DE3620500A1 - Bohrvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung zum Anheben und Absenken eines Überführungsarmes in einer Bohrvorrichtung.

Die US-PS 44 07 629, die ebenfalls auf den Anmelder zurückgeht, offenbart eine Bohrvorrichtung mit wichtigen wirtschaftlichen Vorteilen. Die bekannte Bohrvorrichtung benutzt einen schwenkbaren Überführungsarm, der angrenzend an den Bohrmast angelenkt ist und dazu verwendet wird, Bohrrohre zwischen einer unteren Lage, in welcher die Rohre mit einem Rohrregal fluchten, und einer oberen Lage zu bewegen, in welcher die Rohre mit der Bohrachse der Bohrvorrichtung fluchten. Solche Überführungsarme steigern die Wirtschaftlichkeit, da sie den Einsatz manueller Arbeitskraft verringern und auch die erforderliche Zeit zum Zusammenbauen und Auseinanderbauen der Bohrrohre vermindern.

Bohr- und Verschalungsrohre werden normalerweise in Rohrregalen nahe der Bohrstelle gelagert. Es ist daher wünschenswert, den Überführungsarm so auszulegen, daß er die Rohre bei einem Minimum an vertikalen Bewegungen derselben direkt in ein solches Rohrregal abladen kann, bzw. aus einem solchen Rohrregal aufladen kann. Aus diesem Grunde ist es weiterhin höchst wünschenswert, die Positioniereinrichtung für den Überführungsarm so auszubilden, daß die Rohre zwischen dem Regal und dem Überführungsarm bei einer relativ geringen Höhe, typischerweise nicht mehr als 1,5 bis 1, 7 m über dem Boden überführt werden können.

Bei einem früheren Versuch dieses Ziel zu erreichen, wurden drei- oder vierstufige Hydraulikzylinder verwendet, um den Überführungsarm anzuheben bzw. abzusenken. Solche mehrstufigen Zylinder besitzen jedoch eine Reihe von Nachteilen. Erstens haben solche Zylinder bei vielen Anwendungen eine relativ kurze Lebensdauer. Normalerweise sind mehrstufige Zylinder nicht für dauernde Belastung, sondern für aussetzende Belastung konstruiert. Der dauernde Betrieb, welcher allerdings notwendig ist, um Teile auszuwechseln, Werkzeuge herauszusuchen oder dergl., kann enorme Anforderungen an den Zylinder stellen. Darüber hinaus sind mehrstufige Zylinder nicht besonders geeignet, seitlichen Belastungen zu widerstehen. Diese Belastungen treten unweigerlich auf, wenn die schweren Bohrmanschetten in die auf dem Überführungsarm befestigten Klammern rollen. Darüber hinaus besitzen mehrstufige Zylinder relativ große hydraulische Oberflächen, was Probleme verursachen kann, wenn sie dem Bohrschlamm ausgesetzt werden, der von den Bohrrohren herabtropft, wenn diese zwischen dem Bohrstrang und dem Rohrlager überführt werden.

Mehrstufige Zylinder bergen auch Steuerungsprobleme. Das liegt daran, daß ein solcher Zylinder während der ersten 10 oder 20° der Aufwärtsbewegung relativ langsam anhebt. Für einen vorgegebenen Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit wächst die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Überführungsarmes jedoch stark an, wenn sich der Überführungsarm nahe der vertikalen Position befindet. Dadurch wird es schwierig, den Überführungsarm sanft abzubremsen, wenn er die obere Position erreicht.

