DE4119209C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lösbaren Ver­ binden eines Bohrrohres mit einem Drehantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Herstellung von Bohrpfählen, Trägerbohrungen, Brunnen, Schächten und ähnlichen Bohrungen erfordert in Abhängigkeit von Bohrlochdurchmesser und -tiefe sowie bei schwierigen Böden die Verrohrung eines Bohrlochs, um ein Nachrutschen von Erdreich zu verhindern.

Dazu finden Drehbohrgeräte mit einem die Bohrrohre bewegen­ den Drehantrieb, beispielsweise einem Kraftdrehkopf, Anwen­ dung. Die Verbindung einzelner Bohrrohre, deren Länge 6 bis 8 m betragen kann, zu einem Bohrrohrstrang von erforderli­ cher Länge und die Verbindung eines neuen, aufzusetzenden Bohrrohres mit dem Drehantrieb erfolgt üblicherweise unter Verwendung von Gewindebolzen. Um ein neues Bohrrohr mit dem Drehantrieb kraftschlüssig zu verbinden, muß ein Arbeiter mit Hilfe einer Leiter zu den Verbindungsstellen, d. h. in etwa 6 bis 8 m Höhe, aufsteigen und die Bolzen in die mit­ einander fluchtenden Öffnungen von Bohrrohr und Drehantrieb einschrauben. Da am Umfang des Drehantriebs und der Rohre, deren Durchmesser 600 bis 1800 mm betragen kann, mehrere Verbindungsstellen angeordnet sind, muß dieses Aufsteigen und Eindrehen der Gewindebolzen entsprechend oft wieder­ holt werden.

Das Verlängern der Bohrlochverrohrung und analog das Lösen der einzelnen Rohre beim Ziehen der Verrohrung erfordert deshalb relativ viel Arbeitszeit, wodurch ein zügiger Bohr­ fortschritt verhindert wird. Zudem ist das Aufsteigen und Hantieren auf einer Leiter gefährlich und erfordert aufwen­ dige arbeitsschutztechnische Maßnahmen. Bei Schrägbohrungen ist der Zugang zu den Verbindungsstellen noch schwieriger.

Aus der DE-OS 36 42 387 ist eine Antriebseinrichtung für Verrohrungsanlagen bekannt, bei der das Verbinden und Lösen zwischen einem oberen Bohrrohrende und einem formschlüssig aufsetzbaren Drehantrieb mit Hilfe radial verschiebbarer Kupplungsstifte erfolgt. Diese Stifte werden durch eine Führungseinrichtung in Verbindung mit einem Servoantrieb automatisch verstellt. Die Verstellung kann über jeweils einen Winkelhebel oder einen Arbeitszylinder erfolgen, des­ sen Kolbenstangenende den Kupplungsstift bildet. Die kon­ struktions- und wartungstechnisch aufwendige Einrichtung ist im rauhen Baubetrieb, wo Schlag-, Stoß- und Schmutzein­ wirkungen die Funktionssicherheit der zahlreichen bewegten Teile beeinträchtigen, relativ störanfällig. Diese Nachtei­ le kennzeichnen auch eine Variante dieser automatisch mit dem Bohrantrieb betriebenen Kupplungseinrichtung, bei der die Kupplungsstifte und Gewindehülsen, die als Führungsein­ richtungen dienen, mit gleichen Gewinden versehen sind, so daß ein Kupplungsstift durch eine Drehantriebsöffnung geführt und in eine Gewindebohrung im Bohrrohrende einge­ schraubt werden kann, wenn über einen Stellantrieb, Zahn­ kranz, Ritzel und Gewindehülse auf den radial verlängerten Kupplungsstift ein Drehmoment ausgeübt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ einfache Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Bohrrohres mit einem Drehantrieb zu schaffen, deren Her­ stellung, Wartung und Anwendung mit geringem Aufwand ver­ bunden sind, so daß insbesondere Arbeitszeit bei der Bohr­ lochverrohrung eingespart werden kann. Gleichzeitig soll durch die Vorrichtung das gefahrvolle Leiterbesteigen und Hantieren vom Bedienungspersonal des Bohrgeräts in großer Höhe vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnen­ den Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Vor­ teilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Un­ teransprüchen und der Figurenbeschreibung enthalten.

