EP4632189A1 - Bohrantriebsanordnung - Google Patents

Bohrantriebsanordnung

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Publication number
EP4632189A1
EP4632189A1 EP24169658.2A EP24169658A EP4632189A1 EP 4632189 A1 EP4632189 A1 EP 4632189A1 EP 24169658 A EP24169658 A EP 24169658A EP 4632189 A1 EP4632189 A1 EP 4632189A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive
rod
carrier unit
guide
drill
Prior art date
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Granted
Application number
EP24169658.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4632189C0 (de
EP4632189B1 (de
Inventor
Jochen Blens
Hans-Jürgen WEBER
Frank Jung
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.)
Klemm Bohrtechnik GmbH
Original Assignee
Klemm Bohrtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Klemm Bohrtechnik GmbH filed Critical Klemm Bohrtechnik GmbH
Priority to EP24169658.2A priority Critical patent/EP4632189B1/de
Publication of EP4632189A1 publication Critical patent/EP4632189A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4632189C0 publication Critical patent/EP4632189C0/de
Publication of EP4632189B1 publication Critical patent/EP4632189B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/002—Drilling with diversely driven shafts extending into the borehole
    • 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
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/08—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods
    • E21B19/086—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods with a fluid-actuated cylinder
    • 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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/02—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting

Definitions

  • the invention relates to a drilling drive arrangement for a double drill rod assembly with an outer rod assembly and an inner rod assembly, which is arranged at least in sections within the outer rod assembly along a drilling axis, with an outer rod assembly drive for rotating the outer rod assembly, a first carrier unit on which the outer rod assembly drive is arranged, an inner rod assembly drive for rotating the inner rod assembly, wherein the inner rod assembly drive is arranged axially offset from the outer rod assembly drive, a second carrier unit on which the inner rod assembly drive is arranged, and a displacement device with which the inner rod assembly drive with the second carrier unit is axially displaceable relative to the outer rod assembly drive with the first carrier unit, according to the preamble of claim 1.
  • drilling rigs or drill drive assemblies are often used which have independent drives for the rotary movement of a protective or outer tube and an inner drill rod.
  • These drill drive assemblies for such double drill rods are often referred to as double-head drilling rigs.
  • the inner drill rod can be moved longitudinally of the drilling axis relative to the outer tubular drill rod, i.e. the protective tube. This not only facilitates screwing processes during rod installation and removal, but also offers other drilling-related advantages.
  • the drill bit at the end of the drill rod can be set to lead or lag behind the ring bit on the protective tube, depending on the soil type encountered during drilling.
  • the drive for the outer protective tube is usually the "front” drive facing the borehole.
  • the drive for the inner drill rod is the “rear” drive behind it.
  • a rod-shaped Rod adapter for the drill rod is guided through the hollow shaft of the front drive so that both connecting connections, for example in the form of threads, for both the outer protective tube and the inner drill rod are still located “in front of” or “below” the "front” drive to ensure easy accessibility when changing the rod.
  • the function of the relative displacement of the rear drive is provided by the fact that this drive is mounted on its own carriage, which can also be called a tandem carriage, which can be displaced relative to the base carriage on which the front drive is mounted in the direction of the drilling axis.
  • An actuating element usually consisting of at least one hydraulic cylinder, is used for this purpose. This actuating element is attached to the base carriage on one side and to the tandem carriage on the other.
  • Such generic drilling drive arrangements with such a displacement device for a relative displacement of the drives are known, for example, from the documents DE 19930504 B4 , DE 3503893 C1 , DE 8509145 U1 , DE 19732479 C1 or DE 202007001858 U1 .
  • the actuator in the form of a hydraulic cylinder is on the one hand firmly connected to the base carriage, and on the other hand rotatably connected to the rotary union, the so-called flushing head, of the rear drive for the drill rod.
  • tandem slide As a support unit for the rear drive are separated, and a second slide (tandem slide) is usually required.
  • the mountings for the actuator, the linear guides, and the tandem slide, or at least the guide surfaces, must be manufactured and mounted on the rear rotary drive.
  • the invention is based on the object of providing a drilling drive arrangement for a double drill rod which has a particularly efficient and compact design.
  • the displacement device has at least one guide rod with a fixed piston section, wherein the guide rod is fixedly attached either to the first carrier unit or to the second carrier unit, that at least one actuating cylinder housing with a piston cavity is mounted and guided in a slide-like manner on the at least one guide rod, in which the piston section of the guide rod is arranged and which can be acted upon by a pressurized fluid in order to move the actuating cylinder housing along the guide rod, wherein the guide rod extends through the piston cavity, and that the second carrier unit or the first carrier unit, to which the at least one guide rod is not fixedly attached, is attached to the actuating cylinder housing.
  • the displacement device comprises at least one guide rod with a piston section arranged thereon.
  • the guide rod is attached either to the first support unit for the outer rod drive or to the second support unit for the inner rod drive.
  • an actuating cylinder housing with an inner piston cavity is mounted in a slide-like manner directly on the at least one guide rod.
  • the piston section on the guide rod lies in the inner piston cavity of the actuating cylinder housing and thus directly forms an actuating element for the displacement device.
  • the fluid can be displaced, preferably in reversible motion, along the guide rod.
  • the actuating cylinder housing the other carrier unit is attached, which is not directly connected to the piston rod.
  • the geometric accuracy in particular the alignment of the axes of the inner rod drive and the outer rod drive, can be significantly improved, for example because the play of the neck bushings of an actuating cylinder can be tolerated much more closely than the play that a tandem slide would have to have compared to a basic slide.
