H E B E W E R K
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hebewerk der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
Derartige Hebewerke dienen dem Ablassen und Aufholen einer Last, insbesondere einer Bohreinrichtung, beispielsweise von einer Plattform in ein Bohrloch oder auf den Meeresgrund. Sie weisen ein flexibles Zugmittel auf, dessen eines Ende an der Bohreinrichtung befestigt ist. Das andere Ende des Zugmittels ist an einer drehbar gelagerten Wickeltrommel befestigt, mit der das Zugmittel auf- und abgewickelt werden kann.
Zum Drehantrieb der Trommel ist zumindest eine Drehantriebseinrichtung vorgesehen. Letztere umfaßt regelmäßig einen Gleichstrommotor. Um die Trommel über einen relativ weiten Drehzahlbereich mit nahezu konstanter, hoher Leistung antreiben zu können, ist dem Gleichstrom-Elektromotor ein Schaltgetriebe nachgestaltet, dessen Eingangswelle mit dem Gleichstrom-Elektromotor und dessen Ausgangswelle mit der Trommel gekoppelt ist.
Bei einer ersten Ausführungsform derartiger, bekannter Hebewerke wird das anliegende Drehmoment mittels einer Gliederkette auf die Trommel übertragen, Zwar weisen diese sogenannten Kettenhebewerke relativ kompakte Außenabmessungen auf, nachteilig ist jedoch, daß der stets vorhandene Kettendurchhang im Unterschlag des Kettentriebes beim sogenannten „ Vierquadrantenbetrieb" , bei dem sowohl beim Heben der Last als auch beim Senken der Last sowohl beschleunigt als auch gebrennst werden kann, auf den Oberschlag wechseln und dadurch ein stoßartiger Betrieb mit erheblichen, auf das Zugmittel wirkenden Kraftspitzen entstehen würde. Hierin besteht eine erhebliche Gefahr, da durch die Kraftspitzen die Zugfestigkeit des Zugmittels überschritten werden kann, was Abriß des Zugmittels mit den damit verbundenen verheerenden Folgen führen würde.
Es ist daher von der Firma Wirth Maschinen - und Bohrgeräte- Fabrik GmbH, Erkelenz ein Hebewerk bekannt, welches zwei Antriebseinheiten, bestehend aus einen Gleichstrom -Elektromotor mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe, umfaßt, bei welchen die Getriebeausgangswellen jeweils ein Zahnradritzel tragen, welches mit einem rotationsfest auf der Trommelwelle gelagerten Zahnrad im Eingriff steht. Die beiden Drehantriebseinrichtungen sind nebeneinander in Verlängerung der Trommelachse auf
einer der Stirnseiten der Trommel angeordnet, derart, daß der Eingriff der Zahnradritzel in das auf der Trommelwelle befindliche Zahnrad um 180° bezüglich der Trommelachse versetzt stattfindet. Jenseits der anderen Stirnseite der Trommel sind in Richtung der Trommelachse gesehen hintereinander eine Scheibenbremse und eine Wirbelstrombremse vorgesehen, die mit der Trommelwelle drehfest verbunden sind.
Mit diesem Getriebehebewerk ist - im Gegensatz zum Kettenhebewerk - ein „ Vierquadrantenbetrieb" möglich, ohne daß dies zu den unerwünschten Kraftspitzen in dem Zugmittel führt. Durch die Möglichkeit, die Antriebsmotoren sogleich zum Abbremsen der Trommelrotation zu benützen, kann durch die Möglichkeit der direkten Einspeisung der durch den Bremsvorgang gewonnenen elektrischen Energie eine erhebliche Energieeinsparung erzielt werden. Ferner kommt die mechanische Scheibenbremseinrichtung nur noch erheblich seltener als bei dem Kettenhebewerk zum Einsatz, wodurch einerseits deren Verschleiß und verschleißbedingte Ausfallzeiten des Hebewerks, andererseits die bei mechanischen Bremseinrichtungen regelmäßig auftretenden Lärmbelästigungen auf ein Minimum verringert werden.
Zwar hat sich dieses Getriebehebewerk in den letzten Jahren vielfach bewährt, nachteilig ist jedoch sein erheblicher Platzbedarf, der es insbesondere für den Austausch von den kompakteren Kettenhebewerken ungeeignet macht.
