EP1662087B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen hydraulischer Energie - Google Patents

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EP1662087B1
EP1662087B1 EP04027934A EP04027934A EP1662087B1 EP 1662087 B1 EP1662087 B1 EP 1662087B1 EP 04027934 A EP04027934 A EP 04027934A EP 04027934 A EP04027934 A EP 04027934A EP 1662087 B1 EP1662087 B1 EP 1662087B1
Authority
EP
European Patent Office
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pump
hydraulic
piston
lifting
rotary
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP04027934A
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English (en)
French (fr)
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EP1662087A1 (de
Inventor
Stefan Finkenzeller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bauer Maschinen GmbH
Original Assignee
Bauer Maschinen GmbH
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Publication date
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Priority to DE502004002838T priority patent/DE502004002838D1/de
Priority to AT04027934T priority patent/ATE353116T1/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
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for providing hydraulic energy in a rotatable rotary device according to the preamble of claim 1 or of claim 10.
  • Such a rotary joint is known for example from DE-C-36 00 884.
  • a device having a rotary duct which terminates with a ball-and-socket piston arranged in front of a flat end face of a fixed duct.
  • the contact surface is tapered, while its voltage applied to the fixed line surface is flat. Due to the friction contact is basically the risk of wear and thus the leakage of hydraulic fluid. This not only means a loss of energy, but also a burden on the environment.
  • FR-A-2 694 332 there is described a hydraulic excavating hammer for creating a bottom hole having a self-contained hydraulically operated impact tool.
  • An outer tube contains a hydraulic oil reservoir, which is connected via lines to a hydraulic pump driven by a hydropneumatic rotary turbine. The pump moves by sucking and displacing the hydraulic oil, the impact tool in motion, which has a recess below. In this recess is the pin of a rotating with the outer tube carrier, which has down circular tips arranged and a central Einlotspitze.
  • the object of the invention is to provide an apparatus and a method which make it possible to reliably and adequately supply hydraulic energy to a rotatable rotary device.
  • a plurality of pump cylinders are provided, which is rotatably connected to the rotary device, wherein the pump cylinder has a pump piston for building up a hydraulic pressure, and an actuator for axially displacing the pump piston is provided, which is arranged rotatably relative to the actuating device.
  • a device which allows it to be provided on a rotatable rotary device over a relatively long period of time to a substantially constant hydraulic pressure without high expenditure on equipment.
  • a hydraulic system is provided with at least one pump cylinder, which is arranged rotationally fixed to the rotary device.
  • the rotation means may comprise a rotating part, e.g. a machine shaft or a drill pipe.
  • a basic idea of the invention is to axially displace a co-rotating pump piston of the pump cylinder to build up a hydraulic pressure by a fixed actuating device. Due to this simple mechanical design can be a complex and maintenance-intensive hydraulic Drehschen pressure on. A separately mounted on the actuator hydraulic circuit can be easily maintained and repaired or replaced in the event of interference occurring without affecting other systems.
  • a hydraulic pump can be used, as it is present, for example, on construction equipment. Connection for providing hydraulic energy to a rotatable rotation device can be avoided.
  • the uncomplicated arrangement without a direct hydraulic connection to the rotatable rotation device is easy to maintain and hardly susceptible to failure at low cost.
  • the hydraulic pressure is built up by means of a hydraulic fluid.
  • the fluid is preferably a liquid.
  • hydraulic fluid is also to be understood as meaning a gas, so that pneumatic systems are included.
  • the hydraulic line system has at least one hydraulic element, in particular a hydraulic cylinder.
  • a hydraulic element With the aid of a hydraulic element, a number of tools or other devices can be operated quickly and with great force. Due to the sophisticated technology, hydraulic elements are very robust in use and require only a low level of maintenance. Hydraulic cylinders are particularly advantageous to use as hydraulic elements, which have a high reliability in operation and which are relatively inexpensive to procure.
  • the actuator is hydraulically actuated.
  • Hydraulic actuation is efficient and reliable in use.
  • hydraulically operable devices are to be produced at economically very advantageous conditions, since they are based on a mature technology. Especially under harsh environmental conditions, such as those in construction, this high robustness and large power generation is of particular advantage.
  • the actuating device has its own hydraulic circuit with at least one lifting cylinder with reciprocating piston and a hydraulic pump for generating the hydraulic Pressure on.
  • a separately mounted on the actuator hydraulic circuit can be easily maintained and repaired or replaced in the event of interference occurring without affecting other systems.
  • a hydraulic pump can be used, as it is present, for example, on construction equipment.
  • the reciprocating piston of the actuator is arranged axially parallel to the pump piston.
  • the movement of the piston is transmitted with maximum efficiency.
