DE3316051A1

DE3316051A1 - Transportables bohrsystem

Info

Publication number: DE3316051A1
Application number: DE19833316051
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Ing. 2801 Grasberg Ehrig; Dieter Dipl.-Ing. 2800 Bremen Stephan
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Priority date: 1983-05-03
Filing date: 1983-05-03
Publication date: 1984-11-08

Description

Transportables Bohrsystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein transportables Bohrsystem, insbesondere zur Durchführung von Bohrungen in dauernd vereisten Landschaften, wie z.B. Grönland und die Polargebiete.
Für die wissenschaftliche Erforschung der Polargebiete und auch Grönlands spielt unter anderem die Beschaffenheit hinsichtlich der physilalischen und chemischen Eigenschaften des diese Gebiete überdeckenden Eises eine große Rolle. Aus diesem Grunde werden in an sich bekannter Weise Bohrungen in das Eis durchgeführt und unter anderem Bohrkerne zur weiteren Untersuchung in Labors zu Tage gefördert. Dazu werden bisher sowohl übliche Bohreinrichtungen als auch spezielle Bohrsysteme angewendet, bei denen durch Anwendung höherer Temperaturen das Eis aufgeschmolzen wird. Während die erstgenannten Einrichtungen unter Verwendung üblicher Bohrgestänge ein sehr langwieriges Arbeiten verursachen, erfordern die mit erhöhten Temperaturen arbeitenden Systeme einen enormen Energieaufwand, der ein völlig unwirtschaftliches Arbeiten bewirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein transportables Bohrsystem anzugeben, das ein kontinuierliches, sehr schnelles Bohren ermöglicht, ohne daß dabei ein überhöhter Energiebedarf entsteht.
Erfindungsgemäß besteht daher das Bohrsystem aus einer Energieerzeugungsanlage zur Erzeugung von Strom und Preßluft sowie einer Bedienungseinrichtung, die jeweils in üblichen Containern leicht transportierbar angeordnet sind und einem mit einem Eigenantrieb ausgerüsteten Bohrgerät, das mit der Bedieneinrichtung lediglich durch ein mit einer Druckluftleitung sowie elektrischen Steuerkabeln versehenes Tragseil verbunden ist. Nähere Einzelheiten dieses Bohrgeräts sind in den Ansprüchen angegeben.
Diese Aufteilung des Bohrsystems in üblichen Containern anzuordnenden Ausrüstungsteilen ermöglicht sowohl bei der Anreise einen leichten Transport auf LKW's und Schiffen und am Einsatzort den Transport, beispielsweise durch Hubschrauber oder durch mit z.B. Kufen ausgerüsteten Schlitten-Transportgeräten. Das Bohrgerät nach der Erfindung ermöglicht ein kontinuierliches Bohren, da die Verbindung zwischen der Energieerzeugungsanlage und dem Bohrgerät nicht über ein aus vielen Einzelteilen bestehendes Bohrgestänge, sondern lediglich aus einem kontinuierlich von einer Trommel abrollenden Tragseil mit Druckluftschlauch und elektrischen Steuerkabeln besteht. Das erfindungsgemäße Bohrsystem ermöglicht es ohne weiteres, in 24 Stunden ein Bohrloch von über 200 Meter Tiefe abzutäufen und in Tiefen von etwa 400 Metern vorzudringen.
Da das Eis kein starrer Körper, wie Felsgestein, ist, sondern stetig, wenn auch mit geringen Geschwindigkeiten fließt, ist immer damit zu rechnen, daß sich die Bohrlöcher während des Vordringens des Bohrgeräts wieder verengen. Das führt bei Bohreinrichtungen mit Bohrgestängen zu erheblichen Schwierigkeiten und häufig zum Verlust des Geräts. Diese Schwierigkeit wird von dem erfindungsgemäßen Bohrgerät leicht dadurch überwunden, daß es auf seiner Oberseite mit einer weiteren Fräseinrichtung versehen ist, die beim Anhieven des Bohrgeräts jederzeit ein Freibohren ermöglicht.
In den beigefügten Zeichnungen ist schematisch ein transportables Bohrsystem nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 schematisch das Bohsystem am Einsatzort, Fig. 2 das Bohrgerät selbst mit dem Kernziehkopf und Fig. 3 das Bohrgerät mit dem Bohrkopf.
In einem auf Kufen 10 gelagerten Container ist an der Oberseite ein Stauraum 1 für das aus einem Ausleger 9 und einer Stützstrebe 8 bestehende Bohrgerüst vorgesehen. In dem Container selbst sind die für den Betrieb erforderlichen Einrichtungen, wie ein zur Energieerzeugung dienender Dieselmotor 4, ein Arbeitstisch 3, ein Bedienungspult 5, eine Seiltrommel 6, ein Leitstand 2 und ein Kraftstofftank 11 angeordnet. Von der Seiltrommel 6 läuft ein mit einer Druckluftleitung und elektrischen Steuerkabeln ausgerüstetes Tragseil 14 zum eigentlichen Bohrgerät 7 in dem Bohrloch 13.
Das eigentliche Bohrgerät 7 (Fig. 2 bzw. Fig. 3) besteht aus einem Antriebsteil 21 und einem damit koppelbaren Kernziehkopf 22 bzw. Bohrkopf 42. In dem Antriebsteil 21 ist eine Druckluftturbine vorgesehen, die über ein Untersetzungsgetriebe 24 ein Planetengetriebe 25 mit zwei Abtriebswellen antreibt.
An diese Abtriebswellen sind (Fig. 2) ein Außenfräser 26 und ein im Innern dieses Außenfräsers gelagerter Innenfräser des Kernziehkopfs 22 angekoppelt. Beim Absenken des Bohrgeräts 7 in dem Bohrloch 13 schneidet der Kernziehkopf 22 mit seinem Außenfräser 26 und seinem Innenfräser 27 Eiskerne 30 heraus, die im Innenraum des Innenfräsers 27 an die Oberfläche transportiert werden können.
Beim reinen Vortrieb des Bohrlochs 13 ist an die Antriebseinheit 21 ein Bohrkopf 42 anstelle des Kernziehkopfs ankoppelbar, der ebenfalls mit einem Außenfräser 46 und einem Innenfräser 47 ausgerüstet ist, wobei diese beiden Fräser jedoch lediglich zum Herausschneiden des Bohrlochs aus dem Eis dienen. In beiden Köpfen 22 bzw. 42 sind Druckluftkanäle vorgesehen, die ein Austreten der Druckluft nach dem Durchtritt durch die Druckluftturbine 23 in das Bohrloch ermöglichen, wobei diese aus den Druckluftkanälen ausströmende Druckluft nach oben umgelenkt wird und dabei gleichzeitig das Bohrklein aus dem Bohrloch herausbefördert. Das ist deswegen möglich, weil das Bohrklein im Eis aus sehr kleinen, relativ leichten Teilchen besteht, die ohne weiteres von der unter relativ hohem Druck ausströmenden Luft mitgerissen werden.
An der Antriebseinheit 21 sind an ihrem oberen und unteren Ende jeweils mindestens vier Führungsrollen 28, die mit Dornen versehen sind, gelagert. Diese Führungsrollen sind auf (nicht dargestellten) pneumatischen Kolben gelagert, die über eine Druckluftleitung und elektrische Steuerleitungen mit (ebenfalls nicht dargestellten) in der Antriebseinheit gelagerten Libellen verbunden sind. Bei einem Abweichen von der (senkrechten) Sollage der Antriebseinheit erzeugen diese Libellen Sigrale, die über die elektrischen und pneumatischen Steuerleitungen zu einer entsprechenden Verschiebung der pneumatischen Lagerkolben für die Führungsrollen 28 führen. Damit ist eine automatische Einhaltung der Sollage der Antriebseinheit 21 und damit des Bohrgeräts 7 gewährleistet.
Um ein Einklemmen des Bohrgeräts 7 bei Verschiebungen des Eises zu verhindern, ist die Antriebseinheit 21 an ihrer Oberseite mit einem weiteren Fräser 29 ausgerüstet, der beim Anhieven des Bohrgeräts 7 jederzeit ein Freifräsen des Bohrgeräts erermöglicht.
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Claims

