EP3779117A1 - Kellystangenanordnung für ein bohrgerät und verfahren zur bodenbearbeitung - Google Patents

Kellystangenanordnung für ein bohrgerät und verfahren zur bodenbearbeitung Download PDF

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EP3779117A1
EP3779117A1 EP19192058.6A EP19192058A EP3779117A1 EP 3779117 A1 EP3779117 A1 EP 3779117A1 EP 19192058 A EP19192058 A EP 19192058A EP 3779117 A1 EP3779117 A1 EP 3779117A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
kelly
rod
kelly rod
connection section
bar arrangement
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.)
Withdrawn
Application number
EP19192058.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Bauer
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.)
Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bauer Maschinen GmbH filed Critical Bauer Maschinen GmbH
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Priority to PCT/EP2020/071850 priority patent/WO2021032461A1/de
Priority to CA3138200A priority patent/CA3138200C/en
Priority to EP20750664.3A priority patent/EP3877624B1/de
Priority to CN202080037706.9A priority patent/CN114127382B/zh
Priority to AU2020333796A priority patent/AU2020333796B2/en
Priority to US17/595,466 priority patent/US11939821B2/en
Priority to SG11202111447YA priority patent/SG11202111447YA/en
Publication of EP3779117A1 publication Critical patent/EP3779117A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
    • 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
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
    • E21B17/073—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers with axial rotation
    • 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
    • E21B7/02—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting

Definitions

  • the invention relates to a Kelly rod arrangement for a drilling device, in particular an earth drilling device, with a tubular outer kelly rod which is designed to rest on a drill drive and to absorb a drilling torque of the drill drive, and with an inner kelly rod which is slidably mounted within the outer kelly rod and on its upper one
  • the end has a rope suspension, the drilling torque being transferable between the outer kelly rod and the inner kelly rod, according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a method for soil cultivation, in which a Kelly bar arrangement is set in a rotary movement by means of a drill drive, a soil cultivation tool which processes a soil is attached to an inner kelly bar of the Kelly bar arrangement, according to the preamble of claim 12.
  • Kelly bar arrangements for a drilling rig have long been known in civil engineering.
  • Kelly bar arrangements of this type are telescopic and have an outer outer kelly bar which is in rotating connection with a drill drive of the drilling device.
  • an inner kelly rod and, if necessary, further intermediate kelly rods are arranged, which are axially displaceable in the outer kelly rod and mounted in relation to one another.
  • the inner kelly bar has a rope suspension at its upper end, so that the inner kelly bar and also the entire Kelly bar arrangement can be held on the rope and moved vertically.
  • axially extending stop strips are provided on the outer and inner sides of the individual Kelly bar elements, which allow both an axial movement and a torque transmission in the circumferential direction.
  • Such a Kelly bar arrangement enables an efficient rope suspension of a soil cultivation tool with the simultaneous possibility of torque transmission.
  • the telescopic ability of the individual Kelly bar elements to one another enables machining depths to be reached which are greater than the height of the mast of a drilling device.
  • Kelly bar arrangements of this type are used for working with simple mechanical soil cultivation tools, such as a drilling bucket or an auger.
  • the use of a Kelly bar arrangement becomes problematic when a medium, for example a rinsing liquid or a pressure fluid, is to be supplied from the outside.
  • the invention has for its object to provide a Kelly-rod assembly and a method for working the soil with a Kelly-rod assembly, which are particularly versatile.
  • the Kelly bar arrangement according to the invention is characterized in that at least one line is arranged along the inner kelly rod, that a rotary feedthrough with a first end section and a second end section is arranged at an upper end region of the inner kelly rod, the first connection section being connected to the rotatably drivable Kelly rod and forms a line connection to the at least one line of the inner kelly rod and the second connection section is connected to a supply line which is fixed relative to the rotatably drivable inner kelly rod, and that a rotating device for actively rotating the two connection sections relative to one another is arranged on the rotary leadthrough.
  • a first aspect of the invention is to provide a rotary leadthrough on the inner kelly rod.
  • a rotary leadthrough is an element that enables a line connection between a rotating part and a part that is fixed relative to it. This rotary leadthrough is arranged at an upper end area of the inner kelly rod. Furthermore, at least one line is provided along the inner kelly bar, which leads from the upper end area to a lower area of the kelly bar.
  • a rotary device for actively rotating the two connection sections relative to one another is arranged on the rotary leadthrough.
  • the invention is based on the knowledge that the upper end of the inner kelly rod can be moved as far as a lower end region of the outer kelly rod when the Kelly rod arrangement is telescoped out. A necessary reliable mechanical support of the rotary leadthrough with respect to a part that is fixed relative to the rotating Kelly rod arrangement is practically impossible. There is a risk of the supply line rotating with the rotating inner kelly rod.
  • a rotary device is provided for actively rotating the two connection sections relative to one another. In this way, undesired wrapping of the feed line around the rope can be counteracted in a targeted manner.
  • a Kelly bar arrangement with the advantageous rope suspension and telescopic ability with simultaneous torque transmission can also be used for soil cultivation tools in which the supply of a fluid, energy or data via a supply line from the outside is necessary or desired.
