige regelmäßige Kontrolle mit sich bringt, sondern aufgrund der großen aufgebrachten Kräfte auch zu Beschädigungen an den Spannbacken oder den Bohrelementen führen kann. Die Ursache hierfür besteht darin, daß bei Verwendung von Bohrelementen mit unterschiedlichen Durchmessern eine stets flächige Berührung von Klemmeinsatz und Bohrelement ausgeschlossenA disadvantage of the device described above is that the attachment jaws, which are screwed onto the clamping jaw for quick and easy replacement, often come loose, which not only requires complicated and time-consuming regular inspections, but can also lead to damage to the clamping jaws or the drilling elements due to the large forces applied. The reason for this is that when drilling elements with different diameters are used, surface contact between the clamping insert and the drilling element is always impossible.
ist, so daß eine einseitige Belastung der Spannbacken und damit Spannungen in diesen auftreten, die ein Lösen der Schrauben bewirken.so that a one-sided load is placed on the clamping jaws and thus tensions occur in them, which cause the screws to loosen.
Nachteilig ist weiterhin, daß mit der einseitigen, das heißt punktförmigen, Belastung der Klemmeinsätze ein hoher Verschleiß einhergeht und durch die Verwendung profilierter Klemmeinsätze zudem die Gefahr des Abbrechens eines Profils besteht, was auch Verformungen oder Beschädigungen der Bohrelemente zur Folge haben kann.Another disadvantage is that the one-sided, i.e. point-like, loading of the clamping inserts is accompanied by high wear and tear and the use of profiled clamping inserts also poses the risk of a profile breaking off, which can also result in deformation or damage to the drilling elements.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Klemmen und Brechen dahingehend weiterzubilden, daß sich bei Vermeidung der zuvor beschriebenen Nachteile eine variable Anpassung der Klemmeinsätze an unterschiedliche Bohrelementdurchmesser auf einfache und kostengünstige Weise erreichen läßt.The invention is based on the object of developing a device for clamping and breaking in such a way that a variable adaptation of the clamping inserts to different drilling element diameters can be achieved in a simple and cost-effective manner while avoiding the disadvantages described above.
Die Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Klemmeinsätze an Halterungen angeordnet sind, die verschwenkbeweglich in den Aufsetzbacken gelagert sind, wobei die Verschwenkachse parallel zu einem eingespannten Bohrelement verläuft.The object is achieved according to the invention in a device of the type mentioned at the outset in that the clamping inserts are arranged on holders which are pivotably mounted in the mounting jaws, the pivot axis running parallel to a clamped drilling element.
Durch eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung wird stets ein flächiger Kontakt zwischen Klemmeinsätze und Bohrelement erreicht, so daß eine gleichmäßige Kraftübertragung stattfindet. Dies bewirkt nicht nur einen geringeren Verschleiß der Klemmeinsätze, sondern führt auch zu deutlich erhöhten Klemmkräften bei gleichbleibendem Hydraulikaufwand.Such an inventive design always ensures that there is surface contact between the clamping inserts and the drilling element, so that the force is transmitted evenly. This not only reduces wear on the clamping inserts, but also leads to significantly increased clamping forces with the same hydraulic effort.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist eine Halterung eine Querschnittsfläche auf, welche auf einer Seite eine konvexe und auf der dieser gegenüberliegenden Seite eine konkave Kontur besitz, wobei die konvexe Seite im Aufsetzbacken geführt und die freie konkave Seite mit wenigstens einem Klemmeinsatz versehen ist. Die konkave Ausgestaltung der Halterung einerseits erweist sich günstig für die Übertragung hoher Kräfte, während die konvexe Ausgestaltung andererseits eine optimale Anpassung an die Außenkontur eines Bohrelementes gestattet. Hinsichtlich letzterem ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Krümmung der konkaven Seite einemIn a preferred embodiment, a holder has a cross-sectional area which has a convex contour on one side and a concave contour on the opposite side, with the convex side being guided in the mounting jaw and the free concave side being provided with at least one clamping insert. The concave design of the holder on the one hand proves to be advantageous for the transmission of high forces, while the convex design on the other hand allows optimal adaptation to the outer contour of a drilling element. With regard to the latter, it is also advantageous if the curvature of the concave side corresponds to a
mittleren Durchmesser von beispielsweise 100 mm der gängigsten mittleren Bohrelemente entspricht, so daß die Abweichungen bei Verwendung von Bohrelementen mit größeren oder kleineren Durchmessern auf ein Minimum beschränkt ist.average diameter of, for example, 100 mm of the most common medium-sized drilling elements, so that the deviations when using drilling elements with larger or smaller diameters are kept to a minimum.