  • the arrangement according to the invention can, in particular, comprise a so-called synchronous cylinder, which can also be referred to as a synchronous or steering cylinder.
  • a so-called synchronous cylinder which can also be referred to as a synchronous or steering cylinder.
  • this is a double-acting, hydraulic linear drive with a cylinder housing and a guide or piston rod that protrudes from the housing, sealed on both sides.
  • the at least one synchronous cylinder provided can preferably have fastening options for the rotary drive, in particular for the inner rod drive, on the actuating cylinder housing.
  • fastening elements for fastening to the other support unit, in particular the first support unit for the outer rod drive can be arranged at the free ends of the guide rod.
  • a preferred embodiment of the invention comprises at least two guide rods, each with an actuating cylinder housing, wherein the actuating cylinder housings are preferably rigidly connected to one another.
  • the arrangement of two or more guide rods increases the guidance accuracy of the linear guide thus formed.
  • an actuating cylinder housing can be arranged on each additional guide rod, so that correspondingly higher actuating forces can be generated for displacing the support units with the drives relative to one another.
  • guide rods or other linear guides could also be arranged to increase guidance accuracy without an additional actuating cylinder housing.
  • the at least one guide rod is fixedly attached to the first carrier unit with the outer rod drive, wherein the second carrier unit with the inner rod drive is mounted and guided displaceably along the at least one guide rod.
  • the first support unit with the outer rod drive can itself be designed as a carriage, in particular as a so-called base carriage, which can be guided along a mast or a carriage.
  • the second support unit with the inner rod drive can be mounted displaceably relative to the first support unit.
  • the second support unit is thus mounted displaceably relative to the first support unit with the outer rod drive.
  • the inner rod can be axially displaced relative to the outer rod, the so-called protective tube, according to a predetermined travel path.
  • the at least one guide rod can be fixedly arranged on one side of the one support unit, so that the guide rod has a free end.
  • a particularly stable arrangement is achieved in that the at least one guide rod has two opposite end regions, which are either both fastened to the first support unit or both to the second support unit.
  • the two ends of a guide rod are each fastened to the first support unit or the second support unit.
  • the guide rod can have any suitable cross-section, in particular a square or polygonal cross-section.
  • the guide rod is particularly preferably cylindrical with a circular cross-section.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the piston section of the guide rod divides the piston chamber in the actuating cylinder housing into two separate pressure chambers, each of which can be pressurized with a pressurized fluid for reversible displacement of the actuating cylinder housing on the guide rod.
  • the pressurized fluid can be, for example, compressed air or preferably hydraulic oil.
  • Appropriate connections and lines for the pressurized fluid are arranged on the actuating cylinder housing so that the individual pressure chambers can be specifically pressurized with or vented with the pressurized fluid via a suitable control and/or valve device. In this way, a desired position of the actuating cylinder housing along the guide rod can be set and maintained.
  • the actuating cylinder housing has at least one, preferably two, guide sections, which are configured to match an outer diameter of the guide rod to form a linear guide.
  • the at least one guide section can be configured, in particular, as a guide or sliding bushing that is guided to fit the guide rod. Particularly when two or more guide rods are arranged, a very precise, virtually play-free linear guide can be efficiently achieved.
  • the at least one guide section can be formed, in particular, from a suitable lubricious material, such as bronze or brass. If necessary, one or more sealing rings can also be formed on the at least one guide section, so that the piston cavity of the actuating cylinder housing is pressure-tightly sealed to the outside.
  • the inner rod drive and/or the outer rod drive comprise one or more drive motors and/or an impact unit.
  • one or two drives can be arranged.
  • an impact unit which can be arranged in particular on the rear inner rod drive, additional impact pulses for percussive rotary drilling can be applied.
  • the at least one drive motor is particularly advantageous for the at least one drive motor to be designed as an electric motor, a compressed air-driven motor, or a hydraulic motor.
  • other drive motors can also be provided that can generate a rotating drive for the inner rod or the outer rod. These motors enable a particularly compact design.
  • the drives can be designed as a direct drive for directly driving the respective rods.
  • the gear can, in particular, be designed as a reduction gear, which allows for increased torque to be achieved at a reduced speed.
  • the drilling drive arrangement according to the invention can in principle be used wherever a double drill rod with outer rod and inner rod is driven in rotation.
  • the invention comprises a drilling rig with a carrier and a mast or carriage, along which a drilling drive assembly for a double drill rod is displaceably mounted, wherein the drilling drive assembly is designed according to the invention.
  • the carrier device can be equipped with a mast that is essentially vertical during operation or with a carriage that is relatively freely adjustable in space.
  • a carriage can also be used to adjust the drilling axis to a position that is essentially horizontal or inclined to it.
  • the inner and outer rods are preferably arranged coaxially with each other.
  • the drilling rig can be designed as a stationary drilling rig.
  • the carrier device be designed to be movable, in particular with a crawler chassis.
  • a drilling drive arrangement 10 has a first carrier unit 20, which can be designed in the manner of a carriage with a lower carriage guide 22 for guiding along a linear guide on a mast or a carriage of a carrier device.
  • An outer rod drive 30 is attached to the first support unit 20 for rotating a tubular outer rod 20, which is only partially indicated, around a drilling axis 1.
  • the drill rod drive 30 can be arranged as shown in the Figures 1 and 2 two drive motors 32, which together drive a first gear 34, via which a torque is transmitted to the outer rod 2 via a corresponding rod connection.
