DE3642387A1 - Einrichtung zum indrehungsetzen und axialen bewegen von bohrrohrstraengen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Indrehung­ setzen und axialen Bewegen von Bohrrohrsträngen.

Tiefere Bohrlöcher müssen mit Bohrrohren ausgekleidet werden, um ein Nachrutschen von Erdreich zu verhindern. Mit fortschreitender Tiefe der Bohrung muß die Verrohrung auch entsprechend in die Tiefe fortgeführt werden. Hierzu werden an einzelne Bohrrohre sukzessive weitere Bohrrohre angesetzt, und der so erhaltene Bohrrohrstrang wird ins­ gesamt tiefer in das Erdreich hineingedrückt. Um diese Bewegung zu erleichtern, wird der gesamte Bohrrohrstrang in Drehung versetzt.

Die einzelnen Bohrrohre haben eine Höhe von typischerweise etwa 6 m. Wird ein neues Bohrrohr auf das Ende des Bohr­ rohrstranges aufgesetzt, so mußte bisher ein Arbeiter das obere Ende des neu angesetzten Bohrrohres mechanisch mit dem Antriebsteil verbinden, welches auf den Bohrrohr­ strang arbeitet. Diese Verbindung erfolgte bisher unter Verwendung von Gewindebolzen genauso wie die Verbindung der Bohrrohre im Strang untereinander.

Da die Verbindungsstelle zwischen Antriebsteil und neu angesetztem Bohrrohr etwa 6 m über dem Erdboden liegt, muß jeweils ein Arbeiter an einer Leiter nach oben zur Verbindungsstelle steigen und die Schraubbolzen eindrehen. Da die Bohrrohre typischerweise einen Durchmesser von 600 bis 1200 mm haben, muß die Leiter zum Eindrehen der verschiedenen Schraubbolzen mehrmals angestellt werden. Das Herstellen der mechanischen Verbindung zwischen neu angesetztem Bohrrohr und Antriebsteil ist somit zeitraubend und gefährlich. Wird eine Bohrung beendet, so wird der Bohrrohrstrang unter Drehen und Ziehen des Antriebsteiles wieder aus dem Bohrloch herausgezogen, und sowie ein Bohr­ rohr völlig über dem Erdreich liegt, wird es vom darunter liegenden Strangteil wieder abgetrennt. Hernach muß dann die Verbindung zwischen dem Bohrrohrende und dem Antriebs­ teil wieder in großer Höhe gelöst werden, analog wie oben für das Herstellen der Verbindung zwischen Bohrrohrende und Antriebsteil beschrieben. Auch diese Arbeit ist somit zeitraubend und gefährlich.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Einrichtung zum Indrehungversetzen und axialen Bewegen von Bohrrohr­ strängen geschaffen werden, bei welcher die Herstellung und Aufhebung der mechanischen Verbindung zwischen oberem Bohrrohrende und Antriebsteil automatisch erfolgen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Ein­ richtung gemäß Anspruch 1.

Bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist eine ferngesteuert betätigbare spezielle Riegelkupplung zwischen dem Antriebsteil und dem oberen Bohrrohrende vorgesehen. Diese Riegelkupplung umfaßt Kupplungsstifte, die durch eine Servoantriebseinrichtung gemeinsam in fluchtende Löcher am unteren Ende des Antriebsteiles bzw. am oberen Bohrrohrende im wesentlichen spielfrei eingeführt werden können. Da diese Stifte somit die im Betrieb auftretenden Kräfte in Umfangsrichtung und axialer Richtung vollständig aufnehmen, wird auf die Servoantriebseinrichtung im Betrieb keine große Kraft ausgeübt.

Durch die Erfindung läßt sich die Zeit, die zum Aufbauen oder Auseinanderbrechen eines Bohrrohrstranges erforder­ lich ist, erheblich verkürzen. Insbesondere auch dann, wenn ein Bohrloch schräg geneigt abgeteuft wird und die Bohrlochverrohrung entsprechend schräg geneigt eingebracht werden muß, entfällt das Problem des schwierigen Zuganges zu einigen der Verbindungsstellen zwischen Antriebsteil und Bohrrohrende.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist im Hinblick auf besonders exaktes Führen der Kupplungsstifte, auf die sichere Aufnahme etwa doch noch auf die Kupp­ lungsstifte ausgeübter Restkräfte und auch im Hinblick auf ein einfaches Austauschen der Kupplungsstifte von Vorteil.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß die Kupplungsstifte auch bezüglich ihrer eigenen Längsachse verdrehsicher geführt sind.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist im Hinblick auf eine einfache Herstellung der feststehenden Führungswände und im Hinblick auf einen einfachen Zugang zu den Kupplungsstiften zur Wartung und zum Ersatz von Vorteil.

Eine Führungseinrichtung, wie sie im Anspruch 5 angegeben ist, hat mechanisch sehr einfachen Aufbau und läßt sich auch verhältnismäßig einfach an schon vorhandenen Antriebs­ teilen nachrüsten.

Dabei wird mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß An­ spruch 6 erreicht, daß der Kupplungsstift nur geringfügig bogenförmig abgenommen werden muß, um sein Hinein- und Herausbewegen aus der Kupplungsöffnung des Rohrendes zu ermöglichen. Ein möglichst spielfreier Sitz des Kupplungs­ stiftes in den fluchtenden Kupplungsöffnungen von Antriebs­ teil und Bohrrohrende ist aber im Hinblick auf eine mög­ lichst gute Kraftübertragung vom Antriebsteil zum Bohrrohr­ strang unter Betriebsbedingungen von Vorteil.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird erreicht, daß die beim Drehen des Bohrrohrstranges auf die Kupplungsstifte allenfalls noch ausgeübten Restkräfte nicht zu einem Verschwenken der Führungshebel um deren Schwenkachse führen können.