  • the rotary leadthrough can be arranged at any point on the upper end region of the inner kelly rod. According to a variant embodiment of the invention, it is particularly advantageous that the rotary leadthrough is arranged on the inner kelly rod below the cable suspension.
  • the rotary leadthrough can be designed in the shape of a ring, the cable suspension thus being able to be arranged in a central area of the rotary leadthrough.
  • the rotating device has at least one drive motor for actively rotating the second connection section relative to the first connection section.
  • further drive motors can also be provided.
  • the drive motor is arranged on the second connection section which is above the first connection section. There is thus good accessibility to the drive motor.
  • energy can be supplied to the drive motor in parallel or with the supply line.
  • the drive motor is an electric motor or a hydraulic motor.
  • the drive motor can be made very compact overall, since only relatively low torques must be applied for the necessary compensation of the rotary movement between the two connection sections.
  • a compressed air motor can also be provided.
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in that the cable suspension has a cable swivel.
  • a cable vortex in the sense of the invention is a swivel joint which enables a lower linkage of the cable vortex to the inner kelly rod to be rotated relative to an upper linkage of the cable vortex to the suspension cable.
  • the line of the inner kelly rod can be used as a hollow line, for example a hose or a pipe, or as a cable for conducting electrical current or be formed by data.
  • an axial cavity of the inner kelly rod is provided as a line, which is designed for the passage of a fluid.
  • the fluid can in particular be a rinsing liquid or a concrete suspension.
  • a connection area can be provided with which a line connection to a soil working tool, in particular a drilling tool, attached to the lower end of the inner kelly rod can be provided.
  • a cable is provided as a line on the inner kelly rod, which cable is designed to conduct electricity and / or data.
  • the cable can be guided as an additional line along the axial cavity of the inner kelly rod.
  • the rotary leadthrough is designed alone or in addition with corresponding contact rings on the two connection sections, which ensure a frictional contact for power or data transmission during a rotary movement.
  • the invention further comprises a drilling device, in particular an earth drilling device, with a drill drive, the above-described Kelly bar arrangement according to the invention being provided.
  • the drill drive is preferably designed like a ring with a passage through which the outer kelly bar of the kelly bar arrangement is passed.
  • the annular rotary drive has an annular drive wheel which is provided with drive projections on its inside. For torque transmission, these interact in a known manner with axial drive strips on the outside of the outer kelly rod.
  • a control is provided for the rotating device and that a rotation sensor is provided for determining a speed and / or a direction of rotation of at least the inner kelly rod is in signal connection with the controller.
  • the rotary device is driven in a controlled manner by the control device, so that the second connection section of the rotary leadthrough is driven and synchronized counter to a rotary movement of the inner kelly rod.
  • the rotational movement of the inner kelly rod is precisely compensated so that the opposite rotational movement by the rotating device achieves a desired standstill of the second connection section with the supply line, which in principle can also be a fluid line and / or a cable.
  • the method according to the invention for soil cultivation which can be carried out in particular with the drilling device described above, is characterized in that a rotating device is provided for actively rotating the second connection section relative to the first connection section, the second connection section being operated in the opposite direction to a rotary movement of the inner kelly rod.
  • a particularly precise coordination of the rotary movement can be achieved in that the rotary device is operated as a function of the speed of the inner kelly rod or of the drill drive.
  • a speed setting of the drill drive can be used directly as a default for the rotary device.
  • the rotational speed of the inner kelly rod or the drill drive can be recorded by a rotary transducer and used to control the rotary device.
  • a drill 10 according to Fig. 1 comprises a crawler undercarriage 12, on which an upper carriage 14 is rotatably mounted.
  • a substantially vertical mast 20 is pivotably articulated to the superstructure 14 and can be adjusted with regard to mast inclination by means of an adjusting arrangement 18 with hydraulic cylinders.
  • a mast head 22 is attached, over which a support cable 30 is guided to a winch 16 on the superstructure 14.
  • a Kelly bar arrangement 40 according to the invention is attached to the support cable 30 by means of a cable suspension 60.
  • the Kelly bar arrangement 40 is guided in a basically known manner through an annular drill drive 24, which is also referred to as a power rotary head and is mounted on a slide 25 so that it can be moved vertically along a guide on a front side of the mast 20.
  • a soil cultivation tool 26 is attached, which in the illustrated embodiment is designed as a drilling bucket with lower cutting teeth.
  • the Kelly bar arrangement 40 can be displaced in a generally known manner relative to the drill drive 24 in the vertical direction via the winch 16 and the carrying cable 30.
  • the Kelly bar arrangement 40 enables a soil cultivation tool 26 to be suspended from a rope with the simultaneous possibility of transmitting a torque from the drill drive 24 to the soil cultivation tool 26.
  • the structure of the Kelly bar arrangement 40 according to the invention is explained in more detail in connection with FIGS Figures 2 to 4 explained.
  • the representation of Fig. 3 is rotated by 90 ° to the representations to the Figures 2 and 4th .
  • the Kelly rod arrangement 40 has an outer kelly rod 42 with outer drive strips 46, an inner kelly rod 50 with outer drive strips 53 and an intermediate kelly rod 48 with outer drive strips 49.
  • the outer kelly rod 42, the intermediate kelly rod 48 and the inner kelly rod 50 are each axially displaceable with respect to one another, with the torque in a basically known manner from the outer kelly rod 42 to the intermediate kelly rod 48 and from this to the inner kelly rod 50 independently of the respective via axial inner drive strips (not shown) axial position can be transmitted.