  • an inner rod 4 Arranged coaxially with the tubular outer rod 2 is an inner rod 4, which extends through the outer rod drive 30 to an inner rod drive 50 located behind it in the direction of the drilling axis 1.
  • the inner rod drive 50 can preferably also have two drive motors 52, which drive the inner rod 4 in rotation about the drilling axis 1 via a common second gear 54.
  • the direction of rotation of the outer rod 2 and the inner rod 4 can be the same or different.
  • the inner rod drive 50 is arranged on a second carrier unit 40, which can be displaced via a displacement device 60 in the direction of the drilling axis 1 relative to the first carrier unit 20 with the inner rod drive 50.
  • the drilling drive arrangement 10 is shown in a first operating state in which the inner rod drive 50 with the second carrier unit 40 is moved into a rear position in which the inner rod drive 50 is further spaced from the outer rod drive 30.
  • the displacement device 60 comprises two guide rods 62 arranged parallel to one another, each of which is fastened by its two free ends to the slide-like first support unit 20.
  • a cylindrical or box-shaped actuating cylinder housing 70 is displaceably mounted on each guide rod 62, with the two actuating cylinder housings 70 being firmly connected to one another via the second support unit 40 with the internal rod drive 50.
  • the second carrier unit 40 with the inner rod drive 50 can be axially displaced on the inner rod 4.
  • the drill drive arrangement 10 is shown in a second operating state, in which the inner rod drive 50 with the second carrier unit 40 is moved from the rear position according to the Figures 1 and 2 has been moved into a forward position in which the inner rod drive 50 is arranged near the outer rod drive 30.
  • the actuating cylinder housing 70 has an inner piston cavity 72 through which the guide rod 62 extends axially.
  • a piston section 64 is formed, which in the illustrated embodiment is formed from two disc-shaped regions with two radial seals 66 arranged between them.
  • the piston section 64 divides the piston cavity 72 in the actuating cylinder housing 70 into two pressure-tightly separated pressure chambers 73, 74.
  • the individual pressure chambers 73, 74 can be specifically pressurized with a pressure fluid, in particular a hydraulic oil, or vented, in order to thereby effect a targeted displacement of the actuating cylinder housing 70 relative to the guide rod 62 and thus of the internal rod drive 50.
  • a pressure fluid in particular a hydraulic oil, or vented
  • the actuating cylinder housing 70 also fulfills a guiding function, wherein in the illustrated embodiment, a first guide section 75 and a second guide section 76 are formed, each of which can have a guide bushing 79.
  • One or more sealing rings 78 can be arranged on each of the two guide sections 75, 76 to pressure-tightly seal the adjacent pressure chamber 73, 74 from the outside atmosphere.
  • the displacement device 60 thus formed can also be referred to as a synchronous cylinder, which performs both a displacement function and a linear guide function.
  • fastening eyes can be formed, for example, as fastening elements 68, in order to fasten the guide rod 62 to the corresponding carrier unit, here the first carrier unit 20, on both sides.
  • the drill drive assembly 10 Compared to a conventional actuating device on a drill drive assembly for a double drill rod, the drill drive assembly 10 according to the invention allows for a more compact and overall lighter design. This saves space and weight, which, particularly with regard to a conventional arrangement of the drill drive assembly 10 on a mast or carriage, reduces the risk of tipping and enables an increase in the maximum achievable drilling depth.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrantriebsanordnung für ein Doppelbohrgestänge mit einem Außengestänge und einem Innengestänge, welches zumindest abschnittsweise innerhalb des Außengestänges entlang einer Bohrachse angeordnet ist, mit einem Außengestängeantrieb zum drehenden Antreiben des Außengestänges, einer ersten Trägereinheit, an welcher der Außengestängeantrieb angeordnet ist, einem Innengestängeantrieb zum drehenden Antreiben des Innengestänges, wobei der Innengestängeantrieb axial versetzt zum Außengestängeantrieb angeordnet ist, einer zweiten Trägereinheit, an welcher der Innengestängeantrieb angeordnet ist, und einer Verschiebeeinrichtung, mit welcher der Innengestängeantrieb mit der zweiten Trägereinheit relativ zum Außengestängeantrieb mit der ersten Trägereinheit axial verschiebbar ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verschiebeeinrichtung mindestens eine Führungsstange mit einem feststehenden Kolbenabschnitt aufweist, wobei die Führungsstange entweder an der ersten Trägereinheit oder an der zweiten Trägereinheit fest angebracht ist, dass auf der mindestens einen Führungsstange mindestens ein Stellzylindergehäuse mit einem Kolbenhohlraum schlittenartig verschiebbar gelagert und geführt ist, in welchem der Kolbenabschnitt der Führungsstange angeordnet und welcher zum Verschieben des Stellzylindergehäuses entlang der Führungsstange mit einem Druckfluid beaufschlagbar ist, und dass an dem Stellzylindergehäuse die zweite Trägereinheit beziehungsweise die erste Trägereinheit angebracht ist, an welcher die mindestens eine Führungsstange nicht fest angebracht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bohrantriebsanordnung für ein Doppelbohrgestänge mit einem Außengestänge und einem Innengestänge, welches zumindest abschnittsweise innerhalb des Außengestänges entlang einer Bohrachse angeordnet ist, mit einem Außengestängeantrieb zum drehenden Antreiben des Außengestänges, einer ersten Trägereinheit, an welcher der Außengestängeantrieb angeordnet ist, einem Innengestängeantrieb zum drehenden Antreiben des Innengestänges, wobei der Innengestängeantrieb axial versetzt zum Außengestängeantrieb angeordnet ist, einer zweiten Trägereinheit, an welcher der Innengestängeantrieb angeordnet ist, und einer Verschiebeeinrichtung, mit welcher der Innengestängeantrieb mit der zweiten Trägereinheit relativ zum Außengestängeantrieb mit der ersten Trägereinheit axial verschiebbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Für Bohrungen in Überlagerungs- und nicht standfesten Böden werden häufig Bohranlagen oder Bohrantriebsanordnungen verwendet, welche unabhängige Antriebe für die Drehbewegung eines Schutz- oder Außenrohrs und eines inneren Bohrgestänges aufweisen. Diese Bohrantriebsanordnungen für solche Doppelbohrgestänge werden häufig als Doppelkopfbohranlagen bezeichnet. Bei Doppelkopfbohranlagen ist es vorteilhaft, wenn das innere Bohrgestänge gegenüber dem äußeren rohrförmigen Bohrgestänge, also dem Schutzrohr, in Längsrichtung der Bohrachse verschoben werden kann. Dies erleichtert nicht nur Verschraubvorgänge beim Gestängeein- und ausbau, sondern es bietet weitere, bohrtechnische Vorteile. Zum Beispiel kann die Bohrkrone am Bohrgestängeende gegenüber der Ringbohrkrone am Schutzrohr vor- oder nacheilend eingestellt werden, je nachdem, welche Bodenart beim Bohren angetroffen wird.
