EP4656835A1 - Bohrantriebsanordnung - Google Patents

Bohrantriebsanordnung

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Publication number
EP4656835A1
EP4656835A1 EP24178434.7A EP24178434A EP4656835A1 EP 4656835 A1 EP4656835 A1 EP 4656835A1 EP 24178434 A EP24178434 A EP 24178434A EP 4656835 A1 EP4656835 A1 EP 4656835A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive
motor
shaft
gearbox
drilling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24178434.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus MERZHÄUSER
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.)
Eurodrill GmbH
Original Assignee
Eurodrill GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eurodrill GmbH filed Critical Eurodrill GmbH
Priority to EP24178434.7A priority Critical patent/EP4656835A1/de
Priority to CN202510574845.XA priority patent/CN121024467A/zh
Priority to CA3273277A priority patent/CA3273277A1/en
Priority to US19/218,200 priority patent/US20250369286A1/en
Publication of EP4656835A1 publication Critical patent/EP4656835A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
    • 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
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
    • E21B3/022—Top drives
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a drilling drive arrangement for driving an earth drilling tool, comprising at least one drive motor with a motor housing and a motor shaft, wherein a drive torque generated in the motor housing can be transmitted via the motor shaft, and a gearbox which is connected downstream of the drive motor and is designed to convert the drive torque, wherein the gearbox comprises an input gearbox element which receives the drive torque from the motor shaft of the drive motor, and an output gearbox element through which the drive torque converted by the gearbox can be transmitted to the earth drilling tool or a drill string, according to the preamble of claim 1.
  • a drill drive assembly is typically located at one end of a drill string distal to the borehole and is movable along a mast, as is the case with... DE 32 47 202 C1 This is well known. For drilling drive systems, a compact design is desirable for static reasons alone.
  • a well-known drill drive arrangement stems from the DE 199 06 687 B4
  • the device described here is a drilling device for producing boreholes, featuring two separately operable drive motors that transmit torque to an inner and an outer tube, respectively, via a gearbox.
  • the drive motor has a motor shaft protruding from the motor housing, onto which a stub shaft with a pinion or a gear pinion is directly mounted, in particular screwed onto it.
  • the drilling device includes further gears that transmit the torque from the respective gear pinion to the outer and inner tube, respectively.
  • the DE 197 04 263 C1 The document also discloses a drilling device in which a rotary drive with an output shaft directly drives one set of rods and drives another set of rods via a gearbox.
  • the drives which are designed as hydraulic motors, have a motor shaft protruding from a drive housing, to which a coupling is arranged, forming a connection to the actual drill drive shaft.
  • the invention is based on the objective of providing a drilling drive arrangement which enables particularly efficient use for driving an earth drilling tool.
  • the device according to the invention for driving an earth drilling tool is characterized in that the motor shaft of the drive motor is at least partially designed as a hollow shaft with an inner insertion chamber on which at least one first torque transmission element is formed, and that the input gear element of the gearbox has a gear gear with an insertion shaft on which at least one second torque transmission element is formed, wherein the insertion shaft is detachably axially inserted into the inner insertion chamber of the motor shaft to form a rotationally fixed connection.
  • a fundamental idea of the invention is that the motor shaft, which is at least partially designed as a hollow shaft, simplifies and makes power transmission more efficient. By forming a cavity in the motor shaft, the torque of the drive can be increased by inserting a stub shaft, despite the reduced... Assembly effort is transferred particularly reliably and efficiently. Compared to previous drilling drive arrangements, the positive connection to downstream components is thus achieved within the motor shaft of the drive motor. In addition to saving material and weight, this improves maintenance, as the motor shaft can be separated from the rest of the system particularly easily.
  • a fundamental aspect of the invention lies in connecting the gearbox to the motor via a plug-in shaft inserted into the hollow shaft of the motor shaft. The torque is thus transmitted from the motor to the gearbox via this plug-in shaft.
  • a particularly compact arrangement of gearbox, motor shaft, and motor can be achieved by having the plug-in shaft extend directly from the gearbox into the motor shaft.
  • the gearbox can therefore be positioned directly on the drive motor, and the motor shaft barely, or preferably not at all, protrudes from the motor housing. This reduces the axial length of the drilling drive arrangement. In addition to efficient power transmission, this allows for a longer drill string installation length and/or an extended axial travel of the drilling drive arrangement along a mast or drill rig.
  • the smaller the axial extent of the drilling drive arrangement in the direction of the drilling axis the longer the drill string installation length and/or the axial travel of the drilling drive arrangement along a mast or drill rig can be.
  • a preferred embodiment of the invention consists in the at least one drive motor and the gearbox being arranged on a drive carriage, which is designed with a linear guide by which the drive carriage can be moved along a guide of a mast or a drill rig.
