DE3635378C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zum Lösen von Bohrstangen an einem Langbohrgerät bestimmte Spannvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bohrgeräte zum Herstellen langer Bohrungen, beispielswei­ se im Fels oder Gestein, arbeiten üblicherweise mit einer oder mehreren, zu einem Gestänge verbundenen Bohrstangen mit separatem Bohrkopf. Die Bohrmaschine ist längs eines Führungsbalkens verfahrbar, an dessen der Maschine gegen­ überliegendem Ende die Spannvorrichtung angeordnet ist, die zum Lösen der Bohrstange vom Einsteckende des Bohrers oder von der folgenden Bohrstange des Gestänges dient und außerdem die Bohrstange beim Anbohren des Gesteins führen soll. Zum Drehen der Stange beim Abschrauben ist ein Drehantrieb erforderlich, der bei bekannten Bohrgeräten am Führungsbalken gelagert und zum Erfassen der Bohrstan­ ge in die Bohrungsachse verstellt wird. Die am Führungs­ balken befindliche Bohrstange wird dann gedreht, während die vordere Bohrstange von der Spannvorrichtung gegen Drehen blockiert wird, so daß die Verbindung der Stangen gelöst werden kann.

Diese Lösevorrichtungen sind voluminös, gewichtsmäßig schwer und auch schwierig zu handhaben und zu bedienen, da sie aus mehreren Teilen bestehen, die gegeneinander verstellt und einzeln betätigt werden müssen. Der Löse­ vorgang erfordert daher auch einen beachtlichen Zeitauf­ wand.

Zum Lösen der Bohrstange von einer Bohrmaschine ist eine Vorrichtung bekannt (DE-OS 33 24 334), die drehbar und axial unverschieblich mit der Bohrmaschine zu kuppeln ist. Diese Lösevorrichtung ist mit Greifern versehen, die durch axiales Verschieben einer Traghülse mittels eines hydraulischen Zylinders zu öffnen und zu schließen sind. Für den Einsatz dieser Lösevorrichtung ist die Koppelung mit der Bohrmaschine und außerdem zusätzlich eine konven­ tionelle Spannvorrichtung am Ende des Führungsbalkens er­ forderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannvor­ richtung als selbständige Einheit zum Festspannen und Lö­ sen der Bohrstangen einsetzen zu können.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Kombination der Spannvorrich­ tung mit dem Drehantrieb kann dessen Drehbewegung einer­ seits zum Öffen und Schließen der Spannglieder und ande­ rerseits dazu ausgenutzt werden, die festgespannte Bohr­ stange zu drehen, um sie von der anderen Bohrstange oder vom Bohrereinsteckende zu lösen. Diese Vorrichtung kann anstelle der bisher üblichen, nicht rotierenden Spannvor­ richtung am Ende des Führungsbalkens der Bohrmaschine an­ geordnet werden. Die Konstruktion ist einfach, und die Vorrichtung hat ein geringes Gewicht und ist leicht zu handhaben, weil sie mehrere Funktionen zugleich erfüllt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen, der folgenden Beschreibung und den Zeich­ nungen, in denen eine Ausführungsform dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 die Spannvorrichtung im Axialschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach III-III in Fig. 1,

Fig. 4 die Traghülse der Spannvorrichtung im Axial­ schnitt, teilweise in Seitenansicht,

Fig. 5 die Traghülse der Spannvorrichtung in einer Stirnansicht,

Fig. 6 die Stützgabel zur Führung der Spannbacken in Seitenansicht,

Fig. 7 die Stützgabel nach Fig. 6 in Seitenansicht,

Fig. 8 einen der Spannbacken in Seitenansicht,

Fig. 9 den Spannbacken nach Fig. 8 in Stirnansicht,

Fig. 10 den anderen Spannbacken in Seitenansicht,

Fig. 11 den Spannbacken nach Fig. 10 in Stirnansicht,

Fig. 12 eine innere Stirnansicht der Spannvorrichtung in der Lösestellung der Spannbacken,

Fig. 13 eine Ansicht entsprechend Fig. 12 in der Spannstellung der Spannbacken.

