EP2444587A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents

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EP2444587A1
EP2444587A1 EP11006518A EP11006518A EP2444587A1 EP 2444587 A1 EP2444587 A1 EP 2444587A1 EP 11006518 A EP11006518 A EP 11006518A EP 11006518 A EP11006518 A EP 11006518A EP 2444587 A1 EP2444587 A1 EP 2444587A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive
vibration
hollow shaft
rotary
rotary drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP11006518A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2444587B1 (de
Inventor
Andreas Pikowski
Ralf Sönnecken
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eurodrill GmbH
Original Assignee
Eurodrill GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Eurodrill GmbH filed Critical Eurodrill GmbH
Priority to PL11006518T priority Critical patent/PL2444587T3/pl
Publication of EP2444587A1 publication Critical patent/EP2444587A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2444587B1 publication Critical patent/EP2444587B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/002—Drilling with diversely driven shafts extending into the borehole
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
    • E21B6/02—Drives for drilling with combined rotary and percussive action the rotation being continuous
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/24—Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses

Definitions

  • the invention relates to a drive device for driving a drill pipe according to the preamble of claim 1.
  • a drive device comprises at least one rotary drive for rotationally driving the drill pipe, at least one vibration drive for generating a vibration at the drill pipe and at least one connection area for connecting the drill pipe to the drive device ,
  • a generic drive device is for example from the WO 2009/014444 A1 known.
  • the rotary drive is arranged from the perspective of the drill pipe behind the vibration drive and decoupled via a coupling of this.
  • the invention has for its object to provide a drive device for driving a drill pipe, which is particularly versatile and flexible.
  • the drive device is characterized in that the rotary drive is arranged between the connection region and the vibration drive, that a hollow shaft is provided, which is rotationally driven by the rotary drive and driven by the vibratory drive, and that the hollow shaft passes through the vibration drive and the rotary drive extends.
  • the vibration drive which can also be referred to as a vibration cell, on the connection area opposite side of the drive device, ie behind the rotary drive to arrange.
  • a transmission of the vibratory motion generated by the vibration drive through the rotary drive is expressly desired.
  • a complete decoupling of the entire rotary drive from the vibration drive is not necessary.
  • Another basic idea of the invention is to provide as the main shaft of the drive device a hollow shaft which extends through both the rotary drive and the vibration drive.
  • the main or hollow shaft is vibrated by the vibration drive, ie in an oscillating motion.
  • the vibration continues through the rotary drive up to the connection area.
  • the hollow shaft is rotated by the rotary drive.
  • a superposition of a vibration with a rotation is available at the connection area, which can be transferred to the drill pipe to be connected.
  • the rotary drive can be designed not only for rotating but also for driving through.
  • the drive device can be used for example both as a conventional single drive for driving a single drill string or drill pipe and as a double-head drive for driving an inner linkage and / or an outer linkage.
  • the hollow shaft for use as a double-head drive is provided by the hollow shaft, the possibility to arrange a drill pipe through the rotary drive and the vibration drive through and to drive by means of a arranged behind the vibration drive further rotary drive rotating.
  • the hollow shaft within the rotary drive Due to the vibration drive arranged behind the rotary drive, the hollow shaft within the rotary drive, as already shown, also exposed to vibration. So that the entire rotary drive including housing is not vibrated, in a preferred embodiment of the invention it is provided that the hollow shaft within the rotary drive, in particular within a housing of the rotary drive, is guided axially displaceable.
  • the hollow shaft has an outer longitudinal toothing, which is in engagement with a toothing of a drive element of the rotary drive.
  • the external longitudinal toothing preferably extends at least along an axial section of the hollow shaft, which is arranged within the rotary drive.
  • the external longitudinal toothing preferably has a tooth profile.
  • the tooth profile may include a plurality of teeth that extend annularly around the hollow shaft and each have a longitudinal axis that extends along a longitudinal axis of the hollow shaft.
  • the teeth preferably have at least one length which corresponds to a maximum stroke of the hollow shaft.
  • connection region comprises a connection device, which is arranged on an axial end of the hollow shaft facing the drilling tool to be connected.
  • a connection device which is arranged on an axial end of the hollow shaft facing the drilling tool to be connected.
  • only an outer linkage or exclusively an inner linkage can be flanged to the connection device.
  • both an outer rod and an inner rod can be connected to the connection area or the connection device.
  • the connection device may, for example, have a connection flange.