  • a mast is essentially vertical, although a certain angle of inclination can be adjusted, while a drill rig can be largely freely positioned in space by means of a generally known support arm mechanism.
  • Such drill rigs are used in particular for anchor drilling with anchor drilling rigs.
  • a linear guide is provided along the mast or drill rig, along which a drive carriage with the compact drill drive assembly can be moved.
  • the drill drive assembly can be precisely positioned using the drive carriage.
  • the desired drilling direction can be adjusted, and the drilling drive arrangement according to the invention is particularly suitable for swiveling and adjusting movements due to its compact arrangement.
  • drive motors with gearboxes are arranged, especially on the drive carriage.
  • Two or more drive motors can be integrated into the drilling drive assembly.
  • a parallel shaft gearbox, particularly a spur gear or a planetary gearbox, can be used as the gearbox.
  • the drive motors can preferably each individually drive a drill string and/or a drilling tool.
  • the drill string can be designed as a double-head drill string with an inner and an outer tube. It is advantageous if one drive motor is provided for rotating the inner tube and one for rotating the outer tube, whereby the inner and outer tubes can be driven in the same or, preferably, in opposite directions of rotation.
  • the drive motors can, in principle, be arranged arbitrarily on the drive carriage, for example, axially one behind the other or, in particular, laterally next to each other. This allows for particularly efficient drilling operation.
  • the drive motors can be designed in any configuration. According to the invention, a particularly reliable design is achieved by using an electric motor or a hydraulic motor, especially an axial piston motor. Preferably, a brushless electric motor can be used.
  • the drive motor can additionally include a control unit, which is designed in particular for controlling speed and torque. This design of the drive motor allows the drilling drive assembly to be made smaller and more compact, which significantly facilitates operation in the often confined construction and working spaces, preferably on construction sites.
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in the insertion space extending from a free end of the motor shaft to a region of the motor shaft located within the motor housing.
  • the free end of the motor shaft can encompass the outer circumferential region and/or the axial end region of the motor shaft.
  • the insertion cross-section is rectangular or rounded, particularly circular.
  • the insertion cross-section can be have toothed sections and/or locking corners, which ensures a particularly secure connection to the insertion space in the free end of the motor shaft.
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in the fact that the insertion shaft, which is inserted into the insertion space, is located predominantly within the motor housing.
  • the motor shaft does not protrude beyond the motor housing.
  • the shaft connection is thus largely or completely located within the motor housing, resulting in a particularly compact design.
  • the insertion shaft can pass completely or partially through the drive motor. It can be particularly advantageous if the insertion shaft passes through at least half, preferably at least two-thirds, of the rotor of an electric drive motor during insertion. This ensures particularly efficient power transmission from the drive motor to the insertion shaft.
  • the insertion shaft can be of any design. However, it is preferred if the insertion shaft also has at least one hollow body and is preferably designed as a hollow tube. It is advantageous if both the motor shaft and the insertion shaft are designed entirely as cylindrical hollow bodies for the passage of an inner tube. According to one embodiment of the invention, it is particularly advantageous that the insertion space is designed as a blind hole in the motor shaft.
  • the inner surface of the insertion space can preferably have elongated profiles, in particular a keyway profile. It is possible that the insertion shaft can be inserted into the insertion space and locked in place with at least one rotary and/or longitudinal movement.
  • a preferred embodiment of the invention also consists in the at least first torque transmission element and the at least one second torque transmission element forming a torque-transmitting positive-lock connection.
  • the torque transmission elements can be designed, in particular, as teeth, grooves, bolts, and/or projections and recesses, and engage with one another.
  • the positive-lock connection can preferably be designed as a splined shaft, toothed shaft, keyway, or groove connection. According to the invention, it is particularly preferred if the plug shaft is designed as a drive shaft.
  • the plug shaft can preferably also be designed as a splined shaft or a toothed shaft.
  • the drive shaft has a serrated tooth profile on its outer circumference or a polygonal profile in its cross-section. This means that the drive shaft can also be designed as a polygonal connection. It is preferred if different types of torque transmission elements, such as polygons and teeth, are formed simultaneously.
  • At least one drive element is arranged on the insertion shaft.
  • at least one drive element or a drive groove especially a groove suitable for a key, can preferably be provided on the insertion recess for positive-locking force transmission.
  • friction-locking connections and/or material-locking connections can also be used according to the invention, particularly as supplementary measures.
  • first torque transmission elements and several second torque transmission elements are arranged, with a splined shaft connection formed between the insertion shaft and the motor shaft. This allows for easy insertion of the insertion shaft into the motor shaft. Furthermore, particularly high and fluctuating torques, as is common in drilling drives, can be transmitted.
  • first drive motor with a first gearbox for driving an inner drill string
  • second drive motor with a second gearbox for driving an outer drill string.