Zweckmäßigerweise ist die Lagerfläche eines Aufsetzbackens im Querschnitt annähernd kartenförmig ausgebildet und weist die gleiche Krümmung auf wie die konvexe Seite einer Halterung. Dies bietet den Vorteil, daß sich die Kraftübertragung von den Spannbacken über die Aufsetzbacken in die Halterung der Klemmeinsätze ungehindert vollzieht, so daß eine geringe Spannungsbelastung in den Aufsetzbacken entsteht.It is advisable for the bearing surface of a mounting jaw to be approximately card-shaped in cross-section and to have the same curvature as the convex side of a holder. This offers the advantage that the force is transmitted unhindered from the clamping jaws via the mounting jaws into the holder of the clamping inserts, so that a low stress load is created in the mounting jaws.
Zweckmäßig ist ferner, wenn die Halterung um eine Achse verschwenkbar ist, welche in einer Durchgangsbohrung der Halterung geführt ist, um auf einfache und kostengünstige Weise eine begrenzte Drehung und damit Anpassung der Halterung an unterschiedliche Bohrelementedurchmesser zu ermöglichen. Gemäß einem weiteren Merkmai der Erfindung verläuft die Durchgangsbohrung nahe dem Schwerpunkt der Halterung, so daß diese aufgrund ihres Eigengewichts stets eine vorbestimmte Grundstellung einnimmt und dennoch einfach zu verschwenken ist. Um größtmögliche Variabilität hinsichtlich der Anpassung der Halterung an unterschiedliche Bohrelementdurchmesser zu gewährleisten, hat gemäß einem besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung die Durchgangsbohrung einen zylindrischen Durchmesser, welcher in Krümmungsrichtung der Halterung größer ist als der Durchmesser der Achse. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Halterung nicht nur um eine feste Verschwenkachse drehbar ist, sondern durch Verschieben relativ zur feststehenden Welle eine Exzentrizität erfährt, welche einen optimalen Anstellwinkel hinsichtlich einesIt is also expedient if the holder can be pivoted about an axis, which is guided in a through-hole in the holder, in order to enable a limited rotation and thus adaptation of the holder to different drilling element diameters in a simple and cost-effective manner. According to a further feature of the invention, the through-hole runs close to the center of gravity of the holder, so that it always assumes a predetermined basic position due to its own weight and is nevertheless easy to pivot. In order to ensure the greatest possible variability with regard to the adaptation of the holder to different drilling element diameters, according to a particularly advantageous feature of the invention, the through-hole has a cylindrical diameter which is larger in the direction of curvature of the holder than the diameter of the axis. In this way, it is possible for the holder not only to be rotatable about a fixed pivot axis, but by moving relative to the fixed shaft, it experiences an eccentricity which provides an optimal angle of attack with regard to a
Bohrelementdurchmessers gewährleistet.drilling element diameter is guaranteed.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind an einer Halterung zwei Klemmeinsätze angeordnet, die an ihrer freien Außenfläche eine riffelartige Profilierung aufweisen, welche der konkaven Kontur der Halterung folgt, um auf diese Weise eine gute tangentiale Annäherung an die Krümmung eines Bohrelementes zu erreichen. Zu dem gleichen Zweck wird weiterhinAccording to a preferred development, two clamping inserts are arranged on a holder, which have a ridge-like profile on their free outer surface, which follows the concave contour of the holder in order to achieve a good tangential approximation to the curvature of a drilling element. For the same purpose,
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vorgeschlagen, daß an einem Aufsetzbacken zwei Halterungen angeordnet sind, was zudem zu einer erhöhten Klemmkraft beiträgt.suggested that two brackets are arranged on one mounting jaw, which also contributes to an increased clamping force.