  • locking pockets can be provided on the individual rod elements, so that in a locked state, axial forces can also be transmitted to a certain extent via the Kelly rod arrangement 40.
  • a sleeve-shaped support section 44 with a radial support surface is provided, with which the outer kelly rod 42 and thus the Kelly rod arrangement 40 as a whole can be placed on the drill drive 24.
  • the Kelly bar arrangement 40 as a whole is suspended from the supporting cable 30 via the inner kelly bar 50 via a cable suspension 60.
  • an annular support plate 57 is arranged, on which the outer kelly rod 42 and the intermediate kelly rod 48 in the retracted state according to FIG Fig. 3 are put on.
  • a connecting device 58 for releasably attaching the soil cultivation tool 26 is provided on the lower end region 54 of the inner kelly rod 50.
  • this is a square section with a transversely directed bore for receiving a locking bolt.
  • a damping device 56 can be provided at the lower end region 54 of the inner kelly rod 50, as shown in FIG Figures 2 and 3 is shown. The damping device 56 can serve to dampen axial impacts when the Kelly bar arrangement 40 is telescoped in and out or when the soil cultivation tool 26 is placed on the ground.
  • the inner kelly bar 50 and thus the kelly bar arrangement 40 as a whole are suspended from the support cable 30 by means of the cable suspension 60.
  • the support cable 30 is provided with a cable eye 63, which is connected to an upper articulation area 62 of the cable suspension 60 via a transverse retaining bolt 61.
  • a lower articulation area 64 of the cable suspension 60 is connected to the inner kelly rod 50 via a connecting bolt 67 and a connecting piece 65.
  • a swivel joint for forming a cable vortex 66 is arranged between the upper articulation area 62 and the lower articulation area 64 of the cable suspension 60. The swivel joint permits rotation about the longitudinal axis of the cable between the upper articulation area 62 and the lower articulation area 64 in order to prevent the support cable 30 from twisting when the drill rod arrangement 40 is driven in a rotating manner.
  • a rotary leadthrough 70 with a lower, first connection section 72 and an upper, second connection section 74 is arranged on the upper end region 54 of the inner kelly rod 50 in a highly schematic manner.
  • the inner kelly rod 50 is non-rotatably connected to the lower first connection section 72, while the upper second connection section 74 is firmly connected to the connection piece 65 and the cable suspension 60.
  • the first connection section 72 and the second connection section 74 of the rotary leadthrough 70 are rotatably mounted with respect to one another and form a line connection.
  • an upper feed line 36 is provided in a highly schematic manner, which is fed in particular from the drilling device 10 and in particular the superstructure 14 from above the Kelly bar arrangement 40.
  • the rotary feedthrough 70 forms a line connection to a line 55 on the inner kelly rod 50.
  • the line 55 is designed as a fluid line in the cavity 51 of the tubular inner kelly rod 50.
  • the feed line 36 can also supply a fluid and, as is indicated in the illustrated embodiment, also form a power supply for a rotary device 80 according to the invention with a drive motor 82.
  • the drive motor 82 is arranged on the upper, second connection section 74 of the rotary leadthrough 70 and can rotate it relative to the lower, first connection section 72.
  • a gear arrangement can be provided for this purpose.
  • the Kelly bar arrangement 40 according to the invention with the rotating device 80 thus ensures reliable functioning of the rotary feedthrough 70, even if the Kelly bar arrangement 40 is fully telescoped out and the cable suspension 60 with the rotary feedthrough 70 and the rotary device 80 is located at a lower area of the intermediate kelly rod 48.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kellystangenanordnung für ein Bohrgerät und ein Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einem Bohrgerät. Es sind eine rohrförmige Außenkellystange und eine Innenkellystange vorgesehen, welche verschiebbar innerhalb der Außenkellystange gelagert ist und an ihrem oberen Ende eine Seilaufhängung aufweist, wobei zwischen der Außenkellystange und der Innenkellystange das Bohrdrehmoment übertragbar ist. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass entlang der Innenkellystange mindestens eine Leitung angeordnet ist, dass an einem oberen Endbereich der Innenkellystange ein Drehdurchführung mit einem ersten Anschlussabschnitt und einem zweiten Anschlussabschnitt angeordnet ist, und dass an der Drehdurchführung eine Dreheinrichtung zum aktiven Verdrehen der beiden Anschlussabschnitte relativ zueinander angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kellystangenanordnung für ein Bohrgerät, insbesondere ein Erdbohrgerät, mit einer rohrförmigen Außenkellystange, welche zum Aufliegen auf einem Bohrantrieb und zum Aufnehmen eines Bohrdrehmoments des Bohrantriebs ausgebildet ist, und mit einer Innenkellystange, welche verschiebbar innerhalb der Außenkellystange gelagert ist und an ihrem oberen Ende eine Seilaufhängung aufweist, wobei zwischen der Außenkellystange und der Innenkellystange das Bohrdrehmoment übertragbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bodenbearbeitung, bei dem eine Kellystangenanordnung mittels eines Bohrantriebes in eine Drehbewegung versetzt wird, wobei an einer Innenkellystange der Kellystangenanordnung ein Bodenbearbeitungswerkzeug angebracht ist, welches einen Boden bearbeitet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12.