Es ist bekannt, daß Wechselstromdrehantriebselektromotoren ein hohes Drehmoment über einen weit größeren Drehzahlbereich aufweisen als Gleichstrommotoren. Es ist daher bekannt geworden, Getriebehebewerke der oben beschriebenen Art im Austausch von den Gleichstrom -Elektromotor/Schaltgetriebeeinheiten mit Wechselstrom -Elektromotoren ohne Schaltgetriebe auszustatten, da sich hierdurch die Baulänge des Hebewerkes reduziert. Ein wesentlicher Nachteil besteht jedoch darin, daß insbesondere dann, wenn das Getriebehebewerk im Austausch eines gleichstrombetriebenen Kettengebewerkes eingesetzt werden soll, die gesamte elektrische Betriebseinrichtung von Gleichstrom auf Wechselstrom umgestellt werden muß, was einen regelmäOig wirtschaftlich nicht vertretbaren Aufwand bedeutet.
Aus der WO 01/64573 A2 ist ein Hebewerk bekannt, bei dem zwei Drehantriebseinrichtungen bezogen auf die Drehachse der Trommel neben derselben angeordnet ist, derart, daß sich die Trommel und die Drehantriebseinrichtungen in einer Projektion senkrecht zur Drehachse der Trommel zumindest teilweise überdecken. Hierdurch reduziert sich die Baulänge des Hebewerks erheblich. Die
Länge des Hebewerks ist somit im wesentlichen durch die Trommel und die in Richtung der Trommelachse vor- bzw. nachgeschalteten Aggregate bestimmt. Die Antriebswellen der Rotations -Antriebsmotoren und die Eingangs- und Ausgangswellen des Schaltgetriebes sind auf einer gemeinsamen Geraden liegend angeordnet.
Die Getriebeeinheit ist ein Zahnradgetriebe, das über ein Summengetriebe an die Trommelwelle angekoppelt ist.
Zwar zeichnet sich dieses Hebewerk durch eine besondere Leistungsfähigfähigkeit aus, nachteilig ist jedoch, daß es mit einem erheblichen Herstellungsaufwand verbunden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Hebewerk derart weiterzubilden, daß sein Herstellungsaufwand reduziert ist, ohne daß hierdurch die Leistungsfähigkeit und Funktionssicherheit beeinträchtigt wird.
Dadurch, daß das Summengetriebe, d. h. das Getriebe, welches die von mindestens einem, bevorzugt mindestens zwei Rotations- Antriebsmotoren gelieferten Drehmomente auf die Trommel überträgt, als Mehrgang - Getriebe ausgebildet ist, kann auf die bislang einem jeden Rotations- Antriebsmotor nachgeschalteten Schaltgetriebe verzichtet werden. Somit reduziert sich der mit der Herstellung des Hebewerks verbundene Aufwand erheblich. Ferner wirkt sich vorteilhaft aus, daß das als Mehrgang - Getriebe ausgebildete Summengetriebe weniger Gewicht aufweist als mehrere separate Schaltgetriebe, so daß einerseits das gesamte Hebewerk leichter wird, andererseits auch dessen Rahmen, der sämtliche Bauteile trägt, eine geringere Stabilität aufweisen muß. Letzteres reduziert abermals den Herstellungsaufwand und das Gewicht. Darüber hinaus wird für den Schaltvorgang nur ein einziges Schaltorgan und nicht - wie bislang - für jedes Schaltgetriebe ein separates Schaltorgan benötigt, so daß - wenn das Schaltorgan hydraulisch betätigt wird - sich auch das Hydrauliksystem und - falls vorhanden - sich eine elektronische Steuer- / oder Kontrollelektronik vereinfacht.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hebewerks ist die Drehantriebseinrichtung bezogen auf die Drehachse der Trommel neben der Trommel angeordnet, derart, daß sich die Trommel und die Drehantriebseinrichtung in einer Projektion senkrecht zur Drehachse der Trommel zumindest teilweise
überdecken. Ein Hebewerk mit einer derartigen geometrischen Anordnung der Komponenten zeichnet sich durch eine besonders kurze Bauweise aus.
Bei dieser Ausführungsform des Hebewerks sind dann die Antriebswellen der Rotation- Antriebsmotoren vorzugsweise auf einer gemeinsamen Geraden liegend angeordnet.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfϊndungsgemäßen Hebewerks sind die mindestens zwei Rotationsantriebsmotoren nebeneinander in Verlängerung der Drehachse der Trommel angeordnet. Durch diese geometrische Anordnung baut das Hebewerk zwar länger als bei der obigen Ausführungsform, dessen Breite ist jedoch wesentlich reduziert.