  • the drive motors are arranged axially one behind the other. It is especially advantageous if the inner and outer drill strings can be rotated in opposite directions. Depending on the type of application and soil conditions, this enables particularly efficient drilling.
  • a further development comprises a drilling rig with a carrier unit, which is particularly mobile, and a mast or carriage along which a drive carriage is slidably mounted, wherein a drilling drive arrangement according to the invention is arranged on the drive carriage. Due to the particularly compact arrangement of the motor and gearbox, the drilling depth and adjustability on the mast can be improved with the drilling rig according to the invention. Likewise, pivoting the drilling rig, for example during assembly or disassembly, is facilitated due to the reduced tipping moment.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the drilling drive arrangement according to the invention with drive motor, gearbox and insertion shaft.
  • the drill drive arrangement shown comprises a drive motor 14 with a gearbox 26.
  • a motor housing 18 can preferably be designed, which substantially encompasses or encloses the drive motor 14.
  • the motor housing 18 can preferably form a housing unit completely or partially with the gearbox housing and be designed to accommodate the drive motor 14 and gearbox 26.
  • the motor shaft 22 preferably does not protrude from the motor housing 18, or at most only protrudes slightly.
  • the motor shaft 22 is set into a rotary motion during operation.
  • the motor shaft 22 can preferably have a insertion recess 38 with a rectangular or polygonal cross-section, into which, as shown here, an insertion shaft 36 is preferably inserted.
  • the force generated in the drive motor 14 is transferred to the motor shaft 22 and from there via the torque transmission elements 46 and 42 to a plug-in shaft 36.
  • the transmission elements 42 of the inner plug-in space 38 and the torque transmission elements 46 of the plug-in shaft can preferably be arranged on opposite sides and/or offset.
  • the torque can preferably be transmitted by an insertion shaft 36 inserted into the insertion space 38 of a hollow shaft 34 of the motor shaft 22 and from there directly to the gearbox 26.
  • the insertion shaft 36 can be used to perform switching operations in Preferably comprising a coupling element, wherein the coupling element is designed for disengaging the drive motor 14 and the gearbox 26.
  • the drilling drive arrangement 10 according to the invention can be designed in particular for switching operations and/or for adjusting the speed.
  • the gearbox 26, as shown in the figure, preferably comprises a gearbox input element 30 with at least one gear 28, in particular a sun gear.
  • the input shaft 36 and the gear 28 can, in particular, form a single unit.
  • the gearbox 26 can be configured as desired, but especially as a planetary gearbox, spur gearbox, bevel gearbox, or helical gearbox for adapting the rotational quantities, especially the speed and torque, as required.
  • the input and output shafts are aligned coaxially.
  • the input and output shafts of the gearbox 26 can preferably also be inclined at an angle or offset in parallel.
  • the torque can, as shown here, preferably be transmitted via gears, in particular planetary gears, radially outward from the input shaft 36 to the output gearbox element 32 and subsequently to an earth drilling tool or drill string.
  • the output gearbox element 32 can, in particular, be configured as a shaft.
  • the drive motor 14 and the gearbox 26 can preferably be located essentially directly adjacent to one another, as in the embodiment shown in the figure.
  • the distance between the gearbox 26 and the drive motor 14 can preferably be less than 50 mm, and in particular less than 25 mm.
  • a protective space can preferably be provided between the drive motor 24 and the gearbox 26, wherein the protective space is formed at least between the gearbox, the drive motor, and the drive shaft. This reduces the ingress of foreign objects and improves the thermal properties of the drilling drive arrangement 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bohrantriebsanordnung zum Antreiben eines Erdbohrwerkzeuges, mit mindestens einem Antriebsmotor mit einem Motorgehäuse und einer Motorwelle, wobei durch die Motorwelle ein im Motorgehäuse erzeugtes Antriebsdrehmoment abgebbar ist, und einem Getriebe, welches dem Antriebsmotor nachgeschaltet und ausgebildet ist, das Antriebsdrehmoment zu wandeln, wobei das Getriebe ein Eingangsgetriebeelement, welches das Antriebsdrehmoment von der Motorwelle des Antriebsmotors aufnimmt, und ein Ausgangsgetriebeelement umfasst, durch welches das vom Getriebe gewandelte Antriebsdrehmoment zu dem Erdbohrwerkzeug oder einem Bohrgestänge abgebbar ist. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Motorwelle des Antriebsmotors zumindest teilweise als eine Hohlwelle mit einem inneren Einsteckraum ausgebildet ist, an welchem mindestens ein erstes Drehmomentübertragungselement ausgebildet ist, und dass das Eingangsgetriebeelement des Getriebes ein Getriebezahnrad mit einer Einsteckwelle aufweist, an welcher mindestens ein zweites Drehmomentübertragungselement ausgebildet ist, wobei die Einsteckwelle passend in den inneren Einsteckraum der Motorwelle zum Bilden einer drehfesten Verbindung lösbar axial eingesteckt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft Bohrantriebsanordnung zum Antreiben eines Erdbohrwerkzeuges, mit mindestens einem Antriebsmotor mit einem Motorgehäuse und einer Motorwelle, wobei durch die Motorwelle ein im Motorgehäuse erzeugtes Antriebsdrehmoment abgebbar ist, und einem Getriebe, welches dem Antriebsmotor nachgeschaltet und ausgebildet ist, das Antriebsdrehmoment zu wandeln, wobei das Getriebe ein Eingangsgetriebeelement, welches das Antriebsdrehmoment von der Motorwelle des Antriebsmotors aufnimmt, und ein Ausgangsgetriebeelement umfasst, durch welches das vom Getriebe gewandelte Antriebsdrehmoment zu dem Erdbohrwerkzeug oder einem Bohrgestänge abgebbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine Bohrantriebsanordnung befindet sich üblicherweise an einem vom Bohrloch distalen Ende eines Bohrgestänges und ist entlang eines Mastes verfahrbar, wie etwa aus der DE 32 47 202 C1 bekannt ist. Bei Bohrantriebsanordnungen ist schon aus statischen Gründen eine kompakte Bauform gewünscht.