  • Kellystangenanordnungen für ein Bohrgerät sind im Spezialtiefbau seit langem bekannt. Derartige Kellystangenanordnungen sind teleskopierbar und weisen eine äußere Außenkellystange auf, welche mit einem Bohrantrieb des Bohrgerätes in drehender Verbindung steht. Innerhalb der Außenkellystange sind eine Innenkellystange und gegebenenfalls weitere Zwischenkellystangen angeordnet, welche axial verschiebbar in der Außenkellystange und zueinander gelagert sind. Die Innenkellystange weist an ihrem oberen Ende eine Seilaufhängung auf, so dass die Innenkellystange und auch die gesamte Kellystangenanordnung an dem Seil gehalten und vertikal verfahren werden kann.
  • Zur Drehmomentübertragung sind jeweils an den Außen- und Innenseiten der einzelnen Kellystangenelemente axial verlaufende Anschlagsleisten vorgesehen, welche sowohl ein axiales Verfahren als auch eine Drehmomentübertragung in Umfangsrichtung erlauben.
  • Eine derartige Kellystangenanordnung ermöglicht eine effiziente Seilaufhängung eines Bodenbearbeitungswerkzeuges bei gleichzeitiger Möglichkeit einer Drehmomentübertragung. Darüber hinaus ermöglicht die Teleskopierbarkeit der einzelnen Kellystangenelemente zueinander ein Erreichen von Bearbeitungstiefen, welche größer als eine Höhe des Mastes eines Bohrgerätes sind.
  • Derartige Kellystangenanordnungen werden zum Arbeiten mit einfachen mechanischen Bodenbearbeitungswerkzeugen eingesetzt, so etwa einem Bohreimer oder einer Bohrschnecke. Problematisch wird der Einsatz einer Kellystangenanordnung, wenn von der Außenseite ein Medium, etwa eine Spülflüssigkeit oder ein Druckfluid, zuzuführen ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kellystangenanordnung und ein Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einer Kellystangenanordnung anzugeben, welche besonders vielfältig einsetzbar sind.
  • Nach der Erfindung wird die Aufgabe zum einen durch eine Kellystangenanordnung gemäß dem Anspruch 1 und zum anderen durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Kellystangenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Innenkellystange mindestens eine Leitung angeordnet ist, dass an einem oberen Endbereich der Innenkellystange eine Drehdurchführung mit einem ersten Abschlussabschnitt und einem zweiten Abschlussabschnitt angeordnet ist, wobei der erste Anschlussabschnitt drehfest mit der drehend antreibbaren Kellystange verbunden ist sowie eine Leitungsverbindung zu der mindestens einen Leitung der Innenkellystange bildet und der zweite Anschlussabschnitt mit einer Zuführleitung verbunden ist, welche relativ zur drehend antreibbaren Innenkellystange feststeht, und dass an der Drehdurchführung eine Dreheinrichtung zum aktiven Verdrehen der beiden Anschlussabschnitte relativ zueinander angeordnet ist.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung liegt darin, an der Innenkellystange eine Drehdurchführung vorzusehen. Eine Drehdurchführung ist ein Element, welches eine Leitungsverbindung zwischen einem drehenden und einem relativ hierzu feststehenden Teil ermöglicht. Diese Drehdurchführung wird an einem oberen Endbereich der Innenkellystange angeordnet. Weiterhin wird entlang der Innenkellystange mindestens eine Leitung vorgesehen, welche von dem oberen Endbereich zu einem unteren Bereich der Kellystange führt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist an der Drehdurchführung eine Dreheinrichtung zum aktiven Verdrehen der beiden Anschlussabschnitte relativ zueinander angeordnet. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass das obere Ende der Innenkellystange etwa beim Austeleskopieren der Kellystangenanordnung bis zu einem unteren Endbereich der Außenkellystange verfahren werden kann. So wird eine notwendige zuverlässige mechanische Abstützung der Drehdurchführung gegenüber einem relativ zur drehenden Kellystangenanordnung feststehenden Teil praktisch unmöglich. Es besteht die Gefahr eines Mitdrehens der Zuführleitung mit der drehenden Innenkellystange.
  • Um eine unerwünschte Verdrehung der stillstehenden Zuführleitung, welche etwa von dem Bohrgerät zu der Drehdurchführung an der Innenkellystange geführt ist, um das Seil, mit welchem die Innenkellystange aufgehängt ist, zu verhindern, wird eine Dreheinrichtung zum aktiven Verdrehen der beiden Anschlussabschnitte relativ zueinander vorgesehen. Hierdurch kann einer unerwünschten Umwicklung der Zuführleitung um das Seil gezielt entgegengewirkt werden.
  • Auf diese Weise kann eine Kellystangenanordnung mit der vorteilhaften Seilaufhängung und der Teleskopierbarkeit bei gleichzeitiger Drehmomentübertragung auch für Bodenbearbeitungswerkzeuge eingesetzt werden, bei welcher die Zuführung eines Fluides, von Energie oder Daten über eine Zuführleitung von außen notwendig oder gewünscht ist.
