EP4390054A1 - Teleskopierbares bohrgestänge, insbesondere kellygestänge - Google Patents

Teleskopierbares bohrgestänge, insbesondere kellygestänge Download PDF

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EP4390054A1
EP4390054A1 EP22215915.4A EP22215915A EP4390054A1 EP 4390054 A1 EP4390054 A1 EP 4390054A1 EP 22215915 A EP22215915 A EP 22215915A EP 4390054 A1 EP4390054 A1 EP 4390054A1
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EP
European Patent Office
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rod
elements
drill rod
another
axially
Prior art date
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EP22215915.4A
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French (fr)
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EP4390054C0 (de
EP4390054B1 (de
Inventor
Christoph HABERLE
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Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2023/085574 priority patent/WO2024132770A1/de
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Publication of EP4390054B1 publication Critical patent/EP4390054B1/de
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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
    • E21B27/00—Containers for collecting or depositing substances in boreholes or wells, e.g. bailers, baskets or buckets for collecting mud or sand; Drill bits with means for collecting substances, e.g. valve drill bits

Definitions

  • the invention relates to a telescopic drill rod, in particular a Kelly rod, with at least two rod elements which are designed and arranged to be axially telescopic relative to one another, wherein axially extending and mutually directed driver strips for torque transmission between the rod elements are arranged on at least one circumferential side of the tubular rod elements, according to the preamble of claim 1.
  • Telescopic drill rods also known as Kelly rods or Kelly bars
  • Such a drill rod enables a drilling tool to be suspended from a support cable, with torque being transmitted via the telescopic drill rod from a drill drive on a drilling rig.
  • the drill drive is ring-shaped, with the drill rod protruding through a ring-shaped drive wheel.
  • the torque can be transmitted via axially running driver bars on the outside of the outer Kelly rod element, with the drill rod being axially displaceable relative to the rotary drive.
  • Axial forces can also be transmitted via locking pockets.
  • the individual rod elements are mounted with a certain amount of play in relation to each other in order to ensure sufficient mobility.
  • Such telescopic drill rods are typically used for discontinuous drilling, for example with a drilling bucket or a drilling auger, here called a drilling tool. If the drilling tool is filled with removed soil material after a drilling step, the drilling tool is pulled out of the borehole again, whereby the telescopic drill rod is retracted. The drilling tool is moved outside the borehole to an emptying position, typically pivoted, at which the drilling auger is emptied by a reversing rotary movement, known as shaking. A drilling bucket is emptied by opening a hinged bottom, whereby it is usual to support the emptying by shaking in order to ensure reliable emptying of the drilling bucket, particularly in the case of cohesive soil material.
  • Noise-intensive work is undesirable, particularly during construction work within cities. Such work may be prohibited above a certain noise level or there may be time restrictions.
  • the invention is based on the object of specifying a telescopic drill rod in which a further reduction in noise during operation can be achieved.
  • the telescopic drill rod is characterized in that at least one first coupling element is arranged on the first rod element and at least one second coupling element is arranged on the second rod element, which are axially coupled in an axially retracted state of the rod elements and engage with each other in such a way that a circumferential force is generated between the two coupling elements in the circumferential direction of the rod elements, with which adjacent driver strips of the rod elements are pressed against each other and held in contact with each other.
  • a basic idea of the invention can be seen in the fact that the at least two rod elements of a telescopic drill rod are clamped against each other in the circumferential direction or subjected to force in an axially retracted state in such a way that in particular the adjacent driver strips are either pressed and held against each other in the circumferential direction or are kept at a distance.
  • This ensures that the rod elements, which are guided with a certain amount of play due to operation, are held in a fixed position relative to each other and can therefore no longer or hardly hit each other, especially during reversing rotation. In this way, a large part of the noise generation can be avoided from the outset, with sound radiation being reduced accordingly.
  • a preferred embodiment of the invention consists in that at least one wedge-shaped cam and/or a cam receptacle is formed on the second coupling element, that at least one cam receptacle with a corresponding wedge surface is formed on the first corresponding coupling element and that when the coupling elements are pushed together axially, the at least one wedge-shaped cam comes into contact with the wedge surface of the cam receptacle to generate the circumferential force.
  • the rod elements of the drill rod are axially retracted or pushed together, at least one or more opposing coupling elements engage with one another, whereby the rod elements, and in particular adjacent driver strips of the rod elements, are pressed against one another in the circumferential direction and held under tension in this position.
  • the holding force generated in this way for positioning the rod elements relative to one another can be selected such that the individual rod elements can no longer or hardly hit one another during further handling of the drill rod.
  • the coupling elements can thus ensure a force-fitting and/or form-fitting hold of the rod elements.
  • the cams and cam mounts can also be interchanged or arranged alternately to one another.
  • the coupling elements form a wedge-sliding mechanism, so to speak, which generates a desired pressure force in the circumferential direction.
  • the coupling elements can preferably be arranged in a vertical direction relative to one another in such a way that the individual coupling elements are pressed axially or vertically against one another by the gravity of at least one of the rod elements, whereby the weight or contact force is diverted or converted into a desired circumferential force or torque by a corresponding design of the cams and/or wedge surfaces.
  • the rod elements can be particularly well fixed to one another by having at least one coupling element, preferably both coupling elements that correspond to one another, in a ring shape. This makes it possible to distribute the force along the circumference.
  • the ring-shaped coupling elements with their at least one cam and/or cam receptacles can each be formed in one piece.
  • a plurality of wedge-shaped cams and/or cam receptacles are formed on the at least one ring-shaped coupling element.
  • the ring-shaped coupling elements with the plurality of cams or cam receptacles can in particular be arranged evenly and/or alternately distributed along the ring shape. This allows particularly uniform forces to be generated over the circumference to press the rod elements in the circumferential direction.