  • Eine bekannte Bohrantriebsanordnung geht beispielsweise aus der DE 199 06 687 B4 hervor. Die hier gelehrte Vorrichtung ist eine Bohrvorrichtung für das Herstellen von Bohrlöchern mit zwei separat betreibbaren Antriebsmotoren, die über ein Getriebe ein Drehmoment auf ein Innenrohr bzw. ein Außenrohr übertragen. Zur Kraftübertragung von dem Motor auf das Getriebe weist der Antriebsmotor eine aus dem Motorgehäuse herausragende Motorwelle auf, auf welche eine Steckwelle mit Ritzel oder ein Zahnradritzel direkt aufgebracht, insbesondere aufgeschraubt ist. Die Bohrvorrichtung umfasst dabei weitere Zahnräder, mit denen das Drehmoment von dem jeweiligen Zahnradritzel auf das Außenrohr bzw. das Innenrohr übertragen werden.
  • Aus der DE 44 02 487 A1 geht eine Bohreinheit für das Tieflochbohren hervor, bei der zwei Antriebe zueinander axial versetzt angeordnet sind und direkt oder indirekt auf ein Innenrohr bzw. auf ein Außenrohr einwirken. Der komplexe Aufbau aus mehreren Antrieben und Getrieberädern ist dabei fehleranfällig und erfordert einen hohen Wartungsaufwand. Ebenso führt die Anordnung von mindestens einem Motor seitlich des Rohres zu einem erhöhten Platzbedarf im Seitenbereich.
  • Die DE 197 04 263 C1 offenbart ebenfalls eine Bohrvorrichtung, bei der ein Drehantrieb mit einer Abtriebswelle ein Gestänge direkt antreibt und ein anderes Gestänge über ein Getriebe antreibt. Die Antriebe, welche als Hydraulikmotore ausgebildet sind, weisen eine aus einem Antriebsgehäuse vorstehende Motorwelle auf, an welche eine Kupplung angeordnet ist, die eine Verbindung zu der eigentlichen Bohrantriebswelle bildet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrantriebsanordnung anzugeben, welche einen besonders effizienten Einsatz zum Antreiben eines Erdborwerkzeuges ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben eines Erdbohrwerkzeuges ist dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle des Antriebsmotors zumindest teilweise als eine Hohlwelle mit einem inneren Einsteckraum ausgebildet ist, an welchem mindestens ein erstes Drehmomentübertragungselement ausgebildet ist, und dass das Eingangsgetriebeelement des Getriebes ein Getriebezahnrad mit einer Einsteckwelle aufweist, an welcher mindestens ein zweites Drehmomentübertragungselement ausgebildet ist, wobei die Einsteckwelle passend in den inneren Einsteckraum der Motorwelle zum Bilden einer drehfesten Verbindung lösbar axial eingesteckt ist.
  • Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, dass die zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildete Motorwelle die Kraftübertragung vereinfacht und effizienter gestaltet. Mit dem Ausbilden eines Hohlraums in der Motorwelle kann das Drehmoment des Antriebs durch das Einbringen einer Einsteckwelle trotz vermindertem Monotageaufwand besonders zuverlässig und effizient übertragen werden. Gegenüber bisherigen Bohrantriebsanordnungen erfolgt die kraftschlüssige Verbindung auf weiterführende Teile somit innerhalb der Motorwelle des Antriebmotors. Neben Material- und Gewichtsersparnissen wird hierdurch die Wartung verbessert, da die Motorwelle besonders leicht vom restlichen System trennbar ist.
