ANTRIEB EINER ERDBOHRVORRICHTUNG, ERDBOHRVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM ANTREIBEN EINER ERDBOHRVORRICHTUNG

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen hin- und zurückbewegbaren Schlitten (5) einer Erdbohrvorrichtung zum Bewegen eines Gestänges, wobei in einem Rahmen (6) eine relativ gegenüber einem Zylinder (2) bewegbare Stange (7) und Zugübertragungsmittel (1) vorhanden sind, die am Schlitten (5) angreifen, wobei die Stange (7) mit dem Rahmen (6) verbunden ist, und Umlenkrollen (3, 4) für die Zugübertragungsmittel (1) am Rahmen (6) und am Zylinder (2) vorhanden sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Erdbohrvorrichtung zum Bewegen eines Gestänges, eine Erdbohrvorrichtung sowie ein Verfahren zum Antreiben eines Schlittens zum Bewegen eines Gestänges einer Erdbohrvorrichtung.

[0002] Erdbohrvorrichtungen, insbesondere Horizontalbohrvorrichtungen kommen zum Einsatz, um in grabenloser Bauweise Erdbohrungen, beispielsweise für Versorgungs- und Entsorgungsleitungen in das Erdreich einzubringen bzw. bereits verlegte Altleitungen grabenlos auszutauschen. Zum Einbringen der Erdbohrung wird meist ein Bohrgestängeschüsse aufweisendes Bohrgestänge verwendet, bei dem die Bohrgestängeschüsse miteinander verbindbar sind.

[0003] Es ist beispielsweise aus EP 0 886 034 B1 bekannt, einen in einem Rahmen hin- und herbewegbaren Schlitten zum Vorschieben und/oder Ziehen eines Bohrgestänges zu verwenden. Der Schlitten weist eine Aufnahme für einen Bohrgestängeschuss auf, so dass der Bohrgestängeschuss in Richtung einer Vorschubachse zur, Erstellung der Erdbohrung in der Aufnahme bewegt werden kann. Der auf den Bohrgestängeschuss wirkende Antrieb kann rotatorisch und/oder translatorisch auf den Bohrgestängeschuss in der Aufnahme wirken.

[0004] Der Antrieb zum Bewegen des Schlittens im Rahmen kann mittels einer Zahnstange, die fest mit dem Rahmen verbunden ist und einem Hydraulikmotor, der ein Zahnrad, welches an dem Schlitten gelagert ist, bewegt werden. Ferner kann ein Zylinderpaket aus nebeneinanderliegenden Zylindern verwendet werden.

[0005] Ferner ist aus DE 20 64 862 bekannt, eine Plattform über Trossen und einen Flaschenzug bzw. Rollen zu bewegen. Die Trosse ist über eine drehbare Rolle gelegt, die von einer Halterung an einem Ende des Auslegers getragen wird und wird entlang des Auslegers verlaufend um eine weitere Rolle geführt, welche mittels einer Halterung, die an einem Kolben eines doppelt wirkenden hydraulischen Presskolbens gehalten ist, entlang des Auslegers zurückgeführt.

[0006] Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass bei geringen Vorschüben nicht die volle Kraftentfaltung umgesetzt wird, was bei den Zylinderpaketen aus mehreren nebeneinanderliegenden Zylindern insbesondere der Fall ist. Ferner sind die hohen Kosten nachteilig. Der Einsatz in einer Baugrube ist nicht optimal, da die Bauweise zu großbauend ist und/oder eine angestrebte Bohrgestängenutzlänge nicht erreicht wird.

[0007] Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Antrieb für eine Erdbohrvorrichtung anzugeben, der gegenüber zumindest einem der vorgenannten Nachteile verbessert ist. Insbesondere sollte auch eine kompakte Bauweise mit einer erhöhten Bohrgestängenutzlänge erzielt werden können.

[0008] Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

[0009] Kerngedanke der Erfindung ist die Kombination eines gegenüber einem anderen Element ausfahrbaren Elements und der Verwendung von Zugübertragungsmitteln nach Art eines Flaschenzuges, wobei Umlenkrollen für die Zugübertragungsmittel des Flaschenzuges an dem Element angeordnet werden, das das Element ist, aus dem das andere Element ausfährt.