  • an internal rod element is provided, at the upper end of which a holding device for holding and hanging the drill rod and at the lower end of which a support for at least one external rod element is arranged.
  • At least one upwardly directed coupling element is arranged on the support and a downwardly directed coupling element is formed on a lower region of the at least one external rod element, which in an axially retracted state of the rod elements rests on the upwardly directed coupling element of the internal rod element and is in engagement with it.
  • the at least one outer, tubular rod element can thus rest on the at least one coupling element of the inner rod element in the retracted state with its at least one own coupling element.
  • the contact force of at least one outer rod element can be used efficiently to generate the desired circumferential force via the interaction of the two coupling elements.
  • ring-shaped coupling elements are arranged on the support of the inner rod element, which have different ring diameters and are arranged concentrically to one another.
  • the number of ring-shaped coupling elements on the inner rod element corresponds to the number of tubular outer rod elements of the telescopic drill rod.
  • one, two or three or in individual cases also several outer rod elements can be arranged concentrically, which together with the inner rod element form the telescopic drill rod.
  • the outer rod elements each have a larger diameter from the inside to the outside.
  • the multiple coupling elements on the inner rod element can also be formed in one piece, for example together on a ring body.
  • ring-shaped external rod elements which have different pipe diameters and each comprise a downwardly directed ring-shaped coupling element at their lower end.
  • the downwardly directed coupling elements have different diameters and are arranged concentrically to one another.
  • a concentric arrangement of the ring-shaped coupling elements can achieve the most even possible force distribution in the telescopic drill rod.
  • a connecting device for attaching a drilling tool is formed at a lower end of the drill rod, in particular of the inner rod element, below the support.
  • a connection formed with a square pin represents a standard connection, so that different drilling tools, such as a drilling bucket, a drilling auger or a displacement drill, can be detachably attached.
  • other connecting devices can also be provided on the drill rod.
  • an axial damping element is arranged between the support and the connecting device.
  • the damping element can in particular be made of an elastic rubber or plastic material. This means that both the drill rod and the drilling tool can be protected during operation. By further preventing metal parts from hitting each other, sound radiation during operation can also be further reduced.
  • a radially outwardly projecting ring collar is designed for placement on a drill drive.
  • a damping element can also be arranged on the ring collar, in particular on its underside, and/or on an opposite ring-shaped support surface of the drill drive.
  • insulating or damping materials can also be arranged on other surfaces of the telescopic drill rod or in unused cavities.
  • the invention further comprises a drilling device for creating a borehole in the ground, with a carrier unit and a mast attached thereto and a rotary drive, wherein the drilling device is further developed in that a telescopic drill rod according to the invention, in particular as described above, is arranged on the mast.
  • the invention also includes a method for creating a borehole in the ground with a drilling tool, wherein the drilling tool is held on a telescopic drill rod according to the invention and/or a drilling device according to the invention is used.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention consists in that, at least when a drilling tool is withdrawn from the ground, the telescopic drill rod is retracted in such a way that at least two rod elements with corresponding coupling elements are retracted axially towards each other, wherein in the axially retracted state of the rod elements, these are axially coupled and engage with each other in such a way that a circumferential force is generated between the coupling elements in the circumferential direction of the rod elements, with which adjacent driver strips of the rod elements are pressed against each other and kept in contact with each other or at a distance from each other.
  • This can prevent a bell-like impact the metal parts of the drill rod which are mounted with play in relation to each other and the resulting noise generation can be counteracted.
  • particularly quiet operation can be achieved by performing a shaking movement of the drill rod around the longitudinal axis of the rod in the retracted state of the rod elements to empty the drilling tool.
  • the shaking movement can be generated in particular by a reversing rotary movement which is exerted by the drilling drive.
  • the forces generated in the circumferential direction by the coupling elements for holding and bracing the rod elements are in particular set so that they are greater than the inertial forces exerted on the individual rod elements by the shaking movement.
  • the rod elements are held together at least in a force-fitting manner and repeated impact of the metal rod elements against one another and the associated noise generation are avoided.
  • a drilling device 10 with a telescopic drill rod 30 according to the invention is shown in Fig.1
  • a carrier unit 11 of the drilling rig 10 can preferably have a movable undercarriage 12, which in the example shown is a crawler chassis is designed, and have an upper carriage 13 rotatably mounted thereon.
  • a mast 16, which is essentially vertical during operation, can be adjustably articulated via an articulation mechanism 14, which can have articulated levers and actuators.
  • a linear mast guide 19 is formed on a front side of the mast 16, along which a carriage 17 with a drilling drive 18 is displaceably mounted and can be moved vertically by means of a feed winch 22.
  • a support cable 28 can preferably be guided over a mast head of the mast 16, with the telescopic drill rod 30 suspended with a holding device 32 at the free end of the support cable 28.
  • the drill rod 30 is guided through the ring-shaped drill drive 18, with a drilling tool 20 being detachably attached to the lower end of the drill rod 30.
  • the drilling tool 20 is designed, for example, as a drilling auger, which is surrounded by a cylindrical cage with holes.
  • An annular collar 70 can be arranged at an upper end region of the drill rod 30, with which the drill rod 30 can be placed on the drill drive.
  • the design and functionality of the telescopic drill rod 30 are further described in the Figures 2 to 4 shown and described with reference thereto.
  • the telescopic drill rod 30 according to the invention has a first inner rod element 40, on the outside of which outer driver strips 42 running in the longitudinal or axial direction are arranged in a basically known manner.
  • a support 44 with an annular first coupling element 45 arranged thereon can be formed on a lower region of the inner rod element 40.
  • At least one upwardly open cam receptacle 48 with a beveled wedge surface 49 is formed on the first coupling element 45 of the inner rod element 40.
  • two first coupling elements 45 can be provided, which are arranged concentrically to one another and lie one inside the other.
  • the two first coupling elements 45 can be formed separately or on a common ring body with a correspondingly increased ring width.