  • Bei einer Doppelkopfbohranlage ist der Antrieb für das äußere Schutzrohr in der Regel der dem Bohrloch zugewandte, "vordere" Antrieb. Der Antrieb für das innere Bohrgestänge ist der dahinterliegende, "hintere" Antrieb. Dabei wird ein stangenförmiger Gestängeadapter für das Bohrgestänge durch die Hohlwelle des vorderen Antriebs geführt, damit beide Verbindungsanschlüsse, zum Beispiel in Form von Gewinden, sowohl für das äußere Schutzrohr als auch für das innere Bohrgestänge noch "vor" bzw. "unter" dem "vorderen" Antrieb liegen, um eine einfache Zugänglichkeit beim Gestängewechsel zu gewähren.
  • Die Funktion der Relativverschiebung des hinteren Antriebs wird dadurch gegeben, dass dieser Antrieb auf einem eigenen Schlitten montiert ist, welcher auch Tandemschlitten genannt werden kann, der auf einem Grundschlitten, auf welchem der vordere Antrieb montiert ist, relativ zu diesem in Richtung der Bohrachse verschoben werden kann. Zur Verschiebung dient hierzu ein Stellelement, üblicherweise bestehend aus mindestens einem Hydraulikzylinder, welcher einerseits am Grundschlitten und andererseits am Tandemschlitten befestigt ist. Derartige gattungsgemäße Bohrantriebsanordnungen mit einer solchen Verschiebeeinrichtung für eine Relativverschiebung der Antriebe sind etwa bekannt aus den Dokumenten DE 19930504 B4 , DE 3503893 C1 , DE 8509145 U1 , DE 19732479 C1 oder DE 202007001858 U1 .
  • Bei einer Sonderform, welche aus der DE 10005475 A1 hervorgeht, ist der Stellantrieb in Form eines Hydraulikzylinders einerseits fest mit dem Grundschlitten verbunden, andererseits drehbar mit der Drehdurchführung, der sogenannte Spülkopf, des hinteren Antriebs für das Bohrgestänge.
  • Eine weitere, bekannte Ausführung gemäß der EP 0860580 B1 gibt es in der Form, dass der Antrieb für das Bohrgestänge einen Schlitten aufweist, der wie der Schlitten des vorderen Antriebs direkt auf einer Lafette geführt wird. In diesem Fall gibt es ein Stellelement, welches den hinteren Schlitten relativ zum vorderen Schlitten positionieren kann. Das Vorschubsystem der Bohrlafette ist lediglich am vorderen Schlitten befestigt.
  • Bei allen bekannten Ausführungen sind die Funktion der Verschiebung und die Funktion der linearen Führung des Tandemschlittens als Trägereinheit für den hinteren Antrieb voneinander getrennt und es wird meistens ein zweiter Schlitten (Tandemschlitten) benötigt. Bei dieser Bauweise müssen sowohl die Befestigungen für das Stellelement, die Linearführungen als auch der Tandemschlitten oder zumindest Führungsflächen am hinteren Drehantrieb hergestellt und montiert werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrantriebsanordnung für ein Doppelbohrgestänge anzugeben, welches einen besonders effizienten und kompakten Aufbau aufweist.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Bohrantriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei der erfindungsgemäßen Bohrantriebsanordnung ist vorgesehen, dass die Verschiebeeinrichtung mindestens eine Führungsstange mit einem feststehenden Kolbenabschnitt aufweist, wobei die Führungsstange entweder an der ersten Trägereinheit oder an der zweiten Trägereinheit fest angebracht ist, dass auf der mindestens einen Führungsstange mindestens ein Stellzylindergehäuse mit einem Kolbenhohlraum schlittenartig verschiebbar gelagert und geführt ist, in welchem der Kolbenabschnitt der Führungsstange angeordnet ist und welcher zum Verschieben des Stellzylindergehäuses entlang der Führungsstange mit einem Druckfluid beaufschlagbar ist, wobei sich die Führungsstange durch den Kolbenhohlraum hindurch erstreckt, und dass an dem Stellzylindergehäuse die zweite Trägereinheit beziehungsweise die erste Trägereinheit angebracht ist, an welcher die mindestens eine Führungsstange nicht fest angebracht ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaus der Bohrantriebsanordnung. Eine funktionale Trennung zwischen Führung und Stellelement ist sozusagen aufgehoben. Nach der Erfindung umfasst die Verschiebeeinrichtung mindestens eine Führungsstange mit einem daran angeordneten Kolbenabschnitt. Die Führungsstange ist dabei entweder an der ersten Trägereinheit für den Außengestängeantrieb oder an der zweiten Trägereinheit für den Innengestängeantrieb angebracht. Statt eines separaten Tandemschlittens wird unmittelbar auf der mindestens einen Führungsstange ein Stellzylindergehäuse mit einem inneren Kolbenhohlraum schlittenartig verschiebbar gelagert. Der Kolbenabschnitt an der Führungsstange liegt in dem inneren Kolbenhohlraum des Stellzylindergehäuses und bildet so unmittelbar ein Stellelement für die Verschiebeeinrichtung. Durch entsprechendes Beaufschlagen des inneren Kolbenhohlraumes des Stellzylindergehäuses mit einem Druckfluid kann dieses vorzugsweise reversierend entlang auf der Führungsstange verschoben werden. An dem Stellzylindergehäuse ist die andere Trägereinheit angebracht, welche nicht unmittelbar mit der Kolbenstange fest verbunden ist.
