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Dokumentenidentifikation DE102005029595B4 03.05.2007
Titel Bohrgerät mit einem Mast und einer daran verschiebbaren Konsole für ein Bohrgestänge
Anmelder Nordmeyer GmbH & Co. KG, 31226 Peine, DE
Erfinder Kraus, Peter, 31234 Edemissen, DE;
Giesemann, Lothar, 31246 Lahstedt, DE
Vertreter Einsel und Kollegen, 38102 Braunschweig
DE-Anmeldedatum 23.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005029595
Offenlegungstag 28.12.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse E21B 7/02(2006.01)A, F, I, 20051019, B, H, DE
IPC-Nebenklasse E21B 19/08(2006.01)A, L, I, 20051019, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Bohrgerät, mit einem ortsfest aufstellbaren Mast, mit einer parallel zum Mast bewegbaren und an dem Mast verschiebbar befestigten Konsole für ein Bohrgestänge, mit einer Umlenkrolle im oberen Bereich des Mastes, mit einem Seilzug oder einer Kette, die an der Konsole befestigt und über die Umlenkrolle zu einem zweiten Befestigungspunkt geführt sind.

Bohrgeräte werden unter anderem für Brunnenbohrungen und in den letzten Jahren zunehmend auch für Bohrungen für die Geothermie eingesetzt. Sie besitzen im Regelfall einen Grundkörper, der beispielsweise über einen Raupenantrieb oder auch über Räder verfahrbar ist und Motoren, Aggregate etc. aufweist. An diesem Grundkörper ist ein senkrecht aufstellbarer Mast befestigt, der in Ruhestellung beispielsweise in eine horizontale, leichter transportierbare Position schwenkbar oder klappbar ist.

Ein Beispiel für einen derartigen Mast für ein Bohrgerät ist in der DE 23 61 050 A1 beschrieben.

An dem Mast ist verfahrbar eine Konsole befestigt. Diese Konsole nimmt ein Bohrgestänge auf, mit dem die eigentliche Bohrung im Wesentlichen vertikal in den Erdboden hinein vorgenommen werden kann. Das Bohrgestänge verläuft also parallel zum Mast und besteht aus einer Vielzahl einzelner Stangen, die je nach Bedarf und Fortschritt des Bohrvorganges zwischen der Konsole und dem bereits vorhandenen Bohrgestänge zusätzlich eingefügt werden.

Während des Bohrvorganges wird die Konsole mit dem jeweils daran befindlichen Bohrgestänge kontinuierlich von dem oberen Bereich des Mastes bis zu dessen unteren Ende verfahren, während das Bohrloch ständig tiefer ausgeführt wird. Dabei wird das Bohrgestänge in einem Lager in beziehungsweise an der Konsole angetrieben und in eine Drehung versetzt. Insbesondere bei Aufgaben im Bereich der Geothermie wird auch eine achsparallele schlagende und so das Bohrloch zusätzlich vertiefende Bewegung ausgeführt.

Nach Erreichen in etwa des untersten Mastendes durch die Konsole wird dann jeweils das nächste Gestängestück in Form einer weiteren Stange zwischen die bis dahin oberste Stange und die Konsole eingesetzt. Da jetzt das Bohrgestänge um eine Stangenlänge verlängert ist, befindet sich nun die Konsole wieder an ihrem höchsten Punkt. Der Vorgang beginnt dann von vorn.

An der Konsole ist auf der dem Bohrgestänge abgewandten Seite ein Seil oder eine Kette angeordnet und befestigt, die über eine am oberen Mastende angeordnete Umlenkrolle geführt und dann in einen Bereich des Grundkörpers des Bohrgerätes geführt und dort an einem zweiten Befestigungspunkt befestigt werden. Ein weiteres Seil oder eine weitere Kette sind parallel zum Bohrgestänge ausgeführt; an diesem kann die Konsole während der Fortbewegung nach unten gezogen werden.

Während des eigentlichen Bohrvorganges ist das über die Umlenkrolle geführte Seil weitgehend belastungslos, da sich die Konsole über das Bohrgestänge unten im Bohrloch abstützt und nur durch das andere, zum Bohrgestänge parallel verlaufende Seil nach unten gezogen wird, um den Bohrvorgang zu unterstützen. Zum Einsetzen einer neuen Stange in das Gestänge wird dann jedoch die Konsole über das über die Umlenkrolle laufende Seil nach oben gezogen. In diesem Vorgang ist das Seil stark belastet.

