DE4104896C1 - Rod holder used for drill shaft - includes angle iron frame in which two grooved pulleys are mounted on parallel axes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfangen eines Bohrgestänges im Zuge einer in eine geologische Formation einzubringenden Bohrung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch den Prospekt "Universal rod holder URH 100/80, 145/80′′ der Diamant Boart Deutschland GmbH, Westfalenstraße 2, 5657 Haan 1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, die aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht, welche teils gelenkig, teils im Schiebesinne miteinander verbunden bzw. kuppelbar sind. Diese große Zahl an Einzelteilen ist natur­ gemäß mit einem erheblichen Fertigungsaufwand verbunden. Folglich sind die Gestehungskosten hoch. Da viele Einzel­ teile außerdem einem starken Verschleiß ausgesetzt sind, müssen sie für einen rechtzeitigen Austausch in entsprechen­ der Anzahl an geeigneter Stelle auf Vorrat gehalten werden. Dieser Sachverhalt verlangt somit einen erhöhten Organisa­ tionsaufwand verbunden mit der Bereitstellung von angemesse­ nem Lagerraum.

Ein besonderer Nachteil der bekannten Vorrichtung, insbeson­ dere im untertägigen Grubenbetrieb, sind aber die vielen Gelenkstellen und Gleitflächen, die der dortigen aggressiven Atmosphäre weitgehend ungeschützt ausgesetzt und demzufolge bei nicht entsprechender intensiver Wartung stark ausfall­ gefährdet sind.

Darüber hinaus ist die Gefahr von Beschädigungen der Einzel­ teile groß mit der Folge, daß auch unter diesem Aspekt eine nicht unbeträchtliche Vorratshaltung, insbesondere Untertage, mit dem damit verbundenen Aufwand getrieben werden muß.

Der Erfindung liegt ausgehend von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Vorrichtung die Aufgabe zugrunde, diese Vorrichtung bei erheblicher baulicher Ver­ einfachung insbesondere den untertägigen Gegebenheiten besser anzupassen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufge­ führten Merkmalen.

Die Verwendung von Winkelprofilen als problemlos ablängbare Bestandteile von Profilsträngen erlaubt eine einfache und ohne Schwierigkeiten herzustellende robuste Schweißkonstruk­ tion für den Abfangrahmen. In diesem sind beiderseits des Bohrgestänges zwei Gestängeklemmelemente um zueinander pa­ rallele Achsen rotationsfähig angeordnet. Ein Gestängeklemm­ element ist als Widerlagerrolle ausgebildet und frei drehbar im Abfangrahmen gelagert. Es übt sowohl eine Führungsfunktion für das Bohrgestänge als auch eine Widerlagerfunktion im Zusammenwirken mit dem anderen Gestängeklemmelement aus.

Dieses andere Gestängeklemmelement kann z. B. als segmentartiger Exzenter gestaltet sein. In der verschwenkten Bereitschaftsposition des Exzenters ist das Bohrgestänge in seiner Längsrichtung zwischen dem Exzenter und der Widerlagerrolle frei verlagerbar. Das Schwenken des Exzenters in die Bereitschaftsposition erfolgt mit Hilfe eines Lösehebels, der dem Exzenter unmittelbar zugeordnet ist und manuell, beispielsweise mit dem Fuß, bedient werden kann.

Nach der Freigabe des Lösehebels schwenkt der Exzenter aufgrund der permanent auf ihn einwirkenden Rückstellkraft selbständig gegen das Bohrgestänge, so daß dieses dann zwischen den beiden Gestängeklemmelementen eingespannt und somit einwandfrei abgefangen wird.

Neben dem einfachen Abfangrahmen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf nur wenige zueinander relativbewegliche Teile beschränkt. Diese Ausbildung schafft folglich die Voraussetzung für einen erfolgreichen wirksamen Einsatz im untertägigen Grubenbetrieb mit der dort extrem aggressiven Atmosphäre sowie unter Berücksichtigung der dort äußerst rauhen Betriebsweise. Die Wartung der Vorrichtung kann jetzt auf ein Minimum beschränkt werden, wobei auch die Vorratshaltung - wenn überhaupt notwendig - auf wenige und dazu robuste Bauteile reduziert worden ist.

Insgesamt betrachtet ist im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung geschaffen worden, die bei einfachem Aufbau und problemloser Handhabung das Abgehen von Bohrgestängen in Bohrlöchern bei Gestängebruch oder bei Bedienungsfehlern beim Ausbauen von Bohrgestängen sicher verhindert und darüberhinaus große Ersparnisse bei Bergungsmaßnahmen von Bohrgestängen bringt. Die Bohrlöcher können sich nach unten oder nach oben in eine geologische Formation erstrecken.