Beide Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hebewerks können je nach Platzverhältnissen alternativ Verwendung finden.
Die Trommel eines erfindungsgemäßen Hebewerks ist vorzugsweise rotationsfest mit einer drehbar gelagerten Trommelwelle verbunden.
Die Trommelwelle ist dann bevorzugt mit der Ausgangsseite einer Getriebeeinheit verbunden, deren Eingangsseite an die Ausgangswelle des Schaltgetriebes angekoppelt ist.
Ist die Trommelwelle einenends an eine mechanisch wirkende, anderenends an eine elektrisch wirkende Bremseinrichtung angekoppelt, so kann im Bedarfsfalle durch gleichzeitige Betätigung der beiden Bremseinrichtungen ein hohes Bremsmoment auf die Trommel ausgeübt werden, ohne daß es zu nur einseitigen Torsionskräften der Trommelwelle kommt, wie dies der Fall wäre, wenn nur ein Ende der Trommelwelle mit Bremseinrichtungen gekoppelt wäre,
Die mechanische wirkende Bremseinrichtung ist vorzugsweise eine Scheibenbremse, die elektromagnetisch wirkende Bremseinrichtung eine Wirbelstrombremse.
Die Rotations - Antriebsmotoren können wahlweise als Gleichstrom- Elektromotoren oder als Wechselstrom- Elektromotoren ausgebildet sein. Letztere erfordern zwar eine technisch aufwendigere Ansteuerung, ihr nutzbarer Drehzahlbereich ist jedoch größer, so daß sich im Betrieb des Hebewerks die Anzahl der Schaltvorgänge reduzieren läßt, Auch ist es möglich, Hydraulikmotoren einzusetzen.
Um Überlastungen der Antriebsmotoren der Drehantriebseinrichtungen zu vermeiden, sind die Schaltgetriebe vorzugsweise mit einer Sicherheitseinrichtung ausgerüstet, die bei Überschreitung eines maximal zulässigen Drehmoments an der Eingangswelle das Getriebe selbsttätig in den Gang des größten Verhältnisses der Drehzahl der Eingangswelle zur Drehzahl der Ausgangswelle umschaltet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hebewerks in einer Seitenansicht (Ansicht A in Fig. 2);
Fig. 2 dasselbe Hebewerk wie in Fig, 1 in einer Ansicht von oben (Ansicht B in Fig. 1); Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hebewerks in einer Fig, 1 entsprechenden Seitenansicht (Ansicht C in Fig. 4) sowie
Fig. 4 dasselbe Hebewerk wie in Fig. 3 in einer Fig. 2 entsprechenden Ansicht von oben (Ansicht D in Fig. 3), Das in Fig. 1 und 2 als Ganzes mit 100 bezeichnete Hebewerk umfaßt einen Rahmen 1 rechteckigen Grundrisses, der aus miteinander verschweißten Doppel-T- Stahlträgern
2 besteht. Auf den oberen Horizontalflächen 3 der Träger 2 sind die im folgenden noch beschriebenen Komponenten des Hebewerks durch Verschrauben befestigt.
Zum Aufholen und Ablassen eines Bohrgerätes umfaßt das Hebewerk 100 ein als Stahlseil ausgebildetes flexibles Zugmittel 4, welches mittels einer Trommel 5 auf- und abwickelbar ist.
Die Trommel 5 ist drehfest auf einer Trommelwelle 6 befestigt, deren Achse S parallel zu den Längsseiten 7 des Rahmens 1 verläuft. Sie ist in Lagerböcken 8, 9 gelagert, die jenseits der beiden Stirnseiten 10, 11 der Trommel 5 angeordnet sind, Das in der Zeichnung links dargestellte Ende der Trommelwelle 6 ist drehfest mit der Scheibe 12 einer Scheibenbremsanordnung 13 befestigt, die in Drehrichtung der Achse S um 180° versetzt zwei Bremszangen 14, 15 umfasst, Mittels der Scheibenbremsanordnung 13 kann die Drehgeschwindigkeit der Trommel 5 während des Abwickelvorganges des flexiblen Zugmittels 4 abgebremst oder auch vollständig blockiert werden. Jenseits der anderen Stirnseite 11 ist die Trommelwelle 6 mit der Ausgangsseite 16 eines noch im
einzelnen zu beschreibenden Summengetriebes 20 und mit einer in Richtung der Achse S nachgeschalteten Wirbelstrombremse 18 verbunden. Letztere dient ebenfalls der Abbremsung der Abwickelgeschwindigkeit der Trommel 5. Ihr Einsatz wird demjenigen der Scheibenbremsanordnung bevorzugt, da das aufbringen der Bremsenergie verschleißfrei und ohne durch mechanischen Eingriff hervorgerufene Lärmbelästigung erfolgt.