  • a further preferred embodiment of the invention consists in that at least two rotary drives are provided, wherein a first rotary drive is connected to the vibration drive to a vibration rotary unit and a further rotary drive is provided as a separate unit.
  • the drive device can be used for example as a double-head drill drive.
  • the individual Rotary actuators each provided for driving a single linkage, wherein an inner linkage and by the further rotary drive an outer linkage can be driven to rotate by one of the rotary drives.
  • the further rotary drive for driving an inner linkage which can be arranged within the hollow shaft, is arranged behind the vibration drive.
  • the first rotary drive which is arranged between the connection region and the vibration drive, an outer linkage are driven in rotation.
  • the vibration drive also allows the outer linkage to vibrate.
  • the second rotary drive drives an inner linkage which extends from the second rotary drive through the vibration drive and the first rotary drive.
  • the further rotary drive for driving an outer linkage is arranged in front of the first rotary drive.
  • the first rotary drive is thus located between the further rotary drive and the vibration drive.
  • the further rotary drive has a passage for an inner rod.
  • the further rotary drive preferably comprises a hollow shaft, through which the linkage driven by the first rotary drive can extend.
  • the further rotary drive preferably comprises a connection region for connecting an external linkage.
  • a further preferred embodiment of the invention is given by the fact that a high-pressure injection linkage (HDI linkage) can be arranged in the hollow shaft.
  • the high pressure injection linkage may be provided with lateral injection nozzles at its front end.
  • a backwashing head and / or a connection for a suspension feed can be provided.
  • the flexibility and possible uses of the drive device can be further increased by the fact that the rotary drive and the vibration drive are detachably connected to each other. As a result, if appropriate, a further drive can be arranged between these two drives.
  • the hollow shaft comprises a first hollow shaft section within the rotary drive and a second hollow shaft section within the vibration drive, wherein the first hollow shaft section and the second hollow shaft section are rotatably coupled to each other via an annular rotary connection.
  • the hollow shaft can be made in one piece and extend through the vibration drive and the rotary drive through.
  • Fig. 1 shows a drive device 10 according to the invention with a rotary drive 14 and a vibration drive 16.
  • the drive device 10 is in particular adapted to drive a drill pipe 70 with a drilling tool provided thereon rotationally and oscillating.
  • the drill string 70 may include an inner linkage 74, an outer linkage 76, and / or a high pressure injection linkage 72.
  • the rotary drive 14 and the vibratory drive 16 are arranged on a mounting base 26 and fixedly connected to one another via this.
  • the drive device with the rotary drive 14 and the vibration drive 16 can thus also be referred to as a vibratory rotary unit 12.
  • the mounting base 26 is designed so that the vibration rotary unit 12 can be arranged on a carriage of a construction work tool, to be more accurate, can be.
  • the mounting base 26 has corresponding fastening devices, for example a mounting flange. With the carriage, the vibration rotary unit 12 can be moved to perform drilling operations along a mast or Gurklers the construction equipment.
  • the vibration rotary unit 12 includes a main shaft, which is designed as a hollow shaft 22.
  • the hollow shaft 22 has a tubular opening and extends through both the entire rotary drive 14 and through the entire vibration drive 16 therethrough.
  • the hollow shaft 22 can be driven in rotation by means of the rotary drive 14. To generate the rotational movement, the hollow shaft 22 is provided with an external longitudinal toothing, which can be coupled to a drive element of the rotary drive 14.
  • the rotary drive 14 has a housing 40.
  • the hollow shaft 22 is mounted axially displaceable within the rotary drive 14, in particular relative to the housing 40.
  • an axial vibration on the hollow shaft 22 can be generated by the vibration drive 16.
  • the vibration drive 16 has a vibration element 36, which is driven in a vibrating manner and firmly connected to the hollow shaft 22 for transmitting the vibration.
  • a connecting flange For vibrating the vibrating element 36 with a connecting flange, it is possible, for example, to provide eccentric masses which are fastened off-center to counter-rotating shafts.
  • the vibration element 36 and the hollow shaft 22 are mounted axially displaceable within a housing 42 of the vibration drive 16.
  • the housing 42 of the vibratory drive 16 and the receptacle 40 of the rotary drive 14 are arranged spaced from each other. Between the housing 42 and the receptacle 40 or holder, the hollow shaft 22 is nevertheless completely enclosed to protect against external influences such as dirt. This is between the recording 40 and the housing 42, an enveloping element 38 is arranged.