Ein zweiter Versuch, das Anheben und Absenken eines Überführungsarmes zu verwirklichen, ist in der oben erwähnten US-PS 44 07 629 gezeigt. Diese Anordnung verwendet ein Hebelgestänge mit einem einstufigen Hydraulikzylinder und zwei Zwischenglieder mit fester Länge. Auch bei dieser Anordnung ist die sanfte Steuerung des Abbremsens und der Geschwindigkeit des Überführungsarmes, wenn er die obere Stellung erreicht, noch unzureichend. Die in der US-PS 44 07 629 gezeigte Anordnung besitzt einen relativ großen Drehwinkel des Überführungsarmes bei einem relativ kleinen Hub des Hydraulikzylinders, wenn sich der Überführungsarm nahe der vertikalen Lage befindet. Aus diesem Grunde ist es schwierig, eine genaue Steuerung des Abbremsens und der Geschwindigkeit des Überführungsarmes zu erreichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anordnung zum Anheben des Überführungsarmes derart zu verbessern, daß diese einen haltbaren Hydraulikzylinder besitzt, kompakt ist und eine verbesserte Steuerung der Geschwindigkeit und der Beschleunigung des Überführungsarmes ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Bohrvorrichtung mit einem Bohrmast und einem starren Überführungsarm vor, welcher an einer ersten Achse angrenzend an den Bohrmast schwenkbar angebracht ist, um zwischen einer unteren Lage nahe dem Boden und einer oberen Lage bewegt zu werden, in welcher der Überführungsarm mit dem Mast fluchtet, wobei die Verstelleinrichtung für den Überführungsarm derart ausgerüstet ist, daß sie einen Abstützpunkt umfaßt, welcher von der ersten Achse beabstandet und bezogen auf den Bohrmast ortsfest angeordnet ist. Ein Zwischenglied fester Länge ist über eine zweite Achse schwenkbar mit dem Überführungsarm verbunden, wobei die zweite Achse von der ersten Achse beabstandet ist und das Zwischenglied ein von dem Überführungsarm beabstandetes Ende aufweist. Ein erster Stellantrieb, vorzugsweise ein einstufiger Hydraulikzylinder, ist mit einem Ende schwenkbar mit dem von dem Überführungsarm abgewandten Ende des Zwischengliedes und mit seinem anderen Ende mit dem Überführungsarm verbunden. Ein zweiter Stellantrieb, vorzugsweise ebenfalls ein einstufiger Hydraulikzylinder ist mit einem Ende schwenkbar mit dem von dem Überführungsarm abgewandten Ende des Zwischengliedes und mit dem anderen Ende mit dem Abstützpunkt verbunden.

Die erfindungsgemäße Lösung besitzt wichtige Vorteile. Da anstelle mehrstufiger Zylinder einstufige Zylinder eingebaut werden können, ist das Hebelgestänge dauerhaft ausgebildet, gut geeignet, seitlichen Belastungen zu widerstehen und setzt außerdem nur relativ kleine hydraulische Oberflächen der Verunreinigung aus. Das Hebelgestänge bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist kompakt und besonders gut geeignet, den Überführungsarm besonders dicht und parallel zur Bodenoberfläche abzusenken. Die beiden Stellantriebe ermöglichen eine verbesserte Steuerung der Geschwindigkeit und der Beschleunigung des Überführungsarmes, wenn dieser sich nahe der oberen Stellung, in welcher er mit dem Bohrmast fluchtet, befindet. Diese verbesserte Steuerung macht die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut geeignet für eine äußerst schnelle, vollständig automatische Betriebsweise des Überführungsarmes.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Bohrvorrichtung mit der Hebeeinrichtung für den Überführungsarm, der sich in dieser Figur in seiner oberen Stellung befindet,

Fig. 2 in einer Seitenansicht die Bohrvorrichtung gemäß der Ausführungsform aus Fig. 1, wobei sich der Überführungsarm in einer Zwischenlage befindet, und

Fig. 3 in einer Seitenansicht die Bohrvorrichtung gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1, wobei sich der Überführungsarm in einer unteren Lage befindet.

In den Fig. 1 bis 3 sind die wichtigen Teile einer Bohrvorrichtung 10 dargestellt, welche einen Bohrmast 12 und einen Überführungsarm 14 umfaßt. Der Überführungsarm 14 ist als starres Ganzes um eine erste Achse 20 schwenkbar, welche bezogen auf den Mast 12 ortsfest angebracht ist. Der Überführungsarm 14 trägt zwei voneinander beabstandete Klammern 16, die Verwendung finden, um die Bohrrohre auf dem Überführungsarm 14 zu befestigen, wenn mit dem Überführungsarm 14 die Bohrrohre zwischen dem Bohrstrang und einem Rohrlager angehoben oder abgesenkt werden.

