EP3141690B1

EP3141690B1 - Bohrgestängegreifer

Info

Publication number: EP3141690B1
Application number: EP15184878.5A
Authority: EP
Inventors: Jochen Blens; Tim TÜRICH
Original assignee: Klemm Bohrtechnik GmbH
Current assignee: Klemm Bohrtechnik GmbH
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: NO3141690T3; EP3141690A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrgestängegreifer mit mindestens einer Spannzange zum Greifen eines Bohrgestängeelementes, mit

einem gabelförmigen Zangengehäuse mit Zangenzinken zum Eingreifen in ein Gestängemagazin,
zwei Schwenkklauen, von denen jeweils eine in einem Aufnahmeraum in den Zangenzinken des Zangengehäuses schwenkbar gelagert ist,
einer mittigen Schubklaue, welche zwischen den zwei Schwenkklauen angeordnet und in dem Zangengehäuse linear verschiebbar gelagert ist,
einem Hebelmechanismus, über welchen die Schwenkklauen mit der Schubklaue gekoppelt sind, und
einem Spannzylinder zum linearen Verschieben der Schubklaue, wobei die Schubklaue und die beiden Schwenkklauen zwischen einer Rückzugsposition, in welche die Schenkklauen in ihrem Aufnahmeraum eingeschwenkt sind, und einer Spannposition bewegbar sind, bei welcher die Schwenkklauen aus ihren Aufnahmeräumen ausgeschwenkt und zusammen mit der Schubklaue an ein zu spannendes Bohrgestängeelement angelegt sind,

