DE29903909U1 - Device for handling drilling elements - Google Patents
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Description
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Vorrichtung zur Handhabung von BohrelementenDevice for handling drilling elements
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Handhabung von Bohrrohren, Bohrgestängen oder dgl. Bohrelementen an einem Bohrgerät zum Bohren von Löchern im Erdreich, Gestein oder Fels, mit einer Lafette, einem an der Lafette verfahrbaren Bohrantrieb für aus Bohrelementen zusammengesetzten Bohrsträngen, einem Magazin für Bohrelemente sowie mit einer Handhabungsvorrichtung für die Bohrelemente, insbesondere beim Entnehmen der Bohrelemente aus dem Magazin, Setzen in die Arbeitsstellung sowie Ziehen und Rückführen der Bohrelemente nach Durchführung des Bohrvorgangs in das Magazin, mit einem verfahrbaren Greifarm, an dessen freiem Ende ein Greifer für die Bohrelemente angeordnet ist.The invention relates to a device for handling drill pipes, drill rods or similar drilling elements on a drilling device for drilling holes in the ground, stone or rock, with a carriage, a drill drive that can be moved on the carriage for drill strings composed of drilling elements, a magazine for drilling elements and with a handling device for the drilling elements, in particular when removing the drilling elements from the magazine, setting them in the working position and pulling and returning the drilling elements to the magazine after the drilling process has been carried out, with a movable gripping arm, at the free end of which a gripper for the drilling elements is arranged.
Bohrgeräte zum Doppelkopf- und Überlagerungsbohren sind bekannt. Die Bohrgeräte bestehen aus einem Raupenfahrzeug, auf dem eine Lafette an Gelenkarmen in allen Richtungen beweglich angelenkt ist. Auf der Lafette ist axial verfahrbar ein Doppelkopf-Bohrantrieb, zum Beispiel ein Dreh-/Schlagantrieb, angeordnet, mit dem die inneren Bohrgestänge und äußeren Bohrrohre der konzentrisch zueinander angeordneten Bohrelemente gekoppelt werden. Die Bohrelemente werden einem parallel zur Lafette angeordneten Trommelmagazin entnommen. Die Kopplung mit dem Bohrantrieb der Lafette findet gewöhnlich mit Schraubverbindungen statt, über die auch die einzelnen Bohrelemente im Rahmen des Vortriebs des gesamten Bohrstranges miteinander verbunden werden. Nach dem Bohren der Löcher werden die Bohrelemente wieder gezogen und in das Magazin rückgeführt. Dabei stellt die Handhabung der einzelnen Bohrelemente sowohl beim Setzen zur Durchführung des Bohrvorgangs als auch beim Ziehen der Bohrstränge ein außerordentliches Problem dadurch dar, daß die einzelnenDrilling rigs for double-head and overburden drilling are well known. The drilling rigs consist of a crawler vehicle on which a carriage is attached to articulated arms that can move in all directions. A double-head drilling drive, for example a rotary/impact drive, is arranged on the carriage so that it can move axially, with which the inner drill rods and outer drill pipes of the concentrically arranged drilling elements are coupled. The drilling elements are taken from a drum magazine arranged parallel to the carriage. The coupling with the drilling drive of the carriage is usually carried out with screw connections, which are also used to connect the individual drilling elements to one another as part of the advance of the entire drill string. After the holes have been drilled, the drilling elements are pulled out again and returned to the magazine. The handling of the individual drilling elements, both when setting them up to carry out the drilling process and when pulling the drill strings, presents an extraordinary problem because the individual
Telefon (0211) 572131 · Telex SS88429 pale d ■ Telefax (0211) 588225 ■ BHF-Bank. Düsseldorf (BLZ 300205 00) 40113276Telephone (0211) 572131 · Telex SS88429 pale d ■ Fax (0211) 588225 ■ BHF-Bank. Düsseldorf (bank code 300205 00) 40113276
Bohrelemente in Abhängigkeit von ihrer Länge erhebliche Gewichte besitzen, die am Bohrgerät positioniert, gehalten und verschraubt werden müssen bzw. wieder voneinander gelöst und wegtransportiert werden müssen.Depending on their length, drilling elements have considerable weights that must be positioned, held and screwed onto the drilling rig or separated from each other and transported away.
Die Handhabung ist besonders erschwert bei Doppelkopf- und Überlagerungsbohrverfahren, bei denen mit ineinandergesetzten Bohrsträngen gearbeitet wird, indem ein inneres Bohrgestänge mit einem Außenbohrrohr konzentrisch mit Abstand umgeben wird. Für jeden Schuß sind daher zwei unterschiedliche Bohrelemente zu magazinieren, zum Bohrgerät zu transportieren, vorher oder hinterher ineinander anzuordnen, über je zwei Gewindeanschlüsse oben und unten mit dem Bohrantrieb und dem bereits gesetzten Bohrstrang zu verbinden und ist nach Durchführung des Dreh-/Schlag-Bohrvorgangs in umgekehrter Weise das Ziehen der Bohrstränge vorzunehmen.Handling is particularly difficult with double-head and overlay drilling methods, which involve working with nested drill strings by surrounding an inner drill rod with an outer drill pipe concentrically at a distance. For each shot, two different drilling elements must therefore be stored in a magazine, transported to the drilling rig, arranged inside each other before or after, connected to the drill drive and the already set drill string via two threaded connections at the top and bottom, and the drill strings must be pulled out in reverse after the rotary/impact drilling process has been carried out.