  • a connecting device 36 is arranged, which is connected to a square pin 37 for detachable Attaching a drilling tool 20.
  • a damping element 38 can be arranged between the support 44 and the connecting device 36, wherein the support 44 with the at least one first coupling element 45 is mounted axially displaceably and dampeningly relative to the connecting device 36.
  • a first outer rod element 50 is arranged in the circumferential direction adjacent to the inner rod element 40, as can be clearly seen from Fig.3
  • the first external linkage element 50 has outer driver bars 52 and inner driver bars 54, which are each designed to transmit torque between the individual linkage elements 40, 50, 60.
  • a second coupling element 55 is formed with at least one downwardly directed cam 56, which is designed to engage in a cam receptacle of a further first coupling element 45 (not shown in the figures) on the inner rod element 40.
  • a second outer rod element 60 can be arranged, which also has outer driver strips 62 and inner driver strips 64 for torque transmission.
  • an annular second coupling element 65 with at least one downwardly directed cam 66 is arranged, which is designed to engage in the upwardly open cam receptacle 48 of the first coupling element 45 of the inner rod element 40.
  • FIG.4 is a detailed view of the drill rod 30 in a retracted state, in which the downward-facing cam 66 of the second coupling element 65 of the outer rod element 60 is retracted into the cam receptacle 48 on the first coupling element 45 of the inner rod element 40.
  • an inclined wedge surface 69 of the cam 66 engages the wedge surface 49 of the cam receptacle 48 in such a way that a force indicated by an arrow is exerted in a clockwise direction on the outer rod element 60 relative to the inner rod element 40.
  • the circumferential force thus generated causes the adjacent Driving strips 42, 52, 54 and 64 are pressed against one another in the circumferential direction and held in this state with a force fit. This largely prevents the metal parts from undesirably hitting one another during further handling of the drill rod 30, in particular when a shaking movement is carried out.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein teleskopierbares Bohrgestänge, insbesondere Kellygestänge, mit mindestens zwei Gestängeelementen, welche zueinander axial teleskopierbar ausgebildet und angeordnet sind, wobei an mindestens einer Umfangsseite der rohrförmigen Gestängeelemente axial verlaufende und zueinander gerichtete Mitnehmerleisten zur Drehmomentübertragung zwischen den Gestängeelementen angeordnet sind. Es ist erfindungsgemäß, dass an dem ersten Gestängeelement mindestens ein erstes Kopplungselement und an dem zweiten Gestängeelement mindestens ein zweites Kopplungselement angeordnet sind, welche in einem axial eingefahrenen Zustand der Gestängeelemente axial gekoppelt sind und miteinander derart in Eingriff stehen, dass zwischen den beiden Kopplungselementen eine Umfangskraft in Umfangsrichtung der Gestängeelemente erzeugt ist, mit welcher aneinander angrenzende Mitnehmerleisten der Gestängeelemente gegeneinander gedrückt und in Kontakt zueinander gehalten sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein teleskopierbares Bohrgestänge, insbesondere ein Kellygestänge, mit mindestens zwei Gestängeelementen, welche zueinander axial teleskopierbar ausgebildet und angeordnet sind, wobei an mindestens einer Umfangsseite der rohrförmigen Gestängeelemente axial verlaufende und zueinander gerichtete Mitnehmerleisten zur Drehmomentübertragung zwischen den Gestängeelementen angeordnet sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Teleskopierbare Bohrgestänge, welche auch als Kellygestänge oder Kellystange bezeichnet werden, werden seit vielen Jahrzehnten bei der Erstellung von Bohrungen im Boden eingesetzt. Ein derartiges Bohrgestänge ermöglicht die Aufhängung eines Bohrwerkzeuges an einem Tragseil, wobei eine Drehmomentübertragung über das teleskopierbare Bohrgestänge von einem Bohrantrieb an einem Bohrgerät erfolgt. Der Bohrantrieb ist dabei ringförmig ausgebildet, wobei das Bohrgestänge durch ein ringförmiges Antriebsrad hindurchragt. Über axial verlaufende Mitnehmerleisten an der Außenseite des äußeren Kellygestängeelementes kann das Drehmoment übertragen werden, wobei das Bohrgestänge gegenüber dem Drehantrieb axial verschiebbar ist. Über Verriegelungstaschen können auch Axialkräfte übertragen werden. Durch eine teleskopartige Anordnung einer oder mehrerer innerer Kellygestängeelemente mit weiteren Mitnehmerleisten können auch Bohrungen mit größeren Bohrtiefen durch ein entsprechendes Austeleskopieren des Bohrgestänges erreicht werden. Das Drehmoment wird dabei von dem äußeren Kellygestängeelement über axiale Mitnehmerleisten auf das nächste angrenzende innere Kellygestängeelement übertragen.
  • Funktionsbedingt sind die einzelnen Gestängeelemente mit einem gewissen Spiel zueinander gelagert, um eine ausreichende Bewegbarkeit sicherzustellen.
  • Derartige teleskopierbare Bohrgestänge werden typischerweise für ein diskontinuierliches Bohren, etwa mit einem Bohreimer oder einer Bohrschnecke, hier Bohrwerkzeug genannt, eingesetzt. Ist das Bohrwerkzeug nach einem Bohrschritt mit abgetragenem Bodenmaterial gefüllt, wird das Bohrwerkzeug wieder aus dem Bohrloch gezogen, wobei das teleskopierbare Bohrgestänge eingefahren wird. Das Bohrwerkzeug wird außerhalb des Bohrloches zu einer Entleerposition bewegt, typischerweise verschwenkt, an welcher die Bohrschnecke durch eine reversierende Drehbewegung, ein sogenanntes Rütteln, geleert wird. Ein Bohreimer wird durch Öffnen eines Klappbodens geleert, wobei es für ein zuverlässiges Entleeren des Bohreimers insbesondere bei einem bindigen Bodenmaterial üblich ist, das Entleeren durch Rütteln, zu unterstützen.