  • Neben der erheblichen baulichen Vereinfachung kann die geometrische Genauigkeit, insbesondere die Fluchtung der Achsen des Innengestängeantriebes und des Au-ßengestängeantriebes wesentlich verbessert werden, etwa da ein Spiel von Halsbuchsen eines Stellzylinders wesentlich enger toleriert werden kann als ein Spiel, das ein Tandemschlitten gegenüber einem Grundschlitten aufweisen müsste.
  • Das erfindungsgemäße Anordnung kann insbesondere einen sogenannten Gleichlaufzylinder umfassen, welcher auch als Gleichgang- oder Lenkzylinder bezeichnet werden kann. Dieser ist technisch gesehen ein doppelwirkender, hydraulischer Line-arantrieb mit einem Zylindergehäuse und einer beidseitig auf dem Gehäuse abgedichtet heraustretenden Führungs- oder Kolbenstange. Der mindestens eine vorgesehene Gleichlaufzylinder kann am Stellzylindergehäuse vorzugsweise Befestigungsmöglichkeiten für den Drehantrieb aufweisen, insbesondere für den Innengestängeantrieb. Ebenso können an den freien Enden der Führungsstange Befestigungselemente zum Befestigen an der anderen Trägereinheit, insbesondere der ersten Trägereinheit für den Außengestängeantrieb, angeordnet sein.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass mindestens zwei Führungsstangen mit jeweils einem Stellzylindergehäuse angeordnet sind, wobei die Stellzylindergehäuse vorzugsweise fest miteinander verbunden sind. Die Anordnung von zwei oder mehreren Führungsstangen erhöht die Führungsgenauigkeit der so gebildeten Linearführung. Zudem kann an jeder weiteren zusätzlichen Führungsstange ein Stellzylindergehäuse angeordnet werden, so dass auch entsprechend höhere Stellkräfte zum Verschieben der Trägereinheiten mit den Antrieben relativ zueinander erzeugt werden können. Grundsätzlich könnten auch Führungsstangen oder andere Linearführungen zur Erhöhung der Führungsgenauigkeit ohne zusätzliches Stellzylindergehäuse angeordnet sein.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die mindestens eine Führungsstange an der ersten Trägereinheit mit dem Außengestängeantrieb fest angebracht ist, wobei die zweite Trägereinheit mit dem Innengestängeantrieb verschiebbar entlang der mindestens einen Führungsstange gelagert und geführt ist.
  • Die erste Trägereinheit mit dem Außengestängeantrieb kann dabei selbst als ein Schlitten, insbesondere als ein sogenannter Grundschlitten, ausgebildet sein, welcher entlang eines Mastes oder einer Lafette geführt sein kann. Relativ zu der ersten Trägereinheit kann die zweite Trägereinheit mit dem Innengestängeantrieb verschiebbar gelagert sein. Die zweite Trägereinheit wird also gegenüber der ersten Trägereinheit mit dem Außengestängeantrieb verschiebbar gelagert. Somit kann das Innengestänge gegenüber dem Außengestänge, dem sogenannten Schutzrohr, entsprechend einem vorgegebenen Verfahrweg axial verschoben werden.
  • Grundsätzlich kann die mindestens eine Führungsstange an der einen Trägereinheit einseitig fest angeordnet sein, so dass die Führungsstange ein freies Ende aufweist. Eine besonders stabile Anordnung wird nach einer Ausführung der Erfindung dadurch erzielt, dass die mindestens eine Führungsstange zwei gegenüberliegende Endbereiche aufweist, welche entweder beide an der ersten Trägereinheit oder beide an der zweiten Trägereinheit befestigt sind. Es sind also die beiden Enden einer Führungsstange jeweils an der ersten Trägereinheit oder der zweiten Trägereinheit befestigt. Hierdurch wird eine besonders stabile Anordnung der Führungsstange an einer der Trägereinheiten erreicht, so dass die hierzu verschiebbare andere Trägereinheit sehr genau verschiebbar geführt werden kann.
