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Bohreinrichtung für Erdbohrungen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohreinrichtung für Erdbohrungen
mit einer Vorschubeinrichtung, einem von dieser getragenen Drehantrieb und einem
aus teleskopierbaren Mitnehmer stangen gebildeten, seilbetätigten Bohrgestänge,
an dessen äußerster Mitnehmerstange der Drehantrieb angreift und dessen innerste
Mitnehmer stange das Bohrwerkzeug trägt, sowie mit mechanischen Verriegelungen zwischen
den Mitnehmerstangen In der DE-OS 25 29 849 ist ein Bohrgestänge für eine derartige
Bohreinrichtung beschrieben, bei dem zwischen der äußersten und der nächstfolgenden
sowie etwaigen weiteren nach innen folgenden Nitnehmerstangen Verriegelungen dadurch
gebildet sind, daß zwischen den hier notwendigerweise prismatisch im Querschnitt
ausgebildeten Mitnehmer stangen besondere Verriegelungsglieder mit in Drehrichtung
versetzten Anschlag- und Verriegelungsflächen vorgesehen sind und auf den zu verriegelnden
Mitnehmerstangen zylindrische Abschnitte gebildet sind, in deren Bereich durch die
Drehbewegung der Iwiitnehmerstange innerhalb der Verriegelungsglieder eine Verriegelung
in axialer Richtung erfolgt Eine derartige Einrichtung weist mehrere wesentliche
Nachteile auf: Es ist zunächst diese Art der Verriegelung begrenzt auf Mitnehmerstangen
mit prismatischem Querschnitt, so daß zylindrische Mitnehmer-oder Kelly-stangen
hierbei nicht eingesetzt werden können.
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Zum anderen erfordert diese Verriegelungsart auf der Länge tier zu
verriegelnden Mitnehmerstangen eine den Querechnitt verringernde Bearbeitung zum
zylindrischen Abschnitt und spezielle, auf die jeweils gewählte Querschnittsform
abgestellte Verriegelungsglieder. Vor allem besteht ein wesentlicher Nachteil darin,
daß die äußerste Mitnehmerstange am Drehantrieb befestigt werden muß, also ein Ziehen
oder Ausfahren dieser äußersten Mitnehmerstange aus den Drehantrieb nicht möglich
ist. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit, den Drehantrieb mit der äußersten Mitnehmerstange
nach dem Ziehen des übrigen Bohrgestänges mit Hilfe der Vorschubeinrichtung über
die gesamte Länge auszufahren, was einen entsprechend großen Verfahrweg der Vorschubeinrichtung
bedingt mit dem dadurch notwendig werdenden nachteiligen großen Aufwand. Würde die
äußerste Nitnehmerstange im Drehantrieb in üblicher Weise durch Reibungsschluß gehalten,
so bestünde in größtem Maß die Gefahr eines Schlüpfens durch Zusammenbrechen des
Reibungsschlusses bei einem Nachlassen des wirkenden Drehmoments infolge unterschiedlichen
Bohrguts. Denn die äußerste Nitnehmerstange weist den größten Durchmesser und damit
den geringstmöglichen Reibungsschluß innerhalb des Bohrgestänges auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohreinrichtung der
eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der durch eine besondere Ausgestaltung
der an der Verriegelung teilnehmenden Bauteile eine selbsttätige Verriegelung und
Entriegelung des Bohrgestänges einschließlich der äußersten Mitnehmerstange am Drehantrieb
ermöglicht wird und dabei eine sichere Verriegelung sämtlicher Mitnehmerstangen
untereinander und der äußersten Mitnehmerstange am Drehantrieb erzielt wird, die
unabhängig von einem Reibungsschluß und dessen Stärke ist. Die Ausgestaltung der
an der Verriegelung teilnehmenden Bauteile
soll dabei unter Gewährleistung
der Selbsttätigkeit der Verriegelung und Entriegelung einfach gehalten sein. Ein
zusätzliches Verfahren des Drehantriebs über die Vorschubeinrichtung zum Zweck des
Aus- und Einfahrens des Bohrgestänges soll ganz vermieden werden Dies wird bei einer
Bohreinrichtung der eingangs angegebenen Art nach der Erfindung vor allem dadurch
erreicht, daß im Drehantrieb sowie im jeweils unteren Ende jeder Mitnehmerstange
mit Ausnahme der innersten ein die Einfahrbewegung begrenzender Anschlag angeordnet
ist, gegen den sich jeweils eine am oberen Ende der in Einfahrrichtung nächstfolgenden
Mitnehmerstange angeordnete Auflage legt 9 daß in Drehantrieb sowie in den unteren