Aus der EP 0 565 502 ist es bekannt, parallel zur Lafette des Bohrgerätes ein Kastenmagazin für die Bohrelemente anzuordnen und diese aus dem Magazin heraus maschinell mittels eines verfahrbaren Greifers in die Bohrposition zu bringen, so daß dort die Kopplung mit dem Bohrantrieb einerseits und dem bereits im zu bohrenden Loch befindlichen Bohrrohr andererseits vorgenommen werden kann. Das Magazin weist dabei mehrere Lagerplätze nebeneinander für verschiedene innere und äußere Rohre auf und erstreckt sich parallel zu der Lafette des Bohrgerätes, mit der das Magazin fest verbunden ist. Nachteilig ist, daß die Anordnung der Bohrgestänge in den Bohrrohren zum Überlagerungsbohren und Doppelkopfbohren von Hand noch im Magazin vorgenommen werden muß, bevor der Transport in die Arbeitsposition mittels des verfahrbaren Greifers durchgeführt werden kann. Das Einsetzen der Innenstange in das Außenrohr von Hand führt zu einer Verminderung der zulässigen Rohrelemente-Länge dadurch, daß gesetzlich nur noch 25 kg von Hand gehoben werden dürfen, so daß nur noch Bohrelemente von 1 m bis 1,5 m Länge angewendet werden können. Dies bedingt bei einer vorgegebenen Bohrlochlänge eine erhebliche Erhöhung der Zahl der zu schaffenden und wieder zu lösenden Verbindungen, so daß ein enormer Zeitverlust und auch Verschleiß an den Verbindungsgewinden durch das häufige An- und Abschrauben entsteht.From EP 0 565 502 it is known to arrange a box magazine for the drilling elements parallel to the carriage of the drilling rig and to move these mechanically from the magazine into the drilling position using a movable gripper so that the coupling with the drilling drive on the one hand and the drill pipe already in the hole to be drilled on the other hand can be carried out. The magazine has several storage spaces next to each other for various inner and outer pipes and extends parallel to the carriage of the drilling rig, to which the magazine is firmly connected. The disadvantage is that the arrangement of the drill rods in the drill pipes for overlay drilling and double-head drilling has to be carried out by hand in the magazine before the transport to the working position can be carried out using the movable gripper. Inserting the inner rod into the outer pipe by hand leads to a reduction in the permissible length of the pipe elements because the law only allows 25 kg to be lifted by hand, so that only drilling elements of 1 m to 1.5 m in length can be used. For a given borehole length, this means a significant increase in the number of connections that have to be made and then undone, resulting in an enormous loss of time and wear on the connecting threads due to the frequent screwing and unscrewing.
Ferner ist nachteilig, daß beim Ziehen das Innengestänge zunächst separat gelagert werden muß, bis dann die Außenrohre gezogen sind und im Kasten-Another disadvantage is that when pulling the inner rods must first be stored separately until the outer tubes are pulled and stored in the box
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magazin untergebracht worden sind, so daß dann anschließend wiederum in einem eigenständigen Arbeitsvorgang die Innengestänge von Hand in die Außenrohre im Magazin eingebracht werden müssen, um das Magazin bereit für einen neuen Bohrvorgang zu haben.magazine, so that the inner rods then have to be inserted into the outer tubes in the magazine by hand in a separate work process in order to have the magazine ready for a new drilling process.
In Verbindung mit dem bekannten Kastenmagazin wird eine Handhabungsvorrichtung benutzt, die aus einem am Magazin angebrachten, vertikal emporragenden teleskopartig ein- und ausfahrbaren Pfosten besteht, an dem kragartig ein Greiferbaum befestigt ist, welcher ebenfalls teleskopartig ausfahrbar ist und sowohl den Magazinbereich als auch den Arbeitsbereich der Lafette des Bohrgerätes überfahren kann. Am äußeren, ausziehbaren Teil des Greiferbaums ist eine Greifklaue vorgesehen, die im Zusammenwirken mit einem Widerlager ausgelegt ist, ein Bohrrohr aus dem Magazin herauszugreifen und festzuhalten sowie über die Betätigung des teleskopisch ausfahrbaren Pfostens und Greiferbaums in die Bohrposition an der Lafette des Bohrgerätes zu verbringen.In conjunction with the known box magazine, a handling device is used which consists of a vertically projecting telescopically extendable post attached to the magazine, to which a gripper boom is attached in a cantilever manner, which is also telescopically extendable and can travel over both the magazine area and the working area of the drilling rig's carriage. A gripping claw is provided on the outer, extendable part of the gripper boom, which, in conjunction with an abutment, is designed to grab a drill pipe from the magazine and hold it, and to move it into the drilling position on the drilling rig's carriage by operating the telescopically extendable post and gripper boom.
Für die Handhabung von inneren Bohrgestängen ist ein separater scherenförmiger Greifer vorgesehen.A separate scissor-shaped gripper is provided for handling inner drill rods.
Nachteilig ist bei dieser aus der EP 0 565 502 bekannten Handhabungsvorrichtung weiterhin, daß sie als integrierter Bestandteil des Magazins für die Bohrelemente ausgelegt ist und daher einseitig eine erhebliche Schwerpunktsverlagerung neben der Lafette des Bohrgerätes erzeugt, die zwecks Erhaltung der Standsicherheit und Verfahrbarkeit des Bohrgerätes mit anderen, zusätzlichen Mitteln ausgeglichen werden muß. Darüber hinaus ist die Gesamtbreite der Vorrichtung so groß, daß ein normaler Transport ausgeschlossen ist. Die Handhabungsvorrichtung ist technisch aufwendig, schwer und führt komplexe Bewegungsvorgänge durch die in verschiedenen Ebenen und rechtwinklig zueinander angeordneten Teleskopelemente durch. Dabei führt der frei über den gesamten Bewegungsweg vorkragende Greiferbaum zu Stabilitätsproblemen, da an dessen freiem Ende mit langem Hebelarm die Last angeordnet ist und mit dieser lange Verfahr- und Transportwege bewältigt werden müssen. Nachteilig ist darüber hinaus, daß der Greifer nicht zur Unterstützung des Lösens der Schraubverbindungen vorgesehen ist und auch eine zu geringe Klemmwirkung hat, um die einzelnen Bohrelemente sicher ohne manuelle Hilfe vom Bohrantrieb zu lösen.Another disadvantage of this handling device known from EP 0 565 502 is that it is designed as an integrated component of the magazine for the drilling elements and therefore creates a significant shift in the center of gravity on one side next to the drilling device carriage, which has to be compensated for with other, additional means in order to maintain the stability and mobility of the drilling device. In addition, the overall width of the device is so large that normal transport is impossible. The handling device is technically complex, heavy and carries out complex movements through the telescopic elements arranged in different planes and at right angles to one another. The gripper boom, which projects freely over the entire movement path, leads to stability problems, since the load is arranged at its free end with a long lever arm and long travel and transport paths have to be managed with this. Another disadvantage is that the gripper is not designed to support the loosening of the screw connections and also has too little clamping effect to safely release the individual drilling elements from the drill drive without manual assistance.