  • Insbesondere bei einem derartigen Entleervorgang durch Rütteln kann es zu einer erheblichen Schallabstrahlung durch das teleskopierbare Bohrgestänge kommen. Denn bei einer Rüttelbewegung schlagen die einzelnen rohrartigen Bohrgestängeelemente mit ihrem axialen Anschlagleisten gegeneinander.
  • Insbesondere bei Bauarbeiten innerhalb von Städten sind lärmintensive Arbeiten unerwünscht. Diese Arbeiten können ab einem bestimmten Schallpegel untersagt sein oder es können hierfür zeitliche Beschränkungen bestehen.
  • Zur Verminderung der Schallabstrahlung durch ein Kellygestänge ist es etwa aus der DE 40 41 303 C2 bekannt, diese mit schallabsorbierenden Dämmelementen in Hohlräumen und entlang des Umfangs zu versehen. Funktionsbedingt können derartige weiche Dämmelemente aber nur an bestimmten Stellen angeordnet werden, so dass sich keine umfassende Schalldämmung ergibt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein teleskopierbares Bohrgestänge anzugeben, bei welchem eine weitere Reduktion der Geräuschentwicklung in Betrieb erreicht werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch ein teleskopierbares Bohrgestänge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß der Erfindung ist das teleskopierbare Bohrgestänge dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Gestängeelement mindestens ein erstes Kopplungselement und an dem zweiten Gestängeelement mindestens ein zweites Kopplungselement angeordnet sind, welche in einem axial eingefahrenen Zustand der Gestängeelemente axial gekoppelt sind und miteinander derart in Eingriff stehen, dass zwischen den beiden Kopplungselementen eine Umfangskraft in Umfangsrichtung der Gestängeelemente erzeugt ist, mit welcher aneinander angrenzende Mitnehmerleisten der Gestängeelemente gegeneinander gedrückt und in Kontakt zueinander gehalten sind.
  • Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, dass ein wesentlicher Teil der Lärmentwicklung beim Bohren mit einem teleskopierbaren Bohrgestänge auf ein Aneinanderschlagen der vorzugsweise metallischen Gestängeelemente beim Handhaben des teleskopierbaren Bohrgestänges, insbesondere bei einem Entleeren mit Rütteln, zurückzuführen ist. Eine erhebliche Lärmentwicklung ergibt sich insbesondere in dem axial eingefahrenen Zustand, wenn sich die teleskopierbaren Bohrgestänge außerhalb des Bohrloches und damit des umgebenden Bodens befinden. Bei der Anordnung und Handhabung eines herkömmlichen teleskopierbaren Bohrgestänges oberhalb der Bodenoberfläche wird eine besonders intensive Schallübertragung an die Umgebung und damit eine unerwünschte Lärmentwicklung bewirkt. Eine Geräuschminderung ergibt sich auch dann, wenn die Gestängeelemente nicht aus Metall, sondern einem anderen Material sind, etwa einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK).
  • Es kann eine Grundidee der Erfindung darin gesehen werden, dass die mindestens zwei Gestängeelemente eines teleskopierbaren Bohrgestänges in einem axial eingefahrenen Zustand so in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt oder mit Kraft beaufschlagt sind, dass insbesondere die angrenzenden Mitnehmerleisten in Umfangsrichtung entweder gegeneinander gedrückt und gehalten oder auf Abstand gehalten sind. Hierdurch wird bewirkt, dass die betriebsbedingt mit einem gewissen Spiel geführten Gestängeelemente zueinander in einer festen Position gehalten werden und so insbesondere bei einem reversierenden Drehen nicht mehr oder kaum noch gegeneinander schlagen können. Auf diese Weise kann ein Großteil der Schallerzeugung von Grund auf vermieden werden, wobei sich entsprechend eine Schallabstrahlung vermindert.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass an dem zweiten Kopplungselement mindestens eine keilförmige Nocke und/oder eine Nockenaufnahme ausgebildet ist, dass an dem ersten korrespondierenden Kopplungselement mindestens eine Nockenaufnahme mit einer korrespondierenden Keilfläche ausgebildet ist und dass bei einem axialen Zusammenschieben der Kopplungselemente die mindestens eine keilförmige Nocke mit der Keilfläche der Nockenaufnahme zum Erzeugen der Umfangskraft zur Anlage kommt. Beim axialen Einfahren oder Zusammenschieben der Gestängeelemente des Bohrgestänges kommen mindestens eine oder mehrere gegenüberliegende Kopplungselemente miteinander in Eingriff, wobei die Gestängeelemente, und insbesondere angrenzende Mitnehmerleisten der Gestängeelemente, in Umfangsrichtung gegeneinander gedrückt und in dieser Position unter Spannung gehalten werden. Die so erzeugte Haltekraft zur Positionierung der Gestängeelemente zueinander kann dabei so gewählt sein, dass bei der weiteren Handhabung des Bohrgestänges die einzelnen Gestängeelemente nicht mehr oder kaum noch gegeneinanderschlagen können. Die Kopplungselemente können so ein kraftschlüssiges und/oder formschlüssiges Halten der Gestängeelemente bewirken. Die Nocken und Nockenaufnahmen können auch vertauscht oder wechselweise zueinander angeordnet sein.
  • Die Kopplungselemente bilden sozusagen einen Keilschieber-Mechanismus, der eine gewünschte Andruckkraft in Umfangsrichtung erzeugt. Vorzugsweise können die Kopplungselemente in einer vertikalen Richtung zueinander so angeordnet sein, dass die einzelnen Kopplungselemente durch die Schwerkraft zumindest eines der Gestängeelemente axial oder vertikal gegeneinander gedrückt werden, wobei durch eine entsprechende Gestaltung der Nocken und/oder Keilflächen die Gewichts- oder Auflagekraft in eine gewünschte Umfangskraft oder Drehmoment umgelenkt oder gewandelt wird.