  • Die Führungsstange kann jeden geeigneten Querschnitt aufweisen, insbesondere einen eckigen oder polygonalen Querschnitt. Besonders bevorzugt ist die Führungsstange zylindrische mit einem kreisrunden Querschnitt ausgeführt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Kolbenabschnitt der Führungsstange den Kolbenraum in dem Stellzylindergehäuse in zwei voneinander getrennte Druckräume unterteilt, welche zum reversierenden Verschieben des Stellzylindergehäuses auf der Führungsstange jeweils mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind. Das Druckfluid kann beispielsweise Druckluft oder vorzugsweise ein Hydrauliköl sein. An dem Stellzylindergehäuse sind entsprechende Anschlüsse und Leitungen für das Druckfluid angeordnet, so dass über eine geeignete Steuer- und/oder Ventileinrichtung die einzelnen Druckräume gezielt mit dem Druckfluid beaufschlagt beziehungsweise entlüftet werden können. Es kann so eine gewünschte Stellposition des Stellzylindergehäuses entlang der Führungsstange eingestellt und auch gehalten werden.
  • Eine besonders gute Führungseigenschaft wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, dass das Stellzylindergehäuse mindestens einen, vorzugsweise zwei Führungsabschnitte aufweist, der/die passend zu einem Außendurchmesser der Führungsstange zum Bilden einer Linearführung ausgebildet ist/sind. Der mindestens eine Führungsabschnitt kann insbesondere als eine Führungs- oder Gleitbuchse ausgebildet sein, welche passend auf der Führungsstange geführt ist. Insbesondere bei der Anordnung von zwei oder mehr Führungsstangen kann so eine sehr exakte, nahezu spielfreie Linearführung effizient erzielt werden.
  • Der mindestens eine Führungsabschnitt kann insbesondere aus einem geeigneten gleitfähigen Material, etwa einem Bronze- oder Messingmaterial, ausgebildet sein. Soweit notwendig, können auch ein oder mehrere Dichtungsringe an dem mindestens einen Führungsabschnitt ausgebildet sein, so dass der Kolbenhohlraum des Stellzylindergehäuses nach außen druckdicht abgeschlossen ist.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass der Innengestängeantrieb und/oder der Außengestängeantrieb einen oder mehrere Antriebsmotore und/oder eine Schlageinheit umfasst. Vorzugsweise können ein oder zwei Antriebe angeordnet sein. Mit einer Schlageinheit, welche insbesondere an dem hinteren Innengestängeantrieb angeordnet sein kann, können zusätzliche Schlagimpulse für ein Schlagdrehbohren ausgeübt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass der mindestens eine Antriebsmotor als ein Elektromotor, ein druckluftbetriebener Motor oder als ein Hydraulikmotor ausgebildet ist. Grundsätzlich können auch andere Antriebsmotoren vorgesehen sein, welche einen drehenden Antrieb des Innengestänges beziehungsweise des Außengestänges erzeugen können. Die genannten Motore ermöglichen einen besonders kompakten Aufbau.
  • Die Antriebe können als ein Direktantrieb zum direkten Antreiben des jeweiligen Gestänges ausgeführt sein. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass der Innengestängeantrieb und/oder der Außengestängeantrieb ein oder mehrere Getriebe umfasst. Das Getriebe kann insbesondere als ein Untersetzungsgetriebe ausgebildet sein, durch welches ein erhöhtes Drehmoment bei einer verringerten Drehzahl erzielt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Bohrantriebsanordnung kann grundsätzlich überall dort eingesetzt werden, wo ein Doppelbohrgestänge mit Außengestänge und Innengestänge drehend angetrieben werden.
  • Nach einer Ausgestaltung umfasst die Erfindung ein Bohrgerät mit einem Trägergerät und einem Mast oder einer Lafette, entlang welchem/welcher eine Bohrantriebsanordnung für ein Doppelbohrgestänge verschiebbar gelagert ist, wobei die Bohrantriebsanordnung erfindungsgemäß ausgebildet ist. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Bohranordnung bei einem Bohrgerät, insbesondere zum Erd- und Gesteinsbohren, können mit dem Bohrgerät die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden.
  • An dem Trägergerät kann ein im Betrieb im Wesentlichen vertikal gerichteter Mast oder eine im Raum relativ frei verstellbare Lafette angeordnet sein. Mit einer Lafette kann auch eine im Wesentlichen horizontale oder dazu schräg gerichtete Position der Bohrachse eingestellt werden. Das Innengestänge und das Außengestänge sind vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet.
  • Grundsätzlich kann das Bohrgerät als ein stationäres Bohrgerät ausgeführt sein. Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung, dass das Trägergerät verfahrbar ausgebildet ist, insbesondere mit einem Raupenfahrwerk.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, die schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohrantriebsanordnung in einem ersten Betriebszustand;
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf die Bohrantriebsanordnung von Fig. 1 von oben;
    Fig. 3
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohrantriebsanordnung in einem zweiten Betriebszustand;
    Fig. 4
    eine Draufsicht auf die Bohrantriebsanordnung von Fig. 3 von oben; und
    Fig. 5
    eine vergrößerte Querschnittansicht zu einer Verschiebeeinrichtung der Bohrantriebsanordnung nach den Figuren 1 bis 4.
  • Gemäß den Figuren 1 und 2 weist eine erfindungsgemäße Bohrantriebsanordnung 10 eine erste Trägereinheit 20 auf, welche schlittenartig mit einer unteren Schlittenführung 22 zum Führen entlang einer Linearführung an einem Mast oder einer Lafette eines Trägergerätes ausgebildet sein kann.