[0010] Der Antrieb für einen hin- und zurückbewegbaren Schlitten einer Erdbohrvorrichtung zum Bewegen eines Bohrgestänges weist eine in einem Rahmen relativ gegenüber einem Zylinder bewegbare Stange auf und Zugübertragungsmittel, die am Schlitten angreifen, auf. Die Stange ist mit dem Rahmen verbunden und Umlenkrollen für die Zugübertragungsmittel sind am Rahmen und am Zylinder vorhanden. Die Bauweise ist einfach und kostengünstig, wobei auch bei sehr geringen Geschwindigkeiten der Bewegung des Schlittens ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann. Zudem wird durch das Anbringen der Umlenkrollen für die Zugübertragungsmittel am Zylinder Bauraum eingespart, der eine kompakte Bauweise des Antriebs ermöglichen kann.

[0011] Unter einer "Erdbohrvorrichtung" wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, welche ein Bohrgestängeschüsse aufweisendes Bohrgestänge in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal im Erdreich bewegt, um eine Bohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung (HD), zu erstellen oder aufzuweiten oder um Leitungen oder andere lange Körper in das Erdreich einzuziehen. Bei der Erdbohrvorrichtung kann es sich insbesondere um eine HD-Vorrichtung handeln. Eine erfindungsgemäße "Erdbohrvorrichtung" umfasst eine ein Bohrgestänge antreibende Vorrichtung, die Erdreich verdrängend arbeitet, und das Bohrgestänge rotatorisch und/oder translatorisch in längsaxialer Richtung des Bohrgestänges in das Erdreich einbringt.

[0012] Der Begriff "HD" (horizontal drilling, Horizontalbohrung) im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere jede Art von bestehenden oder zu erstellenden, vorzugsweise horizontalen Kanälen in einem Körper, insbesondere Erdkanäle einschließlich Erdbohrungen, Felsbohrungen oder Erdleitungen sowie unterirdische oder oberirdische Rohrleitungen und Wasserkanäle, die sich durch Einsatz einer entsprechenden Erdbohrvorrichtung herstellen oder einziehen lassen.

[0013] Der in den Patentansprüche oder in der Beschreibung verwendete Begriff "mindestens ein" ebenso wie der in den Patentansprüchen oder in der Beschreibung verwendete unbestimmte Artikel "ein" - auch in entsprechenden grammatikalischen Ausprägungen in Bezug auf Genus und Deklination - umfasst im Hinblick auf das in Bezug genommene nachfolgende Nomen genau eines oder mehrere, d.h. zwei, drei, vier usw., der durch das Nomen bezeichneten Elemente.

[0014] Der Begriff "Schlitten" erfasst erfindungsgemäß einen Körper mit einer Aufnahme für einen Bohrgestängeschuss, wobei mittels der Aufnahme der Bohrgestängeschuss translatorisch und/oder drehend angetrieben werden kann. Insbesondere kann der Schlitten im Rahmen für eine translatorische Bewegung entlang einer Bahn geführt sein. Der Schlitten kann auf einer mit dem Rahmen verbundenen Auflage mit Aufstandselementen aufliegen. Die Auflage kann profiliert sein und die Aufstandselemente können als Rollen ausgebildet sein. Es sind als Aufstandselemente auch Kufen möglich. Der Schlitten kann an dem Rahmen hängend und/oder aufliegend geführt sein. Der Schlitten kann damit ein Maschinenelement sein, das entlang einer Bahn, insbesondere rein translatorisch, im Rahmen bewegt werden kann.

[0015] Der Begriff "Rahmen" umfasst erfindungsgemäß ein kastenförmiges bzw. quaderförmiges Gebilde, dessen Seitenwände und/oder Verstrebungen bzw. Stäbe Druck, Zug und auch Biegungen übertragen können. Der erfindungsgemäße Rahmen hat vorzugsweise einen viereckigen Aufriss und kann in einer Grube zur Erstellung der Erdbohrung angeordnet werden. Vorzugsweise sind Antriebseinheit und Schlitten in dem Rahmen angeordnet. Um die Vorrichtung in der Baugrube zu fixieren, kann der Rahmen mit horizontal ausfahrbaren Spannstützen versehen sein, über welche die Rückstoßkräfte in das Erdreich eingeleitet werden können.

[0016] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zylinder ein Hydraulikzylinder und die Stange eine Kolbenstange am Hydraulikzylinder, so dass ein kostengünstiger Hydraulikzylinder verwendet werden kann. Ein Hydraulikzylinder kann unter den harschen Bedingungen, die beim Erdbohren vorliegen, gut verwendet werden. Zum Betrieb notwendige Hydraulikflüssigkeit und Pumpen sind für den Einsatz kostengünstig.

[0017] Vorzugsweise ist das Zugübertragungsmittel, kurz Zugmittel, ein Seil oder eine Kette, wodurch einfach ausgebildete, stabile Zugübertragungsmittel, die nach den jeweiligen Anforderungserfordernissen auswählbar sind, verwendet werden können.