  • Eine besonders gute Fixierung der Gestängeelemente zueinander kann nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass mindestens ein Kopplungselement, vorzugsweise beide miteinander korrespondieren Kopplungselemente, ringförmig ausgebildet sind. Hierdurch kann eine Kraftverteilung entlang des Umfangs erzielt werden. Die ringförmigen Kopplungselemente mit ihren mindestens einen Nocken und/oder Nockenaufnahmen können jeweils einstückig ausgebildet sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass an dem mindestens einen ringförmig ausgebildeten Kopplungselement mehrere keilförmige Nocken und/oder Nockenaufnahmen ausgebildet sind. Die ringförmigen Kopplungselemente mit den mehreren Nocken beziehungsweise Nockenaufnahmen können insbesondere gleichmäßig und/oder wechselweise verteilt entlang der Ringform angeordnet sein. Hierdurch können über den Umfang verteilt besonders gleichmäßige Kräfte zum Andrücken der Gestängeelemente in Umfangsrichtung bewirkt werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, dass ein innenliegendes Gestängeelement vorgesehen ist, an dessen oberem Ende eine Halteeinrichtung zum Halten und Aufhängen des Bohrgestänges und an dessen unterem Ende eine Auflage für mindestens ein außenliegendes Gestängeelement angeordnet sind. An der Auflage ist mindestens ein nach oben gerichtetes Kopplungselement angeordnet und an einem unteren Bereich des mindestens einen außenliegenden Gestängeelementes ist ein nach unten gerichtetes Kopplungselement ausgebildet, welches in einem axial eingefahrenen Zustand der Gestängeelemente auf dem nach oben gerichteten Kopplungselement des innenliegenden Gestängeelementes aufliegt und mit diesem in Eingriff steht. Bei einer Seilaufhängung des teleskopierbaren Bohrgestänges über das innere Gestängeelement kann somit das mindestens eine äußere, rohrförmige Gestängeelement in dem zusammengefahrenen Zustand mit dem jeweils mindestens einen eigenen Kopplungselement auf dem mindestens einen Kopplungselement des inneren Gestängeelementes aufliegen. Die Auflagekraft des mindestens einen äußeren Gestängeelementes kann über das Zusammenwirken der beiden Kopplungselemente zum Erzeugen der gewünschten Umfangskraft in effizienter Weise eingesetzt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass an der Auflage des innenliegenden Gestängeelementes mehrere ringförmige Kopplungselemente angeordnet sind, welche unterschiedliche Ringdurchmesser aufweisen und konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Anzahl der ringförmigen Kopplungselemente an dem innenliegenden Gestängeelement entspricht der Anzahl der rohrförmigen äußeren Gestängeelemente des teleskopierbaren Bohrgestänges. Vorzugsweise können ein, zwei oder drei oder in einzelnen Fällen auch mehrere äußere Gestängeelemente konzentrisch angeordnet sein, welche zusammen mit dem innenliegenden Gestängeelement das teleskopierbare Bohrgestänge bilden. Die äu-ßeren Gestängeelemente weisen von innen nach außen einen jeweils größeren Durchmesser auf. Entsprechendes gilt für die jeweils zugeordneten Kopplungselemente. Vorzugsweise können die mehreren Kopplungselemente an dem innenliegenden Gestängeelement auch einstückig ausgebildet sein, etwa gemeinsam an einem Ringkörper.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist es bevorzugt, dass mehrere ringförmige außenliegende Gestängeelemente vorgesehen sind, welche unterschiedliche Rohrdurchmesser aufweisen und an ihrem unteren Ende jeweils ein nach unten gerichtetes ringförmiges Kopplungselement umfassen. Hierbei weisen die nach unten gerichteten Kopplungselemente unterschiedliche Durchmesser auf und sind konzentrisch zueinander angeordnet. Insbesondere durch eine konzentrische Anordnung der ringförmigen Kopplungselemente kann eine möglichst gleichmäßige Kraftverteilung in dem teleskopierbaren Bohrgestänge erzielt werden.
  • Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist es vorteilhaft, dass an einem unteren Ende des Bohrgestänges, insbesondere des innenliegenden Gestängeelementes, unterhalb der Auflage eine Verbindungseinrichtung, insbesondere ein Vierkantzapfen, zum Anbringen eines Bohrwerkzeuges ausgebildet ist. Eine mit einem Vierkantzapfen gebildete Verbindung stellt eine Standard-Verbindung dar, so dass unterschiedliche Bohrwerkzeuge, etwa ein Bohreimer, eine Bohrschnecke oder ein Verdrängungsbohrer, lösbar angebracht werden können. Grundsätzlich sind auch andere Verbindungseinrichtungen an dem Bohrgestänge vorsehbar.
  • Für eine weitere Reduzierung der Schallabstrahlung ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, dass zwischen der Auflage und der Verbindungseinrichtung ein axiales Dämpfungselement angeordnet ist. Das Dämpfungselement kann insbesondere aus einem elastischen Gummi- oder Kunststoffmaterial gebildet sein. Hierdurch können im Betrieb sowohl das Bohrgestänge als auch das Bohrwerkzeug geschont werden. Durch ein weiteres Verhindern eines Zusammenschlagens von Metallteilen kann auch eine Schallabstrahlung im Betrieb weiter reduziert werden.
  • Für einen effizienten Betrieb mit dem erfindungsgemäßen Bohrgestänge ist es nach einer weiteren Ausführung der Erfindung vorteilhaft, dass an einem oberen Ende eines äußeren Gestängeelementes ein radial nach außen vorstehender Ringkragen zum Aufsetzen auf einen Bohrantrieb ausgebildet ist. Grundsätzlich kann an dem Ringkragen, insbesondere an dessen Unterseite, und/oder an einer gegenüberliegenden ringförmigen Auflagefläche des Bohrantriebes ebenfalls ein Dämpfungselement angeordnet sein.