Die erfindungsgemäße Hubeinrichtung ist für einen großen Einsatzbereich bei Bohrvorrichtungen und Überführungsarmen geeignet. Die Bohrvorrichtung 10 und der Überführungsarm 14 stehen bloß beispielhaft für den Anwendungsbereich der Erfindung. Die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung kann beispielsweise einfach auch für Schrägbohrungen verwendet werden, bei denen der Mast 12 nicht vertikal ausgerichtet ist. Der Überführungsarm 14 kann auch als selbsttragende Schale, Monocoque-Konstruktion oder als Fachwerkträger ausgebildet sein. Da die Erfindung nicht auf einen speziellen Aufbau des Überführungsarmes 14 oder des Mastes 12 ausgerichtet ist, werden diese Merkmale im folgenden auch nicht detaillierter beschrieben. Als Beispiel für einen geeigneten Überführungsarm 14 wird auf die US-PS 44 07 629 verwiesen, deren Inhalt zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird und die den Aufbau und die Betriebsweise des Überführungsarmes 14 näher erläutert.

Entsprechend dieser Erfindung ist an der Bohrvorrichtung 10 an einem Punkt, der von der ersten Achse 20 entfernt angeordnet ist, ein Abstützpunkt 22 ortsfest angebracht. An dem Überführungsarm 14 ist um eine zweite Achse 30, die von der ersten Achse 20 beabstandet ist, ein Zwischenglied fester Länge 24 schwenkbar befestigt. Das Zwischenglied 24 besitzt ein erstes Ende 26 und ein zweites Ende 28. Ein erster Stellantrieb 32, der beispielsweise als herkömmlicher einstufiger Hydraulikzylinder ausgebildet sein kann, weist ein erstes Ende 34, mit welchem er schwenkbar mit dem Überführungsarm 14 verbunden ist. Der Stellantrieb 32 weist weiterhin ein zweites Ende 36 auf, welches schwenkbar mit dem zweiten, bzw. von dem Überführungsarm abgewandten Ende 28 des Zwischenhebels 24 verbunden ist.

Darüber hinaus ist ein zweiter Stellantrieb 38 vorgesehen, der ebenfalls als einstufiger Hydraulikzylinder ausgebildet ist. Der zweite Stellantrieb 38 besitzt ein erstes Ende 40, welches schwenkbar mit dem Abstützpunkt 22 verbunden ist und ein zweites Ende 42, welches schwenkbar mit dem zweiten Ende 28 des Zwischengliedes 24 verbunden ist.

Der erste und der zweite Stellantrieb wirken mit dem Zwischenglied 24 zusammen, um den Überführungsarm 14 in einer sanften und einfach zu steuernden Weise anzuheben bzw. abzusenken. Die Fig. 3 zeigt den Überführungsarm 14 in der unteren Lage, in welcher der Überführungsarm 14 sich parallel zum Boden erstreckt.

Um den Überführungsarm 14 anzuheben, wird sowohl der erste, wie auch der zweite Stellantrieb 32 bzw. 38 mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Da der erste Stellantrieb 32 verglichen mit dem zweiten Stellantrieb 38 einen verbesserten Kraftangriff besitzt, wenn sich der Überführungsarm 14 in seiner unteren Lage befindet, schiebt der erste Stellantrieb 32 vor dem zweiten Stellantrieb 38 aus, wodurch sich der Überführungsarm 14 in die in Fig. 2 gezeigte Mittellage anhebt.

