DE4113847C1 - Coupling releasably joining top end of string section with rotary drive pipe hole - uses coupling lever on axis at right angles to radial plane running through lever and rotation axis of drive pipe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung zum lösbaren Verbinden eines Bohrrohrstranges mit einem drehbaren An­ triebsteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Kupplungseinrichtung ist in der DE-OS 36 42 387 beschrieben. Sie gestattet es, das Herstellen der Drehmoment und Vorschubkraft übertragenden Verbindung zwischen Antriebsteil und dem oberen Ende eines an einen Bohrrohrstrang neu angesetzten Bohrrohrsegmentes hoch über dem Erdboden ohne manuelles Eingreifen eines Arbeiters herzu­ stellen.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine solche Kupplungs­ einrichtung so weitergebildet werden, daß die auf die Mitnehmzapfen ausgeübten Kräfte größer sind, so daß das Spiel zwischen Mitnahmezapfen und Mitnahmeöffnungen klein gewählt werden kann und trotzdem gewährleistet ist, daß die Mitnahmezapfen auch bei verschmutzter oder verrosteter Mitnahmeöffnung sicher in diese hineinbewegt werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Kupp­ lungseinrichtung gemäß Anspruch 1.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung bildet die Außenfläche des Kuppelhebels, der am unteren Ende den Mitnahmezapfen trägt, jeweils eine Nockenfläche, die durch das zugeordnete, auf dem Stellteil vorgesehene Druck­ teil zunehmend radial nach innen gedrückt wird, wenn das Druckteil zusammen mit dem Stellteil axial nach unten bewegt wird. Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung hat somit bei kompakten Außenabmessungen zusätzlich ein integriertes Keilgetriebe, welches eine hohe Betätigungs­ kraft für den Mitnahmezapfen bereitstellt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteran­ sprüchen angegeben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist im Hinblick auf das Vermeiden von Reibungsverlusten in der Kupplungseinrichtung von Vorteil.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf eine präzise seitliche Führung der Druckrollen auf der Außenfläche der Kuppelhebel von Vorteil.

Bei einer Kupplungseinrichtung gemäß Anspruch 4 kann man das Laufspiel zwischen der Druckrolle und der Außenfläche des zugeordneten Kuppelhebels auf einfache Weise präzise einstellen.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß die die Druckrollen lagernden Lenker bei der größere Kraft erfordernden Einrückbewegung der Kuppel­ hebel auf Zug belastet sind.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 erhält man einerseits eine hohe Kraftübersetzung, zugleich ein rasches Ausrücken der Kuppelhebel bei Annäherung des Stell­ teiles an seine obere Endlage.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird eine automatische Restzentrierung der Mitnahmezapfen des Antriebsteiles auf die Mitnahmeöffnungen des Bohrrohrendes erhalten.

Bildet man den auf das Stellteil arbeitenden Stellantrieb gemäß Anspruch 8 aus, so hat der Stellantrieb kompakte Abmessungen und kann in beiden axialen Richtungen hohe Kräfte kippmomentenfrei auf das Stellteil übertragen.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 dient dem Fernhalten von Kippmomenten vom Stellteil.

Gemäß Anspruch 10 erhält man ein belastbares, kompaktes und gekapseltes Axiallager zwischen Stellantrieb und Stell­ teil.

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

Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines Bohrer- und Bohrrohr­ antriebskopfes eines fahrbaren Bohrgerätes, in welcher der obere Teil einer Servokupplungs­ einrichtung zum lösbaren Verblocken von Bohrrohr und Antrieb axial geschnitten wiedergegeben ist;

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch das untere Ende der Servokupplungseinrichtung, dargestellt in der Freigabestellung;

Fig. 3 eine ähnliche Schnittansicht wie Fig. 2, wobei die Servokupplungseinrichtung jedoch in der mit dem oberen Ende eines Bohrrohrstranges verblockten Arbeitsstellung wiedergegeben ist; und

Fig. 4 eine Aufsicht auf die Unterseite der Anordnung nach Fig. 3, teilweise in der Kupplungsebene geschnitten.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Schlitten bezeichnet, der auf einem Mäkler (nicht dargestellt) eines fahrbaren Bohrgerätes in vertikaler Richtung verschiebbar ist. Der Schlitten 10 trägt einen hydraulischen Antriebskopf 12, dessen umlaufendes Antriebsteil 14 mit dem oberen Ende eines Bohrers 16 verbindbar ist.