Derartige Bohrgestängegreifer werden insbesondere bei Bohrgeräten zum Erd- oder Gesteinsbohren eingesetzt, welche etwa in der EP 1 832 710 B1 beschrieben sind. Diese weisen eine Bohrvorrichtung mit Bohrlafette auf, entlang welcher ein Bohrantrieb zum Abbohren von Bohrgestängeelementen unterschiedlichen Durchmessers verschiebbar gelagert ist. Die Bohrgestängeelemente können dabei teilweise ineinander gesteckt in einem Magazin nahe der Bohrvorrichtung magaziniert sein. Mittels eines Bohrgestängegreifers können Bohrgestängeelemente vom Magazin zur Bohrvorrichtung und wieder zurück transportiert werden. Der Bohrgestängegreifer kann mittels eines Bohrgestängemanipulators automatisch gesteuert oder von Hand betrieben werden.
Aus der DE 10 2005 041 489 B4 geht eine Motorzangenanordnung mit einer Spannzange hervor, welche ein zangenförmiges Gehäuse aufweist. Innerhalb des Gehäuses sind mehrere Klemmbacken durch einen Nockenmechanismus radial verstellbar.
Aus der EP 2 713 003 B1 geht ein Stangenhandhabungssystem für Bohrgeräte hervor, welches eine Spannzange mit zwei schwenkbaren Schwenkklauen aufweist. Durch ein nach innen Schwenken der Schwenkklauen wird ein Bohrgestängeelement gegen eine mittige Anlagerolle gedrückt, wobei so das Bohrgestängeelement gespannt wird. Zusätzlich sind an den beiden Schwenkklauen Antriebsrollen gelagert und über jeweils einen Drehantrieb drehend angetrieben. Durch diese Antriebsrollen an den Schwenkklauen kann das Bohrgestängeelement in der gespannten Position drehend angetrieben werden. Dies ist beispielsweise für ein Verschrauben des gespannten Bohrgestängeelementes mit dem Bohrstrang vorteilhaft. Für das Aufnehmen des Drehantriebes müssen die Schwenkklauen freiliegend und zur Verhinderung von Beschädigungen ausreichend dimensioniert sein.
Der bekannte Bohrgestängegreifer ist nur begrenzt für das Greifen eines Bohrgestängeelementes aus einem Bohrgestängemagazin geeignet. Die an den Schwenkklauen angeordneten, vorstehenden Drehantriebe können bei einem Eingreifen in ein Gestängemagazin beschädigt werden. Zudem müssen die Bohrgestängeelemente in ein Bohrgestängemagazin mit einem relativ großen Abstand zueinander angeordnet werden, so dass der Bohrgestängegreifer ein einzelnes Bohrgestängeelement greifen und spannen kann. Ein großer Abstand zwischen den Bohrgestängeelementen reduziert die Aufnahmekapazität eines Bohrgestängemagazins oder führt zu einer erhöhten Baugröße. Insbesondere bei Bohrgeräten ist es jedoch gewünscht, Bohrgestängemagazine kompakt und leicht auszubilden, um diese unmittelbar am Bohrgerät anordnen zu können.
Aus der EP 2 851 504 A1 geht ein gattungsgemäßer Bohrgestängegreifer hervor. Bei diesem Bohrgestängegreifer wird eine mittige Schubklaue mittels eines Spannzylinders bewegt, wobei die Bewegung über einen Hebelmechanismus auf zwei seitliche Schwenkklauen übertragen wird. Es wird insgesamt eine kompakte Anordnung in einem stabilen gabelförmigen Zangengehäuse erreicht, in welchem die Schwenkklauen bei einer weiteren kompakten Bauform geschützt angeordnet sind. Dieser gattungsgemäße Bohrgestängegreifer kann somit auch bei Bohrgestängemagazinen mit relativ nah zueinander magazinierten Bohrgestängeelementen eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrgestängegreifer anzugeben, welcher sowohl kompakt als auch besonders vielseitig einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen Bohrgestängegreifer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifers sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Bohrgestängegreifer ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Schubklaue mindestens eine Antriebsrolle zum drehenden Antreiben eines Bohrgestängeelementes drehbar gelagert ist, dass an der Schubklaue ein Drehantrieb angeordnet ist und dass der Drehantrieb zum drehenden Antreiben der Antriebsrolle ausgebildet und mit der Antriebsrolle verbunden ist.
Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, bei einer Spannzange eines Bohrgreifers mit einem kompakten Aufbau und einem gabelförmigen Zangengehäuse eine Antriebsrolle mit Drehantrieb an der mittigen Schubklaue vorzusehen. Dabei kann ein schlanker Aufbau an den in den Zangenzinken geschützt angeordneten Schwenkklauen beibehalten werden. Dies ermöglicht, es den Bohrgestängegreifer weiter in kompakte Bohrgestängemagazine mit nah beieinander angeordneten Bohrgestängeelementen einzufahren, wobei die empfindlichen, schwenkbar gelagerten Schwenkklauen in dem Zangengehäuse geschützt sind. Der Drehantrieb ist beim Eingreifen in ein Bohrgestängemagazin in einer rückwärtigen und damit ebenfalls geschützten Position angeordnet. Die Gefahr von Beschädigungen etwa bei einem verkanteten Eingreifen der Spannzange in ein Magazin ist hierdurch erheblich reduziert. Der Bohrgestängegreifer kann aber auch getrennt von einem Magazin, etwa als eine Verschraubeinheit eingesetzt werden.