Nach Patentanspruch 2 kann das schwenkbare Gestängeklemmelement rollenartig ausgebildet sein. Dies führt zu dem Vorteil einer einfachen Herstellung auf einer Drehmaschine. Der Einbau dieses Gestängeklemmelements im Abfangrahmen wird derart vorgenommen, daß der Bereich der Klemmrille mit dem größten Abstand zur Schwenkachse neben der Ebene angeordnet wird, die durch die Achsen der beiden Gestängeklemmelemente verläuft. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß ein Bohrgestänge einwandfrei kontrolliert eingeklemmt und abgefangen werden kann, wenn das Gestängeklemmelement unter der Einwirkung der auf der anderen Seite der Ebene befindlichen Rückstellkraft aus der Bereitschaftsposition in die Klemmposition verschwenkt.

Es ist ferner von Vorteil, wenn gemäß Patentanspruch 3 das schwenkbare Gestängeklemmelement mit einem Schwenkbolzen drehfest verbunden wird, der dann seinerseits im Abfangrahmen schwenkbar gelagert ist. Die drehfeste Verbindung kann insbesondere durch einen geschlitzten Spannstift verwirklicht werden, der Gestängeklemmelement und Schwenkbolzen quer durchsetzt. Die Schwenklagerung kann aus einfachen Bohrungen in den Winkelprofilen bestehen. Es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, daß der Lösehebel mit dem Schwenkbolzen so gekoppelt wird, daß über den Lösehebel die Bereitschaftsposition des Gestängeklemmelements einstellbar ist. Der Lösehebel kann lösbar oder unlösbar dem Schwenkbolzen zugeordnet sein. Es kann aus einem einfachen Flacheisen mit endseitig angeschweißter verbreiterter Platte bestehen. Weist der Schwenkbolzen z. B. einen Sechskantkopf auf, so ist es vorstellbar, daß der Lösehebel an eine der Sechskantseiten geschweißt wird, so daß Schwenkbolzen und Lösehebel eine Einheit bilden.

Die Lagearretierung des Lösehebels entsprechend Patentan­ spruch 4 kann z. B. aus einem am Abfangrahmen quer verschieb­ lich gelagerten Arretierbolzen bestehen, welcher den Löse­ hebel in der Bereitschaftsposition gegen die Rückstellkraft so fixiert, daß ein unbeabsichtigtes Schwenken in die Klemm­ position sicher verhindert wird.

Nach der Erfindung ist es ferner zweckmäßig, die auf den Lösehebel wirkende Rückstellkraft gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5 durch eine Feder zu bilden. Es kann sich z. B. um eine Schraubenzugfeder handeln. Dabei ist ein Ende der Schraubenzugfeder am Abfangrahmen und das andere Ende so außenseitig am Schwenkbolzen des schwenkbaren Gestängeklemm­ elements angeschlagen, daß dieses Gestängeklemmelement stets in Richtung auf die Klemmposition belastet wird. Hierzu ist es z. B. denkbar, daß am Abfangrahmen eine mit einem Halte­ loch versehene stegartige Konsole befestigt ist, in welche ein bogenförmiges Ende der Schraubenzugfeder eingreift, während stirnseitig des Schwenkbolzens eine U-förmige Hal­ terung mit zwei geraden Schenkeln vorgesehen ist, von denen ein Schenkel von dem anderen bogenförmigen Ende der Schrau­ benzugfeder umgriffen ist. Auch diese Ausbildung der elasti­ schen Rückstellkraft für den Lösehebel und damit für das schwenkbare Gestängeklemmelement ist extrem einfach und gezielt den untertägigen Gegebenheiten angepaßt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Abfangrahmens ist in den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gekennzeichnet.

Dabei ist der Schraubbolzen zwischen den Lagerschenkeln der Winkeleisen von einer Distanzhülse ummantelt, welche die Lagerschenkel auf dem vorgesehenen Abstand hält. Die ein­ seitige lösbare Verbindung der Winkeleisen entspricht dabei voll den untertägigen Erfordernissen.

Das stirnseitige Winkeleisen ist entsprechend den beiden parallelen Winkeleisen angeordnet und daher mit einem Basis­ schenkel sowie einem Verbindungsschenkel versehen. Zwischen dem Basisschenkel und dem Verbindungsschenkel können zwei Stege eingeschweißt sein, welche der Lagerung des Arretier­ bolzens für den Lösehebel dienen. Die Basisschenkel verlau­ fen alle in derselben Ebene.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Abfangrahmen für ein Bohrgestänge in der Seitenansicht in der Klemmposition;

Fig. 2 den Abfangrahmen der Fig. 1 in der Seiten­ ansicht in der Bereitschaftsposition;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Abfangrahmen der Fig. 1 und

Fig. 4 einen vertikalen Längsschnitt durch die Dar­ stellung der Fig. 3 entlang der Linie IV-IV mit zwei verschiedenen Betriebsstellungen des schwenkbaren Gestängeklemmelements sowie des Lösehebels.