  • An der ersten Trägereinheit 20 ist ein Außengestängeantrieb 30 zum drehenden Antreiben eines nur teilweise angedeuteten rohrförmigen Außengestänges 20 um eine Bohrachse 1 angebracht. Der Bohrgestängeantrieb 30 kann entsprechend der Darstellung in den Figuren 1 und 2 zwei Antriebsmotoren 32 aufweisen, welche gemeinsam ein erstes Getriebe 34 antreiben, über welches ein Drehmoment über eine entsprechende Gestängeverbindung auf das Außengestänge 2 übertragen wird.
  • Koaxial zu dem rohrförmigen Außengestänge 2 ist ein innenliegendes Innengestänge 4 angeordnet, welches durch den Außengestängeantrieb 30 hindurch bis zu einem in Richtung der Bohrachse 1 dahinterliegenden Innengestängeantrieb 50 ragt. Der Innengestängeantrieb 50 kann vorzugsweise ebenfalls zwei Antriebsmotoren 52 aufweisen, welche über ein gemeinsames zweites Getriebe 54 das Innengestänge 4 drehend um die Bohrachse 1 antreiben. Die Drehrichtung von Außengestänge 2 und Innengestänge 4 kann gleich oder unterschiedlich sein.
  • Für ein axiales Verschieben des Innengestängeantriebes 50 mit dem Innengestänge 4 relativ zu dem Außengestängeantrieb 30 mit dem Außengestänge 2 ist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Innengestängeantrieb 50 an einer zweiten Trägereinheit 40 angeordnet, welche über eine Verschiebeeinrichtung 60 in Richtung der Bohrachse 1 relativ zu der ersten Trägereinheit 20 mit dem Innengestängeantrieb 50 verschoben werden kann.
  • In den Figuren 1 und 2 ist die Bohrantriebsanordnung 10 in einem ersten Betriebszustand dargestellt, bei welchem der Innengestängeantrieb 50 mit der zweiten Trägereinheit 40 in eine hintere Position verfahren ist, in welcher der Innengestängeantrieb 50 weiter von dem Außengestängeantrieb 30 beabstandet ist.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Verschiebeeinrichtung 60 zwei zueinander parallel angeordnete Führungsstangen 62, welche jeweils mit ihren beiden freien Enden an der schlittenartigen ersten Trägereinheit 20 befestigt sind. Auf jeder Führungsstange 62 ist ein zylindrisches oder kastenförmiges Stellzylindergehäuse 70 verschiebbar gelagert, wobei die beiden Stellzylindergehäuse 70 über die zweite Trägereinheit 40 mit dem Innengestängeantrieb 50 fest miteinander verbunden sind.
  • Mit der Verschiebeeinrichtung 60 kann die zweite Trägereinheit 40 mit dem Innengestängeantrieb 50 dem Innengestänge 4 axial verschoben werden. In den Figuren 3 und 4 ist die Bohrantriebsanordnung 10 in einem zweiten Betriebszustand dargestellt, bei welchem der Innengestängeantrieb 50 mit der zweiten Trägereinheit 40 von der hinteren Position gemäß den Figuren 1 und 2 in eine vordere Position verfahren ist, in welcher der Innengestängeantrieb 50 nahe dem Außengestängeantrieb 30 angeordnet ist.
  • Der Aufbau und die Funktionsweise zu einem Stellzylindergehäuse 70 der Verschiebeeinrichtung 60 werden näher in Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert.
  • Gemäß Fig. 3 weist das Stellzylindergehäuse 70 einen inneren Kolbenhohlraum 72 auf, durch welchen sich axial hindurch jeweils die Führungsstange 62 erstreckt. In einem Mittenbereich der Führungsstange 62 ist ein Kolbenabschnitt 64 ausgebildet, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei scheibenförmigen Bereichen mit zwei dazwischen angeordneten Radialdichtungen 66 ausgebildet ist. Durch den Kolbenabschnitt 64 wird der Kolbenhohlraum 72 in dem Stellzylindergehäuse 70 in zwei voreinander druckdicht getrennte Druckräume 73, 74 unterteilt. Durch schematisch angedeutete Druckfluidleitungen 80 können die einzelnen Druckräume 73, 74 gezielt mit einem Druckfluid, insbesondere einem Hydrauliköl, beaufschlagt beziehungsweise entlüftet werden, um so eine gezielte Verschiebung des Stellzylindergehäuses 70 gegenüber der Führungsstange 62 und damit des Innengestängeantriebs 50 zu bewirken.
  • Neben der eigentlichen Verschiebefunktion erfüllt das Stellzylindergehäuse 70 auch eine Führungsfunktion, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein erster Führungsabschnitt 75 und ein zweiter Führungsabschnitt 76 ausgebildet sind, welche jeweils eine Führungsbuchse 79 aufweisen können. Die Innenöffnungen der Führungsbuchsen 79 können zusammen mit dem Außenumfang der vorzugsweise zylindrischen Führungsstange 62 eine Gleitpassung und damit eine Linearführung bilden. An den beiden Führungsabschnitten 75, 76 können jeweils ein oder mehrere Dichtringe 78 angeordnet sein, um den jeweils angrenzenden Druckraum 73, 74 gegenüber der Außenatmosphäre druckfest abzudichten. Die so ausgebildete Verschiebeeinrichtung 60 kann auch als ein Gleichlaufzylinder bezeichnet werden, welcher sowohl eine Verschiebefunktion als auch eine Linearführungsfunktion übernimmt.