Grundgedanke der Erfindung ist es, das Verbinden und Lösen eines oberen Bohrrohrendes mit dem Drehantrieb bzw. vom Drehantrieb vom Erdboden aus zu bewerkstelligen, indem ein Drehmoment mit Hilfe einer die Entfernung vom Erdboden bis zum Drehantrieb am oberen Bohrrohrende überbrückenden Über­ tragungseinrichtung auf eine jeweils im Bereich einer Ver­ bindungsöffnung am Drehantrieb befestigten Verbindungsein­ richtung mit dem eigentlichen Verbindungselement übertragen wird.

Das radial in die fluchtenden Verbindungsöffnungen des obe­ ren Bohrrohres und beim Lösen aus diesen Öffnungen bewegba­ re Verbindungselement wird verstellt, wenn eine lösbare Verbindung zwischen der Übertragungseinrichtung und der Verbindungseinrichtung am Drehantrieb, die vorteilhafter­ weise aus einem an der Verbindungseinrichtung radial abste­ henden Ring und einem form- und kraftschlüssig in diesen Ring einführbaren Haken am oberen Ende der Übertragungsein­ richtung besteht, hergestellt und die Übertragungseinrich­ tung mit einer Drehbewegung beaufschlagt wird, beispiels­ weise durch Betätigung einer am unteren Ende angeordneten Kurbel.

Um die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkungsvoll und auch bei unterschiedlichen Bohrrohrlängen anwenden zu können, ist es vorteilhaft, die Übertragungseinrichtung, beispiels­ weise eine Kurbelwelle, wenigstens mit einem teleskopierba­ ren Abschnitt zu versehen. Es kann zweckmäßig sein, die ge­ samte Übertragungseinrichtung als Teleskopwelle auszubil­ den. Dieser Längenausgleich vereinfacht gleichzeitig die Handhabung und Lagerung der Übertragungseinrichtung.

Die Verbindung zwischen der Kurbel- oder Teleskopwelle und dem Haken ist erfindungsgemäß winkelbeweglich ausgebildet, um die Drehmomentübertragung auf den in den Ring der Ver­ bindungseinrichtung eingeführten Haken zu gewährleisten.

Es ist besonders zweckmäßig, als Verbindungselement zwi­ schen Haken und Antriebswelle, d. h. der Kurbel- oder Tele­ skopwelle, Kardangelenke zu verwenden. Aber auch Kugel- oder Kranzgelenke sind geeignet, die Drehbewegung des Kurbelan­ triebs über Haken und Ring auf das nahezu um 90° ver­ setzt angeordnete Verbindungselement zu übertragen und eine zur Bohrrohrachse radiale Bewegung des Verbindungselements zu erreichen.

In einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist statt eines winkelbeweglichen Gelenkes ein Stahlseil, beispielsweise ein schraubenfederartig gewundener Stahldraht zwischen Kur­ belstange, ggf. mit einem teleskopierbaren Abschnitt, und dem Haken angeordnet. Das Stahlseil von vorgegebener Flexi­ bilität ist sinnvollerweise in einer Drahtummantelung oder in einem Lederschlauch eingebettet.

Kurbel- oder Teleskopwelle gleiten bei Betätigung der Kur­ bel in einem rohrförmigen Abschnitt, der zweckmäßigerweise nahe dem unteren Ende angeordnet ist, um die gesamte Über­ tragungseinrichtung bei Betätigung der Kurbel zu halten.

Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung, die am Drehan­ trieb oder in der Wandung des Drehantriebs im Bereich der Verbindungsöffnungen radial nach außen abstehend befestigt ist, beispielsweise durch Schweißen, besteht aus einem zy­ lindrischen Gehäuse, zweckmäßigerweise von kreisringförmi­ gem Querschnitt, in welchem als Verbindungselement ein Steckbolzen drehfest und axial zur Gehäuseachse und damit radial zur Bohrrohr- und Drehantriebsachse verschiebbar an­ geordnet ist.