  • Eine Grundidee der Erfindung kann ebenso darin gesehen werden, das Getriebe über eine Einsteckwelle, die in die Hohlwelle der Motowelle eingesteckt ist, mit dem Motor zu verbinden. Das Drehmoment wird also von dem Motor über die Einsteckwelle auf das Getriebe übertragen. Gegenüber bisherigen Bohrantriebsanordnungen kann eine besonders kompakte Anordnung von Getriebe, Motorwelle und Motor dadurch erreicht werden, dass die Einsteckwelle von dem Getriebe direkt in die Motorwelle hineinreicht. Das Getriebe kann somit direkt am Antriebsmotor angeordnet werden und die Motorwelle muss kaum noch oder vorzugsweise gar nicht mehr aus dem Motorgehäuse hervorragen. Hierdurch verkürzt sich die axiale Baulänge der Bohrantriebsanordnung. Neben einer günstigen Kraftübertragung können damit eine vergrößerte Einbaulänge eines Bohrgestänges und/oder ein verlängerter axialer Verfahrweg der Bohrantriebsanordnung entlang eines Mastes oder einer Bohrlafette erzielt werden. Denn je kleiner eine axiale Erstreckung der Bohrantriebsanordnung in Bohrachsrichtung, umso länger können eine Einbaulänge eines Bohrgestänges und/oder ein axialer Verfahrweg der Bohrantriebsanordnung entlang eines Mastes oder einer Bohrlafette sein.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der mindestens eine Antriebsmotor und das Getriebe an einem Antriebsschlitten angeordnet sind, welcher mit einer Linearführung ausgebildet ist, mit welcher der Antriebsschlitten entlang einer Führung eines Mastes oder einer Bohrlafette verschiebbar ist. Ein Mast ist in einem Bohrbetrieb im wesentlichen senkrecht, wobei ein gewisser Neigungswinkel einstellbar sein kann, während eine Bohrlafette mittel eine grundsätzlichen bekannten Tragarmmechanismus weitgehend frei im Raum verstellbar ist. Derartige Bohrlafetten werden insbesondere zum Ankerbohren bei Ankerbohrgeräten eingesetzt. Entlang des Mastes oder der Bohrlafette ist eine Linearführung ausgebildet, entlang welcher ein Antriebsschlitten mit der kompakten Bohrantriebsanordnung verschiebbar ist. Mit dem Antriebsschlitten kann die Bohrantriebsanordnung präzise in eine gewünschte Bohrrichtung verstellt werden, wobei sich die erfindungsgemäße Bohrantriebsanordnung durch die kompakte Anordnung besonders für Schwenk- und Verstellbewegungen eignet.
  • Besonders bevorzugt ist es, dass mehrere Antriebsmotore mit Getriebe, insbesondere an dem Antriebsschlitten, angeordnet sind. Es können zwei oder mer Antriebsmotore an der Bohrantriebsanordnung ausgebildet sein. Als Getriebe kann dabei ein Parallelwellengetriebe, insbesondere ein Stirnradgetriebe oder ein Planetengetriebe verwendet werden. Die Antriebsmotore können vorzugsweise jeweils einzeln ein Bohrgestänge und/oder ein Bohrwerkzeug antreiben. Das Bohrgestänge kann dabei als Dopelkopf-Bohrgestänge mit einem Innen- und einem Außenrohr ausgebildet sein. Zweckmäßig ist es, wenn jeweils ein Antriebsmotor zum Drehen des Innen- und des Außenrohres vorgesehen ist, wobei das Innen- und das Außenrohr in gleiche oder vorzugsweise in entgegengesetzte Drehrichtung angetrieben werden können. Die Antriebsmotore können grundsätzlich beliebig an dem Antriebsschlitten vorgesehen sein, etwa axial hintereinandereinander oder insbesondere seitlich nebeneinander angeordnet sein. Hierdurch kann ein besonders effizienter Bohrbetrieb erzielt werden.