  • the vibration element 36 protrudes in the direction of the receptacle 40 of the rotary drive 14 out of the housing 42 of the vibration drive 16 and is connected via the enveloping element 38 with the housing-like receptacle 40 of the rotary drive 14.
  • the enveloping element 38 surrounds the hollow shaft and is designed as a bellows in the illustrated embodiment. However, other types of enveloping element are possible.
  • the vibratory rotary unit 12 has a front side 28 facing the drilling tool and a rear side 30 facing away from it. At the front side 28, a connection region 18 is provided, which has a connection device 20 for connecting a drill pipe 70.
  • the connection device 20 is formed in the illustrated embodiment as a connection flange.
  • the connecting device 20 is coupled to the hollow shaft 22 of the vibration rotary unit 12, so that both the rotational movement and the vibrating movement is provided on the connecting device 20.
  • the connection device 20 can be coupled to a drill pipe 70 or drill pipe.
  • connection device 20 comprises a tubular part with a passage opening 21, which is connected to the tubular opening of the hollow shaft 22 and in particular coaxially aligned therewith.
  • the connection device 20 can furthermore have an annular adapter 34, which is designed for the simultaneous holding or simultaneous connection of an inner linkage 74 and an outer linkage 76, as in FIG Fig. 1 shown.
  • the adapter 34 may also be used to attach only one outer linkage 76, as in FIG Fig. 3 shown, or for fastening only an inner linkage 74, as in Fig. 4 represented, be formed.
  • the adapter 34 also has a passage opening which is connected to the tubular opening of the hollow shaft 22 and in particular coaxially aligned therewith.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the invention in which within the hollow shaft 22, a high-pressure injection linkage 72 is arranged.
  • the high pressure injection linkage 72 is passed through the entire hollow shaft 22 and protrudes beyond the axial end at both axial end.
  • the high-pressure injection rod 72 is rotatably connected to the hollow shaft and secured axially.
  • Fig. 3 an embodiment of the invention is shown in which by means of the vibratory rotary unit 12, an outer rod 76 can be driven to rotate and vibrate.
  • a further second rotary drive 50 is arranged on the rear side 30 of the vibration rotary unit 12.
  • the second rotary drive 50 can be configured as a conventional rotary drive with a solid main shaft or as a rotary drive with a hollow shaft.
  • the inner linkage 74 which can be driven by the second rotary drive 50 can extend through the entire hollow shaft 22 of the vibratory rotary unit 12 and further inside the outer linkage 76.
  • the outer linkage 76 is thus rotationally and vibratory driven, while the inner linkage 74 is driven only rotationally.
  • the inner linkage 74 is drivable in an opposite direction of rotation to the outer linkage 76 as in FIG Fig. 3 shown by the arcuate arrows.
  • FIG. 4 Another embodiment of the invention is in Fig. 4 shown.
  • the vibratory rotary unit 12 drives an inner rod 74 to rotate and vibrate.
  • the inner rod 74 is connected via the connecting device 20 and the adapter 34 to the hollow shaft 22.
  • a further rotary drive 60 is arranged, which is provided for the rotational driving of an outer linkage 76.
  • the further rotary drive 60 has a main shaft designed as a hollow shaft 62, through which the inner linkage 74 driven by the vibratory rotary unit 12 can extend.
  • the inner linkage 74 is thus rotationally and vibratory driven, while the outer linkage 76 is driven only rotationally.
  • the direction of rotation of the inner linkage 74 may be opposite to the direction of rotation of the outer linkage 76, as in FIG Fig. 4 shown by the arcuate arrows.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (10) zum Antreiben eines Bohrgestänges mit mindestens einem Drehantrieb (14) zum drehenden Antreiben des Bohrgestänges, mindestens einem Vibrationsantrieb (16) zum Erzeugen einer Vibration an dem Bohrgestänge und mindestens einem Anschlussbereich zum Verbinden des Bohrgestänges mit der Antriebsvorrichtung. Es ist vorgesehen, dass der Drehantrieb zwischen dem Anschlussbereich und dem Vibrationsantrieb angeordnet ist, dass eine Hohlwelle (22) vorgesehen ist, die von dem Drehantrieb drehend und von dem Vibrationsantrieb vibrierend antreibbar ist, und dass sich die Hohlwelle durch den Vibrationsantrieb und den Drehantrieb hindurch erstreckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Bohrgestänges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Antriebsvorrichtung umfasst mindestens einen Drehantrieb zum drehenden Antreiben des Bohrgestänges, mindestens einen Vibrationsantrieb zum Erzeugen einer Vibration an dem Bohrgestänge und mindestens einen Anschlussbereich zum Verbinden des Bohrgestänges mit der Antriebsvorrichtung.
  • Eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung ist beispielsweise aus der WO 2009/014444 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist der Drehantrieb aus Sicht des Bohrrohres hinter dem Vibrationsantrieb angeordnet und über eine Kupplung von diesem entkoppelt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Bohrgestänges anzugeben, die besonders vielfältig und flexibel einsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Variationen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb zwischen dem Anschlussbereich und dem Vibrationsantrieb angeordnet ist, dass eine Hohlwelle vorgesehen ist, die von dem Drehantrieb drehend und von dem Vibrationsantrieb vibrierend antreibbar ist, und dass sich die Hohlwelle durch den Vibrationsantrieb und den Drehantrieb hindurch erstreckt.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, den Vibrationsantrieb, welcher auch als Vibrationszelle bezeichnet werden kann, auf der dem Anschlussbereich abgewandten Seite der Antriebsvorrichtung, also hinter dem Drehantrieb, anzuordnen. Eine Übertragung der von dem Vibrationsantrieb erzeugten Vibrationsbewegung durch den Drehantrieb hindurch ist dabei ausdrücklich erwünscht. Somit ist eine vollständige Entkopplung des gesamten Drehantriebs von dem Vibrationsantrieb nicht nötig.
  • Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung besteht darin, als Hauptwelle der Antriebsvorrichtung eine Hohlwelle vorzusehen, die sich sowohl durch den Drehantrieb als auch durch den Vibrationsantrieb hindurch erstreckt. Die Haupt- beziehungsweise Hohlwelle wird durch den Vibrationsantrieb in Vibration, also in eine oszillierende Bewegung, versetzt. Die Vibration setzt sich durch den Drehantrieb hindurch bis zu dem Anschlussbereich fort.
  • Zusätzlich zu der Vibration wird die Hohlwelle durch den Drehantrieb in Rotation versetzt. Damit steht am Anschlussbereich eine Überlagerung einer Vibration mit einer Rotation zur Verfügung, die auf das anzuschließende Bohrgestänge übertragen werden kann. Der Drehantrieb kann nicht nur zum drehenden sondern auch zum durchschlagenden Antreiben ausgebildet sein.
  • Durch die Ausführung der Hauptwelle als Hohlwelle wird eine besonders vielfältig einsetzbare und kompakte Antriebsvorrichtung für verschiedenste Bohrverfahren bereitgestellt. Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise sowohl als konventioneller Einzelantrieb zum Antreiben eines einzelnen Bohrgestänges oder Bohrrohres als auch als Doppelkopf-Antrieb zum Antreiben eines Innengestänges und/oder eines Außengestänges eingesetzt werden.
  • Insbesondere für den Einsatz als Doppelkopf-Antrieb wird durch die Hohlwelle die Möglichkeit geschaffen, ein Bohrgestänge durch den Drehantrieb und den Vibrationsantrieb hindurch anzuordnen und mittels eines hinter dem Vibrationsantrieb angeordneten weiteren Drehantriebs drehend anzutreiben.
  • Durch den hinter dem Drehantrieb angeordneten Vibrationsantrieb ist die Hohlwelle innerhalb des Drehantriebs, wie bereits dargestellt, ebenfalls einer Vibration ausgesetzt. Damit nicht der gesamte Drehantrieb einschließlich Gehäuse in Vibration versetzt wird, ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Hohlwelle innerhalb des Drehantriebs, insbesondere innerhalb eines Gehäuses des Drehantriebs, axial verschiebbar geführt ist.
  • Zum Aufbringen der Rotationsbewegung auf die Hohlwelle bei gleichzeitig axial vibrierender Hohlwelle ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Hohlwelle eine Außenlängsverzahnung aufweist, welche mit einer Verzahnung eines Antriebselements des Drehantriebs in Eingriff ist. Die Außenlängsverzahnung erstreckt sich vorzugsweise zumindest entlang eines axialen Abschnitts der Hohlwelle, welcher innerhalb des Drehantriebs angeordnet ist. Weiterhin weist die Außenlängsverzahnung vorzugsweise ein Zahnprofil auf. Das Zahnprofil kann eine Mehrzahl von Zähnen umfassen, die sich ringförmig um die Hohlwelle erstrecken und jeweils eine Längsachse aufweisen, die sich entlang einer Längsachse der Hohlwelle erstreckt. Damit die Zähne auch bei maximalem Vibrationshub möglichst vollständig mit dem Antriebelement des Drehantriebs in Eingriff sind, weisen die Zähne vorzugsweise mindestens eine Länge auf, die einem maximalen Hub der Hohlwelle entspricht.