Bei einer Einrichtung gemäß Anspruch 9 sind Betätigungs­ teile, die den einzelnen Kupplungsstiften zugeordnet sind, mechanisch zusammengeschaltet. Es reicht also aus, wenn die Servoantriebseinrichtung eine einzige Stellbewegung bereitstellt, durch welche dann sämtliche Kupplungsstifte eingefahren oder zurückgezogen werden.

Bei einer Einrichtung gemäß Anspruch 10 ist die Stellbe­ wegung für den Betätigungsring eine Drehbewegung um die Achse des Antriebsteiles. Eine derartige Bewegung läßt sich leicht von einem hydraulischen oder elektrischen Motor bereitstellen oder auch durch Drehen des Antriebs­ teiles und Festbremsen des Betätigungsringes von dem sowieso für das Antriebsteil vorgesehenen Motor ableiten (vergl. Anspruch 19).

Bei der Alternativlösung gemäß Anspruch 11 ist die Stell­ bewegung des Betätigungsringes eine axiale Bewegung, und diese kann durch hydraulische Arbeitszylinder bereitge­ stellt werden oder dadurch erzeugt werden, daß man das Antriebsteil durch den sowieso zum axialen Verfahren des Bohrrohrstranges vorgesehenen Arbeitszylinder in axialer Richtung bewegt, den Betätigungsring dagegen durch eine Anschlageinrichtung axial festlegt (vergl. Anspruch 19).

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 wird bei axial beweglichem Betätigungsring gewährleistet, daß dieser Ring schon durch sein Gewicht in diejenige Stellung vorgespannt ist, in welcher die Kupplungsstifte voll in die Kupplungsöffnungen des Bohrrohrendes eingefahren sind.

Werden für die Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen Antriebsteil und oberem Bohrrohrende solche Kupplungsstifte verwendet, die eine glatte Außenfläche haben, wobei dann die Kupplungsöffnungen entsprechend glattwandig sind, so müssen in den Bohrrohrenden diese glattwandigen Kupplungsöffnungen zusätzlich zu den für das normale Verbinden von Bohrrohren vorgesehenen Gewinde­ bohrungen angebracht werden. Dies bedeutet eine Nachbear­ beitung schon im Einsatz befindlicher Bohrrohre, die sich nicht ohne weiteres auf Baustellen oder auf Lagerplätzen für derartige Bohrrohre durchführen lassen. Mit der Weiter­ bildung der Erfindung gemäß Anspruch 13 wird erreicht, daß für die automatische Verbindungsherstellung zwischen Antriebsteil und Bohrrohrende die sowieso schon in den Bohrrohrenden vorgesehenen Gewindebohrungen verwendet werden.

Dabei sind gemäß Anspruch 14 wieder die verschiedenen Kupplungsstifte mechanisch gekoppelt, und durch Drehen eines einzigen Betätigungsringes werden sämtliche Kupp­ lungsstifte gleichzeitig in die zugeordneten Gewindeboh­ rungen des oberen Bohrrohrendes eingefahren oder aus diesen herausgeschraubt. Die entsprechende Drehbewegung kann wieder von einem umlaufenden Motor bereitgestellt werden. Stattdessen kann man auch die Drehbewegung des das Antriebs­ teil in Drehung versetzenden Motors ausnützen, wobei dann der Betätigungsring durch eine steuerbare Anschlageinrichtung festgebremst wird (vergl. Anspruch 19).

Bei der Einrichtung gemäß Anspruch 15 kann über die Rutsch­ kupplungen ein Unterschied in der Phasenlage der verschie­ denen Gewindebohrungen am oberen Bohrrohrende aufgenommen werden. Der den Zahnkranz tragende Betätigungsring kann solange gedreht werden, daß mit Sicherheit alle Kupplungs­ stifte in die zugeordneten Gewindebohrungen voll eingedreht sind, ohne daß die Gefahr eines Abscherens oder Ausreißens an den Gewinden besteht.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 16 ist es möglich, die Kupplungsstifte soweit zurückzufahren, daß ihre Stirnflächen vollständig von den Gewindebohrungen der Bohrrohrenden entfernt sind. Umgekehrt werden die Kupplungsstifte beim Herstellen der mechanischen Verbindung zwischen Antriebsteil und Bohrrohrende automatisch an die Gewindebohrungen im Bohrrohrende herangefahren und gegen diese Gewindebohrungen gedrückt, so daß die Kupplungs­ stifte dann selbsttätig in die Gewindebohrungen des Bohr­ rohrendes hineinlaufen.

Mit den Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 17 und 18 wird erreicht, daß Unterschiede in der Phasen­ lage (Umfangspositionierung) des Zustellgewindes und der Gewindebohrung im Bohrrohrende ausgeglichen werden können.

Auch eine Führungseinrichtung, wie sie im Anspruch 20 angegeben ist, zeichnet sich durch einen mechanisch be­ sonders einfachen Aufbau aus. Eine derartige Führungsein­ richtung, die durch die Servoantriebseinrichtung selbst vorgegeben ist, läßt sich auch besonders einfach an schon im Einsatz befindlichen Antriebsteilen nachrüsten.