  • Zur Verminderung der Schallabstrahlung können auch an weiteren Flächen des teleskopierbaren Bohrgestänges oder in nicht benötigten Hohlräumen Dämm- oder Dämpfungsmaterialien angeordnet sein.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Bohrgerät zum Erstellen einer Bohrung im Boden, mit einer Trägereinheit und einem daran angebrachten Mast und einem Drehantrieb, wobei das Bohrgerät dadurch weitergebildet ist, dass an dem Mast ein teleskopierbares Bohrgestänge gemäß der Erfindung, insbesondere so wie diese vorausgehend beschrieben wurde, angeordnet ist.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden mit einem Bohrwerkzeug, wobei das Bohrwerkzeug an einem teleskopierbaren Bohrgestänge nach der Erfindung gehalten und/oder ein erfindungsgemäßes Bohrgerät eingesetzt wird.
  • Mit einem derartigen Bohrgerät beziehungsweise einem derartigen Verfahren können die zuvor beschriebenen Vorteile beim Einsatz eines teleskopierbaren Bohrgestänges erzielt werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zumindest beim Rückziehen eines Bohrwerkzeuges aus dem Boden das teleskopierbare Bohrgestänge derart eingefahren wird, dass zumindest zwei Gestängeelemente mit korrespondieren Kopplungselementen axial zueinander eingefahren werden, wobei in dem axial eingefahrenen Zustand der Gestängeelemente diese axial gekoppelt werden und miteinander derart in Eingriff stehen, dass zwischen den Kopplungselementen eine Umfangskraft in Umfangsrichtung der Gestängeelemente erzeugt wird, mit welcher einander angrenzende Mitnehmerleisten der Gestängeelemente gegeneinander gedrückt und in Kontakt zueinander oder aber auf Abstand zueinander gehalten werden. Hierdurch kann einem glockenartigen Aneinanderschlagen der mit Spiel zueinander gelagerten Metallteile des Bohrgestänges und einer damit verursachten Lärmerzeugung entgegengewirkt werden.
  • Ein besonders geräuscharmer Betrieb kann nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass in dem eingefahrenen Zustand der Gestängeelemente zum Entleeren des Bohrwerkzeugs eine Rüttelbewegung des Bohrgestänges um die Gestängelängsachse ausgeführt wird. Die Rüttelbewegung kann dabei insbesondere durch eine reversierende Drehbewegung erzeugt werden, welche durch den Bohrantrieb ausgeübt wird. Die in Umfangsrichtung durch die Kopplungselemente erzeugten Kräfte zum Halten und Verspannen der Gestängeelemente sind insbesondere so eingestellt, dass diese größer als die durch die Rüttelbewegung ausgeübten Trägheitskräfte auf die einzelnen Gestängeelemente sind. Somit werden beim Durchführen einer Rüttelbewegung, welche etwa zum Entleeren eines Bohreimers oder einer Bohrschnecke ausgeübt werden kann, die Gestängeelemente zumindest kraftschlüssig aneinander gehalten und ein sich wiederholendes Aufeinanderschlagen der metallischen Gestängeelemente und die damit verbundene Lärmerzeugung werden vermieden.
  • 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 Seitenansicht eines Bohrgerätes mit einem erfindungsgemäßen Bohrgestänge;
    Fig. 2
    eine vergrößerte Detailansicht eines unteren Endbereiches eines erfindungsgemäßen Bohrgestänges;
    Fig. 3
    eine perspektivische Detailansicht zu den Kopplungselementes an einem erfindungsgemäßen Bohrgestänge; und
    Fig. 4
    eine Detailansicht zu den Kopplungselementen eines erfindungsgemäßen Bohrgestänges in einem zusammengefahrenen Zustand.
  • Ein Bohrgerät 10 mit einem erfindungsgemäßen teleskopierbaren Bohrgestänge 30 ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Trägereinheit 11 des Bohrgerätes 10 kann vorzugsweise einen verfahrbaren Unterwagen 12, welcher im gezeigten Beispiel als Raupenfahrwerk ausgebildet ist, und einen darauf drehbar gelagerten Oberwagen 13 aufweisen. Über einen Anlenkmechanismus 14, welcher Gelenkhebel und Stellorgane aufweisen kann, kann ein im Betrieb im Wesentlichen vertikaler Mast 16 verstellbar angelenkt sein.
  • An einer Vorderseite des Mastes 16 ist eine lineare Mastführung 19 ausgebildet, entlang welcher ein Schlitten 17 mit einem Bohrantrieb 18 verschiebbar gelagert und mittels einer Vorschubwinde 22 vertikal verfahren werden kann.
  • Vorzugsweise über einen Mastkopf des Mastes 16 kann ein Tragseil 28 geführt sein, wobei am freien Ende des Tragseiles 28 das teleskopierbare Bohrgestänge 30 mit einer Halteeinrichtung 32 aufgehängt ist. Das Bohrgestänge 30 ist durch den ringförmig ausgebildeten Bohrantrieb 18 hindurchgeführt, wobei am unteren Ende des Bohrgestänges 30 ein Bohrwerkzeug 20 lösbar angebracht ist. Das Bohrwerkzeug 20 ist beispielhaft als eine Bohrschnecke ausgebildet, wobei diese von einem zylindrischen Käfig mit Löchern umgeben ist. An einem oberen Endbereich des Bohrgestänges 30 kann ein Ringkragen 70 angeordnet sein, mit welchem das Bohrgestänge 30 auf den Bohrantrieb aufgelegt werden kann.