Das Antriebsteil 14 ist ferner über eine axial federnde, jedoch drehmomentübertragende Verbindungseinheit 18 mit einem Antriebsrohr 20 verbunden, welches über eine insge­ samt mit 22 bezeichnete Kupplungseinheit drehschlüssig mit dem oberen Ende eines gleichen Durchmesser aufweisenden Bohrrohrstranges 24 kraftschlüssig verbindbar ist. Der Bohrrohrstrang besteht aus einer Mehrzahl axial aufeinander­ folgender Bohrrohrsegmente und dient dazu, das vom Bohrer 16 erzeugte Bohrloch gegen Nachrutschen von Erdreich zu sichern. Der Bohrrohrstrang 24 wird von Zeit zu Zeit gemäß dem Fortschreiten der Bohrung unter Drehen und axialem Drücken in das Bohrloch hineingedrückt. Diese Kräfte werden über das Antriebsrohr 20 übertragen.

Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Antriebsrohr 20 und Bohrrohrstrang 24 besorgen Mitnahmezapfen 26, die jeweils am unteren Ende eines Kupplungshebels 28 nach innen vorstehend vorgesehen sind. Die Mitnahmezapfen 26 haben jeweils einen zylindrischen Zapfenabschnitt 30 und einen vorderen kegelstumpfförmigen Zapfenabschnitt 32. Bei eingerückter Kupplungseinheit 22 (Fig. 3 und 4) sitzt der kegelstumpfförmige Zapfenabschnitt 32 formschlüs­ sig in einer komplementär kegeligen Mitnahmeöffnung 34 ein, die in einem oberen Endstück 36 des letzten Bohrrohr­ segmentes vorgesehen ist. Der zylindrische Zapfenabschnitt 30 erstreckt sich dann durch eine Durchgangsöffnung 38 im unteren Abschnitt des Antriebsrohres 20 hindurch.

Zehn derartige Kupplungshebel 28 sind in Umfangsrichtung gleich verteilt über Schwenklager 40 auf der Außenseite des unteren Endes des Antriebsrohres 20 so gelagert, daß die Hebelachse im wesentlichen parallel zur Antriebsrohr­ achse verläuft. Entsprechend sind auch zehn in Umfangs­ richtung gleich verteilte Mitnahmeöffnungen 34 und Durch­ gangsöffnungen 38 vorgesehen.

Die Kupplungshebel 28 haben zwei einen Winkel von etwa 170° einschließende Hebelarme. Ein kurzer, oberhalb des Schwenklagers 40 liegender Ausrückarm 42 verläuft bei eingerückter Kupplungseinheit 22 (Fig. 3) um 10° nach außen angestellt, während ein unter dem Schwenklager 40 liegender langer Einrückarm 44 unter gleichen Verhältnissen parallel zur Achse des Antriebsrohres 22 verläuft. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Einrückarm 44 etwa viermal so lang wie der Ausrückarm 42.

In die radial außenliegende Begrenzungsfläche der Kupplungs­ hebel 28 ist jeweils eine flache Führungsbahn 46 einge­ stochen, in welcher eine zugeordnete Druckrolle 48 läuft. Diese ist jeweils in einem U-förmigen Lenker 50 gelagert, der über ein Schwenklager 52 mit dem unteren Ende eines Stellrohres 54 verbunden ist. Durch eine Schraube 56, die in einem im Mantel des Stellrohres 54 vorgesehenen Gewinde läuft und an der freien Basis des U-förmigen Lenkers 50 angreift, läßt sich das Spiel zwischen der Druckrolle 48 und der Führungsbahn 46 einstellen.