Mit 1 ist in den Fig. 1 bis 4 ein Bohrgestänge bezeich­ net, das zum Herstellen einer nach unten einzubringenden Bohrung in einer geologischen Formation eines untertägigen Grubenbetriebs dient. Der Querschnitt des Bohrgestänges 1 ist rund.

Um bei einem Gestängebruch oder bei Bedienungsfehlern wäh­ rend des Ausbaus des Bohrgestänges 1 ein Abgehen dieses Bohrgestänges 1 im Bohrloch zu vermeiden, kann das Bohrge­ stänge 1 mit Hilfe einer Abfangvorrichtung 2 aufgefangen werden (Fig. 1 bis 4).

Die Abfangvorrichtung 2 umfaßt einen Abfangrahmen 3. Dieser weist zwei parallel zueinander verlaufende Winkeleisen 4, 5 auf, deren Basisschenkel 6 voneinander abgewandt und deren Lagerschenkel 7 sich in parallelen vertikalen Ebenen er­ strecken. Die Winkeleisen 4, 5 sind an einem Ende durch ein weiteres Winkeleisen 8 mittels Schweißung fest verbun­ den. Der Basisschenkel 9 dieses Winkeleisens 8 erstreckt sich in derselben Horizontalebene wie die Basisschenkel 6 der Winkeleisen 4, 5. Der Verbindungsschenkel 10 verläuft senkrecht zu den Lagerschenkeln.

Insbesondere die Fig. 3 und 4 lassen erkennen, daß die Basisschenkel 6, 9 kürzer als die Lagerschenkel 7 und der Verbindungsschenkel 10 bemessen sind. Das Verhältnis beträgt etwa 2 : 3.

Am anderen Ende sind die sich zueinander parallel er­ streckenden Winkeleisen 4, 5 durch einen Schraubbolzen 11, eine den Schraubbolzen 11 zwischen den Lagerschenkeln 7 ummantelnde Distanzhülse 12, eine Scheibe 13 sowie eine Mutter 14 lösbar miteinander verbunden. Die Achse 15 des Schraubbolzens 11 erstreckt sich etwa in halber Höhe der Lagerschenkel 7.

Im Bereich zwischen dem Bohrgestänge 1 und dem Schraubbolzen 11 ist eine frei drehbare Widerlagerrolle 16 mit einer an die Kontur des Bohrgestänges 1 angepaßten umfangsseitigen Führungsrille 17 vorgesehen. Die Widerlagerrolle 16 rotiert auf einem Schaubbolzen 18, der in den Lagerschenkeln 7 der Winkeleisen 4, 5 lösbar festgelegt ist.

Auf der anderen Seite des Bohrgestänges 1 zwischen diesem und dem stirnseitigen Winkeleisen 8 ist ein rollenartiges Gestängeklemmelement 19 angeordnet, das eine umfangsseitige, an die Kontur des Bohrgestänges 1 angepaßte Klemmrille 20 aufweist. Das Gestängeklemmelement 19 wird von einem Schwenk­ bolzen 21 in exzentrischer Anordnung quer durchsetzt. Der Schwenkbolzen 21 ist in den Lagerschenkeln 7 drehfähig ge­ halten. Die Achsen 22, 23 der Widerlagerrolle 16 und des Gestängeklemmelements 19 erstrecken sich parallel zueinan­ der. Die Befestigung des Gestängeklemmelements 19 auf dem Schwenkbolzen 21 erfolgt mit Hilfe eines geschlitzten Spann­ stifts 24.

Die Exzentrizität des Gestängeklemmelements 19 ist so ge­ staltet, daß der Abstand der Klemmrille 20 oberhalb der die Achsen 22, 23 schneidenden Ebene E-E von der Schwenk­ achse 23 (Fig. 4) größer als der Abstand der in der Ebene E-E befindlichen Oberflächenbereiche des in der Führungs­ rille 17 der Widerlagerrolle 16 liegenden Bohrgestänges 1 von der Schwenkachse 23 bemessen ist.