Die drehfeste Führung erfolgt vorteilhafterweise mit einer Nut, die parallel zur Gehäuseachse in der Innenfläche des Gehäuses verläuft, und einer im Steckbolzen angeordneten Paßfeder, die in der Nut gleitend geführt wird. Die Längsausdehnung der Nut bewirkt in Abhängigkeit zur Posi­ tion der Paßfeder im Steckbolzen dessen maximale Verschie­ bung in oder aus den Verbindungsöffnungen des Drehrohres.

Es ist vorteilhaft, diese Verschiebung des Steckbolzens in oder aus den Verbindungsöffnungen des Drehrohres mit Hilfe einer Einrichtung, die vom Bedienungspersonal am unteren Ende der Übertragungseinrichtung aus beobachtet werden kann, anzuzeigen. Beispielsweise kann dies eine im Gehäuse der Verbindungseinrichtung angeordnete Schraube oder ein Stift mit Gewinde sein, der je nach Verschiebung des Steck­ bolzens sichtbar wird oder in eine frei werdende Ausnehmung hineingleitet.

Vorteilhafterweise kann diese Anzeigeeinrichtung eine besonders auffällige Farbkennzeichnung aufweisen.

In einer alternativen Form könnte ein Anzeigeelement in einer Aussparung gleiten und mit der Verschiebung des Steckbolzens in Richtung des Drehantriebs bewegt werden, wo es im Endzustand zur Anlage kommt.

Der Steckbolzen weist in Achsrichtung und ausgehend von einem dem Drehantrieb abgewandten Ende einen sacklochartigen Hohlraum auf, der mit einem Innengewinde versehen ist. In diesen Hohlraum ist ein Drehbolzen eingeschraubt, der mit einem aus dem Steckbolzen ragenden Bereich drehbar gelagert und im Gehäuse abgestützt ist. Ein bis zu einem Gehäusedec­ kel geführter Bereich des Drehbolzens weist eine Außenflä­ che auf, die vorteilhafterweise mit dem Gehäuse fluchtet. An dieser Außenfläche ist ein Ring, zweckmäßigerweise kreisringförmig, ausgebildet mit einer den Haken der Über­ tragungseinrichtung aufnehmenden Innenöffnung. Bei Betäti­ gung der Kurbel an der Übertragungseinrichtung werden deren Drehbewegungen über den Haken und den Ring auf den Drehbol­ zen und von diesem auf den Steckbolzen übertragen, so daß der Steckbolzen je nach Drehrichtung aus der Verbindungs­ öffnung des Bohrrohres heraus oder in diese hineinbewegt wird und so das Verbinden oder Lösen bewerkstelligt wird.

Vorteilhafterweise sind in den Bereichen der Verbindungs­ einrichtungen als Schutz gegen mechanische Beschädigungen Vorrichtungen angebracht, die beispielsweise als Abstreif­ bügel ausgebildet sein können und oberhalb der Verbindungs­ einrichtung und in seitlicher und radialer Richtung über­ stehend angeschweißt sind.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer vom Erdboden aus betätigbaren Übertragungseinrichtung für das Drehmoment und einer pro Verbindungsöffnung am Drehan­ trieb befestigten Verbindungseinrichtung bestehen darin, daß das gefahrvolle Besteigen von Leitern und das Hantieren in Höhen von 6 bis 8 m über dem Erdboden vermieden werden können. Die Handhabung der konstruktionstechnisch relativ einfachen Vorrichtung ist unaufwendig, der Zeitaufwand für den Verbindungs- oder Lösevorgang ist gering, so daß ein guter Bohrfortschritt ermöglicht wird. Die Wartung der gesamten Vorrichtung ist unproblematisch ebenso wie die La­ gerung der Übertragungseinrichtung, die jeweils nur zum Verbinden von Bohrrohr und Drehantrieb bzw. zum Lösen in die jeweilige Verbindungseinrichtung eingehakt werden muß.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung wei­ ter beschrieben; in dieser zeigen in stark schematisierter Weise

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Übertragungs­ einrichtung, teilweise axial geschnitten;

Fig. 2 eine Draufsicht in Achsrichtung auf eine Verbin­ dungseinrichtung mit Schutzvorrichtung;

Fig. 3 einen schematischen axialen Schnitt durch eine Verbindungseinrichtung längs der Linie III-III gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 eine Draufsicht in radialer Richtung auf eine Verbindungseinrichtung.