Die von den Seilen oder Ketten abzufangenden unregelmäßigen Belastungen führen dazu, dass die Seile oder Ketten regelmäßig geprüft und nachgespannt und schließlich ausgetauscht werden müssen. Der sehr raue Betrieb an den Bohrlöchern und die Bedienung häufig durch Nichtfachleute führt jedoch leider dazu, dass diese Wartungsarbeiten nachlässig vorgenommen werden. Das kann dazu führen, dass im Extremfall das Seil oder die Kette reißt. Je nach dem konkreten Moment, in dem dies geschieht, kann unter Umständen dann die Konsole vom oberen Ende des Mastes nicht mehr durch das um die Umlenkrolle führende Seil gehalten werden und fällt dadurch senkrecht nach unten in Richtung des Bohrloches. Da die Konsole mehrere Tonnen wiegt, kann sie bei in der Nähe stehenden oder etwa gerade die Stange wechselnden Bedienungspersonen dann zu schwersten Verletzungen und Schlimmerem führen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Bohrgerät vorzuschlagen, das einen sichereren Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Bohrgerät dadurch gelöst, dass die Umlenkrolle mit einem Sensor ausgerüstet ist, dass der Sensor so angeordnet ist, dass er ständig oder regelmäßig abfühlt, ob die Umlenkrolle durch den Seilzug oder die Kette belastet ist, dass ein Sperrelement vorgesehen ist, das eine Relativbewegung von der Konsole zum Mast blockieren oder bremsen kann, und dass das Sperrelement vom Ausgangswert des Sensors gesteuert ist.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Sensor eine vorgespannte Feder aufweist, die bei einer Entspannung beziehungsweise Entlastung ein Signal an das Sperrelement zu dessen Betätigung abgibt.

In diesem Falle wird das Sperrelement dann den Fall der Konsole bremsen, blockieren oder verhindern. Dazu ist es von Vorteil, wenn das Sperrelement ein am Mast angeordneter Riegel ist, der senkrecht zum Mast in die Bewegungslinie der Konsole verfahrbar ist.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass bei einer Lösung oder geringfügigen Entspannung der Feder ein optisches oder akustisches Signal vorab ausgelöst wird. Dabei kann nämlich der Effekt ausgenutzt werden, dass ein gedehntes oder überdehntes Seil auch schon zu einer Entlastung der Umlenkrolle beiträgt, und zwar lange vor einem Reißen oder schweren Defekten. Das optische oder akustische Signal kann das Bedienungspersonal veranlassen, das Seil nachzuspannen oder zu überprüfen und gegebenenfalls einen Austausch zu veranlassen, bevor irgendein Risiko oder eine Gefährdung eintritt.

Darüber hinaus kann durch das rechtzeitige Abgeben eines solchen optischen oder akustischen Signals auch im Ernstfall das Bedienungspersonal gewarnt werden, sich aus dem Bereich des Gestänges und der Konsole zu entfernen, bis eine eindeutige Klärung der Situation erfolgt ist.

Im normalen Bohrbetrieb kann es auch vorkommen, dass sich die Konsole am oberen Ende eines Bohrgestänges befindet, das seinerzeit unten im Bohrloch sich auf festem Gestein abstützt, beispielsweise während eines Bohrvorganges. Auch dann würde der Seilzug oben über der Umlenkrolle nicht belastet werden, da er die Konsole gar nicht tragen muss, weil sich diese wie erwähnt über das Gestänge auf festem Gestein abstützt. Zu diesem Zeitpunkt besteht aber ohnehin keine Gefahr durch eine herabfallende Konsole. Dem kann Rechnung getragen werden.

Dies geschieht, in dem das Bohrgerät einen laufenden Bohrvorgang an den Sensor oder an eine entsprechende Auswertungseinheit mitteilt. Dieser kann durch eine geeignete Schaltung dann entweder das Auslösen des Sperrelementes während eines Bohrvorganges als unnötig unterbinden oder die Weitergabe des Ausgangswertes des Sensors stoppen, sodass das Sperrelement aus diesem Grunde nicht auslöst. Ein laufender Bohrvorgang kann recht einfach durch einen laufenden Motor oder ein sich drehendes Getriebe identifiziert und so berücksichtigt werden.

Aus der DD 245 179 A1 ist eine Vorrichtung zur Schlaffseilverhinderung an Hubeinrichtungen bekannt. Mit einer solchen Vorrichtung soll bei einem Seilriss oder bei Erreichen der variablen Absatzhöhe einer Last die Bildung eines Schlaffseils oder einer Schlaffkette verhindert werden. Eine solche Vorrichtung soll insbesondere bei Abschalteinrichtungen an Hebezeugen und deren Folgesteuerung zum automatischen Transport von Lasten eingesetzt werden.

Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Bohrgerätes mit Mast, Konsole und angedeuteten Seilen in Transportposition;

2 das Bohrgerät aus 1 in einer für eine Bohrung vorbereiteten Position;

3 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches der Umlenkrolle in einer Ausführungsform der Erfindung;

4 einen Schnitt durch die 3 senkrecht zur Drehachse; und

5 eine schematische Ansicht eines Blockiermechanismus am Mast.