  • a high effect can be achieved even with a relatively small movement of the piston, so that with a very small amount of labor large consequential effects can be generated.
  • a simple control of the actuator is facilitated.
  • the hydraulic circuit of the actuating device can be activated and the hydraulic circuit of the rotary device can be operated passively.
  • a passive operation has a particularly advantageous effect on the reliability of the device.
  • a plurality of pump cylinders which are combined in a pump device, and / or a plurality of lifting cylinders of the actuating device are arranged symmetrically to a rotation axis of the rotation device to be provided.
  • the pumping pistons of the pumping device and the lifting pistons of the actuating device are connected axially fixedly but rotatably to one another via a connecting device.
  • this connection means becomes an immediate Interaction between the pump piston of the pumping device and the reciprocating piston of the actuator made, so that a direct and rapid transmission of axial displacement of the reciprocating piston is made possible on the pump piston.
  • the axial pressure or stroke is evenly distributed to all involved pistons via a connecting device.
  • the actuating device is designed as a control link.
  • the backdrop is fixed while the pump pistons move relative to it.
  • the outer ends of the pump piston can be pressed by spring tension to the serrated ring backdrop and so follow the backdrop during the rotational movement.
  • the lifting movement of the pump piston can be generated solely by rotation of the rotating device.
  • the piston return is effected by piston springs.
  • control link can be actuated by an axial rotation and / or radial displacement relative to the rotation device.
  • Such movements are simple mechanical operations and can be performed very accurately and with little effort.
  • a simple and at the same time highly precise control of the hydraulic circuit of the rotary device can be achieved.
  • the connecting device has two ring elements, which are connected to one another via a rotary bearing, in particular a roller bearing.
  • a bearing device makes it possible to arrange the hydraulic circuit of the pumping device rotatable to the actuating device and rotationally fixed to the rotating device and yet to provide a direct operative connection for transmitting power between the actuating device and the pumping device.
  • the pivot bearing which may be a ball bearing or a tapered roller bearing, can be very high mechanical Loads are subjected to pressure or tension. Furthermore, the rotation can take place via these storage facilities without great friction losses.
  • guide devices are provided for axial guidance on the pumping device and / or the actuating device.
  • a reliable displacement of the pump device or the actuating device can be ensured.
  • the smooth running reduces the mechanical loads on the elements involved, in particular a pivot bearing.
  • the device according to the invention is provided in a drilling device with a rotatable drill pipe as a rotation device.
  • drill pipes are often used for producing earth bores.
  • the drill pipe is thereby driven in rotation into the soil, wherein a drilling tool advantageously provided at the lower end of the drill pipe serves to generate cavities by removing or displacing soil material.
  • drilling tools for example, drilling buckets, buckets or screws can be used, which have for special purposes hydraulically actuated swivel or actuators.
  • the drill pipe has a hydraulic line system with a hydraulic element, in particular a hydraulic cylinder.
  • a hydraulic element in particular a hydraulic cylinder.
  • the hydraulic line system is designed as a closed hydraulic circuit with hydraulic fluid.
  • a closed hydraulic circuit with hydraulic fluid is characterized by a very short response time and is therefore easy to control, since the effect of an actuation of the hydraulic system starts immediately.
  • the invention therefore also provides a method for providing hydraulic energy in a rotary device according to claim 10.
  • the rotation device is rotationally driven and has a hydraulic circuit with at least one pump cylinder, which is non-rotatably connected to the rotating device, wherein a pump piston of the pump cylinder by an actuator which is fixed relative to the rotating device, axially displaced while a hydraulic pressure in the hydraulic line system is constructed ,
  • the device 1 according to the invention shown in FIG. 1 has an actuating device 2, which is connected to a pump device 4 via a connecting device 16.
  • the actuating device 2 comprises a first support plate 5, which is axially fixed.
  • a first annular plate 13 is arranged axially displaceable relative to the carrier plate 5.
  • On the top of the first ring plate 13 a plurality of lifting cylinders 9 are provided.
  • the annularly arranged lifting cylinders 9 each have a reciprocating piston 7.
  • the upper end of the lifting cylinder 9 is fastened with a first fastening element 6 on the first support plate 5 and the lower end of the lifting cylinder 9 with a second fastening element 8 on the first annular plate 13.
  • the first ring plate 13 is rotatable relative to the first support plate 5 and axially displaceable.
  • a guide device 11 is provided, which comprises a plurality of guide cylinders 12 which are arranged annularly and each have a guide pin 14.
  • the connecting device 16 has two ring elements 13, 17, which are designed as annular plates, wherein a first annular plate 13 and a second annular plate 17 are connected to each other via a pivot bearing 15. Through the pivot bearing 15, the second annular plate 17 can be rotated relative to the first annular plate 13.