Werden beim herkömmlichen Verbinden von Antriebsteil und Bohrrohrende Gewindebolzen durch das Antriebsteil in die Gewindebohrungen des Bohrrohres eingedreht, so hat der diese Arbeit durchführende Arbeiter eine visuelle Kontrolle für die Korrektheit der hergestellten Verbindung: der Kopf des jeweils verwendeten Schraubbolzens muß bündig in der Außenseite des Antriebsteiles einsitzen. Eine ent­ sprechende Kontrolle wird gemäß Anspruch 21 automatisch bei der erfindungsgemäßen Stellungseinrichtung durchge­ führt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische seitliche Ansicht einer Ein­ richtung zum Verrohren eines Bohrloches, teil­ weise axial geschnitten;

Fig. 2 einen transversalen Schnitt durch eine Servo- Kupplungseinrichtung der Verrohrungsmaschine nach Fig. 1 längs der dortigen Schnittlinie II-II, wobei ein Nocken-Betätigungsring dieser Kupplung abgenommen ist;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Oberseite des Nocken- Betätigungsringes der Kupplungseinrichtung der Verrohrungsmaschine;

Fig. 4 einen axialen Teilschnitt durch die Kupplungs­ einrichtung längs der Schnittlinie IV-IV von Fig. 2; und

Fig. 5 bis 7 zu Fig. 4 ähnliche Schnitte durch ab­ gewandelte Kupplungseinrichtungen.

Die in Fig. 1 schematisch und nur in Teilen wiedergegebene Verrohrungseinrichtung ist Teil eines im übrigen nicht näher gezeigten Bohrgerätes. Zu diesem Bohrgerät gehört ein langer vertikaler Bohrmast 10, der über Lenker 12, 14 von einem Bagger (nicht gezeigt) oder einem anderen Fahrzeug getragen ist.

Auf dem Bohrmast ist ein Bohrkopf (nicht gezeigt) verfahr­ bar, und durch einen vom letzteren angetriebenen Bohrer wird im Erdreich 16 ein Bohrloch 18 erzeugt. Um ein Ein­ fallen der Bohrlochwände zu verhindern, wird in das Bohr­ loch ein Strang von Bohrrohren 20 hineingedrückt. Die Bohrrohre haben jeweils eine Länge von 6 m, und wenn das Bohrloch 18 um eine entsprechende Strecke vorgetrieben worden ist, wird an den Bohrrohrstrang 20 ein neues Bohr­ rohr 22 angesetzt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, haben die Bohrrohre 22 jeweils am oberen Ende eine außenliegende Schulter, so daß man einen Rohrendabschnitt 24 verminderten Durchmessers er­ hält. Entsprechend ist das untere Ende eines Bohrrohres jeweils mit einer Gegenbohrung 26 versehen, in welcher ein Rohrendabschnitt 24 Aufnahme findet.

Am Rohrendabschnitt 24 sind an zwei gegenüberliegenden Stellen zwei stirnseitige Ausnehmungen 28 vorgesehen, in welche stirnseitige Klauen 30 des Bodens der Gegen­ bohrung 26 eingeführt werden können. Auf diese Weise lassen sich zwei Bohrrohre 22 nur in fester winkelmäßiger Aus­ richtung zusammenstecken.

In dieser Winkelausrichtung fluchten dann regelmäßig in Umfangsrichtung verteilte Kupplungs-Gewindebohrungen 32 im Rohrendabschnitt 24 mit glatten Kupplungsöffnungen 34 im unteren Ende des darüberliegenden Bohrrohres 22. In die Gewindebohrungen 32 können so dann Senkkopf-Schraub­ bolzen 36 eingedreht werden, um die beiden Bohrrohre zur gemeinsamen axialen Bewegung und Drehbewegung fest mit­ einander zu verbinden. Die Schraubbolzen 36 sind so ge­ staltet und dimensioniert, daß die Stirnfläche ihres Ge­ windeabschnittes bei eingedrehtem Schraubbolzen in der Innenfläche des zugeordneten Bohrrohres 22 liegen, während die Stirnfläche ihres Senkkopfes bündig in der Außenfläche des unteren Bohrrohrendes liegen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, haben die Rohrendabschnitte 24 einen Satz von Kupplungsöffnungen 38, die zum bleibenden Verbinden aufeinanderfolgender Bohrrohre unter Verwendung der Schraubbolzen 36 nicht benötigt werden. Diese Kupp­ lungsöffnungen dienen zur Herstellung einer mechanischen Verbindung des oberen Endes des jeweils obersten Bohrrohres 22 mit einem Antriebsteil 40, durch welches der gesamte Bohrrohrstrang in Drehung versetzt und in axialer Richtung verfahren wird.

Das Antriebsteil 40 ist seinerseits in einem Schlitten 42 drehbar gelagert, der in Längsrichtung verschiebbar auf dem Bohrmasten 10 geführt ist. Auf dem Schlitten 42 ist ein hydraulischer Motor 44 angeordnet, der das An­ triebsteil 40 in beiden Drehrichtungen antreiben kann, und am Schlitten 42 greift die Kolbenstange 46 eines im übrigen nicht näher gezeigten hydraulischen Arbeitszylin­ ders an, der direkt oder indirekt am Bohrmast 10 abgestützt ist und dazu dient, den Bohrrohrstrang ins Erdreich hin­ einzudrücken oder aus dem Erdreich herauszuziehen.