Neben der Anordnung aus Scheibenbremsanordnung 13, Trommel 5, Wirbelstrombremse 18 und zwischen der Trommel 5 und der Wirbelstrombremse 18 liegender Ausgangsseite 16 des Summengetriebes 20 ist eine Drehantriebseinrichtung 19 an dem Rahmen 1 befestigt. Sie umfaßt zwei Gleichstromelektromotoren 21, 22 deren Ausgangswellen jeweils mit der Eingangswelle des Summengetriebes 20 drehfest verbunden sind,
Bei dem Summengetriebe 20 handelt es sich um ein solches, das als mechanisches Mehrgang- Getriebe ausgestaltet ist. Es kann also zumindest zwischen zwei Übersetzungsverhältnissen gewählt werden, wodurch sich der Last- und Geschwindigkeitsbereich, für den das Hebewerk geeignet ist, erhöht. Dies ist insbesondere beim Einsatz von Gleichstrom - Elektromotoren wegen deren begrenzt nutzbarem Drehzahlbereich von besonderer Bedeutung.
Die Rotations - Antriebsmotoren 21, 22 sind derart räumlich angeordnet, daß ihre Ausgangswellen 27, 28 einander zugewandt sind und die Drehachsen T, T der Ausgangswellen 27, 28 auf einer gemeinsamen Geraden liegen, Beide Ausgangswellen 27, 28 sind mit der Eingangsseite 29 des Summengetriebes 20 verbunden und wirken auf ein in der Zeichnung nicht erkennbares Eingangszahnrad, welches über eine Schalteinrichtung bekannter Bauart mit wahlweise zumindest zwei verschiedenen Übersetzungsverhältnissen auf ein an der Ausgangsseite 16 des Summengetriebes 20 vorgesehenes, ebenfalls nicht dargestelltes Zahnrad mit der Trommelwelle 6 verbunden ist, Das Summengetriebe 20 dient daher der Übertragung von Drehmomenten zwischen den Ausgangswellen 27, 28 der Rotations - Antriebsmotoren 21, 22 und der Trommelwelle 6, Im Falle des Aufwickeins des flexiblen Zugmittels 4 auf die Trommel 5 treibt die Drehantriebseinrichtung 19 über das Summengetriebe 20 die Trommelwelle 6 an, das im Falle des Abwickeins des flexiblen Zugmittels 4 von der Trommel 5 erforderliche Abbremsen der Trommel 5 kann ebenfalls durch die Rotations - Antriebsmotoren 21, 22 erfolgen, die dann als Generatoren wirken. Da hierdurch die kinetische Energie der rotierenden Trommel in
elektrische Energie umgewandelt wird, läßt sich - falls gewünscht - durch Rückeinspeisung auf diese Weise Energie einsparen.
Ein wesentlicher Vorteil der Ankopplung der Ausgangswellen 27, 28 der Rotations - Antriebsmotoren an die Trommelwelle 6 über das Mehrgang - Summengetriebe 20 ist, daß auf zwischengeschaltete Schaltgetriebe verzichtet werden kann. Neben einer Reduzierung der Herstellungskosten verringert sich auch der Platzbedarf des Hebewerkes, da anstelle der Schaltgetriebe andere notwendige Bauteile - beispielsweise Hydraulikaggregate - untergebracht werden können,
Das Summengetriebe 20 ist mit einer in der Zeichnung nicht erkennbaren Sicherheitskupplung ausgestattet, die bei Überlastung des jeweils antreibenden Rotations - Antriebsmotors 21, 22 automatisch die kleinste Übersetzung des Summengetriebes 20 wählt, um das von den Rotations - Antriebsmotoren 21 , 22 in diesem Betriebszustand aufzubringende Drehmoment zu minimieren. Die Sicherheitskupplung ist derart konzipiert, daß in diesem „ ersten" Gang eine federkraftinduzierte Beaufschlagung ein Lösen der Kupplung unabhängig von vorhandenem Hydraulikdruck, über den die Kupplung betätigt wird, verhindert und somit eine Drehmomentübertragung sichergestellt wird, Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Hebewerk vorzugsweise eine in der Zeichnung nicht dargestellte Nachlaßvorrichtung integriert, die geeignet ist, auch während des Bohrbetriebes das Bohrgerät zu senken und zu heben und welche die Andruckkraft des Bohrgerätes auf die Bohrlochsohle auf einen gewünschten Wert einstellt. Hierzu kann die Nachlaßvorrichtung in den folgenden drei verschiedenen Arten betrieben werden: a) „ constant load" , d, h. die Nachlaßvorrichtung erfaßt die Kraft, mit der das Bohrgerät an der Bohrlochsohle anliegt und regelt diese auf einen vorbestimmten Wert; b) „ constant speed" , d. h. der Nachlaß des Bohrgerätes erfolgt mit konstanter Geschwindigkeit sowie c) „ constant mud pressure" , d. h. die Nachlaßgeschwindigkeit wird so geregelt, daß der Druck der Spülflüssigkeit für einen durch die Spülflüssigkeit angetriebenen Antriebsmotor des Bohrgerätes während des Abtragvorgangs konstant ist.