In Fig. 1 ist als ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zum lösbaren Verbinden eines Bohrrohres und eines Drehantriebs eine Übertragungseinrichtung 1 dargestellt.

Am unteren Ende der Übertragungseinrichtung 1 ist eine manuell betätigbare Kurbel 3 mit Handgriff 5 angeordnet, deren Drehbewegung über einen teleskopierbaren Abschnitt 7 auf ein angelötetes Stahlseil 9 und auf einen Haken 11, welcher ebenfalls durch Löten am Seil 9 befestigt ist, übertragen wird.

In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Rohre als telesko­ pierbarer Abschnitt 7 dargestellt; die Anzahl der Teleskop­ rohre ist von deren Länge und der Länge der einzelnen Bohrrohre abhängig, die zur Herstellung von Bohr­ rohrsträngen jeweils mit einem Drehantrieb verbunden werden müssen.

Nicht dargestellt ist eine rohrförmige Hülse zum Halten der Übertragungseinrichtung 1, während mit der anderen Hand die Kurbel 3 gedreht wird.

Fig. 2 zeigt in schematischer Weise eine Draufsicht in Achsrichtung auf eine Verbindungseinrichtung 20, die als drehtellerseitiges Teil der gesamten erfindungsgemäßen Ver­ bindungsvorrichtung kreiszylinderförmig ausgebildet ist und an deren Gehäuse 26 eine die Verbindung des Bohrrohres mit einem Drehantrieb 15 anzeigende Einrichtung 42 vorhanden ist. Diese Anzeigeeinrichtung 42 ist ein Gewindestift, der die Verschiebung eines Steckbolzens 28 in der Verbin­ dungsöffnung von Bohrrohr (nicht dargestellt) und Drehan­ trieb 15 anzeigt, indem er bei sicherer form- und kraftschlüssiger Verbindung deutlich sichtbar, auch aus größerer Entfernung, aus einer Ausnehmung im Gehäuse 26 des Verbindungselements 20 herausgleitet.

Die Verbindungseinrichtung ist in der Außenwandung des Drehantriebs 15 im Bereich einer Verbindungsöffnung (nicht dargestellt) befestigt und erstreckt sich in radialer Rich­ tung. Oberhalb der Verbindungseinrichtung 20, deren Gehäusedeckel 22 und Ring 30 strichpunktiert dargestellt sind, ist als Schutz für die Verbindungseinrichtung 20 ein überstehender, bügelförmiger Abstreifer 17 befestigt.

Nicht dargestellt ist die Rohrwandung mit einem Verbin­ dungsloch eines Bohrrohres. Der Pfeil A gibt die Drehrich­ tung des Ringes 30 an, der über den Haken 11 von der als Antriebswelle wirkenden Übertragungseinrichtung 1 (Fig. 1) aus kreisförmig bewegt wird.

In Fig. 3 ist in einem schematischen axialen Schnitt die Verbindungseinrichtung 20 dargestellt, die in der Wandung des Drehantriebs 15 befestigt ist, so daß eine drehan­ triebsseitige Öffnung 24 im Gehäuse 26 der Verbindungsein­ richtung 20 für ein radial verschiebbares, drehfestes Ver­ bindungselement, einen Steckbolzen 28, die Verbindungs­ öffnung des Drehantriebs 15 darstellt. Eine radiale Ver­ schiebung des Steckbolzens 28 aus der Öffnung 24, deren Maß von einer Drehsicherung, einer Längsnut 32 im Gehäuse 26 und einer in dieser Nut 32 geführten Paßfeder 31, die im Steckbolzen 28 befestigt ist, bestimmt werden kann und von der Wandungsdicke des Bohrrohres (nicht dargestellt) be­ stimmt ist, führt zum Einschieben des Steckbolzens 28 in die Verbindungsöffnung des Bohrrohres und somit zur lösba­ ren Verbindung von Bohrrohr und Drehantrieb 15.