Patentansprüche 1. Transportables Bohrsystem, insbesondere zur Durchführung von Bohrungen in dauernd vereisten Landschaften, wie z.B. Grönland oder die Polargebiete, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß es aus einer Energieerzeugungsanlage und einer Bedienungseinrichtung besteht, die jeweils in an sich bekannten Containern angeordnet sind und ein mit eigenem Antrieb und Meßeinrichtungen versehenes Bohrgerät aufweist, das mit der Bedienungseinrichtung durch ein mit einer Druckluftleitung sowie elektrischen Steuerleitungen ausgerüstetes Tragseil verbunden ist.
2. Transportables Bohrsystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß es aus einem Antriebsteil (21) sowie einem mit diesem Antriebsteil 21) koppelbaren Bohrkopf (42) und einem gegen den Bohrkopf (42) austauschbaren Kernziehkopf (22) besteht.
3. Transportables Bohrsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gek e n n z e i c h n e t , daß in dem Antriebsteil (21) eine Luftdruckturbine (23), ein Untersetzungsgetniebe (24) und ein Planetengetriebe (25) mit zwei Abtriebswellen angeordnet sind.
4. Transportables Bohrsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gek e n n z e i c h -n e t , daß der Bohrkopf (42) bzw. der Kernziehkopf (22) jeweils zwei gegenläufig drehende Fräser (46, 47; 26, 27) aufweisen, die mit den beiden Abtriebswellen des Planetengetriebes (25) koppelbar sind und deren Drehmomente sich gegenseitig aufheben.
5. Transportables Bohrsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gek e n n z e i c h -n e t , daß der Antriebsteil an seinem oberen und unteren Ende jeweils vier um seinen Umfang verteilte, mit Dornen versehene Führungsrollen (28) aufweist, die auf pneumatisch ansteuerbaren Führungskolben gelagert sind.
6. Transportables Bohrsystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch 9 e k e n n z e i c h n e t , daß der Antriebsteil (21) an seiner Oberseite mit einer Fräseinrichtung (29) ausgerüstet ist, die zum Freifräsen des Bohrgeräts beim Anheben eingerichtet ist.
7. Transportables Bohrsystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gek e n n z e i c h ne t , daß sowohl der Bohrkopf (42) als auch der Kernziehkopf (22) mit Druckluftkanälen ausgerüstet sind, durch die die Druckluft nach Passieren der Druckluftturbine (23) in das durch den Bohrkopf (42) bzw. den Kernziehkopf (22) erzeugte Bohrloch (13) austreten kann derart, daß sie beim Ausströmen aus dem Bohrloch (13) das Bohrklein aus dem Bohrloch (13) herausbefördert.
8. Transportables Bohrsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gek e n n z ei c h -n e t , daß der Antriebsteil (21) mit zwei senkrecht zueinander angeordneten Meßlibellen ausgerüstet ist, die über elektrische und pneumatische Steuerleitungen mit den Lagerkolben der Führungsrollen (28) verbunden sind.