Um ein einfaches und schnelles Austauschen der Spannbacken zu erzielen, sind vorteilhafterweise die Aufsetzbacken an die Spannbacken angeschraubt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ergibt sich kein Lösen der Schrauben mehr, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt war. Schließlich wird vorgeschlagen, daß die Klemmeinsätze unlösbar mit den Halterungen verbunden sind, um eine zuverlässige Kraftübertragung von den Halterungen auf die Klemmeinsätze zu erzielen.In order to achieve a simple and quick replacement of the clamping jaws, the mounting jaws are advantageously screwed onto the clamping jaws. Due to the design according to the invention, the screws no longer need to be loosened, as was known from the prior art. Finally, it is proposed that the clamping inserts are permanently connected to the holders in order to achieve a reliable transmission of force from the holders to the clamping inserts.
Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, und zwar zeigen:Further features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment, which is shown in the drawing, in which:
Fig. 1 ein Bohrgerät mit einer Vorrichtung zum Klemmen und Brechen von Bohrsträngen in einer schematischen Seitenansicht;Fig. 1 shows a drilling rig with a device for clamping and breaking drill strings in a schematic side view;
Fig. 2 die Vorrichtung zum Klemmen und Brechen als Einzelbaugruppe in einer schematischen Ansicht gemäß dem Pfeil in Fig. 1 teilweise im Schnitt;Fig. 2 shows the device for clamping and breaking as a single assembly in a schematic view according to the arrow in Fig. 1, partially in section;
Fig. 2a die Vorrichtung gemäß Fig. 2 bei einer Relativverdrehung zwischen zwei Spannbackenpaaren;Fig. 2a the device according to Fig. 2 with a relative rotation between two pairs of clamping jaws;
Fig. 3 eine Spannbacke mit angeschraubter Aufsetzbacke und daran angeschlossenen Halterungen mit Klemmeinsätzen in einer Schnittdarstellung;Fig. 3 a clamping jaw with screwed-on mounting jaw and attached holders with clamping inserts in a sectional view;
Fig. 3a die Spann- und Aufsetzbacken mit einer alternativen Ausführungsform für die Halterungen;Fig. 3a the clamping and mounting jaws with an alternative embodiment for the holders;
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Spannens eines Rohres kleinen Durchmessers undFig. 4 is a schematic diagram to illustrate the clamping of a small diameter pipe and
Fig. 4a eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Spannens eines Rohres großen Durchmessers.Fig. 4a is a schematic representation to illustrate the clamping of a large diameter pipe.
Das in Fig. 1 gezeigte Bohrgerät 1 eignet sich zum Bohren von Löchern in verschiedenen Untergründen, wie beispielsweise Erdreich, Gestein oder Fels. Das als Raupenfahrzeug ausgebildete Bohrgerät 1 weist ein Raupenfahrwerk 2 auf, an dessen Schwenksäule 3 über Gelenkarme 4, einen Schwenkkopf 5 für die Neigungseinsteliung und ein Lafettenträger 6 eine Lafette 7 in allen Richtungen beweglich angelenkt ist. Die heb- und senkbare sowie nach allen räumlichen Achsrichtungen bewegbare Lafette 7 wird hydraulisch von einer Motor-Hydraulik-Einheit 8 angetrieben. Auf der Lafette 7 ist in entsprechenden Führungen axial verfahrbar ein Bohrantrieb 9 angeordnet, der beispielsweise als Dreh-/Sch!agantrieb oder als Duplex- oder Doppelkopfantrieb ausgebildet sein kann. Der Antriebskopf des Bohrantriebes 9 weist einen Gewindeanschluß 10 für die Kopplung mit einzelnen Bohrelementen 11 des zu setzenden bzw. wieder herauszuziehenden Bohrstranges auf. Als Bohrelemente 11 können sowohl Bohrgestänge als auch Bohrrohre verwendet werden, die als einzelne Schüsse zu einem Bohrstrang zusammengesetzt und von dem Bohrantrieb 9 durch Drehen und/oder Schlagen in einen Untergrund eingetrieben werden, wobei bei einem Duplex-Antrieb die Bohrlochverrohrung und das Bohrlochgestänge gleichzeitig gedreht und/oder geschlagen werden.The drilling device 1 shown in Fig. 1 is suitable for drilling holes in various substrates, such as soil, stone or rock. The drilling device 1, which is designed as a crawler vehicle, has a crawler chassis 2, to whose swivel column 3 a carriage 7 is articulated so that it can move in all directions via articulated arms 4, a swivel head 5 for the inclination adjustment and a carriage carrier 6. The carriage 7, which can be raised and lowered and moved in all spatial axial directions, is driven hydraulically by a motor-hydraulic unit 8. A drilling drive 9 is arranged on the carriage 7 so that it can be moved axially in corresponding guides, which can be designed, for example, as a rotary/impact drive or as a duplex or double-head drive. The drive head of the drilling drive 9 has a threaded connection 10 for coupling with individual drilling elements 11 of the drill string to be set or pulled out again. Both drill rods and drill pipes can be used as drilling elements 11, which are assembled as individual sections to form a drill string and driven into a subsoil by the drilling drive 9 by turning and/or striking, whereby in a duplex drive the borehole casing and the borehole rods are turned and/or struck simultaneously.