Enden der Mitnehmerstangen mit Ausnahme der innersten oberhalb des Anschlags in
Verriegelungsrichtung federbeaufschlagte Verriegelungsglieder angeordnet sind2 die
in der Verriegelungsstellung die obere Stirnfläche der nächstfolgenden Mitnehmerstange
übergreifen7 und daß die Verriegelungsglieder und die Stirnflächen der jeweils in
Ausfahrrichtung übernächsten Mitnehmerstange einander zugeordnete schräge Gleitflächen
zur Entriegelung der Verriegelungsglieder beim Ziehen des Bohrgestänges aufweisen
und im oberen Ende der innersten Mitnehmerstange ein koaxialer, vom das Bohrgestänge
tragenden Seil anschlagbegrenzt längsbeweglicher Entriegelungskörper mit schrägen
Entriegelungsgleitflächen angeordnet ist Hierdurch wird zunächst erreicht, daß das
Bohrgestänge über seine gesamte Länge im in das Bohrloch eingefahrenen Zustand vollständig
verriegelt ist. Beim Einfahren des Bohrgestänges drängen die Auflagen die Verriegelungsglieder
über deren schräge Gleitflächen zurück, und es kann selbsttätig das Bohrgestänge
am Seil absinken. Am Ende der Einfahrbewegung legen sich die Verriegelungs-
glieder
selbsttätig über die Stirnflächen der jeweils nachfolgenden Mitnehmerstangen, so
daß diese sicher im Drehantrieb und untereinander verriegelt sind, und zwar unabhängig
von dem Ausmaß eines etwaigen Reibungsschlusses, so daß eine Verringerung des Reibungsschlusses
oder gar ein Zusammenbrechen des Reibungsschlusses zu keinem Schlüpfen des Bohrgestänges
führen kann. Da auch die äußerste itnehmerstange im Drehantrieb verriegelt ist,
entfällt jede zusätzliche Ausfahrbewegung des Drehantriebs bzw. der Vorschubeinrichtung.
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Die Entriegelung erfolgt in einfacher Weise ebenfalls selbsttätig
über die jeweils einander zugeordneten Gleitflächen der Mitmehmerstangen und der
Verriegelungsglieder.
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Beim Ausfahren über das Seil wird zunächst der Entriegelungskörper
in der innersten Mitnehmerstange axial nach oben bewegt bis zu seinem Anschlag und
drängt dadurch die zugeordneten untersten Verriegelungsglieder zurück, so daß diese
die innerste Mitnehmerstange für die Susfahrbewegung freigeben. Hat die innerste
Mitnehmer stange mit ihrer Stirnfläche die Verriegelungsglieder der in Ausfahrrichtung
übernächsten Mitnehmerstange erreicht, so werden über die schräge Gleitfläche der
innersten Mitnehmerstange diese Verriegelungsglieder ebenfalls zurückgedrängt, so
daß die nächstfolgende Mitnehmerstange mit der bereits in diese hineingezogenen
innersten Mitnehmerstange in die nächstfolgende Mitnehmerstange hereingezogen werden
kann. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis auch die Verriegelungsglieder im Drehantrieb
die äußerste Mitnehmerstange freigegeben haben und diese ausgefahren ist.
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Die Erfindung ist sowohl bei Mitnehmer- oder Relly-stangen mit prismatischem
Querschnitt wie auch bei solchen mit kreisförmigem Querschnitt einsetzbar. Die jeweiligen
in radialer Richtung betrachteten Tiefen bzw. Höhen der
schrägen
Gleitflächen an den Verriegelungsgliedern und den Stirnflächen der Mitnehmer stangen
sowie der Auflagen an den Mitnehmerstangen werden für den selbsttätigen Verriegelungs-
und Entriegelungsvorgang aufeinander entsprechend abgestimmt Eine sowohl baulich
einfache als auch für die Durchführung des selbsttätigen Ver- und Entriegelungsvorgangs
zweckmäßige und sichere Bauform wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch
erreicht, daß die Verriegelungsglieder als auf dem Umfang verteilt angeordnete,
radial verschiebliche Bolzen ausgebildet sind, deren zur Bohrgestängemitte gerichtete
Enden zur Bildung der Gleitfläche kegelförmig gestaltet sindp wobei die Höhe jedes
Kegels größer ist als die radiale Erstreckung der zugeordneten Gleitfläche des Entriegelungskörpers
bzw. der Mitnehmerstange. Dabei ist zweckmäßig die radiale Tiefe der Auflagen an
den Mitnehmerstangen geringer bemessen als die Höhe der Kegel dieser Verriegelungsbolzen.