Wie aus den Fig. 1 bis 4 ersichtlich, hat das untere Ende des Antriebsteiles 40 eine Gegenbohrung 48, die gleiche Form aufweist wie die Gegenbohrung am unteren Ende der Bohrrohre 22. In diesem unteren Ende des zylindrischen Antriebsteiles 40 sind Kupplungsöffnungen 50 unter gleichem Winkelabstand derart angebracht, daß sie in eine mit den Kupplungsöffnungen 38 des Rohrendabschnittes 24 fluchtende Lage kommen können.

Vom Boden der Gegenbohrung 48 stehen Klauen 52 über, die in Form und Lage den Klauen 30 der unteren Bohrrohrenden entsprechen. Damit kann auch das Antriebsteil 40 mit einem Bohrrohr 22 nur in fester winkelmäßiger Ausrichtung ver­ bunden werden, und auf diese Weise ist die Ausfluchtung der Kupplungsöffnungen 38 und 50 aufeinander erleichtert.

An das untere Ende des zylindrischen Antriebsteiles 40 ist ein becherförmiges, nach oben offenes Kupplungsgehäuse 54 angeschweißt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist der Boden des Kupp­ lungsgehäuses 54 vier in Umfangsrichtung gleich verteilte, nach oben offene Führungsnuten 56 mit quadratischem Quer­ schnitt auf. In den Führungsnuten 56 ist jeweils einen ent­ sprechend quadratischen Querschnitt aufweisender Führungs­ kopf 58 im Gleitspiel eingesetzt. Dieser trägt auf seiner radial innenliegenden Stirnfläche jeweils einen Kupplungs­ stift 60, der im Gleitspiel in den Kupplungsöffnungen 38 und 50 laufen kann.

In Fig. 2 ist der radiale Verstellweg des Führungskopfes 58 in einer Führungsnut 56 mit x bezeichnet. Diese Strecke ist etwas größer als die Wandstärke des Rohrendabschnittes 24, jedoch kleiner als die Summe der Wandstärken des Rohr­ endabschnittes 24 und des unteren Bohrrohrendes. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Kupplungsstift 60 nie aus der Kupplungsöffnung 50 herausgefahren wird.

Die Führungsköpfe 58 tragen in der Mitte ihrer obenliegenden Begrenzungsfläche jeweils einen Betätigungsstift 62. Dieser Betätigungsstift greift jeweils in eine Nockennut 64 im Gleitspiel ein. Die Nockennuten 64 sind in der Unterseite eines Betätigungsringes 66 ausgebildet, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Jede Nockennut 64 hat einen radial innenlie­ genden, zur Ringachse koaxialen Nutabschnitt 68, einen schräg geneigt nach außen verlaufenden mittleren Nutab­ schnitt 70 sowie einen radial außenliegenden, wieder kreis­ bogenförmigen, zur Ringachse koaxialen Nutabschnitt 72.

Durch die Querschnittsanpassung der Führungsnuten 56 und der Führungsköpfe 58 ist gewährleistet, daß die Führungs­ köpfe 58 auch bezüglich der Unterseite des Betätigungs­ ringes 66 im Gleitspiel laufen.

Wie aus den Fig. 1 und 4 ersichtlich, hat der Betäti­ gungsring 66 eine obenliegende Ringschulter 74, welche von einem Haltering 76 im Gleitspiel übergriffen wird. Der Haltering 76 ist seinerseits mittels Schrauben 78 mit der Umfangswand des becherförmigen Kupplungsgehäuses 54 verbunden.

Ein hülsenförmiger Endabschnitt 80 des Betätigungsringes 66, der durch den Haltering 76 hindurchgeführt ist, trägt einen radialen Anschlagstab 82. Dieser kann mit einem vom Schlitten 42 getragenen in Drehrichtung feststehenden Anschlag 84 zusammenarbeiten, der in axialer Richtung in die Bahn des Anschlagstabes 82 bewegbar ist. Hierzu kann z. B. der Anschlag 84 einfach durch die Kolbenstange eines Arbeitszylinders 86 gebildet sein, der auf dem Schlit­ ten 42 angebracht ist.

Bei der oben beschriebenen Verrohrungsmaschine wird ein neues Bohrrohr 22 wie folgt an den schon in das Erdreich eingebrachten Bohrrohrstrang angesetzt.

Das neu anzusetzende Bohrrohr wird durch ein externes Hebezeug in vertikaler Ausrichtung neben dem Bohrloch abgesetzt. Durch Verfahren des Bohrmastes 10 wird das Antriebsteil 40 über das obere Rohrende gestellt, und der Schlitten 42 wird über den obenliegenden Rohrendab­ schnitt 24 gefahren. Der Schlitten 42 wird dann langsam abgesenkt, wobei das Antriebsteil 40 durch den Motor 44 langsam in Drehung versetzt wird, so daß die Klauen 52 des Antriebsteiles 40 mit den Ausnehmungen 28 des Rohrend­ abschnittes 24 in Eingriff kommen. Bei Erreichen dieser vorgegebenen Winkelstellung fällt dann das Antriebsteil 40 vollends auf das obere Rohrende. Wie oben schon darge­ legt, liegt das obere Rohrende zu diesem Zeitpunkt etwa 6 m über dem Erdboden.

