Seilwindenanordnung und Verfahren zu deren Betrieb

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Seilwindenanordnung mit einer Seilwinde (22), einem Windenantrieb (24) und einer Steuereinrichtung (21) sowie ein Verfahren zu deren Betrieb. Durch die Steuereinrichtung (21) kann ein erster Betriebsmodus für ein Heben und Senken und ein zweiter Betriebsmodus eingeschaltet werden, in welchem eine Auflast an einem Seil der Winde einstellbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft zum einen eine Seilwindenanordnung mit einer Seilwinde, einem Windenantrieb und einer Steuereinrichtung und zum anderen ein Verfahren zu deren Betrieb.

[0002] Derartige Seilwindenanordnungen werden insbesondere im Spezialtiefbau eingesetzt. Derartige Winden dienen beispielsweise zum Senken und Heben sogenannter Pfahlbohrwerkzeuge, mit welchen Bohrungen mit einer Bohrtiefe von ca. 100 m und Bohrdurchmessern von ca. 1 m bis 3 m abgeteuft werden. Beim Pfahlbohren wird aufgrund des großen Bohrdurchmessers das Gesamtgewicht des Bohrstranges und gegebenenfalls eine zusätzliche Anpresskraft als Auflast für das Bohrwerkzeug verwendet.

[0003] Vom Pfahlbohren unterscheidet sich das sogenannte Brunnenbohren. Hierfür notwendige Brunnenbohrgeräte haben einen deutlich kleineren Bohrdurchmesser von etwa max. 300 mm bis 500 mm. Dafür müssen jedoch Bohrtiefen von mehreren 100 m bis etwa 1000 m erreichbar sein. Aufgrund des kleinen Bohrdurchmessers und der größeren Bohrtiefen wäre die durch das Eigengewicht des Bohrstranges erzeugte Auflast am Bohrkopf zu groß, so dass dieser geschädigt werden könnte. Um dies zu verhindern, muss die Auflast über die den Bohrstrang tragende Winde genau gesteuert reduziert werden. Eine solche Auflaststeuerweise wird üblicherweise mit speziellen Winden erreicht, welche zwei Antriebsmotore besitzen, wie es beispielsweise in der DE 41 34 742 C1 dargestellt ist.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Seilwindenanordnung und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, mit welchem bei einem einfachen Aufbau auch eine zuverlässige Auflaststeuerung möglich ist.

[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Seilwindenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren zum Betrieb einer Seilwindenanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0006] Die erfindungsgemäße Seilwindenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinrichtung ein erster Betriebsmodus für ein Heben und Senken und ein zweiter Betriebsmodus einschaltbar ist, in welchem eine Auflast an einer Seilwinde einstellbar ist.

[0007] Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass eine Steuerung mit zwei Betriebsarten vorgesehen ist. Die Steuerung ist mit einem ersten Betriebsmodus ausgebildet, der für einen normalen Hebe- und Senkbetrieb ausgelegt ist. In diesem Betrieb kann ohne eine aufwendige Steuerung ein schnelles und effizientes Heben und Senken erfolgen, wie es beispielsweise für das Pfahlbohren ausreichend ist. Die Steuerung ist aber erfindungsgemäß auch auf einen zweiten Betriebsmodus umschaltbar, in welchem über eine Eingabemöglichkeit der Steuerung eine gewünschte reduzierte Auflast einstellbar ist, wobei die Steuereinrichtung über entsprechende Steuerorgane den Windenantrieb entsprechend steuert und überwacht. Die Steuerung kann dabei auch eine Regelung des Windenantriebes beinhalten. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Seilwindenanordnung erlaubt so einen Einsatz auch für das Brunnenbohren, ohne dass wie im Stand der Technik zwei Antriebe vorgesehen werden müssen.

[0008] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Windenantrieb einen Hydraulikmotor aufweist, der über Hydraulikleitungen mit einer Druckenergiequelle verbunden ist. Ein Hydraulikmotor erlaubt bei einer kompakten Anordnung eine hohe Kraftübertragung.

[0009] Eine besonders robuste und zuverlässige Steuerungsanordnung wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass steuerbare Ventile vorgesehen sind, welche über die Steuereinrichtung ansteuerbar sind.

[0010] Eine Messung der Auflast an dem Seil, wie es beispielsweise für ein Brunnenbohren erforderlich ist, kann in zuverlässiger und einfacher Weise nach der Erfindung dadurch erreicht werden, dass in den Hydraulikleitungen mindestens ein Druckaufnehmer zum Messen eines Hydraulikdruckes angeordnet ist, wobei der Druckaufnehmer mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht. Gemäß einer Erkenntnis der Erfindung korreliert der Druck in der Hydraulikleitung mit der Auflast und kann so über eine entsprechende Berücksichtigung einer Korrelationsregel in der Steuereinrichtung zur Bestimmung und Steuerung bzw. Regelung der gewünschten Auflast am Bohrgerät verwendet werden.