Solche Verriegelungsbolzen lassen sich im äußeren Umfang der Mitnehmerstangen unter
Einbringung der erforderlichen Druckfedern betriebssicher unterbringen und führen.
Die Verriegelungsbolzen selbst sind einfache Bauteile mit einfachen Kegelflächen
für den Gleitvorgang Merkmale, weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung In der Zeichnung ist die Bohreinrichtung weitestgehend
schematisch dargestellt, und es sind nur diejenigen Bauteile wiedergegeben, die
für die Erläuterung der Erfindung zweckmäßig sind. Es zeigen Fig. 1 eine schematische
und längsgeschnittene Seitenansicht der Bohreinrichtung mit dem Bohrgestänge in
ver-
riegeltem, in das Bohrloch eingefahrenem Zustand, Fig. 1a eine
geschnittene vergrößerte Detailansicht des Verriegelungsbereichs zur zusätzlichen
Erläuterung und Fig. 2 die Bohreinrichtung nach Fig. 1 mit entriegeltem und ausgefahrenem
Bohrgestänge.
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Die Schnittflächen der Mitnehmerstangen sind zur Verdeutlichung nicht
schraffiert. Die in der Zeichnung dargestellte Bohreinrichtung für Erdbohrungen
weist eine Vorschubeinrichtung 1 üblicher Bauart auf. Der bewegliche Teil dieser
Vorschubeinrichtung trägt den schematisch dargestellten Drehantrieb 2. Vom Drehantrieb
2 angetrieben wird das Bohrgestange, das hier aus drei teleskopierbaren Mitnehmer-
oder Kelly-stangen besteht, nämlich der äußersten Mitnehmerstange 3 am Drehantrieb
2, einer in Einfahrrichtung nächstfolgenden mittleren Mitnehmerstange 4 und einer
darauf folgenden innersten Mitnehmerstange 5.
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Die innerste Nitnehmerstange 5 trägt an ihrem unteren Ende das Bohrwerkzeug
6. Das Bohrgestänge wird für die Aus- und Einfahrbewegung betätigt durch ein Seil
7 mit Hilfe einer Seilwinde 8. Das untere Ende des Seils 7 greift über einen Seilwirbej
9 üblicher Bauart an der innersten Mitnehmerstange 5 in noch zu beschreibender Weise
an.
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Im Drehantrieb 2 sowie jeweils im unteren Ende der Mitnehmerstangen
3 und 4 ist jeweils ein nach innen gerichteter, über den Umfang umlaufender Anschlag
10,11 bzw. 12 vorgesehen. Diese Anschläge 10 bis 12 begrenzen die Ausfahrbewegung
der Hitnehmerstangen 3 bis 5. Jeweils am oberen Ende jeder Mitnehmerstange 3 bis
5 ist eine nach außen und unten gerichtete Auflage 13,14 bzw. 15 angeordnet. Diese
Auflagen 13 bis 15 sind derart gestaltet und bemessen, daß sie sich im eingefahrenen
bzw. ausgeschobenen Zustand des Bohrgestänges gemäß Fig. 1 jeweils gegen die zugehörigen
Anschläge 10,11 und 12 der Mitnehmerstangen 3,4 und 5 legen.
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Im Drehantrieb 2 sowie in den Mitnehmerstangen 3 und 4 sind jeweils
oberhalb des zugehörigen Anschlags 10,11 bzw. 12 als radial verschiebliche Bolzen
16,17 bzw. 18
ausgebildete Verriegelungsglieder auf dem Umfang
verteilt angeordnet. Die Verriegelungsbolzen 16 bis 18 sind radial durch Druckfedern
19 in Verriegelungsrichtung beaufschlagt. Druckfedern 19 und Verriegelungsbolzen
16 bis 18 sind in entsprechenden Ausnehmungen in Drehantrieb bzw.
