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Bohrgerät - Dokument DE102004039865B4
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004039865B4 30.11.2006
Titel Bohrgerät
Anmelder Klemm Bohrtechnik Zweigniederlassung der Bauer Maschinen GmbH, 57489 Drolshagen, DE
Erfinder Weber, H.-J., 57482 Wenden, DE;
Poggel, M., 57413 Finnentrop, DE;
Hagemeyer, C., 57462 Olpe, DE
Vertreter Weber & Heim Patentanwälte, 81479 München
DE-Anmeldedatum 17.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004039865
Offenlegungstag 23.02.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.2006
IPC-Hauptklasse E21B 19/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse E21B 7/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät, insbesondere zum Erd- oder Gesteinsbohren, mit einem Bohrstrang, einem Bohrantrieb zum Antreiben des Bohrstranges und einer Halterung, an welcher der Bohrantrieb gehaltert ist.

Sowohl beim drehenden Bohren als auch beim drehschlagenden Bohren tritt insbesondere bei längeren Bohrsträngen ein sogenanntes Walken des Bohrstranges auf. Walken bedeutet eine umlaufende Biegebelastung des Bohrstranges. Dieses Walken ist durch unterschiedliche Faktoren bedingt, beispielsweise durch die Fertigungstoleranzen des Bohrstranges, des Antriebskopfes sowie dessen Lagerung und insbesondere durch unsymmetrisch am Werkzeug auftretende Prozesskräfte. Ein weiterer Grund für das Walken liegt in dem konstruktiv erforderlichen Spiel in der Bohrachse zwischen dem Bohrstrang und den den Bohrstrang führenden Elementen, wie etwa der Anbohrführung. Durch Verschleiß kann sich dieses Spiel vergrößern, wodurch sich auch das Problem des Walkens erhöht.

Eine Abtriebswelle des Bohrantriebes ist über einen Abtriebsflansch mittels Schraubbolzen lösbar mit dem Bohrstrang verbunden, welcher üblicherweise ein aus mehreren Elementen zusammengesetztes Bohrgestänge sein kann. Durch das Walken entsteht an dem Abtriebsflansch des Bohrantriebs ein umlaufendes Biegemoment. Dieses verursacht wechselnde bzw. schwellende Längskräfte an den Schraubbolzen des Abtriebsflansches. Dadurch kann es im Dauerbetrieb zu Lockerungen oder im ungünstigsten Fall zu Beschädigungen der Flanschbefestigung kommen.

Bei Bohrgeräten mit relativ genauer Führung des Bohrantriebes auf einer Bohrlafette werden die umlaufenden Biegemomente im Bohrantrieb bis in die Lafette abgetragen, bzw. sie können nicht durch ein erhöhtes Spiel zwischen Antriebsschlitten und Bohrlafette kompensiert werden. Dies ist etwa dann der Fall, wenn die Führungselemente, zum Beispiel Gleitführungsleisten, schon stark verschlissen sind. Bei Bohrgeräten mit automatischem Gestängemagazin ist jedoch ein Verschleiß oder konstruktiv bedingtes Spiel zwischen Schlitten und Bohrlafette nicht wünschenswert, weil sonst eine exakte Fluchtung der Bohrachse mit der Bohrantriebsachse nicht mehr gegeben ist und dadurch ein Magazinbetrieb erschwert oder verhindert wird.

In der gattungsgemäßen DE 102 18 144 A1 wird gelehrt, beim Herstellen von Bohrungen größerer Längen Bohrrohre oder Bohrrohr und Rohrflansch zu verschrauben.

Dazu wird in dieser Druckschrift eine Bohrvorrichtung mit Gewindelängenausgleich beschrieben, die eine Längsbewegung des Bohrantriebes gegen eine Rückstellkraft ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgerät anzugeben, bei welchem die negativen Einflüsse des Walkens auf den Bohrantrieb und dessen Verbindung zum Bohrstrang erheblich vermindert sind.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Bohrgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation einer Walkbewegung des Bohrstranges zwischen dem Bohrantrieb und der Halterung mindestens eine Federeinrichtung angeordnet ist, über welche der Bohrantrieb an der Halterung quer zu einer Bohrachse auslenkbar gelagert ist.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Bohrantrieb elastisch oder federnd zu lagern. Der Bohrantrieb kann so den prozessbedingten Biegebelastungen und Bewegungen des Bohrstranges im Bohrbetrieb zumindest teilweise folgen. Hierdurch vermindern sich die Belastungen insbesondere auf die Schraubbolzen am Abtriebsflansch des Bohrantriebes erheblich. Die Gefahr von Lockerungen der Flanschverbindung zum Bohrstrang und die damit verbundene Gefahr von Beschädigungen wird drastisch verringert.