Ein als Ausführungsbeispiel in der 1 dargestelltes selbstfahrendes Bohrgerät besitzt insbesondere einen Grundkörper 10, der sich auf Rädern, einem Raupenkörper 11 oder anderen ein Verfahren und Vorwärtsbewegen ermöglichenden Einrichtungen befindet.

An dem Grundkörper 10 ist über ein Gelenk ein Mast 20 schwenkbar befestigt. Dieser Mast 20 ist während des Verfahrens in eine horizontale Stellung auf dem Grundkörper 10 verschwenkt, wird aber während des eigentlichen Bohrvorgangs in eine vertikale Stellung aufgerichtet.

Diese Position ist in 2 dargestellt. An dem Mast 20 ist parallel zu diesem verschiebbar eine Konsole 30 angeordnet. Diese Konsole 30 ist von erheblichem Gewicht. An der Konsole 30 wird das Bohrgestänge 35 befestigt, das aus einer Vielzahl von einzelnen Stangen 36 besteht, von denen in 2 nur eine erkennbar ist. Während des Bohrvorganges gelangt das Bohrgestänge 35 immer tiefer in das von ihm selbst hergestellte Bohrloch, wodurch sich die Konsole 30mit dem Bohrgestänge 35 nach unten bewegt und sich somit parallel relativ zum Mast 20 bewegt.

Um eine weitere Stange 36 in das Bohrgestänge 35 einzuführen, wird die Konsole 30 von der obersten Stange 36 des Bohrgestänges 35 gelöst, das Bohrgestänge 35 selbstverständlich in Position gehalten und die Konsole 30 parallel zum Mast 20 nach oben verfahren. Dieses Verfahren der Konsole 30 nach oben geschieht über Seilzüge 40, die über eine Umlenkrolle 41 am oberen Ende des Mastes 20 geführt sind.

Insbesondere während die Konsole 30 mit den an ihr befestigten Aggregaten, also beispielsweise dem Lager, dem Drehantrieb für das Bohrgestänge 35, den Befestigungs- und Einsatzstücken für die nächste zu montierende Stange 36, etc. nach oben verfahren wird, hängt sie mit ihrem gesamten Gewicht einschließlich dieser zusätzlichen Elemente an dem Seilzug 40. In dem Bereich unterhalb der Konsole 30 wird jetzt von dem beim Bohrvorgang beschäftigten Personal beispielsweise eine Stange 36 zusätzlich in das Bohrgestänge 35 eingeführt oder auch bei Beendigung eines Bohrvorganges das Bohrgestänge 35 in umgekehrter Reihenfolge demontiert. Es befinden sich also Personen in dem Bereich benachbart oder unter der Konsole 30 und der daran befestigten Aggregate.

Reißt jetzt das Seil des Seilzuges 40, so fällt die Konsole 30 samt der vorerwähnten Aggregate parallel zum Mast 20, also weitgehend senkrecht nach unten und gefährdet damit alle dort befindlichen Personen.

Selbstverständlich ist es daher wesentlich, dass die Seilzüge 40 oder die alternativ verwendeten Ketten regelmäßig gewartet und gegebenenfalls auch ausgetauscht werden. Da diese Geräte aber auch in schwer zugänglichen Regionen eingesetzt werden, wird gelegentlich diesen Wartungsaufgaben zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Zu berücksichtigen ist ja auch, dass häufig nicht vorhersehbar ist, dass die Belastungen auch für die Seilzüge 40 durch eine andersartige Benutzung der Bohrgeräte in nicht vorhersehbarer Weise sich ändern können.

Hier schafft nun die Erfindung eine Abhilfe, die bereits in 3 angedeutet ist. Man erkennt dort perspektivisch die Umlenkrolle 41, über die der Seilzug 40 gelegt ist, von dem hier ein Ausschnitt zu erkennen ist. Die Umlenkrolle 41 ist über eine Welle 42 in zwei Lagern 43 gehalten, die sich auf einer Plattform 44 befinden.

Das durch das Gewicht der Konsole 30 belastete Seil des Seilzugs 40 belastet seinerseits die Umlenkrolle 41, diese übt damit eine Kraft senkrecht nach unten auf die Welle 42 aus, diese belastet das Lager 43 und das Lager 43 seinerseits die Plattform 44.