Wenn der Überführungsarm 14 so weit angehoben und der erste Stellantrieb 32, wie in Fig. 2 gezeigt, vollständig ausgefahren ist, beginnt der zweite Stellantrieb 38 auszufahren. Der zweite Stellantrieb 38 fährt solange weiter aus, bis der Überführungsarm 14 in die obere, in Fig. 1 gezeigte Lage kommt. Sogar dann, wenn der Überführungsarm 14 sich der oberen Lage gemäß Fig. 1 nähert, ist der Anstellwinkel des zweiten Stellantriebes 38 derart günstig, daß eine ausgezeichnete Steuerung der Beschleunigung und der Geschwindigkeit des Überführungsarmes 14 möglich ist. Aus diesem Grunde ist eine genaue, besonders schnelle und vollautomatische Steuerung der Lage des Überführungsarmes 14 mit dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Hebelgestänge möglich.

Das Absenken des Überführungsarmes 14 geschieht in umgekehrter Reihenfolge wie oben beschrieben. Wenn nötig, kann es in manchen Anwendungsfällen wünschenswert sein, gesonderte Ventile vorzusehen, die die Beaufschlagung des ersten und des zweiten Stellantriebes 32 bzw. 38 mit Hydraulikflüssigkeit regeln, um zu gewährleisten, daß die Stellantriebe 32 und 38 in der gewünschten Reihenfolge ausfahren bzw. einfahren. Dennoch kann für die meisten Anwendungen auf gesonderte Ventile verzichtet und die Verstellung der Stellantriebe 32 und 38 wie oben beschrieben automatisch gewählt werden, um das Ausfahren und Einfahren der Stellantriebe 32 und 38 in der gewünschten Reihenfolge zu gewährleisten.

Ein wichtiges Merkmal des dargestellten Ausführungsbeispiels ist es, daß die Achse 30 von der Achse 20 beabstandet angeordnet ist. Die Achse 30 ist ungefähr auf halbem Wege zwischen der Achse 20 und dem Ende 34 des Stellantriebes 32 angeordnet. Diese geometrische Anordnung ist besonders gut, um ein kompaktes Hebelgestänge zu schaffen, welches eine hervorragende Steuerung der Geschwindigkeit und der Beschleunigung des Überführungsarmes 14 gewährleistet. Wenn die Vorrichtung so wie in der Zeichnung dargestellt gebaut ist, hebt das Zwischenglied 24 das obere Ende 42 des Stellantriebes 38 in eine besonders gute Lage, um den Überführungsarm 14 schließlich zu beschleunigen bzw. abzubremsen, wenn dieser sich der oberen, in Fig. 1 dargestellten Lage nähert.

Wie oben bereits angedeutet, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften besonders gut geeignet, in ein vollautomatisches Hochgeschwindigkeitssteuersystem für den Überführungsarm integriert zu werden.

Es ist auch möglich, daß die Stellantriebe 32, 38 und das Zwischenglied 24 als einziges Set verwendet werden, wie dies in den Zeichnungen gezeigt wurde, oder auch in zwei identische Sets verdoppelt werden können, so daß jeweils eines auf einer Seite des Überführungsarmes 14 angebracht werden kann.

Claims (6)

1. Bohrvorrichtung mit einem Bohrmast und einem an einer ersten, an den Bohrmast angrenzenden Achse schwenkbar befestigten starren Überführungsarm, der zwischen einer unteren Stellung nahe dem Boden und einer oberen Stellung, in der der Überführungsarm mit dem Bohrmast fluchtet, schwenkbar ist, wobei der Schwenkweg zwischen der oberen und der unteren Lage um die erste Achse etwa 90° beträgt, gekennzeichnet durch
einen Abstützpunkt (22), der von der erste Achse (20) beabstandet und bezogen auf den Bohrmast (12) ortsfest angebracht ist,
ein Zwischenglied fester Länge (24), welches mittels einer zweiten Achse (30), die von der ersten Achse (20) beabstandet angeordnet ist, schwenkbar mit dem Überführungsarm (14) verbunden ist, wobei das Zwischenglied (24) ein von dem Überführungsarm (14) beabstandetes, distales Ende (28) aufweist,
einen ersten Stellantrieb (32), der mit einem Ende (36) mit dem distalen Ende (28) des Zwischengliedes (24) und mit seinem anderen Ende (34) mit dem Überführungsarm (14) schwenkbar verbunden ist, und
einen zweiten Stellantrieb (38), der mit einem Ende (42) mit dem distalen Ende (28) des Zwischengliedes (24) und mit seinem anderen Ende (40) mit dem Abstützpunkt (22) schwenkbar verbunden ist,
wobei der erste und der zweite Stellantrieb (32, 38) mit dem Zwischenglied (24) zum Bewegen des Überführungsarmes zwischen der oberen und der unteren Lage derart zusammenwirken, daß sowohl der erste, als auch der zweite Stellantrieb (32, 38) ausgefahren sind, wenn sich der Überführungsarm (14) in der oberen Lage befindet, und
wobei der zweite Stellantrieb (38) im wesentlichen parallel zu dem Überführungsarm (14) und im wesentlichen parallel zum Boden ausgerichtet ist, wenn sich der Überführungsarm (14) in der unteren Stellung befindet.