Aus der DE-A 41 26 919 ist ein Bohrgerät mit einem Magazin für Bohrelemente bekannt, bei dem das Magazin trommeiförmig und um seine Mittelachse rotierbar ausgebildet ist. Derart kann das Magazin über den Umfang verteilt mehrere Schüsse aufnehmen, die nach außen entnehmbar sind. Um den Transport in die Bohrposition an der Lafette des Bohrgerätes zu bewerkstelligen, ist das Magazin aus einer außenliegenden Vorratslage über einen Schwenkantrieb um eine Schwenkachse nach einwärts in die Arbeitsstellung schwenkbar, in der der Bohrantrieb der Lafette des Bohrgerätes den fluchtenden, zugeordneten Schuß des Bohrgestänges aufnehmen kann. Nach der Übernahme des zugeordneten Schusses schwenkt das Magazin wieder in die Vorratslage zurück.DE-A 41 26 919 discloses a drilling device with a magazine for drilling elements, in which the magazine is drum-shaped and can rotate about its central axis. In this way, the magazine can hold several shots distributed around the circumference, which can be removed from the outside. In order to transport the magazine to the drilling position on the drilling device's carriage, the magazine can be swiveled inwards about a swivel axis from an external storage position into the working position via a swivel drive, in which the drilling drive of the drilling device's carriage can hold the aligned, assigned shot of the drill rod. After the assigned shot has been taken over, the magazine swivels back into the storage position.
Nachteilig ist bei dem bekannten Trommelmagazin, daß mit getrennten Trommeln für Bohrgestänge und Bohrrohre gearbeitet werden muß, so daß mehrere Magazine in Längsrichtung hintereinander an der Lafette, ggf. sogar beidseitig, angeordnet werden müssen. Durch die Hintereinanderanordnung stellt sich nachteiligerweise eine außerordentlich große Länge des Bohrgerätes ein. Wegen der erforderlichen Verschwenkbarkeit der Trommelmagazine aus der außenliegenden Vorratslage in die Arbeitslage, d.h. in die Bohrachse, ist ein Schwenkantrieb erforderlich und muß ein aufwendiger und positionspräziser Schwenkmechanismus vorgesehen werden, der beschädigunganfällig ist und im Funktionsablauf wegen der großen zu bewegenden Massen langsam ist. Für die Beschickung des Bohrgerätes mit jedem einzelnen Bohrelement muß das gesamte Magazin mit seinem hohen Gewicht hin- und zurückgeschwenkt werden, was beim Doppelkopf- und Überlagerungsbohren besonders nachteilig ist, da diese Bewegung sowohl von dem oberen Trommelmagazin für die inneren Bohrgestänge als auch von dem unteren Trommelmagazin für die äußeren Bohrrohre durchgeführt werden muß.The disadvantage of the known drum magazine is that separate drums for drill rods and drill pipes have to be used, so that several magazines have to be arranged one behind the other on the carriage in the longitudinal direction, possibly even on both sides. The disadvantage of the arrangement one behind the other is that the drilling rig is extremely long. Because the drum magazines have to be able to pivot from the external storage position to the working position, i.e. into the drilling axis, a pivot drive is required and a complex and precisely positioned pivot mechanism must be provided, which is susceptible to damage and slow in its operation due to the large masses to be moved. In order to feed the drilling rig with each individual drilling element, the entire magazine with its heavy weight has to be pivoted back and forth, which is particularly disadvantageous in double-head and overlay drilling, since this movement has to be carried out by both the upper drum magazine for the inner drill rods and the lower drum magazine for the outer drill pipes.
Um das Verbinden des Bohrantriebs mit dem in Arbeitsstellung befindlichen Schuß des Bohrgestänges funktionssicher durchführen zu können, besitzt das bekannte Trommelmagazin eine Arretiervorrichtung, die vorgesehen ist, den in Arbeitsstellung befindlichen Schuß des Bohrgestänges verdrehsicher zu halten, so daß der Bohrantrieb mit diesem Schuß durch Verschraubung verbunden werden kann. Die Arretiervorrichtung stellt jedoch keine Handhabungsvorrichtung dar, sondern bewirkt nur, daß das jeweilige Bohrelement in der Arbeitsstellung sichIn order to be able to reliably connect the drill drive to the section of the drill rod in the working position, the known drum magazine has a locking device which is designed to hold the section of the drill rod in the working position against rotation, so that the drill drive can be connected to this section by screwing. However, the locking device does not represent a handling device, but only ensures that the respective drilling element in the working position
nicht verdreht, wenn der Bohrantrieb mit dem oberen Ende des Bohrelementes verschraubt wird.not twisted when the drill drive is screwed to the upper end of the drilling element.
Der Erfindung liegt in Anbetracht dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, unter Meidung der obengenannten Nachteile ein einfaches Magazinieren, Zuführen zum Bohrvorgang und Rückführen der Bohrelemente nach der Fertigstellung des Bohrlochs vorzuschlagen, wobei die Bohrelemente in einem einzigen Magazin des Bohrgerätes gelagert werden können und aus diesem ohne manuellen Zugriff vollkommen maschinell ohne Verschwenkung des Magazins der Arbeitsstellung zugeführt werden können bzw. nach dem Ziehen der Bohrelemente wieder rückgeführt werden können, wobei auch das Ineinandersetzen der Bohrelemente maschinell durchführbar sein soll und hierzu das Bohrgerät ohne zusätzliche Verlängerung, d.h. kurzbauend, ausgebildet sein soll. Weiterhin soll die Vorrichtung für einen Normaltransport auslegbar sein.In view of this state of the art, the invention is based on the object of proposing a simple method of storing, feeding to the drilling process and returning the drilling elements after the borehole has been completed, while avoiding the above-mentioned disadvantages, whereby the drilling elements can be stored in a single magazine of the drilling device and can be fed from this to the working position completely mechanically without manual access and without pivoting the magazine or can be returned again after the drilling elements have been pulled out, whereby the drilling elements can also be put together mechanically and for this purpose the drilling device should be designed without an additional extension, i.e. short. Furthermore, the device should be designed for normal transport.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Handhabungsvorrichtung in einer im wesentlichen parallel zur Lafette und den im Magazin positionierten Bohrelementen verlaufenden Richtung verfahrbar an der Lafette angeordnet ist.The object is achieved according to the invention by a device which is characterized in that the handling device is arranged on the carriage so as to be movable in a direction running essentially parallel to the carriage and the drilling elements positioned in the magazine.