Am vorderen Ende 12 der Lafette 7 ist eine Klemm- und Brechvorrichtung 13 angeordnet, die zum klemmenden Festhalten, Verschrauben und Lösen eines aus Bohrelementen 11 zusammengesetzten Bohrstranges dient. Seitlich an der Lafette 7 ist ein Magazin 14 für die Bohrelemente 11 befestigt, das als Trommelmagazin ausgebildet ist und mittels eines Antriebsmotors 1 5 um seine Mittelachse 16, die sich in der Bohrebene seitlich der Bohrachse 17 befindet, rotierbar ist, um nacheinander die Bohrelemente 11 in eine in der Bohrebene liegende, zur Bohrachse 17 hingewendete Entnahmeposition zu bringen. Auf der dem Magazin 14 gegenüberliegenden Seite der Lafette 7 ist eine Handhabungsvorrichtung 18 angeordnet, mittels der die Entnahme der Bohrelemente 11 aus dem Magazin 14 voli mechanisiert und ohne manuelle Unterstützung stattfindet.At the front end 12 of the carriage 7, a clamping and breaking device 13 is arranged, which serves to clamp, screw and release a drill string composed of drilling elements 11. A magazine 14 for the drilling elements 11 is attached to the side of the carriage 7, which is designed as a drum magazine and can be rotated by means of a drive motor 15 about its central axis 16, which is located in the drilling plane to the side of the drilling axis 17, in order to bring the drilling elements 11 one after the other into a removal position in the drilling plane facing the drilling axis 17. On the side of the carriage 7 opposite the magazine 14, a handling device 18 is arranged, by means of which the removal of the drilling elements 11 from the magazine 14 takes place fully mechanized and without manual assistance.
Die in den Figuren 2 und 2a gezeigte Klemm- und Brechvorrichtung 13 besteht aus zwei in Richtung der Bohrachse 17 hintereinander angeordneten Paaren von Spannbacken 19, 19a von denen jeder Spannbacken 19, 19a mittels zweier Hydraulikzylinder 20 orthogonal zur Bohrachse 17 verstellbar ist. An den Spannbacken 19, 19a sind Aufsetzbacken 21 mittels Schrauben 22 angeschraubt. Das in Bohrrichtung hintere Spannbackenpaar 19 ist über zwei seitlich angelenkte Hydraulikzylinder 23, 23a relativ zu dem in Bohrrichtung vorderen Spannbackenpaar 19a verdrehbar, wie insbesondere in Fig. 2a zu erkennen ist.The clamping and breaking device 13 shown in Figures 2 and 2a consists of two pairs of clamping jaws 19, 19a arranged one behind the other in the direction of the drilling axis 17, each of which can be adjusted orthogonally to the drilling axis 17 by means of two hydraulic cylinders 20. Attachment jaws 21 are screwed to the clamping jaws 19, 19a by means of screws 22. The rear pair of clamping jaws 19 in the drilling direction can be rotated relative to the front pair of clamping jaws 19a in the drilling direction by means of two laterally hinged hydraulic cylinders 23, 23a, as can be seen in particular in Fig. 2a.