  • the second annular plate 17, which is axially displaceable, is connected to a pump device 4.
  • the pumping device 4 has a second support plate 23, and can be fixed axially fixed on a rotation device, not shown, such as a drill string.
  • a plurality of pump cylinders 19 are provided on the upper side of the second support plate 23, a plurality of pump cylinders 19 are provided.
  • the ring-shaped pump cylinders 19 each have a pump piston 20.
  • the upper end of the pump cylinder 19 is connected to a first fastening element 6 on the second annular plate 17 and the lower end of the pump cylinder 19 by means of a second Attached fastener 8 to the second support plate 23.
  • the second annular plate 17 is rotationally fixed relative to the second support plate 23 and axially displaceable.
  • a guide device 11 is provided, which comprises a plurality of guide cylinders 12 which are arranged annularly and each have a guide pin 14.
  • the reciprocating piston 7 of the lifting cylinder 9 Upon actuation of the hydraulic circuit of the actuator 2, the reciprocating piston 7 of the lifting cylinder 9 are moved axially. Since the first carrier plate 5 is axially fixed, the axial movement of the reciprocating piston 7 is transmitted to the axially displaceable annular plates 13, 17. Due to the axial fixation of the second support plate 23 of the pumping device 4, the axial displacement of the second annular plate 17 causes an axial displacement of the pumping piston 20 of the hydraulic circuit of the pumping device 4, whereby hydraulic pressure can be generated.
  • the pump cylinders 19 are fixedly connected to a hydraulic circuit of the rotary device.
  • a hydraulic pressure in the hydraulic circuit of the rotary device can be constructed.
  • hydraulically operated hydraulic elements can be connected via hydraulic lines.
  • the reversing displacement of the lifting cylinder 9 thus causes a pumping operation of the pump cylinder 19.
  • hydraulic pressure can be transmitted from the hydraulic circuit of the actuator 2 to the hydraulic circuit of the rotary device without a direct hydraulic connection between these two hydraulic circuits.
  • a drill 27 is shown as a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • a drill string 29 is slidably mounted along a vertically oriented mast 33 for sinking a bore via a support slide 34.
  • the mast 33 is on a caterpillar-like Vehicle 35 mounted vertically.
  • a drilling tool 31 is attached in the form of a Bohrschnecke.
  • the auger 31 further includes locking, adjusting or pivoting elements which are hydraulically actuated, and is driven in rotation by a drill drive 37 arranged in the upper region of the drill pipe 29.
  • Above the drill drive 37 is the device 1 according to the invention, which supplies hydraulic elements of the auger 31 with hydraulic pressure.
  • Fig. 3 shows the upper portion of a drill string 29 which is held by a vertically erected mast 33 by means of holding slide 34 slidably.
  • a drilling tool 31 which is configured as a drill screw, is driven by a drill drive 37. Above the drill drive 37, the device 1 according to the invention is arranged.
  • Fig. 4 the device according to the invention is shown with immediately adjacent elements of the drill string 29, which is secured to the support slide 34 on a mast 33.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen hydraulischer Energie in einer drehbaren Rotationseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 10.
  • Bei bestimmten rotierenden Maschinenteilen, insbesondere bei Bohrgestängen, ist es erforderlich, hydraulisch betätigte Organe, wie Hydraulikzylinder, vorzusehen. Diese Organe müssen mit hydraulischer Energie versorgt werden. Zur Übertragung hydraulischer Energie auf ein rotierendes Element ist es bekannt, eine hydraulische Drehverbindung einzusetzen. Dabei wird eine mit Hochdruck-Flüssigkeit gespeiste Hydraulikleitung an eine andere, sich mitdrehende Leitung angeschlossen.
  • Eine solche Drehverbindung ist beispielsweise aus der DE-C-36 00 884 bekannt. Hierin wird eine Vorrichtung mit einer Drehleitung vorgeschlagen, die mit einem Kugelkopf-Kolben endet, der vor einer ebenen Endfläche einer feststehenden Leitung angeordnet ist. An dem Kolben liegt ein Zwischenteil an, dessen Anlagefläche konisch verläuft, während seine an der feststehenden Leitung anliegende Fläche eben ausgebildet ist. Aufgrund des Reibungskontaktes besteht grundsätzlich die Gefahr des Verschleißes und damit der Leckage von Hydraulikfluid. Dies bedeutet nicht nur einen Energieverlust, sondern auch eine Belastung der Umwelt.