[0018] Bevorzugt ist ein Ende des Zugübertragungsmittels am Rahmen befestigt, wodurch eine Anbindung an ein besonders stabiles Bauelement zur Stabilität des Antriebs beiträgt.

[0019] Die Erfindung schafft auch eine Erdbohrvorrichtung mit einem in einem Rahmen angeordneten Schlitten zum Vorschieben eines Bohrgestänges und einer gegenüber einem Zylinder ausfahrbaren Stange, wobei am Schlitten Zugübertragungsmittel zur Bewegung des Schlittens befestigt sind. Die Stange ist mit dem Rahmen verbunden und die Zugübertragungsmittel sind über am Rahmen und am Zylinder gelagerte Umlenkrollen geführt.

[0020] In einer besonderen Ausführungsform sind die am Zylinder gelagerten Umlenkrollen mit ihrer Drehachse fest am Zylinder angeordnet. Dabei kann ein doppelt wirkender Standardzylinder verwendet werden, weil der Antrieb derart ausgerichtet bzw. orientiert werden kann, dass für den Vorschub in Richtung der Erdbohrung geringere Kräfte erforderlich sind (Kolbenringraum als Wirkfläche) als für den Rückzug (gesamte Kolbenfläche als Wirkfläche). Ein derartiger Zylinder wird als "Differentialzylinder" bezeichnet, der nur eine Kolbenstange und somit eine Kolbenfläche und eine kleinere Kolbenringfläche aufweist. Hierdurch können höhere Kräfte für den Leistungseinzug zur Verfügung gestellt werden. Während bei einem sogenannten "Gleichlaufzylinder" die beaufschlagten Flächen in der Regel für beide Hübe gleich groß sind und somit auch die erzeugten Kräfte gleich groß sind, ist dieses bei einem Differentialzylinder in der vorbezeichneten Weise anders.

[0021] Durch eine geeignete Wahl des Durchmessers der Umlenkrollen am Zylinder gegenüber dem Durchmesser der Zylinderrollen, die am Rahmen befestigt sind, können Zugübertragungsmittel aneinander vorbei geführt werden. Die am Zylinder angeordneten Rollen weisen vorzugsweise einen geringeren Durchmesser als die am Rahmen gelagerten Umlenkrollen auf, insbesondere kann ein Verhältnis der Durchmesser von 1:1,3 bis 1:1,7, ganz besonders bevorzugt 1:1,5 gewählt sein.

[0022] Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Antreiben eines in einem Rahmen angeordneten Schlittens zum Bewegen eines Bohrgestänges einer Erdbohrvorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bewegen von einer an einem Zylinder gelagerten Umlenkrolle gegenüber einer in dem Zylinder gelagerten Stange, die am Rahmen befestigt ist; und Beaufschlagen eines über die Umlenkrolle geführten Zugübertragungsmittels, das am Schlitten angreift, mit Zug.

[0023] Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.

[0024] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0025] In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1

eine isometrische Darstellung einer Erdbohrvorrichtung schräg von der Seite; und

Fig. 2

die Erdbohrvorrichtung gemäß Fig. 1 ohne Schlitten und Umlenkrollen in isometrischer Darstellung schräg von oben.

[0026] Fig. 1 zeigt eine Erdbohrvorrichtung zum Durchführen einer Erdbohrung. Die Erdbohrvorrichtung weist einen in einem Rahmen 6 hin- und herbewegbaren Schlitten 5 auf, der auf einer Auflage aufliegt. Die Auflage ist als Führung für Aufstandselemente des Schlittens 5 ausgestaltet und profiliert.

[0027] Zum Antrieb des hin- und zurückbewegbaren Schlittens 5 ist eine relativ gegenüber einem Zylinder 2 bewegbare Stange 7 vorhanden. Bei dem Zylinder 2 handelt es sich um einen doppelt wirkenden Zylinder, mit dem Arbeit in beiden Richtungen verrichtet werden kann. Die Stange 7 ist an dem Rahmen 6 endseitig befestigt.

[0028] Der Antrieb umfasst ferner Zugübertragungsmittel 1 in Form von Seilen. An dem Schlitten greifen auf jeder Seite zwei Zugübertragungsmittel 1 in den beiden Bewegungsrichtungen des Schlittens 5 an. Jedes Zugübertragungsmittel 1 wird über eine Umlenkrolle 3 am Rahmen 6 und über eine an dem Zylinder 2 befestigte Umlenkrolle 4 geführt. Das andere Ende des Zugübertragungsmittels 1 ist jeweils fest mit dem Rahmen 6 verbunden. Es sind vier Zugübertragungsmittel 1 vorgesehen, zwei auf jeder Seite des Schlittens 5.