  • Die Flexibilität der Antriebsvorrichtung wird weiterhin dadurch erhöht, dass wahlweise ein Innengestänge, ein Außengestänge oder sowohl ein Innengestänge und ein Außengestänge an den Anschlussbereich anschließbar ist. Der Anschlussbereich umfasst hierzu eine Anschlusseinrichtung, welche an einem dem anzuschließenden Bohrwerkzeug zugewandten axialen Ende der Hohlwelle angeordnet ist. An die Anschlusseinrichtung kann beispielsweise ausschließlich ein Außengestänge oder ausschließlich ein Innengestänge angeflanscht werden. Weiterhin kann auch sowohl ein Außengestänge als auch ein Innengestänge an den Anschlussbereich beziehungsweise die Anschlusseinrichtung angeschlossen werden. Zur Erhöhung der Flexibilität kann der Anschlussbereich einen Adapter aufweisen, welcher zum Anschließen unterschiedlicher Arten von Bohrgestängen eingerichtet ist. Die Anschlusseinrichtung kann beispielsweise einen Anschlussflansch aufweisen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass mindestens zwei Drehantriebe vorgesehen sind, wobei ein erster Drehantrieb mit dem Vibrationsantrieb zu einer Vibrations-Dreheinheit verbunden ist und ein weiterer Drehantrieb als separate Einheit vorgesehen ist. Durch das Vorsehen von mindestens zwei Drehantrieben, insbesondere genau zwei Drehantrieben, ist die Antriebsvorrichtung beispielsweise als Doppelkopf-Bohrantrieb einsetzbar. Hierbei sind die einzelnen Drehantriebe jeweils zum Antreiben eines einzelnen Gestänges vorgesehen, wobei durch einen der Drehantriebe ein Innengestänge und durch den weiteren Drehantrieb ein Außengestänge drehend angetrieben werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der weitere Drehantrieb zum Antreiben eines Innengestänges, welches innerhalb der Hohlwelle anordbar ist, hinter dem Vibrationsantrieb angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform kann durch den ersten Drehantrieb, welcher zwischen dem Anschlussbereich und dem Vibrationsantrieb angeordnet ist, ein Außengestänge drehend angetrieben werden. Durch den Vibrationsantrieb kann das Außengestänge zudem in Vibration versetzt werden. Der zweite Drehantrieb treibt ein Innengestänge an, welches sich ausgehend von dem zweiten Drehantrieb durch den Vibrationsantrieb und den ersten Drehantrieb hindurch erstreckt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der weitere Drehantrieb zum Antreiben eines Außengestänges vor dem ersten Drehantrieb angeordnet ist. Der erste Drehantrieb befindet sich somit zwischen dem weiteren Drehantrieb und dem Vibrationsantrieb.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der weitere Drehantrieb eine Durchführung für ein Innengestänge auf. Der weitere Drehantrieb umfasst vorzugsweise eine Hohlwelle, durch welchen sich das durch den ersten Drehantrieb angetriebene Gestänge hindurch erstrecken kann. Weiterhin umfasst der weitere Drehantrieb vorzugsweise einen Anschlussbereich zum Anschließen eines Außengestänges. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann somit ein Innengestänge durch den ersten Drehantrieb drehend angetrieben und durch den Vibrationsantrieb in Vibration versetzt werden, während ein Außengestänge durch den vor dem ersten Drehantrieb angeordneten weiteren Drehantrieb drehend angetrieben werden kann.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass ein Hochdruck-Injektionsgestänge (HDI-Gestänge) in der Hohlwelle anordbar ist. Das Hochdruck-Injektionsgestänge kann an seinem vorderen Ende mit seitlichen Injektionsdüsen versehen sein. Am rückwärtigen Ende des Hochdruck-Injektionsgestänges, welches aus einer Rückseite des Vibrationsantriebs herausragen kann, kann ein Rückspülkopf und/oder ein Anschluss für eine Suspensionszuführung vorgesehen sein.