  • Zur Vermeidung des Problems der Leckage, insbesondere bei Bohrwerkzeugen, wurde von der Anmelderin eine Wandlervorrichtung gemäß der EP-B-0 866 210 entwickelt. Bei einer Umkehr der Drehrichtung des Bohrgestänges kann mit dieser Vorrichtung ein Hydraulikdruck in dem Bohrwerkzeug aufgebaut werden. Diese Vorrichtung ist äußerst zweckmäßig, wenn nur gelegentlich ein Hydraulikzylinder betätigt werden muss.
  • In der US 2004/0055786 A werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum axialen Verschieben eines Expanderwerkzeuges in einem Bohrschacht beschrieben. Mittels eines Expanderwerkzeuges kann ein in das Bohrloch eingebrachtes Mantelrohr ausgedehnt werden. Um das Expanderwerkzeug zu verschieben, wird aus einer Ölkammer in den Raum unterhalb eines Verschiebungskolbens über ein Ventil Öl eingepresst. Dieser Einpressdruck wird durch einen rotierenden Rotorkolben mit sinusförmiger Stirnfläche erzeugt, der auf einem feststehenden Statorglied mit sinusförmiger Stirnfläche rotiert. Hierdurch wird die Rotationsbewegung in eine translatorische Hin- und Herbewegung umgewandelt.
  • In der FR-A-2 694 332 wird ein hydraulischer Abbauhammer zum Erstellen eines Bodenloches beschrieben, der ein eigenständiges hydraulisch betriebenes Schlagwerkzeug aufweist. Ein Außenrohr enthält einen Hydraulikölspeicher, der über Leitungen mit einer von einer hydropneumatischen Drehturbine angetriebenen Hydraulikpumpe verbunden ist. Die Pumpe versetzt durch Ansaugen und Verdrängen des Hydrauliköls das Schlagwerkzeug in Bewegung, das unten eine Aussparung aufweist. In dieser Aussparung befindet sich der Zapfen eines mit dem Außenrohr rotierenden Trägers, der unten kreisförmig angeordnete Spitzen und eine mittige Einlotspitze hat.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die es ermöglichen, hydraulische Energie an einer drehbaren Rotationseinrichtung zuverlässig und ausreichend bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Pumpzylinder vorgesehen, welcher drehfest mit der Rotationseinrichtung verbindbar ist, wobei der Pumpzylinder einen Pumpkolben zum Aufbau eines hydraulischen Druckes aufweist, und eine Betätigungseinrichtung zum axialen Verschieben des Pumpkolbens vorgesehen ist, welcher gegenüber der Betätigungseinrichtung drehbar angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die es ohne hohen apparativen Aufwand erlaubt, an einer drehbaren Rotationseinrichtung über einen längeren Zeitraum einen weitgehend gleich bleibenden hydraulischen Druck bereitzustellen. Dabei ist ein Hydrauliksystem mit mindestens einem Pumpzylinder vorgesehen, der drehfest an der Rotationseinrichtung angeordnet ist. Die Rotationseinrichtung kann ein drehendes Teil, wie z.B. eine Maschinenwelle oder ein Bohrgestänge sein.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, einen sich mitdrehenden Pumpkolben des Pumpzylinders zum Aufbau eines hydraulischen Druckes durch eine feststehende Betätigungseinrichtung axial zu verschieben. Durch diesen einfachen mechanischen Aufbau kann eine aufwändige und wartungsintensive hydraulische Drehschen Druckes auf. Ein separat an der Betätigungseinrichtung angebrachter Hydraulikkreislauf kann einfach gewartet und im Falle von auftretenden Störungen ohne Beeinträchtigung weiterer Systeme repariert bzw. ausgetauscht werden. Zur Erzeugung des hydraulischen Druckes kann eine Hydraulikpumpe verwendet werden, wie sie beispielsweise an Baugeräten vorhanden ist. verbindung zum Bereitstellen hydraulischer Energie an einer drehbaren Rotationseinrichtung vermieden werden. Die unkomplizierte Anordnung ohne eine direkte hydraulische Verbindung zur drehbaren Rotationseinrichtung ist mit geringem Kostenaufwand einfach zu warten und kaum störungsanfällig. Damit wird eine wirtschaftlich vorteilhafte Betriebsweise, insbesondere ein dauerhafter Dreh- und Hydraulikbetrieb, mit geringen Ausfallzeiten und einer hohen Lebensdauer der eingesetzten Vorrichtung gewährleistet. Der hydraulische Druck wird mittels eines Hydraulikfluides aufgebaut. Das Fluid ist vorzugsweise eine Flüssigkeit. Im Sinne der Erfindung ist unter Hydraulikfluid auch ein Gas zu verstehen, so dass pneumatische Systeme mit umfasst sind.
  • Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung liegt darin, dass das Hydraulikleitungssystem mindestens ein Hydraulikelement, insbesondere einen Hydraulikzylinder, aufweist. Mit Hilfe eines Hydraulikelementes können eine Reihe von Werkzeugen oder anderen Einrichtungen schnell und mit großer Kraft betrieben werden. Dabei sind Hydraulikelemente aufgrund der ausgereiften Technik sehr robust im Einsatz und erfordern nur einen geringen Wartungsaufwand. Besonders vorteilhaft sind Hydraulikzylinder als Hydraulikelemente einzusetzen, die eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb aufweisen und welche verhältnismäßig kostengünstig zu beschaffen sind.
  • Geeigneterweise ist die Betätigungseinrichtung hydraulisch betätigbar. Eine hydraulische Betätigung ist effizient und zuverlässig in der Anwendung. Ferner sind hydraulisch betätigbare Einrichtungen zu wirtschaftlich sehr vorteilhaften Bedingungen herzustellen, da sie auf einer ausgereiften Technologie beruhen. Insbesondere unter rauen Umgebungsbedingungen, wie sie beispielsweise im Baugewerbe vorliegen, ist diese hohe Robustheit und große Krafterzeugung von besonderem Vorteil.
  • Vorteilhafterweise weist die Betätigungseinrichtung einen eigenen Hydraulikkreislauf mit mindestens einem Hubzylinder mit Hubkolben und eine Hydraulikpumpe zur Erzeugung des hydraulischen Druckes auf. Ein separat an der Betätigungseinrichtung angebrachter Hydraulikkreislauf kann einfach gewartet und im Falle von auftretenden Störungen ohne Beeinträchtigung weiterer Systeme repariert bzw. ausgetauscht werden. Zur Erzeugung des hydraulischen Druckes kann eine Hydraulikpumpe verwendet werden, wie sie beispielsweise an Baugeräten vorhanden ist.
  • Zweckmäßigerweise ist der Hubkolben der Betätigungseinrichtung achsparallel zum Pumpkolben angeordnet. Durch eine achsparallele Anordnung des Hubkolbens der Betätigungseinrichtung wird die Bewegung des Kolbens mit maximaler Effektivität übertragen. Dadurch kann auch bei einer verhältnismäßig kleinen Bewegung des Kolbens eine hohe Wirkung erzielt werden, so dass mit einem sehr geringen Arbeitseinsatz große Folgewirkungen erzeugt werden können. Eine einfache Steuerung der Betätigungseinrichtung wird dadurch erleichtert.
  • Durch eine getrennte Anordnung der Hydraulikkreisläufe der Betätigungseinrichtung und der Rotationseinrichtung kann der Hydraulikkreislauf der Betätigungseinrichtung aktiv und der Hydraulikkreislauf der Rotationseinrichtung passiv betrieben werden. Ein passiver Betrieb wirkt sich insbesondere vorteilhaft auf die Betriebssicherheit der Einrichtung aus.
  • Erfindungsgemäß sind mehrere Pumpzylinder, die in einer Pumpeinrichtung zusammengefasst sind, und/oder mehrere Hubzylinder der Betätigungseinrichtung symmetrisch zu einer Drehachse der vorzusehenden Rotationseinrichtung angeordnet. Dadurch wird eine gleichmäßige mechanische Gesamtwirkung der Bewegung der Hubzylinder und eine optimale Aufnahme der Verschiebung durch die Pumpzylinder der Pumpeinrichtung erreicht und somit eine sehr effektive Kraftübertragung zwischen den jeweiligen Zylindergattungen bewirkt.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Pumpkolben der Pumpeinrichtung und die Hubkolben der Betätigungseinrichtung über eine Verbindungseinrichtung axial fest aber drehbar zueinander verbunden sind. Mittels dieser Verbindungseinrichtung wird eine unmittelbare Wechselwirkung zwischen den Pumpkolben der Pumpeinrichtung und den Hubkolben der Betätigungseinrichtung hergestellt, so dass eine direkte und schnelle Übertragung einer Axialverschiebung der Hubkolben auf die Pumpkolben ermöglicht wird. Darüber hinaus wird über eine Verbindungseinrichtung der axiale Druck bzw. Hub gleichmäßig auf alle beteiligten Kolben verteilt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Betätigungseinrichtung als eine Steuerkulisse ausgebildet. Die Kulisse ist fest stehend, während sich die Pumpkolben relativ dazu bewegen. Die äußeren Enden der Pumpkolben können durch Federspannung an die zackenförmige Ringkulisse angedrückt werden und so dem Kulissenverlauf während der Drehbewegung folgen. So kann die Hubbewegung der Pumpkolben allein durch Drehung der Rotationseinrichtung erzeugt werden. Die Kolbenrückstellung erfolgt durch Kolbenfedern. Somit kann ein zusätzlicher Antrieb für die Betätigungseinrichtung entfallen.