[0011] Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Seilwindenanordnung ist es vorgesehen, dass an der Seilwinde eine hydraulisch betätigbare Haltebremse ausgebildet ist, welche über die Steuereinrichtung steuerbar ist.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Seilwindenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass für ein Heben und Senken in der Steuereinrichtung ein erster Betriebsmodus eingestellt wird und dass ein zweiter Betriebsmodus eingestellt wird, in welchem eine Auflast an einem Seil der Winde eingestellt wird. Durch dieses Verfahren können die vorstehend genannten Vorteile beim Betrieb der erfindungsgemäßen Seilwindenanordnung erreicht werden.

[0013] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter erläutert, welches schematisch in dem beigefügten Hydraulikschaltplan dargestellt ist.

[0014] Die erfindungsgemäße Seilwindenanordnung umfasst eine trommelförmige Seilwinde 22, welche drehbar in einer Halterung 23 gelagert und über eine schematisch dargestellte Antriebswelle mittels eines Windenantriebes 24 antreibbar ist. Die Seilwinde 22 ist über eine Haltebremse 25 feststellbar, welche auf die Antriebswelle einwirkt. Der als einzelner Hydraulikmotor ausgebildete Windenantrieb 24 ist über eine nachfolgend näher erläuterte Hydraulikleitungsanordnung mit mindestens einer Druckenergiequelle 20 verbunden, welche eine hydraulische Pumpe ist.

[0015] Die Hydraulikleitungsanordnung umfasst eine Vielzahl von Ventilen, welche über eine Steuerungseinrichtung 21 zum Einstellen der beiden nachfolgend erläuterten Betriebsmodi ansteuerbar sind.

Erster Betriebsmodus für Vorschubwinde

[0016] Dieser erste Betriebsmodus wird beispielsweise für die bei Trockendrehbohrgeräten üblichen Verfahren verwendet.

[0017] Die Steuereinrichtung 21 stellt die Ventile folgendermaßen ein: Ventil 19 ist drucklos geschaltet; bei Ventil 13 ist Anschluss A gesperrt. Somit liegt kein Druck an den Ventilen 17 und 16 (und damit an 2) an. Das proportionale Stromregelventil 9, 10 ist in diesem Betriebsmodus ebenfalls geschlossen. Das Ventil 14 ist auf hohen Druck geschaltet.

[0018] Die als Konstantpumpe ausgebildete Druckenergiequelle 20 fördert also den Volumenstrom direkt über das Ventil 19 in einen nicht dargestellten Tank. Das Rückschlagventil 11 verhindert als zweite Sicherheitsstufe neben dem Ventil 17, dass Öl über die Leitung B' aus der Windensteuerung 26 abfließt. Die Auflaststeuerung ist somit nicht aktiv, sondern nur der normale Windenmodus. Die Druckenergie kann hierfür durch eine weitere nicht dargestellte Druckenergiequelle bereitgestellt werden.

[0019] Wird nun Druck auf "Heben" oder "Senken" gegeben, wird über das Wechselventil im Windensteuerungsblock 26 und über das Wechselventil 16 das Ventil 2 betätigt und somit die Haltebremse 25 geöffnet. Ebenso öffnet das Bremsventil im Windensteuerungsblock 26 - aber nur gerade soweit, dass der Windenantrieb 24 die Seilwinde 22 kontrolliert auf- oder abspulen kann.

Zweiter Betriebsmodus für die Auflaststeuerung

[0020] Dieser Betriebsmodus wird beispielsweise verwendet, wenn das Bohrgerät mit einer Spülbohrausrüstung, etwa zum Brunnenbohren, betrieben wird.

[0021] Das Ventil 19 wird umgestaltet, so dass die Druckenergiequelle 20 Hochdruck erzeugen kann. Das Ventil 14 wird auf niedrigen Druck umgeschaltet. Diese Druckeinstellung ist höher als der Einspeisedruck, so dass über das Ventil 14 kein Öl aus dem Einspeisekreis abfließen kann. Ventil 9, 10 ist geschlossen. Das Ventil 13 kann nun umgeschaltet werden, um das Rückschlagventil 17 zu entsperren und die Haltebremse 25 mit Hilfe von Ventil 2 zu öffnen. Die Umschaltung von Ventil 13 wird nur freigegeben, wenn der Druckschalter 12 genügend hohen Druck anzeigt.