2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellantriebe (32, 38) jeweils einen einstufigen Hydraulikzylinder aufweisen.

3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überführungsarm (14) eine Oberseite aufweist, auf welcher die zweite Achse (30) und das andere Ende (34) des ersten Stellantriebes (32) angeordnet sind.

4. Bohrvorrichtung mit einem Bohrmast und einem starren, schwenkbar an einer an den Bohrmast angrenzenden ersten Achse befestigten Überführungsarm, der zwischen einer unteren Stellung nahe dem Boden und einer oberen Stellung, in welcher der Überführungsarm mit demMast fluchtet, schwenkbar ist, wobei der um die erste Achse zurückgelegte Schwenkweg zwischen der oberen und der unteren Stellung ungefähr 90° beträgt, gekennzeichnet durch
einen als Verankerung ausgebildeten Abstützpunkt (22), der von der ersten Achse (20) beabstandet und bezüglich dem Bohrmast (20) ortsfest befestigt ist,
ein Zwischenglied fester Länge (24), welches mittels einer zweiten Achse (30), die von der ersten Achse (20) beabstandet angeordnet ist, an dem Überführungsarm (14) befestigt ist und ein von dem Überführungsarm abgewandtes, distales Ende (28) aufweist,
einen ersten einstufigen Hydraulikzylinder (32), der mit seinem einen Ende (36) an dem distalen Ende (28) des Zwischengliedes (24) und mit seinem anderen Ende (34) an dem Überführungsarm (14) schwenkbar befestigt ist, einen zweiten einstufigen Hydraulikzylinder (38), der mit seinem einen Ende (42) an dem distalen Ende (28) des Zwischengliedes (24) und mit seinem anderen Ende (40) an dem Abstützpunkt (22) befestigt ist,
wobei der erste und der zweite Zylinder (32, 38) zum Schwenken des Überführungsarmes (14) um die erste Achse (20) zwischen der oberen und der unteren Lage derart zusammenwirken, daß sowohl der erste als auch der zweite Hydraulikzylinder (32, 38) ausgefahren sind, wenn sich der Überführungsarm (14) in der oberen Lage befindet,
wobei weiterhin der zweite Hydraulikzylinder (38) im wesentlichen parallel zu dem Überführungsarm (14) und im wesentlichen parallel zu dem Boden ausgerichtet ist, wenn sich der Überführungsarm (14) in der unteren Lage befindet.

5. Bohrvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aufbringen von hydraulischer Druckflüssigkeit gleichzeitig sowohl auf den ersten als auch den zweiten Stellantrieb (32, 38), wenn sich der Überführungsarm (14) in der unteren Lage befindet, um in die obere Lage angehoben zu werden.

6. Bohrvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Stellantrieb (32, 38) derart ausgelegt und angeordnet sind, daß bei gleichzeitiger Druckbeaufschlagung des ersten und des zweiten Stellantriebes (32, 38) mit Hydraulikflüssigkeit, wenn sich der Überführungsarm (14) in der unteren Lage befindet, der erste Stellantrieb (32) vor dem zweiten Stellantrieb (38) ausfährt.