Nunmehr wird der Anschlag 84 vom Arbeitszylinder 86 ausge­ fahren, und wenn anschließend das Antriebsteil 40 in Auf­ sicht gesehen im Uhrzeigersinne in Drehung versetzt wird, kommt der Anschlagstab 82 spätestens nach einer Umdrehung des Antriebsteiles 40 in Anlage an den Anschlag 84, und ab diesem Zeitpunkt wird der Betätigungsring 66 im Kupp­ lungsgehäuse 54 so gedreht, daß die Betätigungsstifte 62 der Führungsköpfe 58 von den außenliegenden Nutab­ schnitten 72 über die schräg geneigten mittleren Nutab­ schnitte 70 in die Nutabschnitte 68 bewegt werden. Damit werden die von den Führungsköpfen 58 getragenen Kupplungs­ stifte 60 in die Kupplungsöffnungen 38 des Rohrendabschnit­ tes 24 eingefahren. Damit ist das Bohrrohr 22 fest mit dem Antriebsteil 40 verbunden. Der Anschlag 84 wird nun wieder eingefahren, damit der Betätigungsring 66 beim Drehen des Antriebsteiles 40 mit diesem unbehindert umlaufen kann und die Kupplungsstifte 66 verriegelt bleiben. Der Schlitten 42 wird nun wieder angehoben, und der Bohrmast wird so verfahren, daß das Antriebsteil 40 und das mit diesem verbundene neu anzusetzende Bohrrohr 22 auf die Bohrlochachse zu stehen kommen.

Nunmehr wird der Schlitten 42 wieder abgesenkt, bis das untere Ende des anzusetzenden Bohrrohres 22 über den Rohr­ endabschnitt 24 des gerade noch aus dem Erdreich heraus­ ragenden Bohrrohres 22 zu liegen kommt. Beim letzten Teil der Absenkbewegung wird das Antriebsteil 40 wieder in Drehung versetzt, damit die Klauen 30 des oberen Bohrrohres in die Ausnehmungen 28 des unteren Bohrrohres fallen können. In dieser Ausrichtung fluchten nun die Kupplungsöffnungen 34 mit den Kupplungs-Gewindebohrungen 32, so daß die Schraub­ bolzen 36 eingedreht werden können. Nun wird der Motor 44 in Gang gesetzt und gleichzeitig der Arbeitszylinder, zu welchem die Kolbenstange 46 gehört, in Gang gesetzt, so daß das neu angesetzte Bohrrohr unter Drehen und Aus­ übung axialen Druckes in das Erdreich nachgeschoben wird.

Die vorgenannten Arbeiten werden wie gesagt bei zurückge­ zogenem Anschlag 84 durchgeführt, so daß sich der Betäti­ gungsring 66 zusammen mit dem Kupplungsgehäuse 54 frei drehen kann. Die Kupplungsstifte 60 bleiben somit in die Kupplungsöffnungen 38 eingefahren. Da die beim Ausüben axialen Druckes und beim Ausüben von Drehmoment auf den Bohrrohrstrang ausgeübten Kräfte vollständig von den Kupp­ lungsstiften 60 aufgenommen werden, entstehen auch keine auf den Betätigungsring 66 zurückwirkenden Kräfte, welche zu einer unbeabsichtigten Verstellung dieses Ringes führen könnten. Dies ist auch dann gewährleistet, wenn aufgrund von Abnutzung der Kupplungsstifte oder unter ungünstigen Be­ dingungen doch radiale Restkräfte an den Kraftübertragungs­ stellen zwischen Kupplungsstiften und Kupplungsöffnungen erzeugt werden sollten. Diese radialen Restkräfte werden nämlich durch den zur Achse des Antriebsteiles 40 koaxialen Nutabschnitt 68 sicher aufgenommen, ohne daß es zur Aus­ übung eines Drehmomentes auf den Betätigungsring 66 käme.

Zum Ansetzen eines weiteren Bohrrohres wird der Anschlag 84 wieder ausgefahren, und der Motor 44 wird entgegen dem Uhrzeigersinne erregt, so daß der Anschlagstab 82 nunmehr von der anderen Seite gegen den Anschlag 84 läuft. Der Betätigungsring 66 wird dann so gedreht, daß die Kupp­ lungsstifte 60 aus den Kupplungsöffnungen 38 herausgezogen werden. Der Schlitten 42 kann nun vom Ende des Bohrrohr­ stranges hochgefahren werden, und ein weiteres Bohrrohr kann analog wie oben beschrieben an den Bohrrohrstrang angesetzt werden.

Wird nach Fertigstellung der Bohrung der Bohrrohrstrang wieder aus dem Bohrloch herausgezogen, so lassen sich die einzelnen Bohrrohre nacheinander abbauen, wobei der oben im einzelnen beschriebene Ansetzzyklus in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt wird. Dieses Zerlegen des Bohrrohr­ stranges unter Verwendung der oben im einzelnen beschriebenen Kupplungseinrichtung braucht somit nicht noch einmal im Detail beschrieben zu werden. Wichtig ist, daß auch beim Zerlegen des Bohrrohrstranges keine mechanischen Verbindungen zwischen dem oberen Ende eines Bohrrohres und dem Antriebs­ teil in großer Höhe über dem Erdboden durchgeführt werden müssen.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen abgewandelte Einrichtungen zur Führung und Verstellung der Kupplungsmittel in der Kupplungseinrichtung zwischen Antriebsteil und Bohrrohr. Einrichtungsteile, die obenstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 schon in gleicher oder funktional äquivalenter Form beschrieben wurden, sind wieder mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen und werden nach­ stehend nicht noch einmal detailliert beschrieben.