Des Weiteren bietet der erfindungsgemäße Bohrgestängegreifer bei dem kompakten Aufbau den zusätzlichen Vorteil, dass ein gespanntes Bohrgestängeelement über die Antriebsrolle an der Schubklaue drehend angetrieben werden kann. Damit ist etwa ein Verschrauben von Bohrgestängeelementen mit Gewindeabschnitten oder ein Lösen einer Gewindeverbindung möglich. Der Drehantrieb kann dabei vorzugsweise ein Hydraulikantrieb oder ein Elektroantrieb sein.
Grundsätzlich kann der Drehantrieb im Zangengehäuse angeordnet sein. Ein kompakter Aufbau der Spannzange wird gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifers dadurch erreicht, dass an dem Zangengehäuse seitlich an der Schubklaue mindestens eine Ausnehmung ausgebildet ist, wobei mindestens ein Seitenbereich der Schubklaue in der Spannposition und der Rückzugsposition freiliegt, und dass der Drehantrieb an dem freiliegenden Seitenbereich der Schubklaue angeordnet ist. Da der Drehantrieb an der rückwärtigen Schubklaue angebracht ist, wird bereits ein guter Schutz erreicht.
Vorzugsweise ist gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass der Drehantrieb seitlich aus dem Zangengehäuse ragt. Der Drehantrieb ist dabei im Wesentlichen parallel zur Längsachse des zu spannenden Bohrgestängeelementes gerichtet. Weiterhin wird durch die nach der Erfindung vorgesehene Ausnehmung im Bereich des Gabelfreiraumes erreicht, dass der Drehantrieb fest am Seitenbereich oder der Flanke der Schubklaue befestigt sein kann und mit der Schubklaue linear verfahrbar ist.
Grundsätzlich kann es ausreichend sein, dass lediglich eine einzelne Antriebsrolle in der Mitte der Schubklaue vorgesehen ist. Eine besonders gute Drehmomentübertragung auf ein zu spannendes Bohrgestängeelement ergibt sich nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch, dass zwei Antriebsrollen an der Schubklaue gelagert sind. Die beiden Antriebsrollen sind vorzugsweise symmetrisch zu einer Mittenebene der Spannzange angeordnet. Hierdurch wird gleichzeitig ein zentrisches Halten des zu spannenden Bohrgestängeelementes unterstützt.
Die mindestens eine Antriebsrolle kann an ihrer Außenseite mit reibungserhöhenden Mitteln versehen sein, insbesondere mit einer Rillenstruktur oder einer reibungserhöhenden Beschichtung.
Die zwei Antriebsrollen können grundsätzlich von einem einzelnen Drehantrieb mit einer entsprechenden Getriebestufe angetrieben sein. Besonders bevorzugt ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass eine erste Antriebsrolle mit zumindest einem ersten Drehantrieb und eine zweite Antriebsrolle mit zumindest einem zweiten Drehantrieb angetrieben sind.
Dabei kann eine besonders kompakte Anordnung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht werden, dass der erste Drehantrieb und der zweite Drehantrieb an der gleichen Seite aus dem Zangengehäuse ragen.
Eine weitere Erhöhung des zu übertragenden Drehmomentes wird bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung dadurch erreicht, dass eine Antriebsrolle von zwei Drehantrieben angetrieben ist, welche an gegenüberliegenden Seitenbereichen der Schubklaue angeordnet sind. Es ist somit eine doppelte Anordnung von Drehantrieben für eine einzelne Antriebsrolle vorgesehen. Dies ermöglicht, besonders kompakte kleine Drehantriebe anzuordnen, wobei dennoch ein hohes Drehmoment auf die Antriebsrolle aufbringbar ist.
Eine besonders robuste Ausgestaltung wird nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, dass der mindestens eine Drehantrieb ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse mit einer Mittenachse aufweist, welche im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Antriebsrolle gerichtet ist. Vorzugsweise ist die Drehachse der Antriebsrolle koaxial zur Antriebswelle des Drehantriebes. Es kann insbesondere ein Direktantrieb vorgesehen sein, bei welcher zwischen der Austrittswelle des Drehantriebes und der Antriebsrolle keine Getriebestufe angeordnet ist. In besonderen Fällen kann auch eine Getriebeübersetzung oder Getriebeuntersetzung zwischen Drehantrieb und Antriebsrolle vorgesehen sein.
Für ein gutes drehendes Antreiben des Bohrgestängeelementes ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, dass an den Schwenkklauen jeweils mindestens eine Anlagerolle gelagert ist, welche in der Spannposition an dem zu spannenden Bohrgestängeelement anliegt. Bei den Anlagerollen handelt es sich um passive Rollen, welche nicht direkt drehend angetrieben sind. Die Rollen sind dabei so angeordnet, dass diese nur geringfügig über die Vorderflächen der Schwenkklauen hinausragen. Durch die Rollen wird die Reibung beim Drehen des Gestänges erheblich vermindert. In fertigungstechnisch einfacher Weise können die Anlagerollen Wälzlager sein.
Für eine stabile und kompakte Ausgestaltung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifers ist es vorteilhaft, dass das Zangengehäuse zwei zueinander beabstandete Seitenplatten aufweist, welche über Stegelemente miteinander verbunden sind. Die Stegelemente sind dabei vorzugsweise parallel zur Längsrichtung des zu greifenden Bohrgestängeelementes angeordnet. Die beiden Platten können gleich ausgebildet sein. Eine Verbindung der Seitenplatten über die Stegelemente erfolgt vorzugsweise über Schraubbolzen.