Mit der Erfindung lassen sich in einem Magazin angeordnete innere Bohrgestänge und äußere Bohrrohre zusammensetzen zu kompletten, im Magazin befindlichen Schüssen aus koaxial zusammengesetzten Bohrelementen, die dann aus dem Magazin heraus in einfacher Weise in vollem Umfange maschinell erfaßt, transportiert, positioniert und mit dem Bohrantrieb in der Bohrebene verbunden werden können sowie nach Erstellung des Bohrlochs gezogen und in das Magazin zurückführbar sind, wobei sowohl das Magazin als auch die Handhabungsvorrichtung konstruktiv gegenüber bisher bekannten Einrichtungen sehr kompakt, leicht und einfach aufgebaut werden können.With the invention, inner drill rods and outer drill pipes arranged in a magazine can be assembled into complete sections of coaxially assembled drilling elements located in the magazine, which can then be easily grasped, transported, positioned and connected to the drill drive in the drilling plane by machine in their entirety from the magazine and can be pulled out and returned to the magazine after the borehole has been created, whereby both the magazine and the handling device can be constructed in a very compact, light and simple manner compared to previously known devices.
In vorteilhafter Weise wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die Handhabungsvorrichtung an einem eine Schiene bildenden Träger an der Lafette angeordnet ist. Die Handhabungsvorrichtung ist vorzugsweise an dem Träger mit einem Schlitten verfahrbar, und zwar vorzugsweise über einen Weg, dessen Länge die Länge eines Außenrohrs oder eines inneren Bohrgestänges übersteigt.The invention advantageously proposes that the handling device is arranged on a support forming a rail on the carriage. The handling device can preferably be moved on the support with a carriage, preferably over a path whose length exceeds the length of an outer tube or an inner drill rod.
An der Lafette kann seitlich beispielsweise mit einer Doppelbolzenverbindung ein Träger angeordnet sein, an welchem ein Kastenmagazin befestigt ist. Dieses Kastenmagazin ist so ausgebildet, daß Bohrelemente unterschiedlichen Durchmessers eingelagert werden können. Die Bohrelemente können von einer Oberseite des Magazins entnommen werden, wobei die Bohrelemente, also die inneren Bohrgestänge oder inneren Bohrrohre einerseits wie auch die äußeren Bohrrohre andererseits in ihren Magazinschächten jeweils radial in Richtung der Entnahmestellen bewegt werden. Somit ist an der Entnahmeseite jeweils ein entnehmbares Rohr positioniert. An dem an der Lafette angeordneten Träger oder an einem Zwischenträger ist ein im wesentlichen parallel zur Lafette verlaufender, schienenartiger Träger angeordnet, auf welchem die Handhabungsvorrichtung mittels eines Schlittens längsverfahrbar ist. Die Handhabungsvorrichtung hat einen Ständerträger und einen Tragarmträger, an dem sich wiederum die Klemmbacken befinden. Die Klemmbacken sind zu der Entnahmestelle des Magazins bewegbar und durch den Schlitten parallel zur Lafette, sowie in zwei Richtungen quer zur Lafette, also hoch/runter und zur Lafette hin bzw. von dieser weg bewegbar. Die Bewegungen werden vorzugsweise durch Hydraulikeinrichtungen bewirkt.A carrier can be arranged on the side of the carriage, for example with a double bolt connection, to which a box magazine is attached. This box magazine is designed so that drilling elements of different diameters can be stored. The drilling elements can be removed from the top of the magazine, whereby the drilling elements, i.e. the inner drill rods or inner drill pipes on the one hand and the outer drill pipes on the other hand, are each moved radially in their magazine shafts in the direction of the removal points. A removable pipe is thus positioned on the removal side. A rail-like carrier running essentially parallel to the carriage is arranged on the carrier arranged on the carriage or on an intermediate carrier, on which the handling device can be moved lengthways by means of a slide. The handling device has a stand carrier and a support arm carrier, on which the clamping jaws are in turn located. The clamping jaws can be moved to the magazine's removal point and can be moved by the slide parallel to the carriage and in two directions across the carriage, i.e. up/down and towards or away from the carriage. The movements are preferably effected by hydraulic devices.
Die Möglichkeit der kompakten Bauweise behebt die Nachteile einseitiger Schwerpunktbelastungen.The possibility of a compact design eliminates the disadvantages of one-sided center of gravity loads.
Die Klemmbacken sind Klemmbacken mit kreissegmentförmigen Ausbuchtungen, so daß die Rohre sowohl mit kleinem Durchmesser als auch mit großem Durchmesser problemlos aufgenommen werden können.The clamping jaws are clamping jaws with circular segment-shaped bulges so that pipes with both small and large diameters can be easily accommodated.
Vorzugsweise ist parallel zur Handhabungsvorrichtung ein Hilfsgreifer vorgesehen, mit dem während des Transports der koaxial zusammengesetzten Bohrelemente auf die Lafette des Bohrgerätes und während des Anschlusses des Doppelkopf-Bohrantriebs das innere Bohrgestänge in einer herausstehenden Position gegenüber dem äußeren Bohrrohr gehalten ist. Um den gewünschten Überstand bereits im Kastenmagazin herstellen zu können, wird gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, einen Dorn in jedem im Magazin befindlichen äußeren Bohrrohr vorzusehen, auf dem das eingeführte Bohrgestänge in versetzter Position nach der koaxialen Zusammensetzung der Bohrelemente ruht.Preferably, an auxiliary gripper is provided parallel to the handling device, with which the inner drill rod is held in a protruding position relative to the outer drill pipe during the transport of the coaxially assembled drilling elements onto the carriage of the drilling device and during the connection of the double-head drilling drive. In order to be able to produce the desired projection already in the box magazine, according to an expedient embodiment of the invention it is proposed to provide a mandrel in each outer drill pipe located in the magazine, on which the inserted drill rod rests in an offset position after the coaxial assembly of the drilling elements.