Grundsätzlich können für die Federeinrichtung beliebige federnde oder elastische Elemente verwendet werden, welche eine gewisse Bewegungsfreiheit des Bohrantriebes sowie dessen Rückstellung in eine Ausgangsposition nach Wegfall der Belastung sicherstellen. Dabei können für die Erfindung auch Gummielemente zum Einsatz kommen. Eine besonders altersbeständige und auch für längeren Dauerbetrieb geeignete Ausführungsform besteht nach der Erfindung aber darin, dass die Federeinrichtung mindestens eine Drehstabfeder aufweist. Eine Drehstabfeder aus einem Federstahl stellt ein besonders robustes und kostengünstiges Federelement dar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Ende der Drehstabfeder in einer ersten Aufnahme befestigt ist, welche an der Halterung angebracht ist, und dass das andere Ende der Drehstabfeder in einer zweiten Aufnahme befestigt ist, welche an dem Bohrantrieb angebracht ist. Die beiden Aufnahme können dabei beispielsweise als Deckel oder Flansche ausgebildet sein, welche mittels Schraubverbindungen an der Halterung bzw. dem Bohrantrieb befestigt werden können.

Eine besonders hohe Federsteifigkeit und damit eine besonders gute Rückstellung des Bohrantriebes wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass mehrere, vorzugsweise vier Drehstabfedern als ein Paket zusammen angeordnet sind. Eine besonders zweckmäßige Anordnung ergibt sich dadurch, dass die Drehstabfedern zylindrisch ausgebildet sind, wobei jedoch die freien Enden mehreckig, insbesondere viereckig, gestaltet sind. Mit diesen eckigen Enden können die Drehstabfedern verdrehsicher in korrespondierenden Aufnahmelöchern in den deckel- oder flanschförmigen Aufnahmen angeordnet werden.

Eine besonders stabile Lagerung des Bohrantriebes wird nach der Erfindung dadurch erzielt, dass die Halterung einen gabelförmigen Lagerbock aufweist, in welchem der Bohrantrieb an zwei gegenüberliegenden Seiten mit je einer Federeinrichtung aufgehängt ist. Durch diese beidseitige federnde Lagerung ergibt sich eine gute elastische Aufhängung in einer Ebene.

Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß, dass der Lagerbock über mindestens eine Federeinrichtung an einer Grundplatte gelagert ist. Bei Kombination mit den Federeinrichtungen am Lagerbock kann diese weitere Federeinrichtung an der Grundplatte eine zusätzliche Bewegbarkeit gewähren. Hierzu ist insbesondere diese Federeinrichtung in ihrer Ausrichtung um 90° zu der Ausrichtung der anderen Federeinrichtungen ausgerichtet. Die federnde Aufhängung in mehreren Richtungen erlaubt so eine Kompensation auch komplexer Bewegungszustände beim Walken.

Für eine lösbare Halterung des Bohrstranges ist es erfindungsgemäß, dass der Bohrantrieb einen Befestigungsflansch zum Anbringen des Bohrstranges aufweist. Dieser Befestigungs- oder Abtriebsflansch ist fest mit der Abtriebswelle des Bohrantriebes verbunden. Über einen korrespondierenden Flansch am Bohrstrang kann dieser über Schraubbolzen lösbar mit dem Bohrantrieb verbunden werden. In Verbindung mit der elastischen Aufhängung des Bohrantriebes wird eine sichere und zugleich langlebige Verbindung erreicht.

Nach der Erfindung ist es besonders bevorzugt, dass der Bohrantrieb und der Befestigungsflansch mit einem mittigen Durchgang für einen Spülbohrbetrieb ausgebildet sind. Es kann so nach der Erfindung ein Spülbohrbetrieb ohne Behinderungen durchgeführt werden, wobei gleichzeitig die Belastungen durch das Walken auf den Bohrantrieb erheblich vermindert sind.