In den Figuren 3 und 3a sind in einer Schnittdarstellung die mit den Schrauben 22 an die Spannbacken 19, 19a angeschraubten Aufsetzbacken 21 detaillierter zu erkennen. Die Aufsetzbacken 21 sind mit zwei im Querschnitt annähernd kaiottenförmig ausgebildeten Lagerflächen 24 versehen, die zur Führung von komplementär ausgebildeten Halterungen 25 vorgesehen sind. Die einen im wesentlichen konvex-konkaven Querschnitt aufweisenden Halterungen 25 sind an ihrer konkaven Seite mit jeweils zwei Klemmeinsätzen 26 bestückt, die an ihrer freien Außenfläche eine riffelartige Profilierung aufweisen, welche der konkaven Kontur der Halterung 25 folgt. Die Halterungen 25 sind mittels einer Achse 28 verschwenkbeweglich in den Aufsetzbacken 21 gelagert. Die Verschwenkachse ist dabei so orientiert, daß sie parallel zu einem eingespannten Bohrelement 11, das heißt parallel zur Bohrachse 17 verläuft. Die Achsen 28 erstrecken sich in Segmentbohrungen/Segmentausfräsungen 27, 27a der Halterungen 25, die im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 3 als konzentrische Bohrung nahe dem Schwerpunkt der Halterung 25 und in der alternativen Ausführungsform gemäß Fig. 3a einen zylindrischen Durchmesser aufweisen, welcher in Krümmungsrichtung der Halterung 25 größer ist als der Durchmesser der Welle 28, das heißt eine exzentrische Verschiebung der Halterung 25 zusätzlich zur Verschwenkbewegung um die Achse 28 in einem Aufsetzbacken 21 zuläßt.Figures 3 and 3a show a sectional view of the attachment jaws 21 screwed to the clamping jaws 19, 19a with screws 22 in more detail. The attachment jaws 21 are provided with two bearing surfaces 24 with an approximately castellated cross-section, which are intended to guide complementary holders 25. The holders 25, which have a substantially convex-concave cross-section, are each fitted with two clamping inserts 26 on their concave side, which have a ribbed profile on their free outer surface, which follows the concave contour of the holder 25. The holders 25 are pivotably mounted in the attachment jaws 21 by means of an axis 28. The pivot axis is oriented so that it runs parallel to a clamped drilling element 11, i.e. parallel to the drilling axis 17. The axes 28 extend into segment bores/segment millings 27, 27a of the holders 25, which in the case of the embodiment according to Fig. 3 are designed as a concentric bore near the center of gravity of the holder 25 and in the alternative embodiment according to Fig. 3a have a cylindrical diameter which is larger in the direction of curvature of the holder 25 than the diameter of the shaft 28, i.e. allows an eccentric displacement of the holder 25 in addition to the pivoting movement about the axis 28 in a mounting jaw 21.
Die Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Bohrgerätes 1 ist wie folgt: Zu Beginn einer Bohrung werden die Bohrelemente 11 in das Magazin 14 geladen, wobei in Abhängigkeit des auszuführenden Bohrverfahrens sowohl Bohrrohre oder Bohrgestänge alleine als auch kombiniert angeordnet werden können. ZurThe operation of the drilling device 1 shown in Fig. 1 is as follows: At the beginning of a drilling, the drilling elements 11 are loaded into the magazine 14, whereby, depending on the drilling process to be carried out, both drill pipes or drill rods can be arranged alone or in combination.