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in den Mitnehmer stangen 3 und 4 auf deren Umfang geführt und untergebracht,
wie die Zeichnung zeigt. In der in Fig. 1 dargestellten eingefahrenen bzw. ausgeschobenen
Stellung des Bohrgestänges übergreifen die Verriegelungsbolzen 19,17 und 18 unter
der Wirkung ihrer Druckfedern 19 die jeweils obere Stirnfläche der nächstfolgenden
Nitnehmerstange, also die Verriegelungsbolzen 16 die Stirnfläche der Mitnehmer stange
3 die Verriegelungsbolzen 17 die Stirnfläche der Mitnehmerstange 4 und die Verriegelungsbolzen
18 die Stirnfläche der innersten Mitnehmerstange 5 Somit sind in der in Fig. 1 dargestellten
eingefahrenen und verriegelten Stellung die Mitnehmerstangen in Einfahrrichtung
über die Anschläge 10,13 bzw.
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11,14 bzw 12,15 und in Ausfahrrichtung durch die Verriegelungsbolzen
16 bzw 17 bzw. 18 festgelegt und damit in der dargestellten Stellung verriegelt
Die Verriegelungsbolzen 16 bis 18 einerseits und die Stirnflächen der jeweils in
Ausfahrrichtung übernächsten Mitnehmer stange weisen einander zugeordnete schräge
Gleitflächen zur Entriegelung der Verriegelungsglieder beim Ziehen des Bohrgestänges
auf. So sind die Verriegelungsbolzen 16,17 und 18 jeweils zur Bildung dieser Gleitflächen
kegelförmig gestaltet, diese Kegelgleitflächen sind mit 16a,17a bzw. 18a bezeichnet.
Die entsprechend zugeordneten schrägen Gleitflächen an den Stirnflächen der Mitnehmerstangen
3 bis 5 sind mit 20,21 bzw. 22 bezeichnet Ferner ist im oberen Ende der innersten
Mitnehmerstange 5 ein koaxialer, vom das Bohrgestänge 3,4,5 tragenden Seil 7
längsbeweglicher
Entriegelungskörper 23 angeordnet. Dieser Entriegelungskörper weist an seinem oberen
Ende eine schräge Entriegelungsgleitfläche 24 auf, die mit dem Gleitkegel 18a der
Verriegelungsbolzen 18 in der Mitnehmerstange 4 in noch zu schildernder Weise zusammenwirkt.
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Die Längsbewegung des Entriegelungskörpers 23 ist durch einander zugeordnete
obere und untere Anschlagflächen 25 begrenzt.
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Sämtliche Anschläge 10,11,12, Auflagen 13,14,15, Gleitflächen 20,21,22
und Anschlage 25 sind in geeigneter Weise in den Werkstoff der sie tragenden Bauteile
eingearbeitet bzw. insbesondere durch Ringelemente auf diese Bauteile aufgebracht.
Sie verlaufen zweckmäßig ringförmig auf dem gesamten Umfang.
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Die Höhe jedes Kegels 16a,17a,18a der Verriegelungsbolzen 16,17,18
ist größer als die radiale Erstreckung der jeweils zugehörigen Gleitfläche 24 des
Entriegelungskörpers bzw. 20 bis 22 der I;Iitnehmerstangen 3 bis 5. Ferner ist die
radiale Tiefe der Auflagen 13,14,15 jeweils geringer bemessen als die Höhe des Jeweiligen
Kegels 16a,17a und 18a der Verriegelungsbolzen 16 bis 18.
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Die selbsttätige Entriegelung des Bohrgestänges aus der eingefahrenen
Stellung gemäß Fig. 1 in die ausgefahrene Stellung gemäß FO. 2 geschieht wie folgt:
Nit Hilfe der Seilwinde 8 wird das Seil 7 betätigt und bewegt zunächst über den
Seilwirbel 9 den Entriegelungskörper 23 in Längsrichtung nach oben über die durch
die Anschläge 25 vorgegebene Hublänge. Dabei drängt die Gleitfläche 24 des Entriegelungskörpers
23 über die zugeordneten Kegelflächen 18a der Verriegelungsbolzen 18 diese gegen
die Wirkung der Federn 19 so weit zurück, daß bei weiterem Anziehen des Seils 7
die Gleitfläche 20 an der Stirnfläche der innersten I;itnehmerstange 5 die
Kegelflächen
18a beaufschlagt und die Verriegelungsbolzen 18 so weit zurückgedrängt, daß die
innerste Mitnehmerstange 5 in die Mitnehmerstange 4 hinein gezogen werden kann.