Zur Vermeidung von Überbelastungen ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass Anschläge zum Begrenzen der Auslenkbewegung der Federeinrichtung vorgesehen sind. Diese Anschläge können insbesondere vorstehende Platten oder andere Stoppelemente sein, welche die Auslenkung des Bohrantriebes mechanisch begrenzen. Die Anschläge können unmittelbar in den Federeinrichtungen integriert oder separat am Bohrantrieb oder der Halterung vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrgerätes;

2 eine Seitenansicht auf eine Halterung mit Bohrantrieb für eine vertikale Aufhängung;

3 eine Querschnittsansicht durch die Halterung mit Bohrantrieb gemäß 2;

4 eine Draufsicht auf eine Halterung mit Bohrantrieb für eine horizontale Aufhängung; und

5 eine Querschnittsansicht durch die Halterung mit Bohrantrieb gemäß 4.

Ein erfindungsgemäßes Bohrgerät 10 gemäß 1 weist ein Trägergerät 5 auf, welches als ein Raupenfahrzeug ausgeführt ist. Das Raupenfahrzeug umfasst die Antriebsaggregate, die Bedieneinheit sowie einen Stellmechanismus 7, mit welchem ein Mast 9 in nahezu jede beliebige vertikale oder horizontale Position gebracht werden kann. Entlang des Mastes 9 ist ein Schlitten 11 verschiebbar geführt. Eine Verbeschiebebewegung des Schlittens 11 wird durch einen nur angedeuteten Vorschubantrieb 3 bewirkt, welcher üblicherweise eine Seil- oder Kettenzugeinrichtung aufweist.

Ein Bohrantrieb 12 ist über eine Halterung 20 an dem Schlitten 11 befestigt. An einer Abtriebswelle des Bohrantriebes 12 ist ein Befestigungsflansch 14 vorgesehen, an welchem ein Bohrstrang 30 mit einem Bohrflansch 32 über Schraubbolzen lösbar befestigt ist. Am unteren Ende des Mastes 9 ist zur Stabilisierung und Führung des Bohrstranges 30 eine Bohrführung 36 angeordnet, welche auch die Funktion einer Klemm- und Brecheinrichtung zum Lösen und Verschrauben von Bohrgestängeelementen haben kann.

Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufhängung des Bohrantriebes 12 ist in den 2 und 3 näher gezeigt. Die Halterung 20 umfasst einen gabelförmigen Lagerbock 22, in welchem der Bohrantrieb 12 mittels zweier gegenüberliegender Federeinrichtungen 50 vertikal aufgehängt ist. Die Federeinrichtungen 50 gewähren dabei in einer vertikalen Richtung eine Auslenkbewegung des Bohrantriebes 12, der über den Befestigungsflansch 14 und den Bohrflansch 32 mit dem Bohrstrang 30 verbunden ist. Die Auslenkung der Bohrachse 18 ist schematisch in 2 dargestellt.

Die Federeinrichtung 50 umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils vier Drehstabfedern 52, welche in einem Viererpaket angeordnet sind, wie schematisch aus der Detaildarstellung D2 hervorgeht. Gemäß der schematischen Detaildarstellung von D1 weist jede Drehstabfeder 52 an ihren freien Enden einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Sockel 54 auf, wobei sich zwischen dem quadratischen Sockel 54 ein Zylinderbereich 56 erstreckt. Ein freies Ende der Drehstabfedern 52 ist in einer ersten Aufnahme 58 angeordnet, welche eine quadratische Ausnehmung entsprechend den vier Sockeln 54 der Drehstabfedern 52 aufweist. Die erste Aufnahme 58 ist gemäß Detailansicht D4 als ein Deckel ausgebildet, welcher in eine entsprechende Ausnehmung am Lagerbock 22 eingesetzt und an diesen über Schrauben angeflanscht ist.

Das andere Ende der Drehstabfedern 52 ist in einer zweiten Aufnahme 60 angeordnet, welche wiederum über Schraubverbindungen am Gehäuse des Bohrantriebes 12 befestigt ist. Die zweite Aufnahme 60 ist als eine Rechteckplatte gestaltet, wie aus der Detailansicht gemäß D3 hervorgeht.