Bei der Führungs- und Betätigungseinrichtung für die Kupp­ lungsstifte 60 gemäß Fig. 5 sind die Kupplungsstifte am freien Ende eines Winkelhebels 88 angebracht. Der Win­ kelhebel 88 hat einen getriebenen Hebelarm 90, der ver­ glichen mit der Wandstärke der Bohrrohre 22 große Länge aufweist und einen zugeordneten Kupplungsstift 60 im wesentlichen senkrecht auf der Hebelarmachse stehend trägt. Der Winkelhebel 88 ist mittels eines tangential zum An­ triebsteil 40 verlaufenden Stiftes 92 auf Lageraugen 94 schwenkbar angebracht. Die Lageraugen 94 sind auf der Außenseite des Antriebsteiles 40 festgeschweißt.

Der Winkelhebel 88 hat ferner einen Betätigungsarm 96, der im wesentlichen senkrecht auf dem getriebenen Hebelarm 90 steht. Der Betätigungsarm 96 hat ein abgerundetes Ende und greift unter Spiel in eine Betätigungsnut 98, die in einer horizontalen Ebene von innen in den nun nach unten offenen becherförmig ausgebildeten Betätigungsring 66 eingestochen ist. Der so abgewandelte Betätigungsring 66 ist seinerseits im Gleitsitz auf der Außenseite des Antriebsteiles 40 geführt und hat einen dicken Boden. Auf diese Weise erhält der Betätigungsring 66 hohes Ge­ wicht und spannt die Kupplungsstifte 60 in die eingerückte Stellung vor.

Der Betätigungsring 66 arbeitet nun mit einem Anschlag 84 zusammen, der in und aus der vertikalen Bahn des Betä­ tigungsringes 66 bewegbar ist. Damit kann die Bewegung zum Verstellen des Betätigungsringes 66 von der vertikalen Verstellbewegung des Schlittens 42 abgeleitet werden: Trifft der Betätigungsring 66 beim Absenken des Antriebs­ teiles 40 auf den Anschlag 84, so wird er zurückgehalten, und beim weiteren Absenken des Antriebsteiles 40 werden die Winkelhebel 88 im Sinne eines Ausrückens der Kupplungs­ stifte 60 bewegt. Zieht man bei so angehobenem Betätigungs­ ring 66 den Anschlag 84 zurück, drückt der Betätigungsring 66 durch sein Gewicht die Kupplungsstifte 60 wieder in die eingerückte Stellung.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die Kupplungs­ stifte 60 jeweils durch die Kolbenstange eines hydrauli­ schen Arbeitszylinders 100 gebildet, der unter Zwischen­ schaltung eines Befestigungsteiles 102 auf die Außenseite des Antriebsteiles 40 fest aufgebracht ist. Durch ent­ sprechende Druckbeaufschlagung des doppeltwirkenden Ar­ beitszylinders 100 kann der zugeordnete Kupplungsstift 60 aus der zugeordneten Kupplungsöffnung 38 herausgefahren oder in diese eingefahren werden.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind die Arbeitsleitungen für die verschiedenen Arbeitszylinder 100 zusammengeschal­ tet, so daß alle Arbeitszylinder gleichzeitig und in der gleichen Richtung betätigt werden.

Den verschiedenen Arbeitszylindern ist jeweils ein Stel­ lungsgeber 104 zugeordnet, der dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Kupplungsstift 60 seine voll eingerückte Stellung erreicht hat. Die Ausgangssignale der verschie­ denen Stellungsgeber 104 werden durch ein UND-Glied 106 zusammengefaßt, dessen Ausgang somit nur dann ein Signal bereitstellt, wenn sämtliche der mechanisch nicht gekop­ pelten Arbeitszylinder 100 die eingerückte Stellung der Kupplungsstifte 60 herbeigeführt haben.

Man erkennt, daß die Führungs- und Betätigungseinrichtung für die verschiedenen Kupplungsstifte 60, die in Fig. 6 gezeigt ist, besonders leicht an schon im Einsatz be­ findlichen Antriebsteilen 40 nachgerüstet werden kann.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen war es notwendig, in Umfangsrichtung verschachtelt zwischen den Kupplungs-Gewindebohrungen 32 die glatten Kupplungsöff­ nungen 38 vorzusehen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 werden zum Herstellen der mechanischen Verbindung zwi­ schen Antriebsteil 40 und oberem Rohrende die im Rohrend­ abschnitt 24 sowieso schon vorgesehenen Kupplungs-Gewinde­ bohrungen 32 verwendet.

Die Kupplungsstifte 60 haben einen mit Gewinde versehenen Endabschnitt 108, der direkt mit der Kupplungs-Gewinde­ bohrung 38 zusammenarbeiten kann. An den mit Gewinde ver­ sehenen Endabschnitt 108 schließt sich ein glatter Zwi­ schenabschnitt 110 an, der im Gleitspiel in der zugeord­ neten Kupplungsöffnung 50 des Antriebsteiles 50 läuft. Auf den Zwischenabschnitt 110 folgt ein kegelförmiger Kopfabschnitt 112, dessen Form der Form des Senkkopfes der Schraubbolzen 36 entspricht. Die Abschnitte 108 bis 112 entsprechen somit insgesamt einem Schraubbolzen 36. Der Kopfabschnitt 112 ist an einen Spindelabschnitt 114 angeformt, der ein Gewinde trägt, welches in Drehsinn und Steigung dem Gewinde auf dem Endabschnitt 108 ent­ spricht. Der Spindelabschnitt 114 läuft in einer Gewinde­ hülse 116, die in axialem Gleitspiel in einer Kammer 118 des ringförmig ausgebildeten Kupplungsgehäuses 54 Aufnahme findet. Zur Sicherung der Gewindehülse 116 gegen Drehungen innerhalb der Kammer 118 ist die Gewindehülse 116 mit einer in Längsrichtung verlaufenden Nut 120 versehen, in welche ein in der Kammerwand einsitzender Positionier­ stift 122 im Gleitspiel eingreift.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, hat die Gewindehülse 116 geringere axiale Abmessung als die effektive Länge der Kammer 118 und ist an ihren beiden Stirnseiten über ge­ wellte Federn 124, 126 an den Kammerstirnwänden abge­ stützt.