  • Grundsätzlich können die Antriebsmotore beliebig ausgestaltet sein. Eine besonders zuverlässige Ausführung wird nach der Erfindung dadurch erzielt, dass der Antriebsmotor als ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor, insbesondere als ein Axialkolbenmotor ausgebildet ist. Vorzugsweise kann ein bürstenloser Elektromotor verwendet werden. Der Antriebsmotor kann zusätzlich eine Steuereinheit aufweisen, die insbesondere zur Steuerung von Drehzahl und Drehmoment ausgebildet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung des Antriebsmotors kann die Bohrantriebsanordnung kleiner und kompakter gestaltet werden, was den Betrieb im oftmals engen Bau- und Einsatzräumen, vorzugsweise Baustellen, deutlich erleichtert.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass sich der Einsteckraum von einem freien Ende der Motorwelle bis in einem Bereich der Motorwelle erstreckt, welcher innerhalb des Motorgehäuses liegt. Das freie Ende der Motorwelle kann dabei den Außenumfangsbereich und/oder den axialen Endbereich der Motorwelle umfassen. Vorteilhaft ist es, wenn der Einsteckquerschnitt rechteckig oder rundlich, insbesondere kreisförmig ausgebildet ist. Ebenso kann der Einsteckquerschnitt Verzahnungen und/oder Sicherungsecken aufweisen, womit eine besonders sichere Verbindung zum Einsteckraum in das freie Ende der Motorwelle sichergestellt wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass sich die in den Einsteckraum eingesteckte Einsteckwelle zu einem überwiegenden Teil innerhalb des Motorgehäuses befindet. Vorzugsweise ragt die Motorwelle gegenüber dem Motorgehäuse nicht vor. Die Wellenverbindung liegt somit weitgehend oder vollständig innerhalb des Motorgehäuses, was zu einer besonders kompakten Bauform führt.
  • Die Einsteckwelle kann den Antriebsmotor vollständig oder teilweise durchlaufen. Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn die Einsteckwelle einen Rotor eines elektrischen Antriebsmotors beim Einbringen mindestens bis zur Hälfte, vorzugsweise bis zu mindestens zu zwei Dritteln durchläuft. Hierdurch wird eine besonders effiziente Kraftübertragung vom Antriebsmotor auf die Einsteckwelle gewährleistet. Allgemein kann die Einsteckwelle beliebig ausgebildet sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Einsteckwelle ebenfalls mindestens einen Hohlkörper aufweist und vorzugsweise als Hohlrohr ausgebildet ist. Vorteilhaft ist es, wenn sowohl die Motorwelle als auch die Einsteckwelle vollständig als zylindrischer Hohlkörper zum Durchführen eines Innenrohres ausgebildet sind. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass der Einsteckraum als ein Sackloch in der Motorwelle ausgebildet ist. So kann die Motorwelle insbesondere im Bereich der Krafterzeugung im Motor als massive und dami besonders stabile Vollwelle ausgeführt sein. Die Innenfläche des Einsteckraums kann vorzugsweise längliche Profile, insbesondere ein Keilnutprofil aufweisen. Möglich ist es, dass die Einsteckwelle in den Einsteckraum einführbar ist und etwa mit mindestens einer Dreh- und/oder Längsbewegung arretierbar ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht ebenso darin, dass das mindestens erste Drehmomentübertragungselement und das mindestens eine zweite Drehmomentübertragungselement eine drehmomentübertragende Formschlussverbindung bilden. Die Drehmomentübertragungselemente können dabei insbesondere als Zähne, Nuten, Bolzen und/oder Vor-und Rücksprünge ausgebildet sein und miteinander im Eingriff stehen. Die Formschlussverbindung kann vorzugsweise als Keilwellen-, Zahnwellen-, Passfeder- oder Nutverbindung ausgebildet sein. Gemäß der Erfindung ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Steckwelle als Antriebswelle ausgebildet ist. Die Steckwelle kann vorzugsweise ebenso als Keilwelle oder Zahnwelle ausgebildet sein.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Steckwelle im Außenumfangsbereich eine Kerbverzahnung oder im Querschnitt ein Polygonprofil aufweist. Das heißt, dass die Steckwellen-Antriebswelle auch als Polygonverbindung ausgebildet sein kann. Bevorzugt ist es dabei, wenn verschiedenartige Drehmomentübertragungselemente wie Polygone und Zähne gleichzeitig ausgebildet sind.
  • Besonders zweckdienlich ist es, wenn an der Einsteckwelle mindestens ein Mitnehmerelement, insbesondere eine Passfeder, angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend dazu kann vorzugsweise an dem Einsteckraum mindestens ein Mitnehmerelement oder eine Mitnehmernut, insbesondere eine zu einer Passfeder passende Nut, zur formschlüssigen Kraftübertragung aufweisen. Neben formschlüssigen Verbindungen können gemäß der Erfindung, insbesondere ergänzend, auch kraftschlüssige Verbindungen und/oder stoffschlüssige Verbindungen verwendet werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass mehrere erste Drehmomentübertragungselemente und mehrere zweite Drehmomentübertragungselemente angeordnet sind, wobei eine Keilnutwellenverbindung zwischen der Einsteckwelle und der Motorwelle gebildet ist. Hierdurch wird ein einfaches Einschieben der Einsteckwelle in die Motorwelle ermöglicht. Ebenso können dabei besonders große und wechselnde Drehmomente, wie im Bereich der Bohrantriebe üblich, übertragen werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass ein erster Antriebsmotor mit einem ersten Getriebe zum Antreiben eines inneren Bohrgestänges und ein zweiter Antriebsmotor mit einem zweiten Getriebe zum Antreiben eines äußeren Bohrgestänges angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Antriebsmotoren axial hintereinander angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das innere und das äußere Bohrgestänge in entgegengesetzte Richtung drehbar sind. Je nach Art der Anwendung und Bodenbeschaffenheit wird dabei ein besonders effizientes Bohren ermöglicht.