Entnahme des ersten Bohrelementes 11 verfährt die Handhabungsvorrichtung 18 und positioniert das Bohrelement 11 in der Bohrachse 17. Als nächstes wird der Bohrantrieb 9 an das Bohrelement 11 auf der Lafette 7 herangefahren und über den Gewindeanschluß 10 mit diesem verbunden. Bei Doppelkopfoder Überlagerungsbohren, bei dem die Bohrelemente 11 aus inneren Bohrgestängen und äußeren Bohrrohren zusammengesetzt sind, wird zunächst das Innengestänge gegriffen, in die Bohrachse 17 transportiert und mit dem Bohrantrieb 9 verbunden. Dieser fährt sodann soweit zurück, daß die Entnahme eines Außenrohres in äquivalenter Weise aus dem Magazin 14 stattfinden kann. Anschließend wird das Innengestänge in das Außenrohr eingeführt und daß so zusammengesetzte Bohrelement 11 auf der Lafette 7 nach vorn zu einem bereits im Bohrloch befindlichen Bohrstrang verfahren. Die Befestigung des Bohrelementes 11 an den Bohrstrang geschieht mit Hilfe der Klemm- und Brechvorrichtung 13 derart, daß das vordere Spannbackenpaar 19a den Bohrstrang einklemmt und das Bohrelement 11 mit Hiife des Bohrantriebs 9 aufgeschraubt wird.When the first drilling element 11 is removed, the handling device 18 moves and positions the drilling element 11 in the drilling axis 17. Next, the drilling drive 9 is moved to the drilling element 11 on the carriage 7 and connected to it via the threaded connection 10. In double-head or overlay drilling, in which the drilling elements 11 are composed of inner drill rods and outer drill pipes, the inner rod is first gripped, transported to the drilling axis 17 and connected to the drilling drive 9. This then moves back so far that an outer pipe can be removed in an equivalent manner from the magazine 14. The inner rod is then inserted into the outer pipe and the drilling element 11 thus assembled is moved forward on the carriage 7 to a drill string already in the borehole. The drilling element 11 is attached to the drill string with the aid of the clamping and breaking device 13 in such a way that the front pair of clamping jaws 19a clamps the drill string and the drilling element 11 is screwed on with the aid of the drill drive 9.
Das eigentliche Bohren wird durch Betätigung des Dreh- und/oder Schlagantriebs des Bohrantriebs 9 durchgeführt. Dies setzt selbstverständlich voraus, daß das vordere Spannbackenpaar 19a den Bohrstrang nicht mehr festklemmt. Zum Anschließen eines weiteren Bohrelementes 11 wird der Bohrstrang wieder mit den Spannbacken 19 und/oder 19a festgeklemmt und der Bohrantrieb 9 gelöst und in seine Ausgangsposition am hinteren Ende der Lafette 7 zurückbewegt. In gleicher Weise kann nun ein weiteres Bohrelement 11 entnommen bzw. aus einem inneren Bohrgestänge und einem äußeren Bohrrohr zusammengesetzt und auf die bereits im Bohrloch befindlichen Bohrelement aufgeschraubt werden, bis das Bohrloch sukzessiv fertiggestellt ist.The actual drilling is carried out by operating the rotary and/or impact drive of the drill drive 9. This of course requires that the front pair of clamping jaws 19a no longer clamps the drill string. To connect another drilling element 11, the drill string is clamped again with the clamping jaws 19 and/or 19a and the drill drive 9 is released and moved back to its starting position at the rear end of the carriage 7. In the same way, another drilling element 11 can now be removed or assembled from an inner drill rod and an outer drill pipe and screwed onto the drilling element already in the borehole until the borehole is successively completed.
Nach Fertigstellung des Bohrloches wird zunächst Schuß für Schuß das innere Bohrgestänge abgebaut und ggf. ein zu setzender Verpreßanker in das noch verrohrte Bohrloch eingeführt, ehe Schuß für Schuß auch die Außenverrohrung abgebaut wird. Die Arbeitsfolge beim Herausziehen entspricht dabei der beim Abwärtsbohren, jedoch in entgegengesetzter Reihenfolge. Das heißt, daß ein Bohrelement 11 auf die Höhe des Magazins 14 mit dem Bohrantrieb 9 gezogen wird und dann mit der Klemm- undAfter completion of the borehole, the inner drill rod is removed shot by shot and, if necessary, a grout anchor is inserted into the still cased borehole before the outer casing is removed shot by shot. The sequence of work when pulling out corresponds to that when drilling downwards, but in the opposite order. This means that a drilling element 11 is pulled to the height of the magazine 14 with the drilling drive 9 and then with the clamping and