Um die Gewindehülse 116 in die Kammer 118 einführen zu können und die Vorspannung der gewellten Scheibenfedern 124, 126 einstellen zu können, ist die Kammer 118 durch einen ringförmigen Deckel 128 verschlossen, der außen mit einem Gewinde versehen ist und in den mit Gewinde versehenen äußersten Abschnitt der Kammer 118 hinein­ schraubbar ist.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist die Länge es Spindelab­ schnittes 114 mindestens um die Wandstärke des Rohrendab­ schnittes 24 größer als die axiale Abmessung der Gewinde­ hülse 116, so daß der zugleich den Kupplungsabschnitt darstellende Endabschnitt 108 vollständig aus der Kupp­ lungs-Gewindebohrung 32 herausgedreht werden kann. Zum Indrehungversetzen des Spindelabschnittes 114 dient ein Zahngetriebe. Zu diesem gehört ein Ritzel 130, welches über eine Rutschkupplung auf den Spindelabschnitt 114 arbeitet. Hierzu ist das Ritzel 130 drehbar auf einen außenliegenden Spindelendabschnitt 132 aufgesetzt und durch einen Sprengring 134 axial festgelegt, der von einem Zapfen 136 gehalten ist, der seinerseits vom Boden einer Federkammer 138 nach außen übersteht. Die Federkammer 138 ist ringförmig in die freie Stirnfläche des Spindel­ abschnittes 114 eingestochen und nimmt unter Vorspannung einen Scheibenfederstapel 140 auf.

Das Ritzel 130 kämmt mit einem Zahnkranz 142, der in der obenliegenden Stirnfläche des Betätigungsringes 66 ausge­ bildet ist. Der Betätigungsring 66 ist beim hier betrach­ teten Ausführungsbeispiel auf einer Schulter 144 des Kupp­ lungsgehäuses 54 im Gleitsitz gelagert. Der Anschlagstab 82 ist direkt an die Außenseite des Betätigungsringes 66 angeformt, und der feststehende Anschlag 84 ist wieder­ um in und aus der Bahn des Anschlagstabes 82 bewegbar. Bei zurückgezogenem Anschlag 84 dreht sich der Betäti­ gungsring 66 wieder mit dem Kupplungsgehäuse 54 mit, kommt der Anschlagstab 82 in Anlage an den ausgefahrenen An­ schlag 84 wird der Betätigungsring 66 auf dem Kupplungs­ gehäuse 54 verdreht, und über die Ritzel 130 werden die Kupplungsstifte 60 aus den Kupplungs-Gewindebohrungen 32 heraus oder in diese hineingedreht.

Beim Herausdrehen der Kupplungsstifte kommen diese voll­ ständig von der zugeordneten Kupplungs-Gewindebohrung 32 frei, da der Spindelabschnitt 114 weiterhin mit der Gewindehülse 116 zusammenarbeitet. Umgekehrt wird beim Herstellen der Antriebsverbindung zwischen Antriebsteil 40 und Rohrendabschnitt 24 der mit Gewinde versehene End­ abschnitt 108 dadurch überhaupt an die Kupplungs-Gewinde­ bohrung 32 herangefahren, daß der Spindelabschnitt 114 mit der Gewindehülse 116 zusammenarbeitet.

In der Praxis ist es nicht möglich, den Anfang sämtlicher der Kupplungs-Gewindebohrungen winkelmäßig exakt gleich festzulegen, was notwendig wäre, damit die verschiedenen mit Gewinde versehenen Kupplungsstifte alle gleichzeitig in die zugeordneten Kupplungs-Gewindebohrungen 32 hinein­ laufen. Um derartige Unterschiede in der Phasenlage der im Rohrendabschnitt 24 liegenden Gewinde auszugleichen, ist die Gewindehülse 116 entgegen der Kraft der gewellten Scheibenfedern 124, 126 um mindestens eine Ganghöhe ver­ stellbar.

Um im Notfall einen sehr stark festgeschraubten Kupplungs­ stift wieder lösen zu können ist der zwischen dem Deckel 128 und dem Ritzel 130 liegende Teil des Kupplungsstiftes mit einem Sechskant 146 versehen, an welchem ein Schrauben­ schlüssel angesetzt werden kann.

Auf folgende Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungs­ beispiele, die nicht in der Zeichnung wiedergegeben sind, sei nachstehend kurz hingewiesen:

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 kann der Betätigungs­ ring 66 drehbar auf dem Antriebsteil 66 gelagert werden, wobei an die Stelle der ebenen Ringnut 98 eine in vertikaler Richtung ansteigende und abfallende Abschnitte aufweisende Nockennut-Anordnung tritt.

Werden beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Winkelhe­ bel um eine achsparallele (vertikale) Achse drehbar gelagert, kann man ihre Betätigungsarme mit einem Betätigungsstift versehen und durch einen ähnlichen drehbaren Betätigungsring antreiben, wie er in Fig. 3 gezeigt ist.