  • An den freien Enden der jeweiligen Führungsstange 62 können beispielsweise als Befestigungselemente 68 Befestigungsaugen ausgebildet sein, um so die Führungsstange 62 an der entsprechenden Trägereinheit, hier der ersten Trägereinheit 20, beidseitig zu befestigen.
  • Gegenüber einer herkömmlichen Stelleinrichtung an einer Bohrantriebsanordnung für ein Doppelbohrgestänge kann bei der erfindungsgemäßen Bohrantriebsanordnung 10 ein kompakterer und insgesamt leichterer Aufbau erreicht werden. Dies spart Platz und Gewicht, was insbesondere hinsichtlich einer üblichen Anordnung der Bohrantriebsanordnung 10 an einem Mast oder einer Lafette die Kippgefahr reduziert und eine Erhöhung der maximal erzielbaren Bohrtiefe ermöglicht.

Claims (11)

  1. Bohrantriebsanordnung für ein Doppelbohrgestänge mit einem Außengestänge (2) und einem Innengestänge (4), welches zumindest abschnittsweise innerhalb des Außengestänges (2) entlang einer Bohrachse (1) angeordnet ist, mit
    - einem Außengestängeantrieb (30) zum drehenden Antreiben des Außengestänges (2),
    - einer ersten Trägereinheit (20), an welcher der Außengestängeantrieb (30) angeordnet ist,
    - einem Innengestängeantrieb (50) zum drehenden Antreiben des Innengestänges (4), wobei der Innengestängeantrieb (50) axial versetzt zum Außengestängeantrieb (30) angeordnet ist,
    - einer zweiten Trägereinheit (40), an welcher der Innengestängeantrieb (50) angeordnet ist, und
    - einer Verschiebeeinrichtung (60), mit welcher der Innengestängeantrieb (50) mit der zweiten Trägereinheit (40) relativ zum Außengestängeantrieb (30) mit der ersten Trägereinheit (20) axial verschiebbar ist,
    dadurch gekennzeichnet ,
    - dass die Verschiebeeinrichtung (60) mindestens eine Führungsstange (62) mit einem feststehenden Kolbenabschnitt (64) aufweist, wobei die Führungsstange (62) entweder an der ersten Trägereinheit (20) oder an der zweiten Trägereinheit (40) fest angebracht ist,
    - dass auf der mindestens einen Führungsstange (62) mindestens ein Stellzylindergehäuse (70) mit einem Kolbenhohlraum (72) schlittenartig verschiebbar gelagert und geführt ist, in welchem der Kolbenabschnitt (64) der Führungsstange (62) angeordnet und welcher zum Verschieben des Stellzylindergehäuses (70) entlang der Führungsstange (62) mit einem Druckfluid beaufschlagbar ist, wobei sich die Führungsstange (62) durch den Kolbenhohlraum (72) hindurch erstreckt, und
    - dass an dem Stellzylindergehäuse (70) die zweite Trägereinheit (40) beziehungsweise die erste Trägereinheit (20) angeordnet ist, an welcher die mindestens eine Führungsstange (62) nicht fest angebracht ist.
  2. Bohrantriebsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens zwei Führungsstangen (62) mit jeweils einem Stellzylindergehäuse (70) angeordnet sind, wobei die Stellzylindergehäuse (70) vorzugsweise fest miteinander verbunden sind.
  3. Bohrantriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mindestens eine Führungsstange (62) an der ersten Trägereinheit (20) mit dem Außengestängeantrieb (30) fest angebracht ist, wobei die zweite Trägereinheit (40) mit dem Innengestängeantrieb (50) verschiebbar entlang der mindestens einen Führungsstange (62) gelagert und geführt ist.
  4. Bohrantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mindestens eine Führungsstange (62) zwei gegenüberliegende Endbereiche aufweist, welche entweder beide an der ersten Trägereinheit (20) oder beide an der zweiten Trägereinheit (40) befestigt sind.
  5. Bohrantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Kolbenabschnitt (64) der Führungsstange (62) den Kolbenhohlraum (72) in dem Stellzylindergehäuse (70) in zwei voneinander getrennte Druckräume (73, 74) unterteilt, welche zum reversierenden Verschieben des Stellzylindergehäuses (70) auf der Führungsstange (62) jeweils mit einem Druckfluid beaufschlagbar sind.
  6. Bohrantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Stellzylindergehäuse (70) mindestens einen, vorzugsweise zwei Führungsabschnitte (75, 76) aufweist, welcher passend zu einem Außendurchmesser der Führungsstange (62) zum Bilden einer Linearführung ausgebildet ist.
  7. Bohrantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Außengestängeantrieb (30) und/oder der Innengestängeantrieb (50) einen oder mehrere Antriebsmotore (32, 52) und/oder eine Schlageinheit umfasst.
  8. Bohrantriebsanordnung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Antriebsmotor (32, 52) als ein Elektromotor, ein druckluftbetriebener Motor oder ein Hydraulikmotor ausgebildet ist.
  9. Bohrantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Außengestängeantrieb (30) und/oder der Innengestängeantrieb (50) einen oder mehrere Getriebe (34, 54) umfasst.
  10. Bohrgerät mit
    einem Trägergerät und
    einem Mast oder einer Lafette, entlang welchem/welcher eine Bohrantriebsanordnung (10) für ein Doppelbohrgestänge verschiebbar gelagert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bohrantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
  11. Bohrgerät nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Trägergerät verfahrbar ausgebildet ist, insbesondere mit einem Raupenfahrwerk.
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