  • Der Aufbau und die Funktionsweise des teleskopierbaren Bohrgestänges 30 werden weiter in den Figuren 2 bis 4 gezeigt und mit Bezug hierauf beschrieben. Das erfindungsgemäße teleskopierbare Bohrgestänge 30 weist ein erstes innenliegendes Gestängeelement 40 auf, an dessen Außenseite in Längs- oder Axialrichtung verlaufende äußere Mitnehmerleisten 42 in grundsätzlich bekannter Weise angeordnet sind. An einem unteren Bereich des innenliegenden Gestängeelementes 40 kann eine Auflage 44 mit einem darauf angeordneten ringförmigen ersten Kopplungselement 45 ausgebildet. An dem ersten Kopplungselement 45 des innenliegenden Gestängeelementes 40 ist mindestens eine nach oben offene Nockenaufnahme 48 mit einer angeschrägten Keilfläche 49 ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel können zwei erste Kopplungselemente 45 vorgesehen sein, welche konzentrisch zueinander angeordnet sind und ineinander liegen. Die zwei ersten Kopplungselemente 45 können separat oder an einem gemeinsamen Ringkörper mit einer dann entsprechend vergrößerten Ringbreite ausgebildet sein.
  • Am unteren Ende des innenliegenden Gestängeelementes 40 ist eine Verbindungseinrichtung 36 angeordnet, welche mit einem Vierkantzapfen 37 zum lösbaren Anbringen eines Bohrwerkzeuges 20 ausgebildet sein kann. Zwischen der Auflage 44 und der Verbindungseinrichtung 36 kann ein Dämpfungselement 38 angeordnet, wobei die Auflage 44 mit dem mindestens einen ersten Kopplungselement 45 gegenüber der Verbindungseinrichtung 36 axial verschiebbar und dämpfend gelagert ist.
  • In Umfangsrichtung angrenzend an das innenliegende Gestängeelement 40 ist ein erstes außenliegendes Gestängeelement 50 angeordnet, wie anschaulich aus Fig. 3 hervorgeht. Das erste außenliegende Gestängeelement 50 weist äußere Mitnehmerleisten 52 und innere Mitnehmerleisten 54 auf, welche jeweils zur Drehmomentübertragung zwischen den einzelnen Gestängeelementen 40, 50, 60 ausgebildet sind.
  • An einer Unterseite des ersten außenliegenden Gestängeelementes 50 ist ein zweites Kopplungselement 55 mit mindestens einer nach unten gerichteten Nocke 56 gebildet, welche zum Eingriff in eine Nockenaufnahme eines in den Figuren nicht gezeigten weiteren ersten Kopplungselementes 45 an dem innenliegenden Gestängeelement 40 ausgebildet ist.
  • Wiederum in Umfangsrichtung angrenzend an das erste außenliegende Gestängeelement 50 kann ein zweites außenliegendes Gestängeelement 60 angeordnet sein, welches ebenfalls äußere Mitnehmerleisten 62 und innere Mitnehmerleisten 64 zur Drehmomentübertragung aufweist. An der Unterseite des zweiten außenliegenden Gestängeelementes 60 ist ein ringförmiges zweites Kopplungselement 65 mit mindestens einer nach unten gerichteten Nocke 66 angeordnet, welche zum Eingriff in die nach oben offene Nockenaufnahme 48 des ersten Kopplungselementes 45 des innenliegenden Gestängeelementes 40 ausgebildet ist.
  • In Fig. 4 ist eine Detailansicht des Bohrgestänges 30 in einem zusammengefahrenen Zustand gezeigt, bei welchem die nach unten gerichtete Nocke 66 des zweiten Kopplungselementes 65 des außenliegenden Gestängeelementes 60 in die Nockenaufnahme 48 an dem ersten Kopplungselement 45 des innenliegenden Gestängeelementes 40 eingefahren ist. Beim axialen Einfahren gelangt eine schräge Keilfläche 69 der Nocke 66 mit der Keilfläche 49 der Nockenaufnahme 48 derart in Eingriff, dass eine durch einen Pfeil angedeutete Kraft im Uhrzeigersinn auf das außenliegende Gestängeelement 60 relativ zu dem innenliegenden Gestängeelement 40 ausgeübt wird. Durch die so erzeugte Umfangskraft werden die aneinander angrenzenden Mitnehmerleisten 42, 52, 54 und 64 in Umfangsrichtung gegeneinandergedrückt und in diesem Zustand kraftschlüssig gehalten. Hierdurch wird ein unerwünschtes Gegeneinanderschlagen der metallischen Teile bei der weiteren Handhabung des Bohrgestänges 30, insbesondere beim Ausüben einer Rüttelbewegung, weitgehend verhindert.

Claims (14)

  1. Teleskopierbares Bohrgestänge, insbesondere Kellygestänge, mit mindestens zwei Gestängeelementen (40, 50, 60), welche zueinander axial teleskopierbar ausgebildet und angeordnet sind,
    wobei an mindestens einer Umfangsseite der rohrförmigen Gestängeelemente (40, 50, 60) axial verlaufende und zueinander gerichtete Mitnehmerleisten (42, 52, 54, 64) zur Drehmomentübertragung zwischen den Gestängeelementen (40, 50, 60) angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an einem ersten Gestängeelement (40) mindestens ein erstes Kopplungselement (45) und an einem zweiten Gestängeelement (50, 60) mindestens ein zweites Kopplungselement (55, 65) angeordnet sind, welche in einem axial eingefahrenen Zustand der Gestängeelemente (40, 50, 60) axial gekoppelt sind und miteinander derart in Eingriff stehen, dass zwischen den beiden Kopplungselementen (45, 55, 65) eine Umfangskraft in Umfangsrichtung der Gestängeelemente (40, 50 , 60) erzeugt ist, mit welcher aneinander angrenzende Mitnehmerleisten (42, 52, 54, 64) der Gestängeelemente (40, 50, 60) gegeneinander gedrückt und in Kontakt zueinander gehalten sind.