Ferner ist es für die Bewältigung der sich stellenden Transportaufgaben beim Doppelkopfbohren und Überlagerungsbohren vorteilhaft, an der Handhabungsvorrichtung eine Doppelgreiferanordnung oder zwei nebeneinander angeordnete Handhabungsvorrichtungen mit Greifern vorzusehen, die zum einen für die Handhabung der äußeren Bohrrohre bzw. der koaxial zusammengesetzten Bohrelemente und zum anderen für die Handhabung der Bohrgestänge, die einen kleineren Durchmesser als die Bohrrohre aufweisen, vorgesehen sind.Furthermore, in order to cope with the transport tasks that arise during double-head drilling and overburden drilling, it is advantageous to provide a double gripper arrangement or two handling devices with grippers arranged next to one another on the handling device, which are provided on the one hand for handling the outer drill pipes or the coaxially assembled drilling elements and on the other hand for handling the drill rods which have a smaller diameter than the drill pipes.
In vorteilhafter Weise ist der Tragständer der Handhabungsvorrichtung um eine im wesentlichen parallel zur Lafette verlaufende Achse schwenkbar, also auf diese zuschwenkbar. Durch diese Maßnahme läßt sich die Gesamttransportbreite der Vorrichtung erheblich verringern, dabei jedoch eine robust aufgebaute Konstruktionsart für die Handhabungsvorrichtung realisieren. Darüber hinaus kann die gesamte Trageinheit bestehend aus Magazin und Handhabungsvorrichtung beidseitig der Lafette angeordnet werden. Dadurch werden insbesondere die Bohrbereiche auch im Randbereich zugänglicher, d. h., es können größere Flächen mit Bohrungen versehen werden, da man mehr an den Rand herankommt.The support stand of the handling device can advantageously be pivoted about an axis that runs essentially parallel to the carriage, i.e. can be pivoted towards it. This measure allows the overall transport width of the device to be reduced considerably, while at the same time allowing a robust design for the handling device to be achieved. In addition, the entire support unit consisting of the magazine and handling device can be arranged on both sides of the carriage. This makes the drilling areas in particular more accessible, even in the edge area, i.e. larger areas can be drilled because it is possible to get closer to the edge.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen ein erfindungsgemäßes Bohrgerät schematisch dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:Further details, features and advantages of the subject matter of the invention emerge from the following description of the accompanying drawings, in which a drilling device according to the invention is shown schematically. In the drawings:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Bohrgerätes;Fig. 1 is a side view of a drilling rig;
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Lafette in Arbeitsstellung;Fig. 2 is a side view of a gun carriage in working position;
Fig. 3 eine Vorderansicht auf eine Lafette in Arbeitsstellung;Fig. 3 is a front view of a gun carriage in working position;
Fig. 4 eine Detailansicht einer Handhabungsvorrichtung mit Hilfsgreifer gemäß Fig. 2;Fig. 4 is a detailed view of a handling device with auxiliary gripper according to Fig. 2;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Hilfsgreifers.Fig. 5 is a side view of an auxiliary gripper.
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Das in Fig. 1 dargestellte Bohrgerät 10 ist zum Bohren von Löchern in verschiedenen Untergründen, wie beispielsweise Erdreich, Gestein oder Fels, vorgesehen. Das Bohrgerät 10 ist als Raupenfahrzeug mit einem Raupenfahrwerk 11 ausgebildet und weist eine aus mehreren Gelenkarmen 13 und einem Gelenkkopf 14 gebildete Gelenkeinrichtung 12 auf. Zur Aufnahme einer Lafette 20 ist am Gelenkkopf 14 der Gelenkeinrichtung 12 ein Lafettenträger 15 angeordnet. Mittels der Gelenkeinrichtung 12 ist die am Lafettenträger 15 angeordnete Lafette 20 heb- und senkbar sowie nach allen räumlichen Ausrichtungen beweglich anlenkbar. Angetrieben wird die Lenkeinrichtung 12 mittels einer Hydraulikeinheit 16.The drilling device 10 shown in Fig. 1 is intended for drilling holes in various substrates, such as soil, stone or rock. The drilling device 10 is designed as a tracked vehicle with a tracked chassis 11 and has an articulated device 12 formed from several articulated arms 13 and an articulated head 14. To accommodate a carriage 20, a carriage carrier 15 is arranged on the articulated head 14 of the articulated device 12. By means of the articulated device 12, the carriage 20 arranged on the carriage carrier 15 can be raised and lowered and can be steered in any spatial orientation. The steering device 12 is driven by means of a hydraulic unit 16.
Zur Anbindung der Lafette 20 an den Lafettenträger 15 der Gelenkeinrichtung 12 ist ein Anschluß 21 an der Lafette 20 vorgesehen. Zudem weist die Lafette einen Magazinanschluß 25 zur Anordnung des die Bohrelemente 43, 44 beinhaltenden Magazins 40. Dies zeigt am deutlichsten Fig. 3.A connection 21 is provided on the carriage 20 to connect the carriage 20 to the carriage carrier 15 of the articulated device 12. In addition, the carriage has a magazine connection 25 for arranging the magazine 40 containing the drilling elements 43, 44. This is shown most clearly in Fig. 3.
Auf der Lafette 20 ist in entsprechenden Führungen ein axial verfahrbarer Bohrantrieb 22 angeordnet, der beispielsweise als Dreh-/Schlagantrieb oder als Doppelkopfantrieb ausgebildet sein kann. Beispielhaft zeigen die Fig. 1 und 2 einen aus einem ersten Drehantrieb 23 und einem zweiten Drehantrieb 24 bestehenden Doppelkopfantrieb. Hierbei weisen die beiden Antriebe 23, 24 jeweils einen Gewindeanschluß für die Kopplung mit den einzelnen Schüssen 45 des zu setzenden oder zu ziehenden Bohrstranges auf.An axially movable drilling drive 22 is arranged on the carriage 20 in corresponding guides, which can be designed, for example, as a rotary/impact drive or as a double-head drive. As an example, Figs. 1 and 2 show a double-head drive consisting of a first rotary drive 23 and a second rotary drive 24. The two drives 23, 24 each have a threaded connection for coupling to the individual sections 45 of the drill string to be set or pulled.