Der Bohrantrieb 12 ist so ausschließlich über die beiden Federeinrichtungen 50 im Lagerbock 22 aufgehängt. Die beiden sich gegenüberliegenden Federeinrichtung 50 bilden so eine Auslenkachse 51, welche die Bohrachse 18 schneidet. Die Auslenkachse 51 bildet den Drehpunkt der Bohrachse 18, mit welcher sich diese um einen durch nicht näher dargestellte Anschläge definierten Winkelbetrag auslenken kann. Auf diese Weise kann der Bohrantrieb 12 den durch das Walken bewirkten Bewegungen des Bohrstranges 30 in gewissem Umfang folgen, so dass die Schraubverbindung zwischen dem Befestigungsflansch 14 und dem Bohrflansch 32 erheblich entlastet werden.

Eine ergänzte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufhängung des Bohrantriebes 12 ist in den 4 und 5 dargestellt. Hinsichtlich der vertikalen Aufhängung des Bohrantriebes 12 in einem Lagerbock 22 mittels zweier seitlicher Federeinrichtungen 50 entspricht diese Aufhängung der zuvor beschriebenen Aufhängung gemäß den 2 und 3. Zusätzlich ist eine horizontale Aufhängung vorgesehen, bei welcher der Bohrantrieb 12 um eine zweite Auslenkachse 62, welche senkrecht zur Bohrachse 18 sowie zur ersten Auslenkachse 51 steht, eine zusätzliche Winkelauslenkung durchführen kann.

Für diese horizontale Beweglichkeit ist der Lagerbock 22 mit seiner Bodenplatte 24 auf einer Grundplatte 28 aufgesetzt. Die Befestigung der Bodenplatte 24 auf der Grundplatte 28 erfolgt über eine weitere Federeinrichtung 50, welche ebenfalls gemäß der Detaildarstellung D6 vier im Paket angeordnete Drehstabfedern 52 aufweist. Das untere Ende der Drehstabfedern 52 ist in einer ringförmigen ersten Aufnahme 58 angeordnet, welche an der Grundplatte 28 mittels Schrauben befestigt ist. Die ringförmige erste Aufnahme ist in D7 gezeigt.

Das obere Ende der Drehstabfedern 52 befindet sich in einer entsprechenden eckigen Ausnehmung einer topfförmigen zweiten Aufnahme 60, welche im Einzelnen in der Detailansicht D5 dargestellt ist. Die zweite Aufnahme 60 wiederum ist an der Bodenplatte 24 des Lagerbocks 22 angeflanscht, so dass hierdurch eine gewisse Verdrehung des Lagerbockes 22 um die zweite Auslenkachse 62 gegenüber der Grundplatte 28 gewährt wird.


Anspruch[de]
Bohrgerät, insbesondere zum Erd- oder Gesteinsbohren, mit einem Bohrstrang (30), einem Bohrantrieb (12) zum Antreiben des Bohrstranges (30) und einer Halterung (20), an welcher der Bohrantrieb (12) gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation einer Walkbewegung des Bohrstrangs (30) zwischen dem Bohrantrieb (12) und der Halterung (2) mindestens eine Federeinrichtung (50) angeordnet ist, über welche der Bohrantrieb (12) an der Halterung (20) quer zu einer Bohrachse (18) auslenkbar gelagert ist. Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (50) mindestens eine Drehstabfeder (52) aufweist. Bohrgerät nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Ende der Drehstabfeder (52) in einer ersten Aufnahme (58) befestigt ist, welche an der Halterung (20) angebracht ist, und

dass das andere Ende der Drehstabfeder (52) in einer zweiten Aufnahme (60) befestigt ist, welche an dem Bohrantrieb (12) angebracht ist.
Bohrgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, vorzugsweise vier, Drehstabfedern (52) als ein Paket zusammen angeordnet sind. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (20) einen gabelförmigen Lagerbock (22) aufweist, in welchem der Bohrantrieb (12) an zwei gegenüberliegenden Seiten mit je einer Federeinrichtung (50) aufgehängt ist. Bohrgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock (22) über mindestens eine Federeinrichtung (50) an einer Grundplatte (28) gelagert ist. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrantrieb (12) einen Befestigungsflansch (14) zum Anbringen des Bohrstranges (30) aufweist. Bohrgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrantrieb (12) und der Befestigungsflansch (14) mit einem mittigen Durchgang (16) für einen Spülbohrbetrieb ausgebildet sind. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Anschläge zum mechanischen Begrenzen der Auslenkbewegung der Federeinrichtung (50) vorgesehen sind.






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