Das erfindungsgemäße Hebewerk ist ferner mit einer in der Zeichnung nicht erkennbaren Doppelfilteranlage ausgerüstet, mit der das für den Betrieb der
hydraulisch angetriebenen Bauteile des Hebewerks, beispielsweise der Scheibenbremsanordnung 13 und des Summengetriebes 20 erforderliche Hydrauliköl wirksam gefiltert wird. Die beiden Filter dieser Doppelfilteranlage sind in unabhängig voneinander wechselweise in den Hydraulikkreislauf einschaltbare Durchflußzweige eingebaut. Hierdurch wird bewirkt, daß - sobald bei einem der beiden Filter die Filterkapazität erschöpft ist - ohne Unterbrechung des Betriebes auf den anderen Filter umgeschaltet werden kann,
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungemäßen Hebewerks ist in Fig. 3 und 4 dargestellt und als Ganzes mit 200 bezeichnet, Im folgenden soll - um Wiederholungen zu vermeiden - lediglich auf die baulichen Unterschiede zu der Ausführungsform gem. Fig. 1 und 2 eingegangen werden. Sich hinsichtlich ihrer Wirkung entsprechende Bauteile sind mit gegenüber der Ausführungsform gem. Fig. 1 und 2 um 100 erhöhte Bezugsziffern bezeichnet,
Bei diesem Hebewerk sind die Rotations - Antriebsmotoren 121, 122 nebeneinander in Verlängerung der Drehachse S und der Trommel 105 angeordnet. Dementsprechend weist das Summengetriebe 120 zwei Eingangsseiten 129 auf, die jeweils mit einer Ausgangswelle 128 eines Rotations - Antriebsmotors 121, 122 verbunden sind.
Desweiteren sind die Scheibenbremsanordnung 113 und die Wirbelstrombremse 118 gem. der Fig, 3 und 4 links neben der Stirnseite 110 der Trommel 105 angeordnet.
Aufgrund dieser Anordnung der Bauteile des erfindungsgemäßen Hebewerks baut die Ausführungsform gern, Fig. 3 und 4 schmaler, aber dafür länger als diejenige gern, Fig. 1 und 2, wie durch Vergleich der Figuren unmittelbar sinnfällig wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Rahmen
2 Träger
3 Horizontalfläche
4 Flexibles Zugmittel
5 Trommel
6 Trommelwelle
7 Längsseite
8 Lagerbock
9 Lagerbock
10 Stirnseite
11 Stirnseite
12 Scheibe
13 Scheibenbremsanordnung
14 Bremszange
15 Bremszange
16 Ausgangseite
18 Wirbelstrombremse
19 Drehantriebseinrichtung
20 Summengetriebe
21 Rotations - Antriebsmotor
22 Rotations - Antriebsmotor
27 Ausgangswelle
28 Ausgangswelle
29 Eingangsseite
100 Hebewerk
S Achse
T,T' Drehachsen
G Gerade
104 flexibles Zugmittel
105 Trommel
110 Stirnseite
113 - 5cheibenbremsanordnung
118 Wirbelstrombremse
121 Rotations- Antriebsmotor
122 Rotations- Antriebsmotor
127 Ausgangswelle
128 Ausgangswelle
129 Eingangsseite 200 Hebewerk