Zur Bildung eines Bohrstranges finden Bohrelemente 43, 44 in Form von Bohrrohren 43 und/oder Bohrgestänge 44 Verwendung. Diese werden zu einem Bohrstrang zusammengesetzt, der dann von dem Bohrantrieb 22 durch Drehen und/oder Schlagen in den Untergrund eingetrieben wird, wobei beim Doppelkopfantrieb Bohrlochverrohrung und Bohrlochgestänge gleichzeitig gedreht und/oder geschlagen werden. Zur Führung der Bohrelemente 43, 44 ist eine Führungseinrichtung 26 vorgesehen, die am bohrlochseitigen Ende der Lafette 20 angeordnet ist und die zum Festhalten, Aufdrehen und Zudrehen der Gewindeverbindungen, der Schüsse des Bohrgestänges und der Bohrlochverrohrung dient.Drilling elements 43, 44 in the form of drill pipes 43 and/or drill rods 44 are used to form a drill string. These are assembled to form a drill string, which is then driven into the subsoil by the drill drive 22 by turning and/or striking, whereby in the case of a double-head drive, the borehole casing and borehole rods are turned and/or struck simultaneously. A guide device 26 is provided to guide the drilling elements 43, 44, which is arranged at the borehole end of the carriage 20 and which serves to hold, unscrew and tighten the threaded connections, the sections of the drill rod and the borehole casing.
Das die Bohrelemente 43, 44 beinhaltende Magazin 40 ist kastenförmig ausgebildet und weist zwei räumlich voneinander getrennte Lagerräume 41 und 42 auf, wobei im ersten Lagerraum 41 die Bohrrohre 43 und im zweiten Lagerraum das Bohrgestänge 44 nebeneinander angeordnet eingelagert sind. Die Entnahme der Bohrelemente 43, 44 findet mittels einer Handhabungsvorrichtung 30 statt, die in der Bohrebene 28 gemäß Fig. 3 links des Magazins 40 angeordnet ist. Mit Hilfe der Handhabungsvorrichtung 30 kann ein Bohrelement 43, 44 dem Magazin 40 vollmechanisiert und ohne manuelle Unterstützung entnommen und über eine lineare Bewegung in die durch die Bohrachse 27 definierte Arbeitsposition verbracht werden. Die Handhabungsvorrichtung 30 ist detailliert in Fig. 4 gezeigt.The magazine 40 containing the drilling elements 43, 44 is box-shaped and has two spatially separate storage spaces 41 and 42, with the drilling pipes 43 being stored in the first storage space 41 and the drilling rods 44 being stored next to each other in the second storage space. The drilling elements 43, 44 are removed by means of a handling device 30 which is arranged in the drilling plane 28 according to Fig. 3 to the left of the magazine 40. With the help of the handling device 30, a drilling element 43, 44 can be removed from the magazine 40 in a fully mechanized manner and without manual assistance and brought into the working position defined by the drilling axis 27 via a linear movement. The handling device 30 is shown in detail in Fig. 4.
Die Handhabungsvorrichtung 30 weist einen Tragarm 38 auf, an dem ein Greifarm 37 angeordnet ist, an dessen freiem Ende ein Greifer 31 vorgesehen ist. Der Tragarm 38 ist sowohl in Tragarmlängsrichtung als auch quer dazu mittels entsprechender Hydraulikzylinder verfahrbar an einem Ständer 33 angeordnet. Der Ständer 33 ist wiederum über einen entsprechend ausgebildeten Schlitten 35 und einen Träger 36 in einer im wesentlichen parallel zur Lafette 20 und den im Magazin 40 positionierten Bohrelementen 43, 44 verlaufenden Richtung verfahrbar an der Lafette 20 angeordnet.The handling device 30 has a support arm 38 on which a gripping arm 37 is arranged, at the free end of which a gripper 31 is provided. The support arm 38 is arranged on a stand 33 so that it can be moved both in the longitudinal direction of the support arm and transversely thereto by means of corresponding hydraulic cylinders. The stand 33 is in turn arranged on the stand 20 so that it can be moved via a correspondingly designed slide 35 and a carrier 36 in a direction running essentially parallel to the carriage 20 and the drilling elements 43, 44 positioned in the magazine 40.
Der Betrieb des Bohrgerätes 10 mit dem Magazin 40 und der Handhabungsvorrichtung 30 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 erläutert:The operation of the drilling device 10 with the magazine 40 and the handling device 30 is explained below with reference to Figs. 1 to 5:
Zu Beginn einer Bohrung werden die Bohrelemente 43, 44 im Magazin 40 angeordnet. Die Beladung kann dabei in Abhängigkeit von dem auszuführenden Bohrverfahren entweder nur Bohrrohre 43 oder nur Bohrgestänge 44 oder sowohl Bohrrohre 43 als auch Bohrgestänge 44, wie beispielhaft in Fig. 3 dargestellt, aufweisen. Hierbei sind die Bohrrohre 43 in einem ersten Lagerraum 41 und das Bohrgestänge 44 in einem zweiten Lagerraum 42 des Magazins 40 nebeneinander angeordnet. Zum Beladen des Magazins 40 werden die Bohrelemente 43, 44 mittels der Handhabungsvorrichtung 30 in einer im wesentlichen quer zur Lafette 20 verlaufenden Richtung verfahren und in das Magazin eingeführt. Durch ein entsprechendes Magazingehäuse, welches nur an der EnWBeladeöffnung 49 eine Ausnehmung aufweist, sind die geladenen Bohrelemente 43, 44 gegen Herausfallen gesichert.At the start of a drilling operation, the drilling elements 43, 44 are arranged in the magazine 40. Depending on the drilling process to be carried out, the load can comprise either only drilling pipes 43 or only drilling rods 44 or both drilling pipes 43 and drilling rods 44, as shown by way of example in Fig. 3. The drilling pipes 43 are arranged next to one another in a first storage space 41 and the drilling rods 44 in a second storage space 42 of the magazine 40. To load the magazine 40, the drilling elements 43, 44 are moved by means of the handling device 30 in a direction running essentially transversely to the carriage 20 and inserted into the magazine. The loaded drilling elements 43, 44 are secured against falling out by means of a corresponding magazine housing, which only has a recess at the loading opening 49.