  • Nach der Erfindung besteht eine zweckdienliche Weiterbildung in einem Bohrgerät mit einem Trägergerät darin, welches insbesondere verfahrbar ausgebildet ist und einen Mast oder eine Lafette, entlang welchem/welcher ein Antriebsschlitten verschiebbar gelagert ist, wobei an dem Antriebsschlitten eine erfindungsgemäße Bohrantriebsanordnung angeordnet ist. Mit dem erfindungsgemäßem Bohrgerät kann aufgrund der besonders kompakten Anordnung von Motor und Getriebe die Bohrungstiefe sowie die Verstellbarkeit am Mast verbessert werden. Ebenso wird ein Verschwenken des Bohrgerätes beispielsweise beim Auf- bzw. beim Abbau aufgrund des geringeren Kippmomentes erleichtert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert, welches schematisch in der einzigen Zeichnung dargestellt ist. Die Zeichnung nach Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Bohrantriebsanordnung mit Antriebsmotor, Getriebe und Einsteckwelle.
  • Die in Figur 1 gezeigte Bohrantriebsanordnung weist einen Antriebsmotor 14 mit einem Getriebe 26 auf. Wie hier dargestellt, kann dabei vorzugsweise ein Motorgehäuse 18 ausgebildet sein, welches den Antriebsmotor 14 im Wesentlichen umfasst oder einhaust. Das Motorgehäuse 18 kann vorzugsweise vollständig oder teilweise mit dem Getriebegehäuse eine Gehäuseeinheit bilden und zur Aufnahme von Antriebsmotor 14 und Getriebe 26 ausgebildet sein. Dabei steht die Motorwelle 22 vorzugsweise nicht oder allenfalls geringfügig aus dem Motorgehäuse 18 hervor. Die Motorwelle 22 wird im Betrieb in eine Drehbewegung versetzt. Die Motorwelle 22 kann vorzugsweise einen im Querschnitt rechteckigen oder polygonalen Einsteckraum 38 aufweisen, in dem, wie hier gezeigt, vorzugsweise eine Einsteckwelle 36 eingebracht ist. Die imAntriebsmotor 14 erzeugte Kraft wird auf die Motorwelle 22 und von dort über die Drehmomentübertragungselemente 46 und 42 auf eine Einsteckwelle 36. Übertragungselemente 42 des inneren Einsteckraums 38 und die Drehmomentübertragungselemente 46 der Einsteckwelle können dabei vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten und/oder versetzt angeordnet sein.
  • Wie in Figur 1 gezeigt, kann das Drehmoment vorzugsweise von einer in den Einsteckraum 38 einer Hohlwelle 34 der Motorwelle 22 eingesteckte Einsteckwelle 36 übertragen werden und von dort direkt auf das Getriebe 26 geleitet werden. Gemäß der Erfindung kann die Einsteckwelle 36 zum Durchführen von Schaltvorgängen in bevorzugter Weise ein Kupplungselement aufweisen, wobei das Kupplungselement zum Lösen von Antriebsmotor 14 und Getriebe 26 ausgebildet ist. Insofern kann die erfindungsgemäße Bohrantriebsanordnung 10 insbesondere für Schaltvorgänge und/oder zum Anpassen der Drehzahl ausgebildet.
  • Das Getriebe 26 kann, wie in der Figur gezeigt, vorzugsweise ein Getriebeeingangselement 30 aufweisen mit mindestens einem Getriebezahnrad 28, insbesondere einem Sonnenrad. Dabei kann insbesondere die Einsteckwelle 36 mit dem Getriebezahnrad 28 eine Einheit bilden. Allgemein kann das Getriebe 26 beliebig ausgebildet sein, insbesondere aber als Planetengetriebe, Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe und Schraubenradgetriebe zur bedarfsgerechten Anpassung der Drehgrößen, insbesondere der Drehzahl und Drehmoment. Bei dem beispielhaft in der Figur gezeigten Getriebe 26 sind die An- und Abtriebsaxe koaxial ausgerichtet. Die An- und Abtriebsaxe des Getriebes 26 können vorzugsweise aber auch mit einem Winkel geneigt oder parallel versetzt ausgebildet sein. Dabei kann das Drehmoment, wie hier gezeigt, vorzugsweise über zur Steckwelle 36 radial äußere Zahnräder, insbesondere Planetenräder, auf das Ausgangsgetriebeelement 32 und anschließend auf ein Erdbohrwerkzeug oder ein Bohrgestänge übertragen werden. Das Ausgangsgetriebeelement 32 kann dabei insbesondere als Welle ausgebildet sein.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Bohrantriebsanordnung 10 können der Antriebsmotor 14 und das Getriebe 26 vorzugsweise wie in dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen unmittelbar aneinander angrenzen. Der Abstand zwischen Getriebe 26 und Antriebsmotor 14 kann dabei vorzugweise 50 mm, insbesondere 25 mm, unterschreiten. Zwischen Antriebsmotor 24 und Getriebe 26 kann vorzugsweise ein Schutzraum vorgesehen sein, wobei der Schutzraum zumindest zwischen Getriebe, Antriebsmotor und Antriebswelle gebildet ist. Hierbei kann das Eindringen von Fremdkörpern reduziert und die thermischen Eigenschaften der Bohrantriebsanordnung 10 verbessert werden.