Ein Ende des Schwenkbolzens 21 besitzt einen Sechskantkopf 25. Auf eine Seite 27 des Sechskantkopfs 25 ist ein Ende eines Lösehebels 26 geschweißt, dessen anderes Ende mit einer verbreiterten Platte 28 versehen ist. Ferner ist stirn­ seitig des sechskantigen Schwenkbolzenkopfs 25 eine U-förmi­ ge Halterung 29 vorgesehen. Die Lage der U-förmigen Halte­ rung 29 relativ zum Schwenkbolzen 21 ist, wie insbesondere die Fig. 1 bis 3 zu erkennen geben, so gestaltet, daß eine einerseits an der Halterung 29 und andererseits an eine stegartige Konsole 30 auf dem Basisschenkel 6 des Winkel­ eisens 4 befestigte Schraubenzugfeder 31 bestrebt ist, das schwenkbare Gestängeklemmelement 19 im Sinne der Darstellun­ gen der Fig. 1 und 3 so zu verdrehen, daß das Bohrgestän­ ge 1 zwischen der Widerlagerrolle 16 und dem Gestängeklemm­ element 19 eingespannt wird.

Das Bohrgestänge 1 wird aus der abgefangenen Klemmposition (Fig. 1 und 2) dadurch freigegeben, daß der Lösehebel 26 aus der Position gemäß den Fig. 1 und 2 in diejenige gemäß Fig. 2 verlagert wird (Fig. 4). Hierzu ist im Ver­ bindungsschenkel 10 des stirnseitigen Winkeleisens 8 eine entsprechende Nut 32 vorgesehen (Fig. 3).

Um den Lösehebel 26 in der Bereitschaftsposition nicht stän­ dig von Hand oder mit dem Fuß festhalten zu müssen, sind zwischen dem Basisschenkel 9 und dem Verbindungsschenkel 10 des stirnseitigen Winkeleisens 8 zwei Parallelstege 33 eingeschweißt, die von einem Arretierbolzen 34 gleitfähig quer durchsetzt werden. In der Bereitschaftsposition liegt der Arretierbolzen 34 dann entsprechend den Darstellungen der Fig. 2 und 4 (unterbrochene Linienführung des Löse­ hebels 26) auf dem Lösehebel 26 und verhindert, daß der Lösehebel 26 unter der Einwirkung der Rückstellkraft der Schraubenzugfeder 31 in die Klemmposition verschwenkt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Abfangen eines Bohrgestänges (1) im Zuge einer in eine geologische Formation nach unten oder nach oben einzubringenden Bohrung, welche einen von dem Bohrgstänge (1) durchsetzten Abfangrahmen (3) mit einem in diesem durch eine Hubeinrichtung (26) begrenzt vertikal verlagerbaren Gestängeklemmelement (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gestängeklemmelemente (16, 19) um zwei beiderseits des Bohrgestänges (1) verlaufende, zueinander parallele Achsen (22, 23) im aus Winkelprofilen (4, 5, 8) zusammengesetzten Abfangrahmen (3) rotationsfähig angeordnet sind, von denen ein Gestängeklemmelement als frei drehbare Widerlagerrolle (16) mit einer an die Kontur des Bohrgestänges (1) angepaßten umfangsseitigen Führungsrille (17) ausgebildet ist, während das andere Gestängeklemmelement (19) umfangsseitig wenigstens bereichsweise konvex gekrümmt, mindestens in diesem Bereich mit einer an die Kontur des Bohrgestänges (1) angepaßten Klemmrille (20) versehen und durch einen ihm direkt zugeordneten Lösehebel (26) gegen eine Rückstellkraft (31) um seine Achse (23) schwenkbar ist, wobei die Klemmrille (20) zu der Schwenkachse (23) exzentrisch angeordnet und ihr Abstand von der Schwenkachse (23) abschnittweise größer als der Abstand der in der die Achsen (22, 23) schneidenden Ebene (E-E) befindlichen Oberflächenbereiche des in der Führungsrille (17) der Widerlagerrolle (16) liegenden Bohrgestänges (1) von der Schwenkachse (23) bemessen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das schwenkbare Gestängeklemmelement (19) rollenartig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lösehebel (26) mit einem das schwenkbare Gestängeklemmelement (19) durchsetzenden Schwenkbolzen (21) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Lösehebel (26) zumindest in der Bereitschaftsposition lagearretierbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Lösehebel (26) in Richtung auf die Klemmposition federbelastet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abfang­ rahmen (3) zwei Winkeleisen (4, 5) aufweist, die mit ihren Basisschenkeln (6) einander abgewandt sind und mit ihren Lagerschenkeln (7) parallel zueinander verlaufen und welche an einem Stirnende mit einem weiteren Winkeleisen (8) fest und am anderen Stirnende durch einen distanzierenden Schraub­ bolzen (11) lösbar verbunden sind.