Brechvorrichtung 13 festgeklemmt wird. Dabei klemmen das hintere Spannbackenpaar 19 das zu entnehmende Bohrelement 11 und das vordere Spannbackenpaar 19a das mit diesem verschraubte Bohrelement des verbleibenden Bohrstranges fest. Durch entsprechende Beaufschlagung der Hydraulikzylinder 23, 23a wird sodann das hintere Spannbackenpaar 19 gegenüber dem vorderen Spannbackenpaar 19a um ca. 30° verdreht. Dies hat zur Folge, daß die aufgrund des Bohrvorgangs mit einem hohen Haftmoment miteinander verbundenen Bohrelemente "gebrochen" werden, so daß nun die Kraft des Bohrantriebs 9 ausreicht, um das gelockerte Bohrelement 11 vom verbleibenden Bohrstrang zu !ösen. Selbstverständlich ist hierzu das Spannbackenpaar 19 wieder zu öffnen. Mittels der Handhabungsvorrichtung 18 wird danach das Bohrelement 11 ergriffen und festgehalten, bis der Gewindeanschluß 10 des Bohrantriebs 9 vollständig gelöst ist. Anschließend wird das Bohrelement 11 im Magazin 14 positioniert, wobei durch die Rotation des Magazins 14 sichergestellt ist, daß sich stets ein leeres Fach auf Höhe der Handhabungsvorrichtung 18 befindet. Der Abbau des nächsten Bohrelementes 11 erfolgt in gleicher Weise.The rear pair of clamping jaws 19 clamps the drilling element 11 to be removed and the front pair of clamping jaws 19a clamps the drilling element of the remaining drilling string that is screwed to it. By applying the appropriate pressure to the hydraulic cylinders 23, 23a, the rear pair of clamping jaws 19 is then rotated by approx. 30° relative to the front pair of clamping jaws 19a. This has the result that the drilling elements, which are connected to one another with a high holding torque due to the drilling process, are "broken" so that the force of the drilling drive 9 is now sufficient to release the loosened drilling element 11 from the remaining drilling string. Of course, the pair of clamping jaws 19 must be opened again for this purpose. The drilling element 11 is then grasped and held using the handling device 18 until the threaded connection 10 of the drilling drive 9 is completely released. The drilling element 11 is then positioned in the magazine 14, whereby the rotation of the magazine 14 ensures that there is always an empty compartment at the level of the handling device 18. The next drilling element 11 is dismantled in the same way.
Durch die hohen, mittels der Hydraulikzylinder 20 aufgebrachten Kräfte beim Festklemmen des Bohrstrangs bzw. des Bohrelementes 11 mit den Spannbacken 19, 19a tritt ein hoher Verschleiß an den Kontaktflächen auf, welcher ein Austauschen der die notwendige Reibung erzielenden Klemmeinsätze 26 mit der Zeit erfordert. Diese, häufig aus einem Hartmetall bestehenden Klemmeinsätze 26 sind daher mit Schrauben 22 an den Aufsetzbacken 21 angeordnet, was einen einfachen und schnellen Austausch sicherstellt. Um eine optimale Anpassung der Klemmeänsätze 26 an unterschiedliche Durchmesser von Bohrelementen 11 zu gewährleisten, sind die Klemmeinsätze 26 an den in den Aufsetzbacken 21 verschwenkbeweglich gelagerten Halterungen 25 angeordnet. Durch die Verschwenkbeweglächkeit der Halterungen 25 wird erreicht, daß die Klemmeinsätze 26 stets größtenteils flächig an den Bohrelementen 11 anliegen, so daß eine gleichmäßige Kraftübertragung von den Hydraulikzylindern 20 auf ein eingespanntes Bohrelement 11 stattfindet. Dies trägt zum einen dazu bei, daß die in den Aufsetzbacken 21 auftretenden Spannungen minimiert werden, so daß ein unbeabsichtigtes Lösen der Schrauben 22 ausgeschlossen werden kann, und zum anderen, daß auch der Verschleiß erheblich reduziert wird, so daß sichDue to the high forces applied by the hydraulic cylinders 20 when clamping the drill string or the drilling element 11 with the clamping jaws 19, 19a, high wear occurs on the contact surfaces, which requires the clamping inserts 26 that provide the necessary friction to be replaced over time. These clamping inserts 26, which are often made of hard metal, are therefore arranged on the attachment jaws 21 with screws 22, which ensures simple and quick replacement. In order to ensure optimal adaptation of the clamping attachments 26 to different diameters of drilling elements 11, the clamping inserts 26 are arranged on the brackets 25 that are pivotably mounted in the attachment jaws 21. The swiveling mobility of the brackets 25 ensures that the clamping inserts 26 always lie largely flat against the drilling elements 11, so that a uniform force transmission from the hydraulic cylinders 20 to a clamped drilling element 11 takes place. This contributes to minimizing the stresses occurring in the mounting jaws 21, so that unintentional loosening of the screws 22 can be ruled out, and on the other hand, that wear is also significantly reduced, so that