  • Vorteilhafterweise ist die Steuerkulisse durch eine axiale Rotation und/oder radiale Verschiebung relativ zur Rotationseinrichtung betätigbar. Derartige Bewegungen stellen einfache mechanische Operationen dar und können sehr genau und mit niedrigem Aufwand durchgeführt werden. In Verbindung mit einer hohen Profilgenauigkeit der Steuerkulisse lässt sich eine einfache und zugleich hochpräzise Steuerung des Hydraulikkreislaufs der Rotationseinrichtung erreichen.
  • Geeigneterweise weist die Verbindungseinrichtung zwei Ringelemente auf, die über ein Drehlager, insbesondere ein Wälzlager, miteinander verbunden sind. Eine derartige Lagereinrichtung erlaubt es, den Hydraulikkreislauf der Pumpeinrichtung drehbar zur Betätigungseinrichtung und drehfest zur Rotationseinrichtung anzuordnen und dennoch eine direkte Wirkverbindung zur Kraftübertragung zwischen Betätigungseinrichtung und Pumpeinrichtung bereitzustellen. Das Drehlager, welches ein Kugellager oder ein Kegelrollenlager sein kann, kann sehr hohen mechanischen Belastungen durch Druck oder Zug ausgesetzt werden. Ferner kann die Drehung über diese Lagereinrichtungen ohne große Reibungsverluste erfolgen.
  • Es ist vorteilhaft, wenn Führungseinrichtungen zur axialen Führung an der Pumpeinrichtung und/oder der Betätigungseinrichtung vorgesehen sind. Durch diese Führungseinrichtungen kann eine zuverlässige Verschiebung der Pumpeinrichtung bzw. der Betätigungseinrichtung sichergestellt werden. Durch den gleichmäßigen Lauf werden die mechanischen Belastungen der beteiligten Elemente, insbesondere eines Drehlagers, verringert.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Bohrgerät mit einem drehbaren Bohrgestänge als Rotationseinrichtung vorgesehen. Insbesondere im Tiefbau werden Bohrgestänge zum Erzeugen von Erdbohrungen häufig verwendet. Das Bohrgestänge wird dabei rotierend in das Erdreich eingetrieben, wobei ein vorteilhafterweise am unteren Ende des Bohrgestänges vorgesehenes Bohrwerkzeug dazu dient, durch Beseitigung oder Verdrängung von Bodenmaterial Hohlräume zu erzeugen. Als Bohrwerkzeuge können beispielsweise Bohreimer, -schaufeln oder -schnecken verwendet werden, welche für besondere Zwecke hydraulisch betätigte Schwenk- oder Stellorgane aufweisen.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn das Bohrgestänge ein Hydraulikleitungssystem mit einem Hydraulikelement, insbesondere einen Hydraulikzylinder, aufweist. Mit Hilfe eines Hydraulikelementes können eine Reihe von Werkzeugen oder anderen Einrichtungen schnell und mit großer Kraft betrieben werden.
  • Geeigneterweise ist das Hydraulikleitungssystem als ein geschlossener Hydraulikkreislauf mit Hydraulikflüssigkeit ausgebildet. Ein geschlossener Hydraulikkreislauf mit Hydraulikflüssigkeit zeichnet sich durch eine sehr kurze Ansprechzeit aus und ist dadurch leicht zu steuern, da die Wirkung einer Betätigung der Hydraulik unmittelbar einsetzt.
  • Gegenstand der Erfindung ist deshalb auch ein Verfahren zum Bereitstellen hydraulischer Energie in einer Rotationseinrichtung gemäß Anspruch 10.
  • Die Rotationseinrichtung wird drehend angetrieben und weist einen Hydraulikkreislauf mit mindestens einem Pumpzylinder auf, welcher drehfest mit der Rotationseinrichtung verbunden ist, wobei ein Pumpkolben des Pumpzylinders durch eine Betätigungseinrichtung, welche relativ zur Rotationseinrichtung feststeht, axial verschoben und dabei ein hydraulischer Druck in dem Hydraulikleitungssystem aufgebaut wird.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine aufwändige und wartungsintensive hydraulische Drehverbindung zum Bereitstellen hydraulischer Energie an einer drehbaren Rotationseinrichtung vermieden. Zudem wird eine wirtschaftlich vorteilhafte Betriebsweise, bei der ein dauerhafter Dreh- und Hydraulikbetrieb mit geringen Ausfallzeiten gewährleistet ist, ermöglicht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche in den Zeichnungen schematisiert dargestellt sind.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Teilquerschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
    Fig. 2
    eine Gesamtansicht eines Bohrgerätes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    Fig. 3
    eine vergrößerte Detailansicht des Bohrgerätes von Fig. 2; und
    Fig. 4
    einen stark vergrößerten Ausschnitt des Bohrgerätes von Fig. 2.
  • Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist eine Betätigungseinrichtung 2 auf, die mit einer Pumpeinrichtung 4 über eine Verbindungseinrichtung 16 verbunden ist.
  • Die Betätigungseinrichtung 2 umfasst eine erste Trägerplatte 5, die axial fixiert ist. Eine erste Ringplatte 13 ist axial verschiebbar gegenüber der Trägerplatte 5 angeordnet. Auf der Oberseite der ersten Ringplatte 13 sind mehrere Hubzylinder 9 vorgesehen. Die ringförmig angeordneten Hubzylinder 9 weisen jeweils einen Hubkolben 7 auf. Das obere Ende der Hubzylinder 9 ist mit einem ersten Befestigungselement 6 an der ersten Trägerplatte 5 und das untere Ende der Hubzylinder 9 mit einem zweiten Befestigungselement 8 an der ersten Ringplatte 13 befestigt. Die erste Ringplatte 13 ist gegenüber der ersten Trägerplatte 5 drehfest und axial verschiebbar. Zur besseren Führung der axialen Verschiebung ist eine Führungseinrichtung 11 vorgesehen, die mehrere Führungszylinder 12 umfasst, die ringförmig angeordnet sind und jeweils einen Führungsbolzen 14 aufweisen.
  • Die Verbindungseinrichtung 16 weist zwei Ringelemente 13, 17 auf, die als Ringplatten ausgebildet sind, wobei eine erste Ringplatte 13 und eine zweite Ringplatte 17 über ein Drehlager 15 miteinander verbunden sind. Durch das Drehlager 15 kann die zweite Ringplatte 17 gegenüber der ersten Ringplatte 13 gedreht werden.
  • Die zweite Ringplatte 17, die axial verschiebbar ist, ist mit einer Pumpeinrichtung 4 verbunden. Die Pumpeinrichtung 4 weist eine zweite Trägerplatte 23 auf, und kann axial fixiert auf einer nicht dargestellten Rotationseinrichtung, wie einem Bohrgestänge, befestigt werden. Auf der Oberseite der zweiten Trägerplatte 23 sind mehrere Pumpzylinder 19 vorgesehen. Die ringförmig angeordneten Pumpzylinder 19 weisen jeweils einen Pumpkolben 20 auf. Das obere Ende der Pumpzylinder 19 ist mit einem ersten Befestigungselement 6 an der zweiten Ringplatte 17 und das untere Ende der Pumpzylinder 19 mittels einem zweiten Befestigungselement 8 an der zweiten Trägerplatte 23 befestigt. Die zweite Ringplatte 17 ist gegenüber der zweiten Trägerplatte 23 drehfest und axial verschiebbar. Zur besseren Führung der axialen Verschiebung ist eine Führungseinrichtung 11 vorgesehen, die mehrere Führungszylinder 12 umfasst, die ringförmig angeordnet sind und jeweils einen Führungsbolzen 14 aufweisen.
  • Bei Betätigung des Hydraulikkreislaufs der Betätigungseinrichtung 2 werden die Hubkolben 7 der Hubzylinder 9 axial bewegt. Da die erste Trägerplatte 5 axial fixiert ist, wird die axiale Bewegung der Hubkolben 7 auf die axial verschiebbaren Ringplatten 13, 17 übertragen. Aufgrund der axialen Fixierung der zweiten Trägerplatte 23 der Pumpeinrichtung 4 bewirkt die axiale Verschiebung der zweiten Ringplatte 17 eine axiale Verschiebung der Pumpkolben 20 des Hydraulikkreislaufs der Pumpeinrichtung 4, wodurch hydraulischer Druck erzeugbar ist.
  • Die Pumpzylinder 19 sind an einen Hydraulikkreislauf der Rotationseinrichtung fest angeschlossen. Durch die Pumpzylinder 19 kann ein hydraulischer Druck in dem Hydraulikkreislauf der Rotationseinrichtung aufgebaut werden. An den Hydraulikkreislauf der Rotationseinrichtung können über Hydraulikleitungen hydraulisch betriebene Hydraulikelemente angeschlossen werden.
  • Die reversierende Verschiebung der Hubzylinder 9 bewirkt so einen Pumpbetrieb der Pumpzylinder 19. Auf diese Weise kann hydraulischer Druck von dem Hydraulikkreislauf der Betätigungseinrichtung 2 auf den Hydraulikkreislauf der Rotationseinrichtung übertragen werden, ohne dass eine direkte hydraulische Verbindung zwischen diesen beiden Hydraulikkreisläufen besteht.