[0022] Nach Öffnen der Haltebremse 25 spult die Seilwinde 22 mit niedriger Geschwindigkeit auf, da die Druckenergiequelle 20 Volumenstrom liefert. Mit dem Druckaufnehmer 8 kann nun der zum Heben des freischwebenden Spülbohrstrangs notwendige Druck erfasst werden. Zum Errechnen der Last an der Winde (entspricht in diesem Zustand dem Eigengewicht des Bohrstrangs) anhand des Drucks muss die vom Ventil 14 erzeugte Vorspannung berücksichtigt werden.

[0023] Nun öffnet die Steuerung langsam Ventil 9, 10, so dass der Volumenstrom abfließen kann. Fließt mehr Volumenstrom ab, als von der Pumpe 20 gefördert wird, beginnt die Seilwinde 22 abzuspulen. Es ist in diesem Betriebsmodus also ein Abspulen des Seiles von der Seilwinde 22 mit einer vorgegebenen Auflast mit demselben Windenantrieb 24 möglich, der auch in einem normalen Windenbetrieb eingesetzt werden kann.

[0024] Wenn sich der Bohrstrang auf die Sohle absenkt, steigt die Auflast auf den Bohrkopf. Die Steuerung achtet nun darauf, dass die eingestellte Auflast nicht überschritten wird.

[0025] Durch die kontinuierliche Druckmessung am Aufnehmer 8 kann die Steuerung bei fallendem Druck und damit zu großer Auflast das Stromregelventil 9, 10 etwas schließen, um die vorgegebene Auflast wieder zu erreichen. Bei steigendem Druck am Druckaufnehmer 8 und damit zu geringer Auflast wird das Stromregelventil 9, 10 durch die Steuerungseinrichtung 21 entsprechend geöffnet.

[0026] Ist die Auflast also zu groß, wird durch die erfindungsgemäße Steuerung der Bohrstrang nicht mehr so schnell abgesenkt, wie der Bohrfortschritt ist, oder wird sogar angehoben. Ist die ermittelte Auflast zu niedrig, wird der Bohrstrang durch die Seilwinde 22 wieder schneller abgesenkt, so dass sich dieser stärker auf der Sohle abstützt.

[0027] Nach Beendigung des Abbohrens wird zum Ziehen des Bohrstranges wieder in den ersten Betriebsmodus umgeschaltet.

Ansprüche

1. Seilwindenanordnung mit einer Seilwinde (22), einen Windenantrieb (24) und einer Steuereinrichtung (21),
dadurch gekennzeichnet,
dass durch die Steuereinrichtung (21) ein erster Betriebsmodus für ein Heben und Senken und ein zweiter Betriebsmodus einstellbar ist, in welchem eine Auflast an einem Seil der Seilwinde (22) einstellbar ist.

2. Seilwindenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Windenantrieb (24) einen Hydraulikmotor aufweist, der über Hydraulikleitungen mit mindestens einer Druckenergiequelle (20) verbunden ist.

3. Seilwindenanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass steuerbare Ventile (9, 10, 13, 14, 19) vorgesehen sind, welche über die Steuereinrichtung (21) ansteuerbar sind.

4. Seilwindenanordnung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den Hydraulikleitungen mindestens ein Druckaufnehmer (8) zum Messen eines Hydraulikdruckes angeordnet ist, wobei der Druckaufnehmer (8) mit der Steuereinrichtung (21) in Verbindung steht.

5. Seilwindenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Seilwinde (22) eine hydraulisch betätigbare Haltebremse (25) ausgebildet ist, welche über die Steuereinrichtung (21) steuerbar ist.

6. Verfahren zum Betrieb einer Seilwindenanordnung mit einer Seilwinde (22), einem Windenantrieb (24) und einer Steuereinrichtung (21),
dadurch gekennzeichnet,
dass für ein Heben und Senken in der Steuereinrichtung (21) ein erster Betriebsmodus eingeschaltet wird und dass ein zweiter Betriebsmodus eingeschaltet wird, um eine Auflast an einem Seil der Seilwinde (22) einzustellen.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Seilwinde (22) durch einen Hydraulikmotor angetrieben wird, welcher über Hydraulikleitungen mit einer Druckenergiequelle (20) verbunden ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Steuern des Hydraulikmotors steuerbare Ventile (9, 10, 13, 14, 19) vorgesehen sind, welche über die Steuereinrichtung (21) gesteuert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass in den Hydraulikleitungen ein Hydraulikdruck mittels mindestens einem Druckaufnehmer (8) gemessen wird, und
dass die vom Druckaufnehmer (8) ermittelten Werte an die Steuereinrichtung (21) weitergeleitet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Abbremsen und Feststellen der Seilwinde (22) eine Haltebremse (25) vorgesehen ist, welche über die Steuereinrichtung (21) gesteuert wird.

Zeichnung