eine längere Lebensdauer der Klemmeinsätze 26 ergibt. Ferner läßt sich bei gleichem durch die Hydraulikzylinder 20 aufgebrachten Kraftaufwand, eine erhöhte Haltekraft erzielen, so daß größere Brechmomente übertragen werden können. In der Ausführungsform gemäß Fig. 3a ist zudem die Halterung 25 im Rahmen der Segmentbohrung/Segmentausfräsung 27a zusätzlich zur Verschwenkbewegung exzentrisch verschiebbar, was insbesondere bei Bohrelementen 11 mit sehr kleinen oder sehr großen Durchmessern eine optimale Anpassung zuläßt. Mittels der in den Figuren 3 und 3a gezeigten Anordnung der Klemmeinsätze 26 an verschwenkbeweglichen Halterungen 25 wird damit nicht zuletzt auch einer erhöhten Betriebszuverlässigkeit Rechnung getragen, indem Beschädigungen an den Spannbacken 19, 19a oder den Hydraulikzylindern 20 infolge eines unbeabsichtigten Lösens der Aufsetzbacken 21 weitestgehend vermieden werden.a longer service life of the clamping inserts 26. Furthermore, with the same amount of force applied by the hydraulic cylinders 20, an increased holding force can be achieved, so that greater breaking torques can be transmitted. In the embodiment according to Fig. 3a, the holder 25 can also be moved eccentrically within the segment bore/segment milling 27a in addition to the pivoting movement, which allows optimal adjustment, particularly for drilling elements 11 with very small or very large diameters. By means of the arrangement of the clamping inserts 26 on pivotable holders 25 shown in Figs. 3 and 3a, increased operational reliability is also taken into account, as damage to the clamping jaws 19, 19a or the hydraulic cylinders 20 as a result of inadvertent release of the attachment jaws 21 is largely avoided.
1 Bohrgerät1 drilling rig
2 Raupenfahrwerk2 crawler track
3 Schwenksäule3 Swivel column
4 Gelenkarm4 Articulated arm
5 Schwenkkopf5 Swivel head
6 Lafettenträger6 gun carriages
7 Lafette7 Gun carriage
8 Motor-Hydraulik-Einheit8 Motor-hydraulic unit
9 Bohrantrieb9 Drill drive
10 Gewindeanschluß10 Threaded connection
11 Bohrelement11 Drilling element
12 vorderes Ende der Lafette12 front end of the gun carriage
13 Klemm- und Brechvorrichtung13 Clamping and breaking device
14 Magazin14 Magazine
15 Antriebsmotor zum Magazin15 Drive motor to the magazine
16 Mittelachse zum Magazin16 Center axis to the magazine
17 Bohrachse17 Drilling axis
18 Handhabungsvorrichtung18 Handling device
19 Spannbacken 19a Spannbacken19 Clamping jaws 19a Clamping jaws
20 Hydraulikzylinder20 hydraulic cylinders
21 Aufsetzbacken21 mounting jaws
22 Schraube22 Screw
23 Hydraulikzylinder 23a Hydraulikzylinder23 Hydraulic cylinder 23a Hydraulic cylinder
24 Lagerfläche24 storage space
25 Halterung25 Bracket
26 Klemmeinsatz26 Clamp insert
27 Segmentbohrung/Segmentausfräsung 27a Segmentbohrung/Segmentausfräsung27 Segment drilling/segment milling 27a Segment drilling/segment milling
28 Achse28 Axis
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29720465U DE29720465U1 (en) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Device for clamping and breaking drill strings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29720465U DE29720465U1 (en) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Device for clamping and breaking drill strings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29720465U1 true DE29720465U1 (en) | 1998-01-02 |
Family
ID=8048801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29720465U Expired - Lifetime DE29720465U1 (en) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Device for clamping and breaking drill strings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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- 1997-11-19 DE DE29720465U patent/DE29720465U1/en not_active Expired - Lifetime
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| CN110513058B (en) * | 2019-09-05 | 2020-12-25 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Water braid dismounting device for drill rod on rear end of power head |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19980212 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20010131 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20040210 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20051229 |
|
| R071 | Expiry of right |