Umgekehrt kann man beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 auch einen axial verlagerbaren Betätigungsring 66 vorsehen, der über Keilflächen auf dann schräg angestellte hintere Stirnflächen der Führungsköpfe 58 arbeitet.

Claims (21)

1. Einrichtung zum Indrehungversetzen und axialen Bewegen von Bohrrohrsträngen, welche aus einem oder mehreren mechanisch miteinander verbundenen Bohrrohren bestehen, mit einem mit dem Ende des Bohrrohrstranges verbindbaren zylindrischen Antriebsteil, welches einen oberen Endab­ schnitt des obersten Bohrrohres des Stranges übergreifen kann und mit Kupplungsöffnungen versehen ist, die in eine mit entsprechenden Kupplungsöffnungen des Bohrrohrendes fluchtende Lage bewegbar sind, mit Kupplungsstiften, die in und aus den fluchtend ausgerichteten Kupplungsöffnungen von Antriebsteil und Bohrrohrende bewegbar sind, und mit Antrieben zum Indrehungversetzen und axialen Verfahren des Antriebsteiles, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Antriebsteiles (14) eine Führungseinrichtung (56, 58; 88; 100) trägt, durch welche die Kupplungsstifte (60) in im wesentlichen zur Rohrachse radialer Richtung ver­ lagerbar gehalten sind, und daß eine Servoantriebseinrich­ tung (66, 82, 84; 100) auf die Kupplungsstifte (60) ar­ beitet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung mit dem Antriebsteil (40) verbundene radiale Führungswände (56) sowie mit den Kupp­ lungsstiften (60) verbundene Führungsteile (58) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Führungswänden für einen betrachteten Kupplungsstift (60) jeweils vertikale und horizontale Führungswände (56) sind und die Kupplungsstifte (60) mit zwischen diesen Führungswänden (56) Aufnahme findenden Führungsköpfen (58) verbunden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungswände durch im Boden eines becherför­ migen Kupplungsgehäuses (54) ausgebildete Führungsnuten (56) und die Unterseite eines Kupplungsgehäusedeckels (66) vorgegeben sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung Führungshebel (88) aufweist, die drehbar (92) am Antriebsteil (40) gelagert sind und an ihrem freien Ende jeweils den zugeordneten Kupplungs­ stift (60) tragen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Arm der Führungshebel (88) verglichen mit der Wandstärke von Antriebsteil (40) und Bohrrohrend­ abschnitt (24) groß ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwenkachse (92) der Führungshebel (88) in zur Wand des Antriebsteiles (40) tangentialer Richtung verlaufen.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsstifte jeweils mit einem Betätigungsteil (62; 96) verbunden sind, welches durch die Führungseinrichtung nach außen geführt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoantriebseinrichtung einen Betätigungsring (66) aufweist, welcher eine einzige Nut (98) oder mehrere Nuten (64) aufweist, in welche die Betätigungsteile (62; 96) für die Kupplungsstifte (60) eingreifen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten des Betätigungsringes (66) Nockennuten (64) sind und der Betätigungsring (66) drehbar auf dem Antriebsteil (40) gelagert ist, wobei er vorzugsweise durch Reibschluß in einer einmal eingestellten Winkelstel­ lung gehalten bleibt.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsring (66) axial verlagerbar auf dem Antriebsteil (40) geführt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsring (66) großes Gewicht aufweist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung jeweils eine Gewindefüh­ rung (114, 116) aufweist, deren Achse mit der Achse der zugeordneten Kupplungsöffnung (50) des Antriebsteiles (40) fluchtet.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoantriebseinrichtung einen auf dem An­ triebsteil (40) gelagerten, mit einem Zahnkranz (142) versehenen Betätigungsring (66) aufweist, der mit auf Spindelabschnitte (114) der Gewindeführungen arbeitenden Ritzeln (130) kämmt und dessen Breite mindestens um den Arbeitshub der Kupplungsstifte (60) größer ist als die axiale Abmessung der Ritzel (130).

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzel (130) jeweils über eine Rutschkupplung (140) auf die zugeordneten Spindelabschnitte (114) arbeiten.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kupplungsstifte (60) auf ihrer Außenfläche mit Gewinden versehen sind, die gleiche Form und gleichen Drehsinn haben wie Schraubbolzen (36), die zum bleibenden Verbinden aufeinanderfolgender Bohrrohre (22) innerhalb des Bohrrohrstranges dienen.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgewinde und die Gewinde auf den Kupp­ lungsstiften (60) gleichen Drehsinn und gleiche Steigung haben.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Führungseinrichtungen gehörende Gewinde­ hülsen (116) jeweils entgegen der Kraft von Rückstell­ federn (124, 126) in axialer Richtung aus ihrer Ruhestel­ lung auslenkbar sind.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsring (66) erste Anschlagmittel (82) trägt, die mit feststehenden Anschlag­ mitteln (84) zusammenarbeiten, wobei eines dieser Anschlag­ mittel zwischen einer Ruhestellung und einer Arbeitsstel­ lung verlagerbar ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtungen und die Servoantriebs­ einrichtung durch Arbeitszylinder (100) gebildet sind, die auf dem Antriebsteil (40) angeordnet sind und deren Kolbenstangenenden die Kupplungsstifte (60) bilden.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, ge­ kennzeichnet durch den Kupplungsstiften (60) zugeord­ nete Stellungsfühler (104), welche jeweils bei völlig in die Kupplungsöffnungen (34) des Bohrrohrendes (24) eingefahrenen Kupplungsstiften (60) ein Kontrollsignal bereitstellen.