  • Grundsätzlich kann die Drehdurchführung an einer beliebigen Stelle an dem oberen Endbereich der Innenkellystange angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass die Drehdurchführung an der Innenkellystange unterhalb der Seilaufhängung angeordnet ist. Die Drehdurchführung kann dabei ringförmig ausgebildet sein, wobei die Seilaufhängung so in einem Mittenbereich der Drehdurchführung angeordnet werden kann.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Dreheinrichtung zumindest einen Antriebsmotor zum aktiven Verdrehen des zweiten Anschlussabschnittes relativ zum ersten Anschlussabschnitt aufweist. Grundsätzlich können auch weitere Antriebsmotoren vorgesehen sein.
  • Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Antriebsmotor an dem zweiten Anschlussabschnitt angeordnet ist, welcher oberhalb des ersten Anschlussabschnittes liegt. Es besteht so eine gute Zugänglichkeit zu dem Antriebsmotor. Zudem kann eine Energiezuführung zu dem Antriebsmotor parallel oder mit der Zuführleitung erfolgen.
  • Für eine kompakte Bauweise ist es insgesamt vorteilhaft, dass der Antriebsmotor ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor ist. Der Antriebsmotor kann dabei insgesamt sehr kompakt ausgebildet sein, da ein Aufbringen nur relativ geringer Drehmomente für die notwendige Kompensation der Drehbewegung zwischen den beiden Anschlussabschnitten notwendig ist. Grundsätzlich kann auch ein Druckluftmotor vorgesehen sein.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Seilaufhängung einen Seilwirbel aufweist. Ein Seilwirbel im Sinne der Erfindung ist ein Drehgelenk, welches eine Verdrehbarkeit einer unteren Anlenkung des Seilwirbels zur Innenkellystange gegenüber einer oberen Anlenkung des Seilwirbels zum Aufhängseil ermöglicht. Mit einem Seilwirbel kann sichergestellt werden, dass sich eine Drehbewegung der Innenkellystange, welche an der unteren Anlenkung des Seilwirbels angehängt ist, nicht auf den oberen Teil des Seilwirbels und damit auf den Rest des Seiles übertragen kann. Auf diese Weise kann ein Verdrillen des Aufhängseiles zuverlässig vermieden werden.
  • Grundsätzlich kann die Leitung der Innenkellystange als eine Hohlleitung, etwa ein Schlauch oder ein Rohr oder als ein Kabel zum Leiten von elektrischem Strom oder von Daten ausgebildet sein. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass als eine Leitung ein axialer Hohlraum der Innenkellystange vorgesehen ist, welcher zum Durchleiten eines Fluides ausgebildet ist. Das Fluid kann dabei insbesondere eine Spülflüssigkeit oder eine Betonsuspension sein. Am unteren Ende der Innenkellystange kann ein Anschlussbereich vorgesehen sein, mit welchem ein Leitungsanschluss zu einem am unteren Ende der Innenkellystange angebrachten Bodenbearbeitungswerkzeuges, insbesondere eines Bohrwerkzeuges, ermöglicht ist.
  • Weiterhin ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung bevorzugt, dass als eine Leitung an der Innenkellystange ein Kabel vorgesehen ist, welches zum Leiten von Strom und/oder Daten ausgebildet ist. Das Kabel kann dabei als eine zusätzliche Leitung entlang des axialen Hohlraumes der Innenkellystange geführt sein. Bei einem Leiten von Strom oder Daten ist die Drehdurchführung alleine oder zusätzlich mit entsprechenden Kontaktringen an den beiden Anschlussabschnitten ausgebildet, welche während einer Drehbewegung einen reibenden Kontakt zur Strom- oder Datenübertragung sicherstellt.
  • Weiterhin umfasst die Erfindung ein Bohrgerät, insbesondere ein Erdbohrgerät, mit einem Bohrantrieb, wobei die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Kellystangenanordnung vorgesehen ist. Der Bohrantrieb ist dabei vorzugsweise ringartig mit einem Durchgang ausgebildet, durch welchen die Außenkellystange der Kellystangenanordnung hindurchgeführt ist. Der ringförmige Drehantrieb weist dabei ein ringförmiges Antriebsrad auf, welches an seiner Innenseite mit Antriebsvorsprüngen versehen ist. Diese wirken zur Drehmomentübertragung in bekannter Weise mit axialen Antriebsleisten an der Außenseite der Außenkellystange zusammen.
  • Grundsätzlich kann in einer einfachen Ausführung der Kellystangenanordnung lediglich eine Außenkellystange und eine Innenkellystange vorgesehen sein. Zwischen der Außenkellystange und der Innenkellystange können jedoch auch eine oder mehrere Zwischenkellystangenelemente angeordnet sein, wobei sich die entsprechende maximale Teleskopierlänge der Kellystangenanordnung entsprechend vergrößert.
  • Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass eine Steuerung für die Dreheinrichtung vorgesehen ist und dass ein Drehaufnehmer zum Bestimmen einer Drehzahl und/oder einer Drehrichtung zumindest der Innenkellystange vorgesehen ist, welcher mit der Steuerung in Signalverbindung steht. Durch die Steuerung kann die Dreheinrichtung und damit der Antriebsmotor stets so angesteuert werden, dass der obere zweite Anschlussabschnitt der Drehdurchführung möglichst relativ zu der drehenden Innenkellystange fest steht.
  • Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass die Dreheinrichtung durch die Steuereinrichtung gesteuert angetrieben ist, so dass der zweite Anschlussabschnitt der Drehdurchführung gegengleich zu einer Drehbewegung der Innenkellystange angetrieben und synchronisiert ist. Es erfolgt also eine exakte Kompensation der Drehbewegung der Innenkellystange, so dass durch die gegengleiche Drehbewegung durch die Dreheinrichtung ein gewünschter Stillstand des zweiten Anschlussabschnittes mit der Zuführleitung erreicht wird, welche grundsätzlich ebenfalls eine Fluidleitung und/oder ein Kabel sein kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bodenbearbeitung, welches insbesondere mit dem zuvor beschriebenen Bohrgerät ausgeführt werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Dreheinrichtung zum aktiven Verdrehen des zweiten Anschlussabschnittes relativ zum ersten Anschlussabschnitt vorgesehen ist, wobei der zweite Anschlussabschnitt gegengleich zu einer Drehbewegung der Innenkellystange betrieben wird.
  • Mit dem Verfahren kann so ein völliger oder weitgehender Stillstand des zweiten Anschlussabschnittes, an welchem die obere Zuführleitung angebracht ist, relativ zu dem drehenden ersten Anschlussabschnitt an der Innenkellystange erreicht werden, ohne dass aufwendige mechanische Abstützungen notwendig sind oder dass die Gefahr eines Verdrillens des Tragseils oder ein Umwickeln der Zuführleitung um das Tragseil gegeben ist.
  • Das Verfahren wird dabei mit der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Kellystangenanordnung durchgeführt.
  • Eine besonders genaue Abstimmung der Drehbewegung kann nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass die Dreheinrichtung abhängig von der Drehzahl der Innenkellystange oder des Bohrantriebs betrieben wird. Eine Drehzahleinstellung des Bohrantriebs kann als Vorgabe unmittelbar für die Dreheinrichtung genutzt werden. Alternativ kann die Drehzahl der Innenkellystange oder des Bohrantriebs von einem Drehaufnehmer erfasst und zum Steuern der Dreheinrichtung verwendet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter beschrieben, welches schematisch in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht eines Bohrgerätes mit einer erfindungsgemäßen Kellystangenanordnung;
    Fig. 2
    eine erfindungsgemäße Kellystangenanordnung in einem teilweise ausgefahrenen Zustand;
    Fig. 3
    die Kellystangenanordnung von Fig. 2 in einem eingefahrenen Zustand, und
    Fig. 4
    eine vergrößerte Teilquerschnittsdarstellung eines oberen Bereiches der erfindungsgemäßen Kellystangenanordnung.
  • Ein Bohrgerät 10 gemäß Fig. 1 umfasst ein Raupenfahrwerk als Unterwagen 12, auf welchem drehbar ein Oberwagen 14 gelagert ist. An dem Oberwagen 14 ist ein im Wesentlichen vertikaler Mast 20 schwenkbar angelenkt und mittels einer Stellanordnung 18 mit Hydraulikzylindern hinsichtlich einer Mastneigung verstellbar. An einem oberen Ende des Mastes 20 ist ein Mastkopf 22 angebracht, über welchen ein Tragseil 30 bis zu einer Winde 16 am Oberwagen 14 geführt ist.
  • Mittels einer Seilaufhängung 60 ist an dem Tragseil 30 eine erfindungsgemäße Kellystangenanordnung 40 angehängt. Die Kellystangenanordnung 40 ist in grundsätzlich bekannter Weise durch einen ringförmigen Bohrantrieb 24 hindurchgeführt, welcher auch als Kraftdrehkopf bezeichnet wird und an einem Schlitten 25 vertikal verfahrbar entlang einer Führung an einer Vorderseite des Mastes 20 gelagert ist. An einem unteren Ende der Kellystangenanordnung 40 ist ein Bodenbearbeitungswerkzeug 26 angebracht, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Bohreimer mit unteren Abtragszähnen ausgeführt ist. Über die Winde 16 und das Tragseil 30 kann in grundsätzlich bekannter Weise die Kellystangenanordnung 40 relativ zum Bohrantrieb 24 in vertikaler Richtung verfahren werden.
  • Die erfindungsgemäße Kellystangenanordnung 40 ermöglicht das Aufhängen eines Bodenbearbeitungswerkzeuges 26 an einem Seil bei gleichzeitiger Möglichkeit der Übertragung eines Drehmomentes von dem Bohrantrieb 24 auf das Bodenbearbeitungswerkzeug 26.
  • Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kellystangenanordnung 40 wird näher im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 4 erläutert. Die Darstellung von Fig. 3 ist dabei um 90° gedreht zu den Darstellungen zu den Figuren 2 und 4.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kellystangenanordnung 40 eine Außenkellystange 42 mit äußeren Antriebsleisten 46, eine Innenkellystange 50 mit äußeren Antriebsleisten 53 und eine dazwischenliegende Zwischenkellystange 48 mit äußeren Antriebsleisten 49 auf. Die Außenkellystange 42, die Zwischenkellystange 48 und die Innenkellystange 50 sind jeweils zueinander axial verschiebbar, wobei über nicht dargestellte axiale innere Antriebsleisten das Drehmoment jeweils in grundsätzlich bekannter Weise von der Außenkellystange 42 auf die Zwischenkellystange 48 und von dieser auf die Innenkellystange 50 unabhängig von der jeweiligen axialen Stellposition übertragen werden kann. Weiterhin können an den einzelnen Stangenelementen Verriegelungstaschen vorgesehen sein, so dass in einem verriegelten Zustand über die Kellystangenanordnung 40 auch in gewissem Umfang Axialkräfte übertragen werden können.