Die dargestellte Spannvorrichtung ist an einem Führungs­ balken eines Langbohrgerätes zu montieren und wird an dem Ende des Führungsbalkens angebracht, das dem Gestein zu­ gewandt ist.

Die Vorrichtung hat ein Gehäuse 1 mit einer durchgehenden Bohrung 2. Das Gehäuse wird an dem Führungsbalken so be­ festigt, daß die Achse A der Bohrung 2 mit der Bohrungs­ achse des Bohrgerätes zusammenfällt. In dem Gehäuse ist eine zur Bohrung 2 koaxiale Traghülse 3 drehbar gelagert. Die Traghülse 3 hat zwei innere zylindrische Führungs­ flächen 4 und 5, deren Achsen zur Achse A parallel und gegensinnig exzentrisch liegen, was besonders deutlich aus den Fig. 4 und 5 ersichtlicht ist.

Zu der Spannvorrichtung gehören außerdem zwei Spannglie­ der 6 und 7, die als plattenförmige Spannbacken ausge­ führt sind. Die Spannbacken 6 und 7 haben teilzylindri­ sche Anlageflächen 8 bzw. 9 für die Führungsflächen 4 bzw. 5 der Traghülse 3. Wie die Fig. 8 und 9 zeigen, hat der Spannbacken 6 zwei einander diametral gegenüberlie­ gende und mittig zu seiner Breitenerstreckung vorgesehene Anlageflächen 8, die durch eine Ausnehmung bzw. einen An­ satz gebildet sind. Der andere Spannbacken 7 hat, wie aus den Fig. 10 und 11 ersichtlich ist, ebenfalls einander diametral gegenüberliegende Anlageflächen 9, die durch je zwei randseitige Ansätze bzw. Ausnehmungen gebildet sind. Beide Spannbacken 6 und 7 haben an ihrer einen Planfläche jeweils eine im wesentlichen halbzylindrische Ausnehmung 10, die jedoch in ihrem einen Randbereich etwas erweitert ist und dort mit einer Abwinkelung in eine schmale, zur Planfläche rechtwinklige Fläche übergeht, wobei die bei­ den Schmalflächen der Ausnehmungen 10 in bezug auf die senkrecht zur Verschieberichtung der Backen liegende Axialebene der Traghülse einander gegenüberliegen (Fig. 2 und 3 sowie 9 und 11). Die Ausnehmung 10 jedes Backens ist in bezug auf dessen Anlageflächen 8 bzw. 9 außer­ mittig in der Planfläche vorgesehen, so daß beide Ausneh­ mungen 10 bei gleicher Stellung der Backen 6 und 7 zum Gehäuse 1 gegeneinander verschoben sind und bei radial gegeneinander versetzter Lage der Backen einander so ge­ genüberliegen, daß sie eine gemeinsame Durchgangsöffnung für die Bohrstange bilden können (Fig. 12 und 13). Beim radialen Verschieben der Spannbacken gleiten deren Plan­ flächen, die die Ausnehmungen aufweisen, aneinander.

In der Traghülse 3 ist eine Stützgabel 11 drehbar gela­ gert. Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, besteht die Stützgabel aus zwei zylindrischen Endplatten 12 und zwei Stegen 13, welche die Endplatten verbinden und im Querschnitt kreis­ segmentförmig sind. Der Abstand zwischen den einander zu­ gewandten Planflächen der Stege 13 entspricht der Dicke des Backenpaares 6, 7, so daß die Spannbacken zwischen den Gabelstegen 13 gleitend geführt sind und in Anlage aneinander gehalten werden.