Ein besonders positionsgenaues Greifen wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, dass der Hebelmechanismus ausgelegt ist, dass beim Ausfahren der Schubklaue die Schwenkklauen und die Schubklaue gleichmäßig auf eine Längsachse des zu spannenden Bohrgestänges zubewegbar sind. Die momentanen Ausfahrpositionen der Schubklaue und der beiden Schwenkklauen liegen dabei vorzugsweise stets auf einem momentanen Kontaktkreis, welcher stets den gleichen Mittelpunkt hat. Dieser Mittelpunkt fällt bei der Anwendung an einem Bohrgerät mit der Bohrachse zusammen. Unter Kontaktkreis ist der Kreis zu verstehen, auf welchem die Berührpunkte der Spannklauen mit der äußeren Oberfläche eines zu spannenden zylindrischen Bohrgestängeelementes liegen.
Mit dieser Anordnung können zwei oder mehrere Spannzangen eines Bohrgestängegreifers gleichzeitig ineinander gesteckte Bohrgestängeelemente mit unterschiedlichen Bohrdurchmessern konzentrisch greifen, ohne dass Voreinstellungen an den Spannklauen durchgeführt werden müssten. Es besteht so die Möglichkeit, dass mit einem solchen Bohrgestängegreifer anschließend mit beiden Spannzangen wieder ein einzelnes Bohrgestängeelement mit einem anderen Außendurchmesser gegriffen werden kann. Dies kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass die Achsen der Schwenklager der Schwenkklauen so angeordnet sind, dass eine Verbindungslinie zwischen den beiden Schwenkachsen die Längsachse des zu spannenden Bohrgestängeelementes schneidet. Die Verbindungslinie stellt dabei die kürzeste Verbindung zwischen den beiden Schwenkachsen der Schwenklager der gegenüberliegenden Schwenkklauen dar.
Ein sicheres Greifen wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung noch dadurch erhöht, dass mindestens zwei Spannzangen vorgesehen sind, welche entlang eines Greiferrahmens angeordnet sind. Vorzugsweise sind die zwei Spannzangen an dem jeweils äußeren Ende des stangenförmigen Trägers angeordnet. Abhängig von der Größe des zu greifenden Bohrgestängeelementes können auch drei oder mehr Spannzangen entlang des Greiferrahmens angeordnet sein. Vorzugsweise sind dabei sämtliche Spannzangen mit Antriebsrollen gemäß der Erfindung versehen. Es ist jedoch auch möglich, dass lediglich eine Spannzange mit einer drehenden Antriebseinrichtung versehen ist, während die andere oder die anderen Spannzangen lediglich mit passiven, also nicht angetriebenen Rollen zum drehbaren, reibungsarmen Halten eines Bohrgestängeelementes versehen sind.
Die seitlich vorstehenden Drehantriebe bei zwei angetriebenen Spannzangen sind vorzugsweise nach innen zum Träger hin gerichtet. Dabei kann der Träger als ein Profil mit einem U-förmigen Aufnahmeraum ausgebildet sein, in welchen die seitlich vorstehenden Drehantriebe hineinragen und so besonders geschützt angeordnet sind. Vorzugsweise kann die Drehrichtung des Drehantriebes frei eingestellt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass ein Bohrgestängemanipulator mit einem Bohrgestängegreifer vorgesehen ist, welcher an einem Manipulatorarm verstellbar angeordnet ist. Der Bohrgestängegreifer ist entsprechend den vorausgehenden Ausführungen ausgestaltet. Der Bohrgestängegreifer ist insbesondere an einem mehrachsigen Manipulatorarm angebracht, mit welchem der Bohrgestängegreifer mit mehreren Freiheitsgraden im Raum verstellbar ist. Mit dem Manipulatorarm können kleine Zustellbewegungen oder komplexe Handlingsvorgänge durchgeführt werden, etwa das Transportieren eines Gestängeelementes von und zu einem Gestängemagazin.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Bohrgerät mit einem Bohrgestängemagazin zum Magazinieren von Bohrgestängeelementen und einer Bohrvorrichtung mit Bohrantrieb zum Abbohren der Bohrgestängeelemente, wobei der vorbeschriebene Bohrgestängegreifer vorgesehen ist. Es kann insbesondere ein Bohrgerät vorgesehen sein, wie es in der eingangs genannten EP 1 832 710 B1 beschrieben ist, welche auf die Anmelderin zurückgeht. Es können jedoch auch abweichende Bohrgeräte mit diesen Merkmalen vorgesehen sein, wobei diese Bohrgeräte vorzugsweise zum Erd- und Gesteinsbohren ausgebildet sind. Insbesondere ist der Bohrgestängegreifer an dem vorgenannten Manipulatorarm angeordnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifers;
Fig. 2: eine schematische perspektivische Ansicht einer Spannzange des Bohrgestängegreifers von Fig. 1;
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht von vorne einer alternativen Spannzange für einen erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifer;
Fig. 4: eine Draufsicht auf eine Spannzange gemäß Fig. 3 oder Fig. 4 bei abgenommener Seitenplatte;
Fig. 5: eine Draufsicht auf die Spannzange von Fig. 4 mit Seitenplatte;
Fig. 6: eine Draufsicht auf die Spannzange von Fig. 4 oder Fig. 5 mit schematischer Verdeutlichung des Spannmechanismus;
Fig. 7: eine perspektivische Teilansicht eines Bohrgerätes mit einem erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifer;
Fig. 8: eine Teilansicht von vorne des Bohrgerätes von Fig. 7 mit Bohrgestängegreifer in einer Rückzugsposition; und
Fig. 9: eine Teilansicht des Bohrgerätes von Fig. 8 mit Bohrgestängegreifer in einer Betriebsposition.