  • An einem oberen Bereich der Außenkellystange 42 ist ein hülsenförmiger Auflageabschnitt 44 mit einer radialen Auflagefläche vorgesehen, mit welchem die Außenkellystange 42 und damit die Kellystangenanordnung 40 insgesamt auf dem Bohrantrieb 24 aufgesetzt werden kann.
  • Die Kellystangenanordnung 40 insgesamt ist über die Innenkellystange 50 über eine Seilaufhängung 60 an dem Tragseil 30 aufgehängt.
  • An ihrem unteren Endbereich 54 ist eine ringförmige Auflageplatte 57 angeordnet, auf welche die Außenkellystange 42 und die Zwischenkellystange 48 in dem eingefahrenen Zustand gemäß Fig. 3 aufgesetzt sind. Weiterhin ist am unteren Endbereich 54 der Innenkellystange 50 eine Verbindungseinrichtung 58 zum lösbaren Befestigen des Bodenbearbeitungswerkzeuges 26 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies ein Vierkantabschnitt mit einer quergerichteten Bohrung zur Aufnahme eines Verriegelungsbolzens. Weiterhin kann am unteren Endbereich 54 der Innenkellystange 50 eine Dämpfungseinrichtung 56 vorgesehen sein, wie dies in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Die Dämpfungseinrichtung 56 kann zum Abdämpfen von axialen Schlägen beim Ein- und Austeleskopieren der Kellystangenanordnung 40 oder beim Aufsetzen des Bodenbearbeitungswerkzeuges 26 auf dem Boden dienen.
  • An ihrem oberen Endbereich 52 ist die Innenkellystange 50 und damit die Kellystangenanordnung 40 insgesamt an dem Tragseil 30 mittels der Seilaufhängung 60 aufgehängt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist, wie insbesondere aus Fig. 4 zu ersehen ist, das Tragseil 30 mit einem Seilauge 63 versehen, welches über einen quergerichteten Haltebolzen 61 mit einem oberen Anlenkbereich 62 der Seilaufhängung 60 verbunden ist. Ein unterer Anlenkbereich 64 der Seilaufhängung 60 ist über einen Verbindungsbolzen 67 und ein Verbindungsstück 65 mit der Innenkellystange 50 verbunden. Zwischen dem oberen Anlenkbereich 62 und dem unteren Anlenkbereich 64 der Seilaufhängung 60 ist ein Drehgelenk zum Bilden eines Seilwirbels 66 angeordnet. Das Drehgelenk erlaubt eine Drehung um die Seillängsachse zwischen dem oberen Anlenkbereich 62 und dem unteren Anlenkbereich 64, um ein Verdrillen des Tragseils 30 bei einem rotierenden Antrieb der Bohrgestängeanordnung 40 zu verhindern.
  • An dem oberen Endbereich 54 der Innenkellystange 50 ist stark schematisiert eine Drehdurchführung 70 mit einem unteren ersten Anschlussabschnitt 72 und einem oberen zweiten Anschlussabschnitt 74 angeordnet. Die Innenkellystange 50 ist drehfest mit dem unteren ersten Anschlussabschnitt 72 verbunden, während der obere zweite Anschlussabschnitt 74 fest mit dem Verbindungsstück 65 und der Seilaufhängung 60 verbunden ist. Der erste Anschlussabschnitt 72 und der zweite Anschlussabschnitt 74 der Drehdurchführung 70 sind drehbar zueinander gelagert und bilden eine Leitungsverbindung.
  • Dabei ist stark schematisiert eine obere Zuführleitung 36 vorgesehen, welche insbesondere von dem Bohrgerät 10 und insbesondere dem Oberwagen 14 von oberhalb der Kellystangenanordnung 40 zugeführt ist. Die Drehdurchführung 70 bildet dabei eine Leitungsverbindung zu einer Leitung 55 an der Innenkellystange 50. Die Leitung 55 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Fluidleitung im Hohlraum 51 der rohrförmigen Innenkellystange 50 ausgebildet. Die Zuführleitung 36 kann dabei ebenfalls ein Fluid zuführen und, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel angedeutet ist, ebenso eine Stromzuführung für eine erfindungsgemäße Dreheinrichtung 80 mit einem Antriebsmotor 82 bilden. Dabei ist der Antriebsmotor 82 an dem oberen zweiten Anschlussabschnitt 74 der Drehdurchführung 70 angeordnet und kann diesen relativ gegenüber dem unteren ersten Anschlussabschnitt 72 verdrehen. Hierzu kann eine Zahnradanordnung vorgesehen sein.