  • Die Flexibilität und die Einsatzmöglichkeiten der Antriebsvorrichtung können weiter dadurch gesteigert werden, dass der Drehantrieb und der Vibrationsantrieb lösbar miteinander verbunden sind. Hierdurch kann gegebenenfalls ein weiterer Antrieb zwischen diesen beiden Antrieben angeordnet werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hohlwelle einen ersten Hohlwellenabschnitt innerhalb des Drehantriebes und einen zweiten Hohlwellenabschnitt innerhalb des Vibrationsantriebes umfasst, wobei der erste Hohlwellenabschnitt und der zweite Hohlwellenabschnitt über eine ringförmige Drehverbindung drehfest miteinander gekoppelt sind.
  • Alternativ hierzu kann die Hohlwelle einteilig ausgeführt sein und sich durch den Vibrationsantrieb und den Drehantrieb hindurch erstrecken.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen weiter erläutert. Hierin zeigt:
    • Fig. 1
    eine Antriebsvorrichtung als Einzelantrieb mit einem angeschlossenen Innen- und Außengestänge;
    Fig. 2
    eine Antriebsvorrichtung mit einem angeschlossenen Hochdruck-Injektionsgestänge;
    Fig. 3
    eine Antriebsvorrichtung für eine Doppelkopf-Anwendung mit Vibration am Außengestänge;
    Fig.4
    eine Antriebsvorrichtung für eine Doppelkopf-Anwendung mit Vibration am Innengestänge.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 10 mit einem Drehantrieb 14 und einem Vibrationsantrieb 16. Die Antriebsvorrichtung 10 ist insbesondere dazu eingerichtet, ein Bohrgestänge 70 mit einem daran vorgesehenen Bohrwerkzeug drehend und oszillierend anzutreiben. Das Bohrgestänge 70 kann ein Innengestänge 74, ein Außengestänge 76 und/oder ein Hochdruck-Injektionsgestänge 72 aufweisen.
  • Der Drehantrieb 14 und der Vibrationsantrieb 16 sind auf einer Montagebasis 26 angeordnet und über diese fest miteinander zu einer Einheit verbunden. Die Antriebsvorrichtung mit dem Drehantrieb 14 und dem Vibrationsantrieb 16 kann somit auch als Vibrations-Dreheinheit 12 bezeichnet werden.
  • Die Montagebasis 26 ist so ausgeführt, dass die Vibrations-Dreheinheit 12 an einem Schlitten eines Bauarbeitsgerätes angeordnet, genauer befestigt, werden kann. Die Montagebasis 26 weist hierzu entsprechende Befestigungseinrichtungen, beispielsweise einen Montageflansch, auf. Mit dem Schlitten kann die Vibrations-Dreheinheit 12 zum Ausführen von Bohrvorgängen entlang eines Mastes oder Mäklers des Bauarbeitsgerätes verfahren werden.
  • Die Vibrations-Dreheinheit 12 umfasst eine Hauptwelle, welche als Hohlwelle 22 ausgeführt ist. Die Hohlwelle 22 weist eine rohrförmige Öffnung auf und erstreckt sich sowohl durch den gesamten Drehantrieb 14 als auch durch den gesamten Vibrationsantrieb 16 hindurch.
  • Die Hohlwelle 22 kann mittels des Drehantriebs 14 drehend angetrieben werden. Zum Erzeugen der Drehbewegung ist die Hohlwelle 22 mit einer Außenlängsverzahnung versehen, welche mit einem Antriebselement des Drehantriebes 14 koppelbar ist. Der Drehantrieb 14 weist ein Gehäuse 40 auf. Die Hohlwelle 22 ist innerhalb des Drehantriebs 14, insbesondere relativ zu dem Gehäuse 40, axial verschiebbar gelagert.
  • Zusätzlich zu der durch den Drehantrieb 14 aufgebrachten Rotationsbewegung kann durch den Vibrationsantrieb 16 eine axiale Vibration an der Hohlwelle 22 erzeugt werden. Der Vibrationsantrieb 16 weist hierzu ein Vibrationselement 36 auf, das vibrierend angetrieben und zur Übertragung der Vibration an die Hohlwelle 22 fest mit dieser verbunden ist. Zum vibrierenden Antreiben des Vibrationselementes 36 mit einem Anschlussflansch können beispielsweise Exzentermassen vorgesehen sein, die außermittig an gegenläufig zueinander rotierenden Wellen befestigt sind. Das Vibrationselement 36 und die Hohlwelle 22 sind innerhalb eines Gehäuses 42 des Vibrationsantriebs 16 axial verschiebbar gelagert.