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In einem ersten Arbeitsschritt verfährt die Handhabungsvorrichtung 30 zur Entnahme eines ersten Bohrgestänges 44 in eine entsprechende Entnahmeposition und ergreift mit dem Greifer 31 das in der vordersten Position gelagerte Bohrgestänge 44. Das ergriffene Bohrgestänge 44 wird vom Greifer 31 festgehalten und in einer linearen Rückwärtsbewegung aus dem Magazin 40 heraustransportiert. Mit dem ergriffenen Bohrgestänge 44 verfährt die Handhabungsvorrichtung 30 sodann in einer im wesentlichen parallel zur Lafette verlaufenden Richtung über einen Weg mit einer die Länge der sich noch im Magazin 40 befindlichen Bohrgestänge 44 übersteigenden Länge relativ zur Lafette 20. Anschließend verfährt die Handhabungsvorrichtung 30 in einer quer zur Lafette 20 verlaufenden Richtung, bis das von dem Greifer 31 festgehaltene Bohrgestänge 44 in eine solche Lage verfahren ist, daß es in ein sich in vorderer Reihe im Magazin 40 befindliches Bohrrohr einführbar ist. Sobald diese Position von der Handhabungsvorrichtung 30 angefahren ist, verfährt die Handhabungsvorrichtung 30 erneut in einer im wesentlichen parallel zur Lafette 20 verlaufenden Richtung und führt das Bohrgestänge 44 dabei in das Bohrrohr 43 ein. Es versteht sich von selbst, daß der Außendurchmesser des BohrgestängesIn a first work step, the handling device 30 moves to a corresponding removal position for removing a first drill rod 44 and uses the gripper 31 to grasp the drill rod 44 stored in the frontmost position. The gripped drill rod 44 is held by the gripper 31 and transported out of the magazine 40 in a linear backward movement. With the gripped drill rod 44, the handling device 30 then moves in a direction running essentially parallel to the carriage over a path with a length that exceeds the length of the drill rod 44 still in the magazine 40 relative to the carriage 20. The handling device 30 then moves in a direction running transversely to the carriage 20 until the drill rod 44 held by the gripper 31 has moved into such a position that it can be inserted into a drill pipe located in the front row in the magazine 40. As soon as this position has been reached by the handling device 30, the handling device 30 moves again in a direction substantially parallel to the carriage 20 and thereby guides the drill rod 44 into the drill pipe 43. It goes without saying that the outer diameter of the drill rod
44 kleiner ist als der Innendurchmesser des Bohrrohres 43. Für jedes im Magazin 40 gelagerte äußere Bohrrohr 43 ist ein an der Bodenplatte des Magazins 40 angeordneter Dorn 48 vorgesehen, der einen solchen Außendurchmesser aufweist, daß er vom Bohrrohr 43 überstülpt ist und als Abstandhalter für das Bohrgestänge 43 dient. Je nach Länge des als Abstandhalter dienenden Doms 48 ragt ein in ein Bohrrohr 43 eingeführtes Bohrgestänge 44 auf der dem Dorn 48 gegenüberliegende Seite des Bohrrohrs 43 mit dem einen Ende entsprechend weit heraus und bildet so einen Fortsatz 47. So ineinandergeführt bilden das Bohrrohr 43 und das Bohrgestänge 44 den von dem Bohrgerät 10 als nächstes zu setzenden Schuß 45.44 is smaller than the inner diameter of the drill pipe 43. For each outer drill pipe 43 stored in the magazine 40, a mandrel 48 is provided on the base plate of the magazine 40, which has an outer diameter such that it is slipped over by the drill pipe 43 and serves as a spacer for the drill rod 43. Depending on the length of the mandrel 48 serving as a spacer, a drill rod 44 inserted into a drill pipe 43 protrudes a corresponding distance on the side of the drill pipe 43 opposite the mandrel 48 and thus forms an extension 47. When guided together in this way, the drill pipe 43 and the drill rod 44 form the next section 45 to be set by the drilling device 10.
In einem zweiten Arbeitsschritt verfährt die Handhabungsvorrichtung 30 in eine Entnahmeposition zur Entnahme des Schusses 45 aus dem Magazin 40 wobei ein aus zwei einzelnen Greifern 31 bestehender Hauptgreifer das Bohrrohr 43 ergreift und mittels der am Greifer 31 angeordneten Klemmelemente das Bohrrohr 43 festhält und der Hilfsgreifer 32 der Handhabungsvorrichtung 30 den Fortsatz 47 des aus dem Bohrrohr 43 herausstehenden Endes des Bohrgestänges 44 ergreift und dieses ebenfalls festhält. Der so von der Haltevorrichtung 30 ergriffene SchußIn a second work step, the handling device 30 moves into a removal position for removing the shot 45 from the magazine 40, whereby a main gripper consisting of two individual grippers 31 grips the drill pipe 43 and holds the drill pipe 43 by means of the clamping elements arranged on the gripper 31 and the auxiliary gripper 32 of the handling device 30 grips the extension 47 of the end of the drill rod 44 protruding from the drill pipe 43 and also holds it. The shot thus gripped by the holding device 30
45 wird sodann durch Verfahren der Haltevorrichtung 30 dem Magazin 40 voll45 is then fully loaded into the magazine 40 by moving the holding device 30.