Zu der Vorrichtung gehört außerdem ein Drehantrieb 14, der einen am Gehäuse 1 angeflanschten hydraulischen Motor 15 aufweist. An der Motorwelle ist ein Zahnrad 16 befe­ stigt, das über ein Zwischenzahnrad 17 einen Zahnkranz 18 antreibt, der außen an die Traghülse 3 angeformt ist.

Das Gehäuse 1 ist mit einem Deckel 19 abgedeckt (Fig. 1). Zwischen dem Deckel 19 und der dort befindlichen Endplat­ te 12 der Stützgabel 11 sowie zwischen der anderen Stütz­ gabel-Endplatte 12 und der inneren Stirnfläche des Gehäu­ ses 1 ist je eine Friktionsscheibe 20 angeordnet.

Im folgenden wird die Funktion der Spannvorrichtung er­ läutert.

Während des Bohrvorganges durchsetzt die (nicht darge­ stellte) von der Bohrmaschine angetriebene Bohrstange die Bohrung 2 der Spannvorrichtung, wobei die Traghülse 3 in eine Drehlage eingestellt ist, bei der die Spannbacken 6 und 7 mit ihren Ausnehmungen 10 einander derart gegen­ überliegen, daß beide Ausnehmungen einen freien Durchgang für die Bohrstange bilden. Die exakte Ausrichtung mit größtem Durchgangsquerschnitt der von beiden Ausnehmungen 10 gebildeten Öffnung zeigt Fig. 12. Die Bohrstange kann daher frei in der Spannvorrichtung rotieren, die dabei zugleich als Führung für die Bohrstange dienen kann.

Zum Lösen der Bohrstange aus dem Bohrgestänge oder vom Bohrereinsteckende wird zunächst die Bohrmaschine still­ gesetzt. Dann wird der hydraulische Motor 15 in Betrieb gesetzt, der über das Stirnradgetriebe 16, 17, 18 die Traghülse 3 in Drehung versetzt. Die Friktionsscheiben 20 wirken zunächst einer drehenden Mitnahme der Stützgabel 11 durch die Traghülse 3 entgegen, so daß sich auch die Spannbacken nicht mit der Traghülse mitdrehen. Infolge­ dessen verlagern die exzentrischen Führungsflächen 4 und 5 der Traghülse 3 die Spannbacken 6 und 7 radial gegen­ einander (Fig. 13), wobei die Ausnehmungen 10 ebenfalls radial und gegensinnig verschoben werden und der gemein­ same Durchgangsquerschnitt der Ausnehmungen kleiner wird. Dabei wird die Bohrstange zunächst in der Bohrungsmitte, also auf die Achse A des Gehäuses zentriert und schließ­ lich von den Backen 6 und 7 festgespannt, die von der Ga­ bel 11 aneinanderliegend gehalten werden. Beim weiteren Antrieb über den hydraulischen Motor 15 entsteht ein Drehmoment, das die Reibung der Friktionsscheiben über­ windet, und die Bohrstange wird dann von der Traghülse 3 über die Spannbacken 6 und 7 drehend mitgenommen.

Wird die Traghülse 3 über den Zahnkranz 18 in entgegen­ gesetzter Richtung gedreht, so werden die Spannbacken über die exzentrischen Führungsflächen 4 und 5 der Trag­ hülse derart gegensinnig radial verschoben, daß sich die Ausnehmungen 10 einander nähern und schließlich die Bohr­ stange von den Spannbacken freigegeben wird. Aus dieser Stellung, in der die Bohrstange frei durch die Spannvor­ richtung hindurchgeführt ist, können die Spannbacken durch den Drehantrieb wieder in die Klemm­ stellung verschoben werden.