Das Stellrohr 54 ist am oberen Ende über vier in Umfangs­ richtung gleich verteilte Gleitstücke 58 auf der Außenfläche des Antriebsrohres 20 gelagert. Am oberen Ende des Stell­ rohres 54 begrenzen ein radial nach innen zurückspringender Flansch 60, ein kurzes axiales Rohrstück 62 und ein radial wieder nach außen springender ringförmiger Flansch 64 eine Lagernut 66. Deren axiale Anmessung ist etwas größer als der Durchmesser von Lagerrollen 68, die um radiale Lagerachsen umlaufend von abgewinkelten in Drehrichtung feststehenden Lagerteilen 70 getragen sind. Letztere laufen axial verschiebbar in vertikalen Führungsschienen 72, die fest mit der Innenfläche eines Abstützrohres 74 ver­ bunden sind. Letzteres trägt am oberen Ende einen Lagerring 76, der über ein Gabelteil 78 und ein in dieses eingreifen­ des Anschlagteil 80 drehschlüssig mit dem Schlitten 10 verbunden ist. Zum Anschlagteil 80 gehört ein elastisches Pufferteil 82, welches zwischen die Schenkel des Gabelteiles 78 greift.

Vom Lagerring 76 nach innen vorstehende, um radiale Achsen umlaufende Lagerrollen 84 bilden zusammen mit sie unter Spiel übergreifenden ringförmigen Flanschen 86, 88, die fest mit der Außenseite des Antriebsrohres 20 verbunden sind, ein Axiallager. Zur radialen Positionierung des Abstützrohres 74 über dem Antriebsrohr 20 dienen um vertikale Achsen umlaufende obere Führungsrollen 90, die von der Oberseite eines die Unterseite des Lagerringes 76 verschlie­ ßenden ringförmigen Flansches 92 getragen sind, sowie untere Führungsrollen 94, die von der Unterseite des horizontalen Schenkels der Lagerteile 70 getragen sind.

An der Unterseite des Flansches 92 sind ferner über Gelenke 96 die Gehäuse zweier hydraulischer Stellzylinder 98 ange­ bracht, deren Kolbenstangen 100 über weitere Gelenke 102 mit der Oberseite der Lagerteile 70 verbunden sind.

Man erkennt, daß durch Einfahren der Kolbenstangen der Stellzylinder 98 das Stellrohr 54 nach oben bewegt wird. Dabei laufen die Druckrollen 48 in der Führungsbahn 46 zunächst auf dem Einrückarm 44 nach oben. Haben die Druck­ rollen 48 die Höhe der Schwenklager 40 erreicht, und ge­ langen sie dann auf den Ausrückarm 42, wird der zugeordnete Kupplungshebel 28 rasch mit seinem Einrückarm 44 nach außen bewegt. Hierdurch kommen die Mitnahmezapfen 26 von den Mitnahmeöffnungen 34 frei und man kann den gesamten Schlitten 10 zusammen mit den von ihm getragenen Bauteilen anheben und an das obere Ende des Bohrrohrstranges 24 ein neues Bohrrohrsegment ansetzen. Auf das obere Ende des letzteren wird anschließend durch Verfahren des Schlit­ tens 10 das Antriebsrohr 20 abgesenkt, welches ggf. nach Drehen des Antriebsteiles 14 in der einen oder anderen Richtung mit am unteren Ende vorgesehenen Rastnuten 104 über entsprechende Rastvorsprünge 106 des oberen Endes des Bohrrohrstranges greift. Auf diese Weise sind dann die Kupplungshebel 28 in Umfangsrichtung auf die Mitnahme­ öffnung 34 des angesetzten Bohrrohrsegmentes ausgerichtet, und werden die Stellzylinder 98 anschließend wieder ausge­ fahren, so laufen die Druckrollen 48 auf die nun unter kleinem Winkel nach außen angestellten Einrückarme 44 und drücken diese unter hoher Kraft nach innen. Damit werden die Mitnahmezapfen 26 auch dann sicher in die Mitnahmeöff­ nungen 34 hineingedrückt, wenn sich in letzteren Fremdmate­ rial befinden sollte.

Bei Verwendung der oben beschriebenen Kupplungseinheit 22 ist somit ein manuelles Eingreifen zum Herstellen und Auflösen der Antriebsverbindung zwischen dem oberen Ende des Bohrrohrstranges 24 und dem Antriebsteil 14 des An­ triebskopfes 12 nicht notwendig.