  • Durch die erfindungsgemäße Drehdurchführung 70 mit Dreheinrichtung 80 kann auch ohne eine feste Abstützung des oberen zweiten Anschlussabschnittes 74 insbesondere durch ein gesteuertes gegengleiches Antreiben des Antriebsmotors 82 ein Stillstand des oberen zweiten Anschlussabschnittes 74 mit der Zuführleitung 36 sichergestellt werden, auch wenn die Innenkellystange 50 mit dem unteren ersten Anschlussabschnitt 72 der Drehdurchführung 70 drehend angetrieben wird.
  • Die erfindungsgemäße Kellystangenanordnung 40 mit der Dreheinrichtung 80 stellt somit eine zuverlässige Funktionsweise der Drehdurchführung 70 sicher, selbst wenn die Kellystangenanordnung 40 ganz austeleskopiert ist und sich die Seilaufhängung 60 mit der Drehdurchführung 70 und der Dreheinrichtung 80 an einem unteren Bereich der Zwischenkellystange 48 befindet.

Claims (13)

  1. Kellystangenanordnung für ein Bohrgerät (10), insbesondere ein Erdbohrgerät, mit einer rohrförmigen Außenkellystange (42), welche zum Aufliegen auf einem Bohrantrieb (24) und zum Aufnehmen eines Bohrdrehmoments des Bohrantriebs (24) ausgebildet ist, und
    mit einer Innenkellystange (50), welche verschiebbar innerhalb der Außenkellystange (42) gelagert ist und an ihrem oberen Ende eine Seilaufhängung (60) aufweist, wobei zwischen der Außenkellystange (42) und der Innenkellystange (50) das Bohrdrehmoment übertragbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass entlang der Innenkellystange (50) mindestens eine Leitung (55) angeordnet ist,
    dass an einem oberen Endbereich (52) der Innenkellystange (50) eine Drehdurchführung (70) mit einem ersten Anschlussabschnitt (72) und einem zweiten Anschlussabschnitt (74) angeordnet ist, wobei der erste Anschlussabschnitt (72) drehfest mit der drehend antreibbaren Innenkellystange (50) verbunden ist sowie eine Leitungsverbindung zu der mindestens einen Leitung (55) der Innenkellystange (50) bildet und der zweite Anschlussabschnitt (74) mit einer Zuführleitung (36) verbunden ist, welche relativ zur drehend antreibbaren Innenkellystange (50) feststeht, und
    dass an der Drehdurchführung (70) eine Dreheinrichtung (80) zum aktiven Verdrehen der beiden Anschlussabschnitte (72, 74) relativ zueinander angeordnet ist.
  2. Kellystangenanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Drehdurchführung (80) an der Innenkellystange (50) unterhalb der Seilaufhängung (60) angeordnet ist.
  3. Kellystangenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dreheinrichtung (80) zumindest einen Antriebsmotor (82) zum aktiven Verdrehen des zweiten Anschlussabschnittes (74) relativ zum ersten Anschlussabschnitt (72) aufweist.
  4. Kellystangenanordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Antriebsmotor (82) an dem zweiten Anschlussabschnitt (74) angeordnet ist, welcher oberhalb des ersten Anschlussabschnittes (72) liegt.
  5. Kellystangenanordnung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Antriebsmotor (82) ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor ist.
  6. Kellystangenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Seilaufhängung (60) einen Seilwirbel (66) aufweist.
  7. Kellystangenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als eine Leitung (55) ein axialer Hohlraum (51) der Innenkellystange (50) vorgesehen ist, welcher zum Durchleiten eines Fluids ausgebildet ist.
  8. Kellystangenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als eine Leitung (55) an der Innenkellystange (50) ein Kabel vorgesehen ist, welches zum Leiten von Strom und/oder Daten ausgebildet ist.
  9. Bohrgerät, insbesondere Erdbohrgerät, mit einem Bohrantrieb (24),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Kellystangenanordnung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 angeordnet ist.
  10. Bohrgerät nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Steuerung für die Dreheinrichtung (80) vorgesehen ist, und
    dass ein Drehaufnehmer zum Bestimmen einer Drehzahl und/oder einer Drehrichtung zumindest der Innenkellystange (50) vorgesehen ist, welcher mit der Steuerung in Signalverbindung steht.
  11. Bohrgerät nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dreheinrichtung (80) durch die Steuereinrichtung gesteuert angetrieben ist, so dass der zweite Anschlussabschnitt (74) der Drehdurchführung (70) gegengleich zu einer Drehbewegung der Innenkellystange (50) angetrieben und synchronisiert ist.
  12. Verfahren zur Bodenbearbeitung, insbesondere mit einem Bohrgerät (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem eine Kellystangenanordnung (40) mittels eines Bohrantriebes (24) in eine Drehbewegung versetzt wird, wobei an einer Innenkellystange (50) der Kellystangenanordnung (40) ein Bodenbearbeitungswerkzeug (26) angebracht ist, welches einen Boden bearbeitet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Dreheinrichtung (80) zum aktiven Verdrehen des zweiten Anschlussabschnittes (74) relativ zum ersten Anschlussabschnitt (72) vorgesehen ist, wobei der zweite Anschlussabschnitt (74) gegengleich zu einer Drehbewegung der Innenkellystange (50) betrieben wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dreheinrichtung (80) abhängig von einer Drehzahl der Innenkellystange (50) oder des Bohrantriebs (24) betrieben wird.
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