Diese Bewegung wird begrenzt durch einen Ringanschlag 26 am äußeren Umfang der innersten
Mitnehmerstange 5. Kurz bevor diese Endstellung erreicht ist, trifft die Gleitfläche
20 an der Stirnfläche der innersten Mitnehmerstange 5 auf die Kegelfläche 17a der
Verriegelungsbolzen 17 der übernächsten Mitnehmerstange 3 und drängt diese Verriegelungsbolzen
17 so weit zurück, daß bei weiterer Ausfahrbewegung des Seils 7 die Gleitfläche
21 an der Mitnehmerstange 4 das weitere Zurückdrängen der Verriegelungsbolzen 17
über die Kegelflächen 17a übernehmen kann.
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Damit ist auch die Nitnehmerstange 4 entriegelt und kann gemeinsam
mit der innersten Mitnehmerstange 5 in die äußerste Mitnehmerstange 3 hineingezogen
werden. Kurz vor der Endstellung der mittleren Mitnehmerstange 4 in der äußersten
Mitnehmerstange 3 erreicht die Gleitfläche 21 der Mitnehmerstange 4 die Kegelflächen
16a der Verriegelungsbolzen 16 im Drehantrieb 2 und drängt auch diese so weit zurück,
bis die Gleitfläche 22 an der äußersten Mitnehmerstange 3 das weitere Zurückdrängen
der Verriegelungsbolzen 16 über die Kegelfläche 16a übernehmen kann.
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Damit ist auch die äußerste Mitnehmerstange 3 entriegelt und kann
mit den bereits eingezogenen Mitnehrflerstangen 4 und 5 durch den Drehantrieb 2
hindurch ganz ausgefahren werden, bis die in Fig. 2 dargestellte Endstellung des
gesamten ausgefahrenen Bohrgestänges erreicht ist. Die Ausfahrbewegung der Mitnehmerstangen
4 und 3 wird durch die Halterungen der Verriegelungsbolzen 18 bzw. 17 begrenzt,
die als Anschläge gegenüber der jeweils unteren Stirnfläche des Drehantriebs bzw.
der zugehörigen Mitnehmerstange wirken, wie Fig. 2 zeigt.
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Das Einfahren des Bohrgestänges und damit das Ausschieben der Mitnehmerstangen
aus der in Fig. 2 dargestellten ausgefahrenen Stellung in die in Fig. 1 dargestellte
eingefahrene Stellung erfolgt entsprechend. Dabei wirken die Auflagen 15,14 bzw.
13 der Mitnehmerstangen 5,4 und 3 in dieser Reihenfolge als Verschiebeflächen für
die Verriegelungsbolzen 18,17 bzw. 16. Wird das Seil 7 mit Hilfe der Seilwinde 8
eingefahren, so bewegt sich zunächst die innerste Mitnehmerstange 5 nach unten,
bis deren Auflage 15 die Verriegelungsbolzen 18 über die Kegelflächen 18a so weit
zurückgedrängt hat, daß bei weiterem Einfahren diese die obere Stirnfläche der Mitnehmerstange
5 über die Gleitfläche 20 übergreifen. Danach übernimmt die Auflage 14 der mittleren
Mitnehmerstange 4 in entsprechender Weise das Zurückdrängen der Verriegelungsbolzen
17 der liiitnehmerstange 3 über deren Kegelflächen 17a, bis auch die Verriegelungsbolzen
17 die obere Stirnflache der Mitnehmerstange 4 über deren Gleitfläche 21 übergreifen.
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Schließlich werden mit Hilfe der Auflage 13 die Verriegelungsbolzen
16 des Drehantriebs 2 über deren Kegelflächen 16a zurückgedrängt, bis auf die äußerste
Mitnehmerstange 3 die in Fig. 1 dargestellte eingefahrene Stellung erreicht hat,
bei der die Verriegelungsbolzen 16 über die Gleitflächen 22 die obere Stirnfläche
der Mitnehmerstange 3 übergreifen. Vor der ersten Bewegung der innersten Mitnehmerstange
5 ist der Entriegelungskörper 23 in die in Fig. 1 dargestellte Lage eingschoben.
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Anordnung, Führung und Unterbringung der Verriegelungsbolzen 16,17,18
und der Druckfedern 19 sind zur Vereinfachung der Darstellung in der Zeichnung nur
schematisch dargestellt. Natürlich sind die Verriegelungsbolzen in Verriegelungsrichtung
gegen ein übermäßiges Austreten aus der Führung durch geeignete Anschläge begrenzt,
so daß für den Entriegelungsvorgang geeignete Lage gemäß Fig. 1 gewährleistet ist,
wie schematisch jeweils bei 27 durch Ringanschläge angedeutet ist.
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