Wenn die Bohrstange in der Spannvorrichtung drehfest ge­ halten ist, kann sie durch Drehen der Traghülse und gleichzeitiges Verschieben der anderen Bohrstange oder der Bohrmaschine aus der Verbindung mit der anderen Bohr­ stange oder mit dem Bohreinsteckende gelöst werden. Es wäre auch möglich, die Spannvorrichtung zum Lösen der Verbindung zu verschieben. Ebenso kann bei stillstehender Traghülse eine mit der festgespannten Bohrstange verbun­ dene Bohrstange oder das Einsteckende des Bohrers mittels der Bohrmaschine gedreht und gleichzeitig verfahren wer­ den, um die Verbindung zu lösen. In der Spannvorrichtung könnte auch ein Verbindungsglied zweier Bohrstangen fest­ gespannt werden, so daß jeweils eine der beiden Bohrstan­ gen durch Drehen und gleichzeitiges Verschieben aus der Verbindung gelöst werden kann.

Wie schon erläutert, kann die erfindungsgemäße Spannvor­ richtung nicht nur zum Lösen der Verbindung zweier Bohr­ stangen oder einer Bohrstange vom Bohrereinsteckende die­ nen, sondern auch als konventionelle Bohrstangenführung.

Die Einspannung der Friktionsscheiben 20 kann einstellbar sein, um das Drehmoment zu bestimmen, das für die Mitnah­ me der Bohrstange durch die Traghülse 3 erforderlich ist und von dem Reibwiderstand zwischen den Friktionsscheiben und der Stützgabel 11 abhängt.

Anstelle der plattenförmigen Spannbacken 6 und 7 können auch andere Spannglieder vorgesehen werden, beispiels­ weise Exzenterscheiben oder radial verschiebbare Kolben, die aus einer die Bohrstange festspannenden Stellung in eine Freigabestellung und umgekehrt zu verstellen sind.

Claims (6)

1. Spannvorrichtung zum Lösen von Bohrstangen an einem Bohrgerät für lange Bohrungen, mit einem Gehäuse, in dem eine Traghülse drehbar gelagert ist, in der Spann­ glieder zum Ergreifen und Festspannen der Bohrstange oder eines Gestängeverbinders gegeneinander verschieb­ bar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Traghülse (3) mittels eines Drehantriebs (14) um ihre Achse (A) drehbar ist und Führungsflächen (4 und 5) für die Spannglieder (6 und 7) aufweist, die je eine von zwei einander zuge­ kehrten Ausnehmungen (10) zur Bildung einer gemein­ samen Aufnahmeöffnung für die Bohrstange oder den Ge­ stängeverbinder aufweisen, und daß die Führungsflächen (4 und 5) derart dimensioniert sind, daß die Spann­ glieder (6 und 7) durch Drehen der Traghülse (3) ge­ gensinnig und je nach deren Drehrichtung in eine Öff­ nungsstellung mit etwa gleicher Lage ihrer Ausnehmun­ gen (10) zur Bohrungsachse (A) bzw. in Gegenrichtung gegeneinander verschiebbar sind.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Traghülse (3) mit einem Zahnkranz (18) zur Kupplung mit dem Drehantrieb (14) versehen ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (4 und 5) zylindrisch ausgebildet und mit ihren Achsen zur Achse (A) der Traghülse (3) parallel, jedoch gegensin­ nig exzentrisch angeordnet sind.

4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder als im wesentlichen flache Spannbacken (6 und 7) ausgebildet sind, die diametral einander gegenüberliegende Anlage­ flächen (8 bzw. 9) für die zugehörigen Führungsflächen (4 bzw. 5) der Traghülse (3) und außerdem ebene Sei­ tenflächen aufweisen, mit denen die Spannbacken (6 und 7) gleitend aneinander anliegen und in denen je eine der beiden Ausnehmungen (10) vorgesehen ist.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder (6 und 7) radial zur Traghülsenachse (A) aneinander gleitend in einer Stützgabel (11) geführt sind, die drehbeweglich in der Traghülse (3) gelagert ist.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stützgabel (11) und der Innenwandung des die Traghülse (3) umge­ benden Gehäuses (1) Friktionsscheiben (20) derart an­ geordnet sind, daß sie der rotierenden Mitnahme der Stützgabel (11) durch die Traghülse (3) entgegen­ wirken.