Ein erfindungsgemäßer Bohrgestängegreifer 10 gemäß Fig. 1 weist einen Greiferrahmen 12 auf, mit welchem der Bohrgestängegreifer 10 an einem nur teilweise dargestellten und schematisch angedeuteten Manipulatorarm 52 eines Bohrgestängemanipulators 50 befestigt ist. Mittels des teilweise dargestellten Manipulatorarms 52 kann der Bohrgestängegreifer 10 bewegt werden, insbesondere um Bohrgestängeelemente aus einem Bohrgestängemagazin zu einer Bohrvorrichtung und wieder zurück zu transportieren.
Am Greiferrahmen 12 ist ein Träger 14 angeordnet, an dessen beiden äußeren Enden jeweils eine Spannzange 20 zum Greifen des Bohrgestängeelementes angebracht sind. Die beiden Spannzangen 20 sind vorzugsweise und entsprechend der dargestellten Ausführungsform gleich ausgebildet. Die Spannzange 20 weist dabei ein gabelförmiges Zangengehäuse 22 auf, welches zwei Seitenplatten 21 umfasst, welche über Stegelemente 25 fest miteinander verbunden sind. Innerhalb des Zangengehäuses 22 ist in einem hinteren Bereich ein Spannzylinder 26 angeordnet, welcher üblicherweise als ein Hydraulikzylinder ausgebildet ist. Mit dem Spannzylinder 26 ist eine Schubklaue 45 innerhalb des Zangengehäuses 22 linear verschiebbar angetrieben. Mechanisch gekoppelt an der Schubklaue 45 sind zwei verschwenkbar gelagerte Schwenkklauen 30, welche innerhalb eines Aufnahmeraumes 24 in den beiden Zangenzinken 23 des gabelförmigen Zangengehäuses 22 angeordnet sind.
Symmetrisch zu einer Mittenebene der Spannzange 20 sind an der Schubklaue 45 zwei Antriebsrollen 46 drehbar gelagert. Die Antriebsrollen 46 werden jeweils mittels eines Drehantriebes 47 drehend angetrieben, welche an einem Seitenbereich 48 der Schubklaue 45 befestigt sind und eine Ausnehmung 29 durch die Seitenplatte 21 des Zangengehäuses 22 in Richtung des quer verlaufenden Trägers 14 ragen. Der Träger 14 ist dabei als ein U-Profil ausgebildet, in dessen U-förmigen Aufnahmebereich die Drehantriebe 47 geschützt angeordnet sind. Mit den Antriebsrollen 46 kann ein aufgenommenes und gespanntes Bohrgestängeelement in dem Bohrgestängegreifer 10 drehend angetrieben werden.
An den Schwenkklauen 30 sind jeweils zwei Anlagerollen 32 drehbar gelagert, welche in einer Spannposition an einer Außenseite des gespannten Bohrgestängeelementes anliegen. Hierdurch wird ermöglicht, dass ein Bohrgestängeelement zuverlässig gespannt und gleichzeitig drehbar ist.
In Fig. 2 ist die Spannzange 20 von Fig. 1 vergrößert dargestellt. An dem Seitenbereich 48 der Schubklaue 45 sind ein erster Drehantrieb 47a und ein zweiter Drehantrieb 47b lösbar befestigt. Der erste Drehantrieb 47a treibt dabei eine erste Antriebsrolle 46a an, während die zweite Antriebsrolle 46b direkt von dem zweiten Drehantrieb 47b drehend antreibbar ist. Ein Freiraum zwischen den Zangenzinken 23 ist zumindest an der Seitenplatte 21 des Zangengehäuses 22, an welcher die Drehantriebe 47 angeordnet sind, durch eine Ausnehmung 29 nach hinten erweitert. Durch die Ausnehmung 29 liegt der Seitenbereich 48 mit den Drehantrieben 47 sowohl in der gezeigten hinteren Rückzugsposition als auch in der ausgefahrenen, vorderen Spannposition der Schubklaue 45 frei.
Eine alternative Ausführung einer Spannzange 20 ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Spannzange 20 wird die erste Antriebsrolle 46a über zwei Drehantriebe 47a, 47c angetrieben, welche jeweils an gegenüberliegenden Seitenbereichen 48 der Schubklaue 45 befestigt sind. In entsprechender Weise wird auch die zweite Antriebsrolle 46b über zwei gegenüberliegend angeordnete Drehantriebe 47b, 47d angetrieben. Bei einer derartigen Zwillingsanordnung von Drehantrieben 47 können insgesamt kleinere Drehantriebe 47 verwendet werden, wobei dennoch ein relativ großes Drehmoment auf die Antriebsrolle 46 aufgebracht werden kann. Beide Seitenplatten 21 des Zangengehäuses 22 sind mit Ausnehmungen 29 für die Drehantriebe 47 versehen.