Hervorgerufen wird diese Verschiebung des Steckbolzens 28 durch Betätigen der Kurbel 3 (Fig. 1) bei form- und kraft­ schlüssiger Verbindung von Haken 11 (Fig. 1) und Ring 30. Dieser Ring 30 ist am gehäusedeckelseitigen Ende 34 eines Drehbolzens 36 befestigt, beispielsweise angeschweißt. Der Drehbolzen 36 ist im Gehäuse 26 über ein Kugellager 38 ge­ lagert und über das Ende 34 am Gehäusedeckel 22 abgestützt. Der kreisringförmig ausgebildete Gehäusedeckel 22 ist lösbar, beispielsweise über Schraubverbindungen 40, mit dem Gehäuse 26 verbunden.

Die Drehmomentübertragung vom Drehbolzen 36 erfolgt über einen verjüngten Bereich 37, der in eine sacklochartige Bohrung 29 des Steckbolzens 28, die mit einem Innengewin­ de versehen ist, eingeschraubt ist.

Oberhalb der Verbindungseinrichtung 20 ist der Abstreif­ bügel 17 als Schutzvorrichtung angeschweißt. Diese Schutz­ vorrichtung kann auch eine andere Ausbildung aufweisen.

In Fig. 4, einer Draufsicht in radialer Richtung auf eine Verbindungseinrichtung 20, ist der Gehäusedeckel 22, der über Schraubverbindungen 40 mit dem Gehäuse 26 der Verbin­ dungseinrichtung 20 verbunden ist, zu erkennen sowie der Bereich 34 des Drehbolzens 36, an dem der radial abstehende Ring 30 befestigt ist. Oberhalb der Verbindungseinrichtung ist die Schutzvorrichtung 17 als bügelförmiger Abstreifer am Drehantrieb 15 befestigt.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Bohrrohres und eines Drehantriebs mit einem in einem Gehäuse am Drehan­ trieb geführten und durch Beaufschlagung mit einem Drehmoment radial in eine Verbindungsöffnung des Bohr­ rohres verschiebbaren Verbindungselement, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Übertragung des Drehmoments über eine relativ große Distanz lösbar mit einer am Drehantrieb (15) angeordneten Verbindungseinrichtung (20), in der als Verbindungselement ein drehfester Steckbolzen (28) axial geführt ist, verbindbar ist und daß die Übertragseinrichtung (1) für das Drehmoment ein winkelbewegliches Element enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (1) als Kurbelwelle ausgebildet ist und mindestens einen teleskopierbaren Abschnitt (7) aufweist, der winkelbeweglich mit einem Verbindungshaken (11) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als winkelbewegliches Element ein winkelbewegliches Gelenk oder ein Stahlseil (9) von vorgegebener Flexibi­ lität angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur lösbaren Verbindung zwischen der Übertragungs­ einrichtung (1) und der Verbindungseinrichtung (20) der Haken (11) der Übertragungseinrichtung (1) form- und kraftschlüssig in einen radial abstehenden Ring (30) an der Verbindungseinrichtung (20) einführbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (30) an einem axial in der Verbindungsein­ richtung (20) gelagerten Drehbolzen befestigt ist, wel­ cher mit einem verjüngten Bereich (37) in einem sack­ lochartigen Hohlraum (29) des drehfesten Steckbolzens (28) eingeschraubt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehbolzen (36) mit seinem Lager (38) gegen das Gehäuse (26) der Verbindungseinrichtung (20) abgestützt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehsicherung des Steckbolzens (28) durch eine Längsnut (32) im Gehäuse (26) und eine im Steckbolzen (28) befestigte Paßfeder (31) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzeigeelement (42) an der Verbindungseinrich­ tung (20) die Verschiebung des Steckbolzens (28) in der Verbindungsöffnung des Bohrrohres und des Drehantriebs (15) anzeigt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Verbindungseinrichtungen (20) am Drehantrieb (15) jeweils eine Schutzvorrichtung ange­ ordnet ist, beispielsweise ein Abstreifbügel (17), der oberhalb der Verbindungseinrichtung (20) und in seitli­ cher und radialer Richtung überstehend befestigt ist.