[0029] Der Fig. 1 ist zu entnehmen, dass jeweils zwei Umlenkrollen 4 seitlich am Zylinder 2 angeordnet sind. Die Paare der Umlenkrollen 4 liegen einander gegenüber. Die beiden Umlenkrollen 4 einer Seite sind nebeneinander angeordnet. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, verlaufen die Drehachsen der beiden Umlenkrollen 4 einer Seite parallel versetzt zueinander. Ebenfalls ist der Fig. 1 zu entnehmen, dass die Umlenkrollen 3 und die Umlenkrollen 4 einer Seite im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind. Die Achsen der Umlenkrollen 3, 4 einer Seite verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander und die Umlenkrollen 3, 4 sind im Wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet, wie es Fig. 1 zeigt. Zudem sind die Anlenk- bzw. Angriffspunkte des Zugübertragungsmittels 1 am Rahmen 6 und am Schlitten 5 einer Seite in einer Ebene mit den Umlenkrollen 3, 4 der entsprechenden Seite, wie es Fig. 1 zeigt.

[0030] Von der in Fig. 1 dargestellten Position des Zylinders 5 im Rahmen 6 kann der Schlitten 5 bei einer Bewegung des Zylinders 2 zur Stange 7 - in Bewegung nach rechts in der Ansicht von Fig. 1 - verfahren. Die Umlenkrollen 4, die am Zylinder 2 fest angeordnet sind, werden als bewegliche Rollen benutzt, um den Schlitten 5 ähnlich eines Flaschenzuges anzutreiben. Die Kraft am Schlitten 5 ist halb so groß wie die Kraft des Zylinders 2. Der Schlitten 5 kann den doppelten Weg, den der Zylinder 2 gegenüber der Stange 7 zurücklegt, zurücklegen.

[0031] In Fig. 2 ist in einer Ansicht von oben die in Fig. 1 dargestellte Erdbohrvorrichtung ohne Umlenkrollen 4 und Schlitten 5 gezeigt.

Ansprüche

1. Antrieb für einen hin- und zurückbewegbaren Schlitten (5) einer Erdbohrvorrichtung zum Bewegen eines Gestänges, wobei in einem Rahmen (6) eine relativ gegenüber einem Zylinder (2) bewegbare Stange (7) und Zugübertragungsmittel (1) vorhanden sind, die am Schlitten (5) angreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (7) mit dem Rahmen (6) verbunden ist, und Umlenkrollen (3, 4) für die Zugübertragungsmittel (1) am Rahmen (6) und am Zylinder (2) vorhanden sind.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (2) ein Hydraulikzylinder und die Stange (7) eine Kolbenstange am Hydraulikzylinder ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (2) ein doppelt wirkender Zylinder ist.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugübertragungsmittel (1) Seile und/oder Ketten sind.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Zugübertragungsmittels (1) am Rahmen (6) befestigt ist.

6. Erdbohrvorrichtung mit einem in einem Rahmen (6) angeordneten Vorschubschlitten zum Vorschieben eines Gestänges und einer gegenüber einem Zylinder (2) ausfahrbaren Stange (7), wobei am Vorschubschlitten Zugübertragungsmittel (1) zur Bewegung des Vorschubschlittens befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (7) mit dem Rahmen (6) verbunden ist, und die Zugübertragungsmittel (1) über am Rahmen (6) und am Zylinder (2) gelagerte Umlenkrollen (3, 4) geführt sind.

7. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die am Zylinder (2) gelagerten Umlenkrollen (4) mit ihrer Drehachse fest am Zylinder angeordnet sind.

8. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die am Zylinder (2) anordneten Umlenkrollen (4) einen geringeren Durchmesser als die am Rahmen (6) gelagerten Umlenkrollen (3) aufweisen.

9. Erdbohrvorrichtung nach Anspruch 6, wobei zwei Umlenkrollen (4) parallel versetzt zueinander an einer Seite des Zylinders (2) angeordnet sind.

10. Verfahren zum Antreiben eines in einem Rahmen (6) angeordneten Schlitten (5) zum Bewegen eines Gestänges einer Erdbohrvorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Bewegen von einer an einem Zylinder (2) gelagerten Umlenkrolle (4) gegenüber einer in dem Zylinder (2) gelagerten Stange (7), die am Rahmen (6) befestigt ist;

- Beaufschlagen eines über die Umlenkrolle (3) geführten Zugübertragungsmittels (1), das am Schlitten angreift, mit Zug.

Zeichnung