An der Plattform 44 ist erfindungsgemäß nun ein Sensor 50 angeordnet. Dieser Sensor 50 weist hier eine oder mehrere Federn 51 auf, wie dies insbesondere in der 4 in vergrößertem Maßstab zu erkennen ist. Die Feder 51 des Sensors 50 ist bei normaler Belastung der Umlenkrolle 41 durch den Seilzug 40 zusammengedrückt. Reißt das Seil des Seilzugs 40, so wird die Feder 51 des Sensors 50 entlastet und entspannt sich. Der Sensor 50 weist nun ein weitere Element auf, beispielsweise einen Näherungsschalter, einen Druckschalter oder auch ein optisches Element, das erkennt, dass sich die Feder 51 entspannt hat. Dies kann beispielsweise einfach ein elektrischer Kontakt sein, der feststellt, das sich die Plattform 44 auf Grund der Entlastung von einer darunter befindlichen anderen Platte in einen Abstand bewegt hat.

Der Sensor 50 mit der Feder 51 und diesem die Entfernung oder den Abstand feststellenden weiteren Element 52 gibt jetzt an einen Schalter 53 einen Ausgangswert ab. Dieser Ausgangswert kann mechanisch, optisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch an ein Sperrelement 60 weitergegeben werden. Dieses Sperrelement 60 befindet sich in der 2 an dem Mast 20, und zwar bevorzugt etwa in einer Höhe, die unterhalb des höchsten für die Konsole 30 erreichbaren Punktes liegt, aber oberhalb eines Bereiches, in dem sich Personen befinden.

Das Sperrelement selbst ist in vergrößerter Form in der 5 dargestellt. Man sieht dort den Mast 20, der eine Lochung 21 besitzt. Durch diese Lochung ist von dem Sperrelement 60 aus ein Halte-Zylinder 61 durch die Lochung 21 verfahrbar und schaut dann auf der der Konsole 30 zugewandten Seite des Mastes 20 durch die Lochung 21.

In dieser schematischen Darstellung in 5 ist die Konsole 30 abgebildet, die in dem dargestellten Moment sich beispielsweise im freien Fall nach dem Riss des Seilzuges 40 nach unten bewegt. Sie schlägt jetzt an dem ausgefahrenen Haltezylinder 61 des Sperrelementes 60 auf und wird dadurch an weiterem Fall gehindert.

Statt dieser einfachen Form eines Sperrelementes 60 können auch Bremselemente für das Sperrelement 60 verwendet werden, die nicht zu einem Aufschlag oder einer Blockierung führen, sondern zu einer Bremsung über einen kurzen Bremsweg, etwa durch erhöhte Reibung.

Der Schalter 53 des Sensors 50 kann auch so ausgerüstet werden, dass er nicht nur das Sperrelement 60 betätigt, sondern zugleich ein akustisches und/oder optisches Signal abgibt, um die Personen in der Nähe des Bohrgerätes auf eine mögliche Gefahr und eine unter Umständen unmittelbar bevorstehenden Seilriss des Seilzuges 40 hinzuweisen. Je nach Einstellung kann dies auch so vorgesehen werden, dass das Signal bereits abgegeben wird, wenn sich das Seil auf Grund Verbrauchs oder Dehnung bereits soweit gedehnt hat, dass ein Austausch zu empfehlen ist.

10
Grundkörper
11
Raupenkörper
20
Mast
21
Lochung
30
Konsole
35
Bohrgestänge
36
Stange des Bohrgestänges
40
Seilzug
41
Umlenkrolle
42
Welle
43
Lager
44
Plattform
50
Sensor
51
Feder
52
Element
53
Schalter
60
Sperrelement
61
Halte-Zylinder


Anspruch[de]
Bohrgerät,

– mit einem ortsfest aufstellbaren Mast (20),

– mit einer parallel zum Mast (20) bewegbaren und an dem Mast (20) verschiebbar befestigten Konsole (30) für ein Bohrgestänge (35),

– mit einer Umlenkrolle (41) im oberen Bereich des Mastes (20),

– mit einem Seilzug (40) oder einer Kette, die an der Konsole (30) befestigt und über die Umlenkrolle (41) zu einem zweiten Befestigungspunkt geführt sind,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Umlenkrolle (41) mit einem Sensor (50) ausgerüstet ist,

dass der Sensor (50) so angeordnet ist, dass er ständig oder regelmäßig abfühlt, ob die Umlenkrolle (41) durch den Seilzug (40) oder die Kette belastet ist,

dass ein Sperrelement (60) vorgesehen ist, dass eine Relativbewegung von der Konsole (30) zum Mast (20) blockieren oder bremsen kann, und

dass das Sperrelement (60) vom Ausgangswert des Sensors (50) gesteuert ist.
Bohrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (50) eine oder mehrere vorgespannte Federn aufweist, die bei Entlastung ein Signal an das Sperrelement (60) zur Betätigung abgeben. Bohrgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (50) zusätzlich ein optisches und/oder akustisches Signal an die Umgebung abgibt. Bohrgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (60) ein am Mast angeordneter Riegel ist, der senkrecht zum Mast in die Bewegungslinie der Konsole (30) verfahrbar ist.






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