mechanisiert und ohne manuelle Unterstützung entnommen und über eine lineare Bewegung in die von der Bohrachse 27 definierte Arbeitsposition verbracht. Dort werden sowohl das Bohrrohr 43 als auch das Bohrgestänge 44 von dem jeweiligen Drehantrieb 23, 24 über einen entsprechenden Gewindeanschluß aufgenommen, wobei für das Bohrrohr 43 der erste Drehantrieb 23 und für das Bohrgestänge 44 der zweite Drehantrieb 24 vorgesehen ist. Die beiden Drehantriebe 23, 24 können in ihrer relativen Lage zueinander mittels eines Hydraulikzylinders 29 in ihrer Lage verschoben werden. Ist der Schuß 45 in die Arbeitsposition eingebracht und sind die Bohrelemente 43, 44 mit den entsprechenden Bohrantrieben gekoppelt, so folgt als nächstes die Kopplung mit dem zuletzt gesetzten Schuß. Hierzu wird der Bohrantrieb 22 längs der Lafette in Richtung auf die am vorderen Ende angeordnete Führungseinrichtung 26 verfahren. Sind die zu setzenden Bohrelemente 43, 44 an die bereits gesetzten Bohrelemente herangebracht, so werden diese über einen entsprechenden Gewinnanschluß miteinander verbunden, so daß anschließend der eigentliche Bohrvorgang selbst durchgeführt werden kann. Während des Verfahrens des Bohrantriebs 22 mit den Bohrelementen 43, 44 nimmt die Handhabungsvorrichtung 30 Führungsaufgaben wahr, während sie beim Bohrvorgang selbst in ihrer Ausgangsposition verbleibt.removed mechanized and without manual assistance and brought into the working position defined by the drilling axis 27 via a linear movement. There, both the drill pipe 43 and the drill rod 44 are received by the respective rotary drive 23, 24 via a corresponding threaded connection, with the first rotary drive 23 being provided for the drill pipe 43 and the second rotary drive 24 for the drill rod 44. The two rotary drives 23, 24 can be moved in their relative position to one another by means of a hydraulic cylinder 29. Once the shot 45 has been brought into the working position and the drilling elements 43, 44 have been coupled to the corresponding drilling drives, the next step is coupling with the last shot set. To do this, the drilling drive 22 is moved along the carriage in the direction of the guide device 26 arranged at the front end. Once the drilling elements 43, 44 to be set have been brought close to the drilling elements already set, they are connected to one another via a corresponding connection so that the actual drilling process can then be carried out. During the movement of the drilling drive 22 with the drilling elements 43, 44, the handling device 30 performs guiding tasks, while it remains in its starting position during the drilling process itself.
Für die Bereitstellung eines nächsten Schusses 45 verfährt die Handhabungsvorrichtung 30 erneut zum Magazin 40, ergreift ein Bohrgestänge 44, führt dieses in ein Bohrohr 43 ein und transportiert wie oben beschrieben beide Bohrelemente 43, 44 in die Arbeitsposition. Damit das Bohrelement 44 von der Handhabungsvorrichtung 30 ergreifbar im Magazin 40 gelagert sind, ist ein Hydraulikmotor mit Ritzel 46 am Magazin 40 angeordnet, der mit einstellbarer Taktfrequenz die dem Magazin 40 noch nicht entnommene Bohrelement 44 im Sinne eines Nachrückens in die nächste Position verfährt, sobald von der Handhabungsvorrichtung 30 ein Bohrelement 44 dem Magazin 40 entnommen ist.To prepare the next shot 45, the handling device 30 moves back to the magazine 40, takes hold of a drill rod 44, inserts it into a drill pipe 43 and transports both drilling elements 43, 44 into the working position as described above. So that the drilling element 44 is stored in the magazine 40 so that it can be grasped by the handling device 30, a hydraulic motor with a pinion 46 is arranged on the magazine 40, which moves the drilling element 44 that has not yet been removed from the magazine 40 to the next position at an adjustable clock frequency as soon as a drilling element 44 is removed from the magazine 40 by the handling device 30.
Nach der Fertigstellung des Bohrlochs wird zunächst Schuß für Schuß des Bohrgestänges 44 abgebaut. Beim Herausziehen des Bohrgestänges 44 werden dieselben Arbeitsschritte wie beim Abwärtsbohren, jedoch in entgegengesetzter Reihenfolge durchgeführt. Hierzu wird der aus den Bohrgestängen 44 gebildete Bohrstrang mittels des Bohrantriebes 22 auf entsprechende Höhe gezogen, anschließend wird mit Hilfe der Führungseinrichtung 26 das oberste Bohrgestänge vom Bohrstrang gelöst. Sodann verfährt die Handhabungsvorrichtung 30 bis zurAfter the borehole has been completed, the drill rod 44 is removed shot by shot. When pulling out the drill rod 44, the same work steps are carried out as when drilling downwards, but in the opposite order. To do this, the drill string formed from the drill rods 44 is pulled to the appropriate height using the drill drive 22, then the top drill rod is released from the drill string using the guide device 26. The handling device 30 then moves to the
Bohrachse 27 und der Greifer 31 umschließt das Bohrgestänge, um dieses mit hoher Klemmkraft festzuhalten. Der Gewindeanschluß wird mittels des Bohrantriebs 22 gelöst. Anschließend verfährt die Handhabungsvorrichtung 30 in die Entladungsposition vor dem Magazin 40, wobei durch öffnen des Greifers 31 das Bohrgestänge freigegeben und im Magazin 40 angeordnet wird. Die Handhabungsvorrichtung 30 verfährt in ihrer Ausgangsposition zurück, so daß in gleicher Weise Bohrgestänge 44 für Bohrgestänge 44 entnommen werden kann, wobei durch den Hydraulikmotor 46 sichergestellt ist, daß der vordere Platz im Magazin 40 frei ist.Drilling axis 27 and the gripper 31 enclose the drill rod in order to hold it with a high clamping force. The threaded connection is released by means of the drill drive 22. The handling device 30 then moves into the unloading position in front of the magazine 40, whereby the drill rod is released by opening the gripper 31 and arranged in the magazine 40. The handling device 30 moves back to its starting position so that drill rod 44 for drill rod 44 can be removed in the same way, whereby the hydraulic motor 46 ensures that the front space in the magazine 40 is free.
Nachdem das innere Bohrgestänge dem Bohrloch entnommen ist, wird in gleicher Arbeitsweise Bohrrohr 43 für Bohrrohr 43 dem Bohrloch entnommen, bis auch die Außenverrohrung abgebaut ist.After the inner drill rod has been removed from the borehole, drill pipe 43 after drill pipe 43 is removed from the borehole in the same manner until the outer casing has also been removed.
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Effective date: 20050420 |
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Effective date: 20070326 |
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