Die Funktionsweise der Spannzange 20 eines erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifers 10 wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren 4 bis 6 erläutert. Dabei zeigen die Figuren 4 bis 6 eine Spannposition der Spannzange 20, in welcher die Schubklaue 45 und die beiden Schwenkklauen 30 aus ihrer jeweiligen Rückzugsposition im Zangengehäuse 22 ausgefahren sind. In dieser Spannposition sind die Schwenkklauen 30 jeweils aus ihrem Aufnahmeraum 24 ausgefahren, welche in den Zangenzinken 23 des Zangengehäuses 22 ausgebildet sind. In der nicht dargestellten Rückzugsposition sind die Schwenkklauen 30 in den Aufnahmeraum 24 eingefahren und stehen nicht oder nicht wesentlich über eine Außenkontur des gabelförmigen Zangengehäuses 22 hinaus. Insgesamt ist so ein schmaler Aufbau der Spannzange 20 gegeben, wodurch ein Greifen auch eng beieinander gelagerter Bohrgestängeelemente 5 ermöglicht ist.
In der in den Figuren 4 und 5 gezeigten Position wird ein Bohrgestängeelement 5 durch Ausfahren einer Kolbenstange 27 des Spannzylinders 26 gespannt. Durch das Ausfahren der Kolbenstange 27 wird die daran befestigte Schubklaue 45 bis an den Außenumfang des Bohrgestängeelementes 5 ausgefahren. In dieser Position kontaktieren die Antriebsrollen 46 der Schubklaue 45 symmetrisch zu einer Mittenebene der Spannzange 20 das Bohrgestängeelement 5. Zur Verbesserung eines Reibungskontaktes sind die Außenseiten der Antriebsrollen 46 mit einer Rillenstruktur versehen.
An den Außenbereichen der plattenförmigen Schubklaue 45 ist jeweils ein Zwischenhebel 28 gelenkig gelagert. Am gegenüberliegenden Ende des Zwischenhebels 28 ist dieser jeweils über einen Anlenkpunkt 34 gelenkig mit einem Befestigungsabschnitt 38 der hebelförmigen Schwenkklaue 30 verbunden. Die beiden Schwenkklauen 30 sind jeweils über ein Schwenklager 40 um eine Achse 42 verschwenkbar am Zangengehäuse 22 gelagert. Das Schwenklager 40 ist dabei etwa mittig zwischen dem Betätigungsabschnitt 38 und einem Klauenabschnitt 36 der Schwenkklaue 30 angeordnet.
Durch das lineare Ausfahren der Schubklaue 45 mittels des Spannzylinders 26 wird auf die Schwenkklauen 30 jeweils über den gebildeten Hebelmechanismus mit dem angelenkten Zwischenhebel 28 ein Druck ausgeübt, durch welchen der Klauenabschnitt 36 um das Schwenklager 40 in Richtung auf die Längsachse 3 des zu spannenden Bohrgestängeelementes 5 zugeschwenkt wird.
Durch dieses Ausfahren der Schubklaue 45 und der Schwenkklauen 30 aus der Rückzugsposition im Zangengehäuse 22 gelangen die Spannklauen jeweils in die dargestellte Spannposition, an welcher die drei Spannklauen verteilt über den Umfang des Bohrgestängeelementes 5 an diesem anliegen. Dabei sind in dem Klauenabschnitt 36 der Schwenkklauen 30 jeweils durch Wälzlager gebildete Anlagerollen 32 drehbar gelagert. Die Anlagerollen 32 bilden den Anlage- oder Kontaktbereich der Schwenkklauen 30 an das Bohrgestängeelement 5.
In der Darstellung gemäß Fig. 5 sind die Wirklinien der Antriebsrollen 46 und der Anlagerollen 32 in der Spannposition dargestellt. Diese sind im Wesentlichen zu der Längsachse 3 des gespannten Bohrgestängeelementes 5 gerichtet. In dieser Anordnung kann das Bohrgestängeelement 5 positionsgenau und zugleich drehbar gespannt werden.