  2. Teleskopierbares Bohrgestänge nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem zweiten Kopplungselement (55, 65) mindestens eine keilförmige Nocke (56, 66) und/oder eine Nockenaufnahme (48) ausgebildet ist,
    dass an dem ersten korrespondierenden Kopplungselement (45) mindestens eine Nockenaufnahme (48) mit einer korrespondierenden Keilfläche (49) bzw. eine Nocke (56, 66) ausgebildet ist und
    dass bei einem axialen Zusammenschieben der Kopplungselemente (45, 55, 65) die mindestens eine keilförmige Nocke (56, 66) mit der Keilfläche (49) der Nockenaufnahme (48) zum Erzeugen der Umfangskraft zur Anlage kommt.
  3. Teleskopierbares Bohrgestänge nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens ein Kopplungselement (40, 50, 60), vorzugsweise alle miteinander korrespondierenden Kopplungselemente (40, 50, 60), ringförmig ausgebildet sind.
  4. Teleskopierbares Bohrgestänge nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem mindestens einen ringförmig ausgebildeten Kopplungselement (40, 50, 60) mehrere keilförmige Nocken (56, 66) und/oder Nockenaufnahmen (49) ausgebildet sind.
  5. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein innenliegendes Gestängeelement (40) vorgesehen ist, an dessen oberem Ende eine Halteeinrichtung (32) zum Halten und Aufhängen des Bohrgestänges (30) und an dessen unterem Ende eine Auflage (44) für mindestsens ein außenliegendes Gestängeelement (50, 60) angeordnet sind,
    dass an der Auflage (44) mindestens ein nach oben gerichtetes Kopplungselement (45) angeordnet ist und
    dass an einem unteren Bereich des mindestens einen außenliegenden Gestängeelementes (50, 60) ein nach unten gerichtetes Kopplungselement (55, 65) ausgebildet ist, welches in einem axial eingefahrenen Zustand der Gestängeelemente (40, 50, 60) auf dem nach oben gerichteten Kopplungselement (45) des innenliegenden Gestängeelementes (40) aufliegt und mit diesem in Eingriff steht.
  6. Teleskopierbare Bohrgestänge nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Auflage (44) des innenliegenden Gestängeelementes (40) mehrere ringförmige Kopplungselemente (45) angeordnet sind, welche unterschiedliche Ringdurchmesser aufweisen und konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  7. Teleskopierbares Bohrgestänge nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere rohrförmige außenliegende Gestängeelemente (50, 60) vorgesehen sind, welche unterschiedliche Rohrdurchmesser aufweisen und an ihrem unteren Ende jeweils ein nach unten gerichtetes ringförmiges Kopplungselement (55, 65) aufweisen, wobei die nach unten gerichteten Kopplungselemente (55, 65) unterschiedliche Durchmesser aufweisen und zueinander konzentrisch angeordnet sind.
  8. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an einem unteren Ende des Bohrgestänges (10), insbesondere des innenliegenden Gestängeelementes (40), unterhalb der Auflage (44) eine Verbindungseinrichtung (36), insbesondere ein Vierkantzapfen (37), zum Anbringen eines Bohrwerkzeuges (20) ausgebildet ist.
  9. Teleskopierbares Bohrgestänge nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen der Auflage (44) und der Verbindungseinrichtung (36) ein axiales Dämpfungselement (38) angeordnet ist.
  10. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an einem oberen Ende eines äußeren Gestängeelementes (50, 60) ein radial nach außen vorstehender Ringkragen (70) zum Aufsetzen auf einen Bohrantrieb (18) ausgebildet ist.
  11. Bohrgerät zum Erstellen einer Bohrung im Boden, mit einer Trägereinheit (11) und einem daran angebrachten Mast (16) und einem Bohrantrieb (18),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem Mast (16) ein teleskopierbares Bohrgestänge (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 angeordnet ist.
  12. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung im Boden mit einem Bohrwerkzeug (20),
    dadurch gekennzeichnet
    dass das Bohrwerkzeug (20) an einem teleskopierbaren Bohrgestänge (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gehalten und/oder ein Bohrgerät (10) nach Anspruch 11 eingesetzt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest beim Rückziehen eines Bohrwerkzeuges (20) aus dem Boden das teleskopierbare Bohrgestänge (30) derart eingefahren wird, wobei zumindest zwei Gestängeelemente (40, 50, 60) mit korrespondierenden Kopplungselementen (45, 55, 65) axial zueinander eingefahren werden, wobei in dem axial eingefahrenen Zustand der Gestängeelemente (40, 50, 60) diese axial gekoppelt werden und miteinander derart in Eingriff stehen, dass zwischen den Kopplungselementen (45, 55, 65) eine Umfangskraft in Umfangsrichtung der Gestängeelemente (40, 50, 60) erzeugt wird, mit welcher aneinander angrenzende Mitnehmerleisten (42, 52, 54, 62, 64) der Gestängeelemente (40, 50, 60) gegeneinander gedrückt und in Kontakt zueinander gehalten werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem eingefahrenen Zustand der Gestängeelemente (40, 50, 60) zum Entleeren des Bohrwerkzeuges (20) eine Rüttelbewegung des Bohrgestänges (30) um eine Gestängelängsachse ausgeführt wird.
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DE8714201U1 (de) * 1987-10-24 1988-03-10 Ing. Günter Klemm, Spezialunternehmen für Bohrtechnik, 5962 Drolshagen Kellystange für ein Erdbohrgerät
DE4041303C2 (de) 1990-12-21 1998-10-15 Bauer Spezialtiefbau Teleskopierbare Bohrstange
CN104389530B (zh) * 2014-11-19 2016-06-15 彭振 一种低噪音控制的环保型钻杆

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