In Abwandlung des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles kann man anstelle der Gleitstücke 58 auch Rollen mit hori­ zontaler, in Umfangsrichtung stehender Rollenachse verwen­ den. Die Rollen 90 und 94 können in weiterer Abwandlung in Umfangsrichtung versetzt neben den Rollen 84 bzw. 68 und damit zwischen den Flanschen 86, 88 bzw. 60, 64 ange­ ordnet werden, so daß die unteren Führungsrollen 94 nicht axial auf der Außenfläche des Antriebsrohres 20 verschoben werden.

Claims (10)

1. Kupplungseinrichtung zum lösbaren Verbinden eines oberen Endabschnittes (36) eines Bohrrohrstranges (24), in welchem mindestens eine Mitnahmeöffnung (34) vorgesehen ist, mit einem drehbaren Antriebsteil (20), mit mindestens einem zweiarmigen abgewinkelten Kupplungshebel (28), dessen Lagerachse senkrecht auf einer radialen Ebene steht, die durch den Kupplungshebel und die Drehachse des Antriebs­ teiles (20) vorgegeben ist, dessen einer Arm (44) einen in eine Mitnahmeöffnung (34) des Bohrrohrstranges (24) form­ schlüssig passenden Mitnahmezapfen (26) trägt, und mit einem axial bewegbaren Stellteil (54) zum Verschwenken der Kupp­ lungshebel (28), das seinerseits mit einem axial wirkenden Stellantrieb (98) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellteil (54) Druckteile (48) trägt, die jeweils mit der radial außenliegenden Begrenzungsfläche eines der Kupplungshebel (28) zusammenarbeiten.

2. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckteile Druckrollen (48) sind, die jeweils um eine zur Schwenkachse des zugeordneten Kupplungshebels (28) parallele Achse drehbar am Stellteil (54) gelagert sind.

3. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplungshebel (28) in ihrer radial außenliegenden Begrenzungsfläche mit einer eine Druckrolle (48) aufnehmenden Führungsbahn (46) versehen sind.

4. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckrollen (48) über Lenker (50) am Stellteil (54) gelagert sind, die ihrerseits um eine zur Achse der zugehörigen Druckrolle (48) parallele Achse verschwenkbar am Stellteil (54) angebracht sind und die freien Enden der Lenker (50) jeweils über einen einstellbaren Anschlag (56) am Stellteil (54) abgestützt sind.

5. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwenkachsen der Lenker (50) jeweils unter der Achse der zugeordneten Druckrolle (48) liegt.

6. Kupplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Armen (42, 44) der Kupplungshebel (28) eingeschlossene Winkel zwischen 160 und 175° beträgt und der vom Mitnahmezapfen (26) ab­ liegende Hebelarm (42) verglichen mit dem den Mitnahme­ zapfen (26) tragenden Hebelarm (44) kurz ist.

7. Kupplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmeöffnungen (34) und mit diesen zusammenarbeitende Abschnitte (32) der Mitnahmezapfen (26) kegelstumpfförmig sind.

8. Kupplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der Stellantrieb mindestens zwei symmetrisch in Umfangsrichtung verteilte Stellzylinder (98) aufweist, deren eine Enden an einem in Drehrichtung feststehenden Rahmenteil (92) abgestützt sind und deren zweite Enden über ein Axiallager (60 bis 68) am Stellteil (54) angreifen.

9. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stellteil (54) zylindrisch ist und das dem Axiallager (60 bis 68) benachbarte obere Ende des Stellteiles (54) über Gleitstücke (58) auf der Außen­ fläche des ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Antriebs­ teiles (20) gelagert ist.

10. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Axiallager eine U-förmigen Querschnitt aufweisende radial nach außen offene Lagerschiene (60 bis 64) am oberen Ende des Stellteiles (54) sowie Lager­ rollen (68) aufweist, die um radiale Achsen umlaufend an der Innenseite von Lagerteilen (70) angebracht sind, die axial verschiebbar, jedoch drehschlüssig mit einem rahmenfesten Abstützteil (74) verbunden sind und an denen der Stellantrieb (98) angreift.