Dieses gleichzeitige und mehrfache Kontaktieren der Schubklaue 45 und der Schwenkklauen 30 an dem Bohrgestängeelement 5 ist weitgehend unabhängig vom Durchmesser des Bohrgestängeelementes 5, wie insbesondere aus der Darstellung gemäß Fig. 6 anschaulich zu entnehmen ist. Dabei ist die Anlenkung der Schwenkklauen 30 über den Hebelmechanismus mit der Schubklaue 45 so ausgestaltet, dass ein konzentrisches Greifen des Bohrgestängeelementes 5 weitgehend unabhängig vom Außendurchmesser des Bohrgestängeelementes 5 ermöglicht ist. Dies wird in der dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, dass die Längsachse 3 des zu spannenden Bohrgestängeelementes 5 die direkte Verbindungslinie schneidet, welche sich zwischen den Achsen 42 der gegenüberliegenden Schwenklager 40 der beiden Schwenkklauen 30 erstreckt.
Der in den Figuren 4 bis 6 dargestellte Kniehebelmechanismus mit einem Zwischenhebel 28 erlaubt ein Spannen eines Bohrgestängeelementes 5 mit einem relativ großen Anpressdruck der Spannklauen, so dass ein sicheres und auch bei sich ändernden Außendurchmessern des Bohrgestängeelementes 5 positionsgenaues Greifen erreicht wird.
Ein Bohrgerät 1 mit einem erfindungsgemäßen Bohrgreifer 10 ist beispielhaft in den Figuren 7 bis 9 gezeigt. Das Bohrgerät 1 weist in bekannter Weise eine balkenartige Bohrlafette 2 auf, entlang welcher ein nur teilweise dargestellter Bohrantrieb 4 verfahrbar gelagert ist. Ein oberes Bohrgestängeelement 5b eines bereits abgebohrten Bohrgestängeelementes 5b wird am unteren Ende der Bohrlafette 2 mittels einer Halteeinheit 6 drehfest gehalten und gespannt. Zum Anschrauben eines weiteren Bohrgestängeelementes 5a wird dieses bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Zuführeinrichtung 8 in die Bohrachse zugeführt. Um die beiden Bohrgestängeelemente 5a und 5b miteinander zu verschrauben, wird ein erfindungsgemäßer Bohrgestängegreifer 10 mit einer einzelnen Spannzange 20 von einer Rückzugsposition, welche in Fig. 8 dargestellt ist, mittels einer Verfahreinrichtung 16 in Richtung auf das zu verschraubende Bohrgestängeelement 5a verfahren. Die Verfahreinrichtung 16 stellt einen vereinfachten Manipulatorarm dar, welcher nur in einer Achsrichtung linear bewegbar ist.
In der Betriebs- oder Verschraubposition, welche in Fig. 9 dargestellt ist, werden die Schubklaue 45 und die beiden Schwenkklauen 30 in die Spannposition ausgefahren. Das Ausfahren erfolgt, bis die Antriebsrollen 46 der Schubklaue 45 und die Anlagerollen 32 der Schwenkklauen 30 an dem Außenumfang des Bohrgestängeelementes 5b anliegen. Sodann können die Antriebsrollen 46 in Drehbewegung versetzt werden, wobei das Bohrgestängeelement 5a mit dem gespannten Bohrgestängeelement 5b verschraubt wird. Nach diesem Verschrauben mittels des Bohrgestängegreifers 10 kann ein festes Verbinden der beiden Bohrgestängeelemente 5a, 5b durch die in Fig. 7 dargestellte Verbindungs- und Brecheinheit erfolgen. Durch diese Verbindungs- und Brecheinheit 8 erfolgt eine abschließende Drehung, wobei die Gewindeverbindung zwischen beiden Bohrgestängeelementen 5a, 5b fest geschlossen wird.
In entsprechend umgekehrter Weise können die beiden Bohrgestängeelemente 5a, 5b auch wieder voneinander gelöst werden. Dabei wird die Gewindeverbindung zunächst durch ein anfängliches Verdrehen durch die Verbindungs- und Brecheinheit 8 aufgebrochen und anschließend das weitere Aufdrehen der Gewindeverbindung mit dem erfindungsgemäßen Bohrgestängegreifer 10 durchgeführt.