Claims (11)

  1. Bohrantriebsanordnung (10) zum Antreiben eines Erdbohrwerkzeuges, mit
    - mindestens einem Antriebsmotor (14) mit einem Motorgehäuse (18) und einer Motorwelle (22), wobei durch die Motorwelle (22) ein im Motorgehäuse (18) erzeugtes Antriebsdrehmoment abgebbar ist, und
    - einem Getriebe (26), welches dem Antriebsmotor (14) nachgeschaltet und ausgebildet ist, das Antriebsdrehmoment zu wandeln, wobei das Getriebe (26) ein Eingangsgetriebeelement (30), welches das Antriebsdrehmoment von der Motorwelle (22) des Antriebsmotors (14) aufnimmt, und ein Ausgangsgetriebeelement (32) umfasst, durch welches das vom Getriebe (26) gewandelte Antriebsdrehmoment zu dem Erdbohrwerkzeug oder einem Bohrgestänge abgebbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Motorwelle (22) des Antriebsmotors (14) zumindest teilweise als eine Hohlwelle (34) mit einem inneren Einsteckraum (38) ausgebildet ist, an welchem mindestens ein erstes Drehmomentübertragungselement (42) ausgebildet ist, und
    dass das Eingangsgetriebeelement (30) des Getriebes (26) ein Getriebezahnrad (28) mit einer Einsteckwelle (36) aufweist, an welcher mindestens ein zweites Drehmomentübertragungselement (46) ausgebildet ist, wobei die Einsteckwelle (36) passend in den inneren Einsteckraum (38) der Motorwelle (22) zum Bilden einer drehfesten Verbindung lösbar axial eingesteckt ist.
  2. Bohrantriebsanordnung (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Antriebsmotor (14) und das Getriebe an einem Antriebsschlitten angeordnet sind, welcher mit einer Linearführung ausgebildet ist, mit welcher der Antriebsschlitten entlang einer Führung eines Mastes oder einer Bohrlafette verschiebbar ist.
  3. Bohrantriebsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere Antriebsmotore mit Getriebe, insbesondere an dem Antriebsschlitten, angeordnet sind.
  4. Bohrantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Antriebsmotor als ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor, insbesondere als ein Axialkolbenmotor, ausgebildet ist.
  5. Bohrantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich der Einsteckraum (38) von einem freien Ende der Motorwelle (22) bis in einen Bereich der Motorwelle (22) erstreckt, welcher innerhalb des Motorgehäuses (18) liegt.
  6. Bohrantriebsanordnung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die in den Einsteckraum (38) eingesteckte Einsteckwelle (36) zu einem überwiegenden Teil innerhalb des Motorgehäuses (18) befindet.
  7. Bohrantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Einsteckraum (38) als ein Sackloch in der Motorwelle (22) ausgebildet ist.
  8. Bohrantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das mindestens erste Drehmomentübertragungselement und das mindestens eine zweite Drehmomentübertragungselement eine drehmomentübertragende Formschlussverbindung bilden.
  9. Bohrantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere erste Drehmomentübertragungselemente und mehrere zweite Drehmomentübertragungselemente angeordnet sind, wobei eine KeilnutWellenverbindung zwischen der Einsteckwelle und der Motorwelle gebildet ist.
  10. Bohrantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein erster Antriebsmotor mit einem ersten Getriebe zum Antreiben eines inneren Bohrgestänges und ein zweiter Antriebsmotor mit einem zweiten Getriebe zum Antreiben eines äußeren Bohrgestänges angeordnet sind.
  11. Bohrgerät mit
    einem Trägergerät, welches insbesondere verfahrbar ausgebildet ist, und einem Mast oder einer Lafette, entlang welchem/welcher ein Antriebsschlitten verschiebbar gelagert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an dem Antriebsschlitten eine Bohrantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 angeordnet ist.
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