  • Das Gehäuse 42 des Vibrationsantriebs 16 und die Aufnahme 40 des Drehantriebs 14 sind voneinander beabstandet angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 42 und der Aufnahme 40 oder Halterung ist die Hohlwelle 22 zum Schutz vor äußeren Einflüssen wie Schmutz gleichwohl vollständig umschlossen. Hierzu ist zwischen der Aufnahme 40 und dem Gehäuse 42 ein Hüllelement 38 angeordnet. Das Vibrationselement 36 ragt in Richtung der Aufnahme 40 des Drehantriebs 14 aus dem Gehäuse 42 des Vibrationsantriebs 16 heraus und ist über das Hüllelement 38 mit der gehäuseartigen Aufnahme 40 des Drehantriebs 14 verbunden. Das Hüllelement 38 umschließt die Hohlwelle und ist in der dargestellten Ausführungsform als Faltenbalg ausgeführt. Jedoch sind auch andere Arten eines Hüllelements möglich.
  • Die Vibrations-Dreheinheit 12 weist eine dem Bohrwerkzeug zugewandte Vorderseite 28 und eine diesem abgewandte Rückseite 30 auf. An der Vorderseite 28 ist ein Anschlussbereich 18 vorgesehen, welcher eine Anschlusseinrichtung 20 zum Anschließen eines Bohrgestänges 70 aufweist. Die Anschlusseinrichtung 20 ist in der dargestellten Ausführungsform als Anschlussflansch ausgebildet. Die Anschlusseinrichtung 20 ist mit der Hohlwelle 22 der Vibrations-Dreheinheit 12 gekoppelt, so dass an der Anschlusseinrichtung 20 sowohl die Drehbewegung als auch die Vibrationsbewegung bereitgestellt wird. Die Anschlusseinrichtung 20 ist mit einem Bohrgestänge 70 oder Bohrrohr koppelbar.
  • Die Anschlusseinrichtung 20 umfasst ein rohrförmiges Teil mit einer Durchgangsöffnung 21, die mit der rohrförmigen Öffnung der Hohlwelle 22 verbunden und insbesondere koaxial hierzu ausgerichtet ist. Die Anschlusseinrichtung 20 kann weiterhin einen ringförmigen Adapter 34 aufweisen, welcher zur gleichzeitigen Halterung beziehungsweise zum gleichzeitigen Anschließen eines Innengestänges 74 und eines Außengestänges 76 ausgebildet ist, wie in Fig. 1 dargestellt. Alternativ hierzu kann der Adapter 34 auch zur Befestigung lediglich eines Außengestänges 76, wie in Fig. 3 dargestellt, oder zur Befestigung lediglich eines Innengestänges 74, wie in Fig. 4 dargestellt, ausgebildet sein. Der Adapter 34 weist ebenfalls eine Durchgangsöffnung auf, die mit der rohrförmigen Öffnung der Hohlwelle 22 verbunden und insbesondere koaxial hierzu ausgerichtet ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der innerhalb der Hohlwelle 22 ein Hockruck-Injektionsgestänge 72 angeordnet ist. Das Hockruck-Injektionsgestänge 72 ist durch die gesamte Hohlwelle 22 hindurchgeführt und ragt an beiden axialen Ende über diese hinaus. Über die Anschlusseinrichtung 20 ist das Hockruck-Injektionsgestänge 72 an der Hohlwelle drehfest und axial gesichert angeschlossen.
  • An dem Hockruck-Injektionsgestänge 72 kann somit eine Rotations- und Vibrationsbewegung bereitgestellt werden.