Claims

Bohrgestängegreifer mit mindestens einer Spannzange (20) zum Greifen eines Bohrgestängeelementes (5), mit
- einem gabelförmigen Zangengehäuse (22) mit zwei Zangenzinken (23) zum Eingreifen in ein Gestängemagazin,

- zwei Schwenkklauen (30), von denen jeweils eine in einem Aufnahmeraum (24) in den Zangenzinken (23) des Zangengehäuses (22) schwenkbar gelagert ist,

- einer mittigen Schubklaue (45), welche zwischen den zwei Schwenkklauen (30) angeordnet und in dem Zangengehäuse (22) linear verschiebbar gelagert ist,

- einem Hebelmechanismus, über welchen die Schwenkklauen (30) mit der Schubklaue (45) gekoppelt sind, und

- einem Spannzylinder (26) zum linearen Verschieben der Schubklaue (45), wobei die Schubklaue (45) und die beiden Schwenkklauen (30) zwischen einer Rückzugsposition, in welcher die Schwenkklauen (30) in ihren Aufnahmeraum (24) eingeschwenkt sind, und einer Spannposition bewegbar sind, bei welcher die Schwenkklauen (30) aus ihren Aufnahmeräumen (24) ausgeschwenkt und zusammen mit der Schubklaue (45) an ein zu spannendes Bohrgestängeelement (5) angelegt sind,
dadurch gekennzeichnet,
- dass an der Schubklaue (45) mindestens eine Antriebsrolle (46) zum drehenden Antreiben eines Bohrgestängeelementes (5) drehbar gelagert ist,

- dass an der Schubklaue (45) mindestens ein Drehantrieb (47) angeordnet ist und

- dass der Drehantrieb (47) zum drehenden Antreiben der Antriebsrolle (46) ausgebildet und mit der Antriebsrolle (46) verbunden ist.
Bohrgestängegreifer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass an dem Zangengehäuse (22) seitlich an der Schubklaue (45) mindestens eine Ausnehmung (29) ausgebildet ist, wobei mindestens ein Seitenbereich (48) der Schubklaue (45) in der Spannposition und der Rückzugsposition freiliegt, und

- dass der Drehantrieb (47) an dem freiliegenden Seitenbereich (48) der Schubklaue (45) angeordnet ist.
Bohrgestängegreifer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Drehantrieb (47) seitlich aus dem Zangengehäuse (22) ragt.
Bohrgestängegreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Antriebsrollen (46) an der Schubklaue (45) gelagert sind.
Bohrgestängegreifer nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste Antriebsrolle (46a) mit zumindest einem ersten Drehantrieb (47a, 47c) und eine zweite Antriebsrolle (46b) mit zumindest einem zweiten Drehantrieb (47b, 47d) angetrieben sind.
Bohrgestängegreifer nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Drehantrieb (47a) und der zweite Drehantrieb (47b) an der gleichen Seite aus dem Zangengehäuse (22) ragen.
Bohrgestängegreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Antriebsrolle (46a) von zwei Drehantrieben (47a, 47c) angetrieben ist, welche an gegenüberliegenden Seitenbereichen (48) der Schubklaue (45) angeordnet sind.
Bohrgestängegreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Drehantrieb (47) ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse mit einer Mittenachse aufweist, welche im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Antriebsrolle (46) gerichtet ist.
Bohrgestängegreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den Schwenkklauen (30) jeweils mindestens eine Anlagerolle (32) gelagert ist, welche in der Spannposition an dem zu spannenden Bohrgestängeelement (5) anliegt.
Bohrgestängegreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zangengehäuse (22) zwei zueinander beabstandete Seitenplatten (21) aufweist, welche über Stegelemente (25) miteinander verbunden sind.
Bohrgestängegreifer nach einem der Ansprüche 1 bis10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hebelmechanismus so ausgelegt ist, dass beim Ausfahren der Schubklaue (45) die Schwenkklauen (30) und die Schubklaue (45) gleichmäßig auf eine Längsachse (3) des zu spannenden Bohrgestängeelementes (5) zu bewegbar sind.
Bohrgestängegreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Spannzangen (20) vorgesehen sind, welche zueinander beabstandet und über einen Träger (14) miteinander verbunden sind.
Bohrgestängemanipulator mit einem Bohrgestängegreifer (10), welcher an einem Manipulatorarm (52) verstellbar angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Bohrgestängegreifer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 vorgesehen ist.
Bohrgerät mit einem Bohrgestängemagazin zum Magazinieren von Bohrgestängeelementen (5) und einer Bohrvorrichtung mit Bohrantrieb (4) zum Abbohren der Bohrgestängeelemente (5),
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Bohrgestängegreifer (10) nach den Ansprüchen 1 bis 12 vorgesehen ist.