  • In Fig. 2 ist als eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Bohrgerät 27 dargestellt. Ein Bohrgestänge 29 ist entlang eines vertikal ausgerichteten Mastes 33 zum Abteufen einer Bohrung über einen Halteschlitten 34 verschiebbar gelagert. Der Mast 33 ist an einem raupenartigen Fahrzeug 35 vertikal angebracht. An einem unteren Ende des Bohrgestänges 29 ist ein Bohrwerkzeug 31 in Form einer Bohrschnecke befestigt. Die Bohrschnecke 31 weist ferner Verriegelungs-, Stell- oder Schwenkelemente auf, die hydraulisch betätigbar sind, und wird von einem im oberen Bereich des Bohrgestänges 29 angeordneten Bohrantrieb 37 drehend angetrieben. Über dem Bohrantrieb 37 befindet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, welche Hydraulikelemente der Bohrschnecke 31 mit hydraulischem Druck versorgt.
  • Fig. 3 zeigt den oberen Bereich eines Bohrgestänges 29, das von einem vertikal aufgerichteten Mast 33 mittels Halteschlitten 34 verschiebbar gehalten wird. Ein Bohrwerkzeug 31, das als Bohrschnecke ausgestaltet ist, wird von einem Bohrantrieb 37 angetrieben. Oberhalb des Bohrantriebs 37 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 angeordnet.
  • In Fig. 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit unmittelbar benachbarten Elementen des Bohrgestänges 29 gezeigt, das mit dem Halteschlitten 34 an einem Mast 33 befestigt ist.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Bereitstellen hydraulischer Energie in einer um eine Drehachse drehbaren Rotationseinrichtung mit Hydraulikleitungssystem, wobei
    - eine Pumpeinrichtung (4) mit
    mindestens einen Pumpzylinder (19) vorgesehen ist, welcher drehfest mit der Rotationseinrichtung verbindbar ist und welcher einen Pumpkolben (20) zum Aufbau eines hydraulischen Druckes aufweist, und
    - eine Betätigungseinrichtung (2), die mindestens einen Hubzylinder (9) mit Hubkolben (7) aufweist, zum axialen Verschieben des Pumpkolbens (20) vorgesehen ist, welcher gegenüber der Betätigungseinrichtung (2) drehbar angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere Pumpzylinder (19) der Pumpeinrichtung (4) und mehrere Hubzylinder (9) der Betätigungseinrichtung (2) symmetrisch und ringförmig um die Drehachse der vorzusehenden Rotationseinrichtung angeordnet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Hubkolben (7) insbesondere hydraulisch betätigbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Hubkolben (7) der Betätigungseinrichtung (2) achsparallel zum Pumpkolben (20) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Pumpkolben (20) der Pumpeinrichtung (4) und die Hubkolben (7) der Betätigungseinrichtung (2) über eine Verbindungseinrichtung (16) axial fest aber drehbar zueinander verbunden sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verbindungseinrichtung (16) zwei Ringelemente (13, 17) aufweist, die über ein Drehlager (15), insbesondere ein Wälzlager, verbunden sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Führungseinrichtung (11) zur axialen Führung an der Pumpeinrichtung (4) und/oder der Betätigungseinrichtung (2) vorgesehen sind.
  7. Bohrgerät mit einem drehbaren Bohrgestänge (29) als Rotationseinrichtung,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist.
  8. Bohrgerät nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Bohrgestänge (29) ein Hydraulikleitungssystem mit einem Hydraulikelement, insbesondere einem Hydraulikzylinder, aufweist.
  9. Bohrgerät nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Hydraulikleitungssystem als ein geschlossener Hydraulikkreislauf mit Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist.
  10. Verfahren zum Bereitstellen hydraulischer Energie in einer Rotationseinrichtung, welche drehend angetrieben wird und einen Hydraulikkreislauf mit einer Pumpeinrichtung (4) mit mindestens einem Pumpzylinder (19) aufweist, welcher drehfest mit der Rotationseinrichtung verbunden ist, wobei ein Pumpkolben (20) des Pumpzylinders (19) durch eine Betätigungseinrichtung (2), die mindestens einen Hubzylinder (9) mit Hubkolben (7) aufweist und relativ zur Rotationseinrichtung feststeht, axial verschoben und dabei ein hydraulischer Druck in dem Hydraulikleitungssystem aufgebaut wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die hydraulische Energie mittels mehrerer Pumpzylinder (19) der Pumpeinrichtung (4) und mehrerer Hubzylinder (9) der Betätigungseinrichtung (2) bereitgestellt wird, welche symmetrisch zu und ringförmig um eine Drehachse der vorzusehenden Rotationseinrichtung angeordnet sind.
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