  • In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der mittels der Vibrations-Dreheinheit 12 ein Außengestänge 76 drehend und vibrierend angetrieben werden kann. Zum drehenden Antreiben eines Innengestänges 74, welches sich innerhalb des Außengestänges 76 erstreckt, ist an der Rückseite 30 der Vibrations-Dreheinheit 12 ein weiterer zweiter Drehantrieb 50 angeordnet. Der zweite Drehantrieb 50 kann als konventioneller Drehantrieb mit massiver Hauptwelle oder als Drehantrieb mit Hohlwelle ausgeführt sein. Das von dem zweiten Drehantrieb 50 antreibbare Innengestänge 74 kann sich durch die gesamte Hohlwelle 22 der Vibrations-Dreheinheit 12 hindurch und weiter im Inneren des Außengestänges 76 erstrecken. Das Außengestänge 76 ist somit drehend und vibrierend antreibbar, während das Innengestänge 74 lediglich drehend angetrieben ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Innengestänge 74 in einer entgegengesetzten Drehrichtung zu dem Außengestänge 76 antreibbar, wie in Fig. 3 mittels der bogenförmigen Pfeile gezeigt.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei treibt die Vibrations-Dreheinheit 12 ein Innengestänge 74 drehend und vibrierend an. Das Innengestänge 74 ist über die Anschlusseinrichtung 20 und den Adapter 34 an die Hohlwelle 22 angeschlossen. An der Vorderseite 28 der Vibrations-Dreheinheit 12 ist ein weiterer Drehantrieb 60 angeordnet, welcher zum drehenden Antreiben eines Außengestänges 76 vorgesehen ist. Der weitere Drehantrieb 60 weist hierzu eine als Hohlwelle 62 ausgeführte Hauptwelle auf, durch welche hindurch sich das von der Vibrations-Dreheinheit 12 angetriebene Innengestänge 74 erstrecken kann. Das Innengestänge 74 ist somit drehend und vibrierend antreibbar, während das Außengestänge 76 lediglich drehend angetrieben ist. Die Drehrichtung des Innengestänges 74 kann gegensinnig zu der Drehrichtung des Außengestänges 76 sein, wie in Fig. 4 mittels der bogenförmigen Pfeile gezeigt.
  • Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 und insbesondere mit der Vibrations-Dreheinheit 12 die Möglichkeit geschaffen, flexibel unterschiedliche Bohrverfahren auszuführen.

Claims (11)

  1. Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Bohrgestänges (70) mit
    - mindestens einem Drehantrieb (14) zum drehenden Antreiben des Bohrgestänges (70),
    - mindestens einem Vibrationsantrieb (16) zum Erzeugen einer Vibration an dem Bohrgestänge (70) und
    - mindestens einem Anschlussbereich (18) zum Verbinden des Bohrgestänges (70) mit der Antriebsvorrichtung (10),
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Drehantrieb (14) zwischen dem Anschlussbereich (18) und dem Vibrationsantrieb (16) angeordnet ist,
    - dass eine Hohlwelle (22) vorgesehen ist, die von dem Drehantrieb (14) drehend und von dem Vibrationsantrieb (16) vibrierend antreibbar ist, und
    - dass sich die Hohlwelle (22) durch den Vibrationsantrieb (16) und den Drehantrieb (14) hindurch erstreckt.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hohlwelle (22) innerhalb des Drehantriebs (14) axial verschiebbar geführt ist.
  3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hohlwelle (22) eine Außenlängsverzahnung aufweist, welche mit einer Verzahnung eines Antriebsritzels des Drehantriebs (14) in Eingriff ist.
  4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass wahlweise ein Innengestänge (74), ein Außengestänge (76) oder sowohl ein Innengestänge (74) und ein Außengestänge (76) an den Anschlussbereich (18) anschließbar ist.
  5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens zwei Drehantriebe (14, 50, 60) vorgesehen sind, wobei ein erster Drehantrieb (14) mit dem Vibrationsantrieb (16) zu einer Vibrations-Dreheinheit (12) verbunden ist und ein weiterer Drehantrieb (50, 60) als separate Einheit vorgesehen ist.
  6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der weitere Drehantrieb (50) zum Antreiben eines Innengestänges (74), welches innerhalb der Hohlwelle (22) anordbar ist, hinter dem Vibrationsantrieb (16) angeordnet ist.
  7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der weitere Drehantrieb (60) zum Antreiben eines Außengestänges (76) vor dem ersten Drehantrieb (14) angeordnet ist.
  8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der weitere Drehantrieb (60) eine Durchführung für ein Innengestänge aufweist.
  9. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Hochdruck-Injektionsgestänge (72) in der Hohlwelle (22) anordbar ist.
  10. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Drehantrieb (14) und der Vibrationsantrieb (16) lösbar miteinander verbunden sind.
  11. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hohlwelle (22) einen ersten Hohlwellenabschnitt innerhalb des Drehantriebs (14) und einen zweiten Hohlwellenabschnitt innerhalb des Vibrationsantriebs (16) umfasst, wobei der erste Hohlwellenabschnitt und der zweite Hohlwellenabschnitt über eine ringförmige Drehverbindung drehfest miteinander gekoppelt sind.
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