[0001] Die Erfindung betrifft ein teleskopierbares Bohrgestänge mit mindestens zwei zueinander
verschiebbaren Kellystangen, welche Mittel zum Übertragen eines Drehmomentes zur benachbarten
Kellystange aufweisen.
[0002] Derartige teleskopierbare Bohrgestänge werden für das sogenannte Kellybohrverfahren
benötigt, welches beispielsweise für die Herstellung von Gründungspfählen für Gebäude
eine der flexibelsten Techniken ist. Dabei wird das Drehmoment des Bohrgerätes von
einem am Mast auf- und ab beweglichen Drehgetriebe auf ein Bohrgestänge, das sogenannte
Kellygestänge, übertragen. Das Kellygestänge besteht aus mehreren ineinander liegenden
rohrförmigen Kellystangen, deren innerste an einem Seil des Gerätes hängt und damit
auf- und ab bewegt werden kann. Dadurch teleskopiert das Kellygestänge. Unten an der
innersten Kellystange ist das Bohrwerkzeug befestigt. Durch mehr oder weniger vertikale
Leisten außen an jedem einzelnen der Kellystangen-Rohre und entsprechende vertikale
Mitnehmernuten an der angrenzenden Kellystange wird entsprechend einer Welle-Nabe-Verbindung
das Drehmoment und damit die Drehbewegung von einer Kellystange zur anderen übertragen.
Auf diese Weise wird die Drehbewegung vom Drehgetriebe zum Bohrwerkzeug im Bohrloch
übertragen.
[0003] Das Teleskopieren funktioniert folgendermaßen. Am Anfang, wenn das Kellygestänge
komplett außerhalb des Bohrloches ist, liegen alle Kellystangen an ihrem unteren Anschlag
auf der untersten Kellystange, auch "Innenkelly" genannt, auf. Das komplett eingefahrene
Kellygestänge hängt somit mittels der Innenkelly am Kellyseil. Wenn das Kellygestänge
dann ins Loch abgelassen wird, stößt zu einem bestimmten Zeitpunkt ein oberer Anschlag
des Kellygestänges an einen Kellymitnehmer des Drehgetriebes und liegt dort auf. Beim
weiteren Abfahren bewegen sich nun die restlichen Kellystangen nach unten, bis die
nächstinnere Kellystange mit ihrem oberen Anschlag am unteren Ende der äußersten Kellystange
"hängenbleibt". Dies kann fortgesetzt werden, bis das Kellygestänge komplett ausgefahren
ist. Derartige Kellygestänge sind beispielsweise aus der EP 0 376 239 A oder der US
3,517,760 bekannt.
[0004] Das Drehmoment kann in jedem Ausfahrzustand der Kellystange übertragen werden. Die
Kellystangen liegen entweder am unteren Anschlag auf der nächst innenliegenderen Kellystange
auf oder sie hängen mit ihrem oberen Anschlag an der nächst äußeren. Das Drehmoment
wird dabei bei allen Kellystangen am oberen bzw. am unteren Ende übertragen. Nur bei
jeweils einem Kellyrohr - das äußerste derjenigen, die unten auf dem innersten Rohr
aufliegen - greift der Kellymitnehmer des nächst äußeren Rohrs irgendwo zwischen oberem
und unteren Ende in die Kellyleisten ein und überträgt dort das Drehmoment.
[0005] Neben der Übertragung der Drehbewegung wird bei sogenannten "verriegelbaren Kellygestängen"
auch eine vertikale Kraft vom Schlitten, auf dem das Drehgetriebe am Mast auf- und
ab fährt, über das Kellygestänge auf das Bohrwerkzeug übertragen, um den zum Abtragen
des Bodens nötigen Anpressdruck zu erzeugen. Dazu sind an allen Kellystangen jeweils
in bestimmten Abständen Verriegelungstaschen angebracht.
[0006] Aus der EP 0 335 059 A ist ein Kellygestänge mit verzahnten Mitnehmerleisten bekannt,
welche eine axiale Kraftübertragung in einer Vielzahl von Stellungen entsprechend
der Teilung der Verzahnung ermöglichen.
[0007] Als Material für Kellygestänge wird Stahl in geeigneten Legierungen eingesetzt, um
die notwendige Festigkeit im Betrieb zu gewährleisten. Das zu übertragende Drehmoment
dimensioniert dabei Durchmesser und Dicke der Kellystangen. Insbesondere für größere
Bohrtiefen, für welche entsprechend lange Kellygestänge notwendig sind, kann sich
ein relativ hohes Gewicht des Kellygestänges ergeben. Dieses ist nicht nur für die
Auslegung der notwendigen Winden und Antriebe, sondern auch für die Statik des Mastes
maßgeblich, an dem das Bohrgestänge aufgehängt wird. Da die Bohrachse konstruktionsbedingt
vor den Raupen des Bohrgerätes liegen muss, bedeutet ein schweres Kellygestänge ein
entsprechend hohes Kippmoment des Gerätes. Dieses muss für eine ausreichende Standsicherheit
dann entsprechend hoch ballastiert werden, was wiederum ein größeres und stabileres
Raupenfahrzeug erfordert. Dies führt zu höheren Kosten und Einschränkungen beim Transport
und Positionieren des Bohrgerätes.
[0008] Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, ein teleskopierbares Bohrgestänge anzugeben, welches einen effizienten
und kostengünstigen Bohrbetrieb erlaubt.
[0009] Diese Aufgabe wird durch ein teleskopierbares Bohrgestänge mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
[0010] Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kellystangen aus
mindestens zwei Stangensegmenten aufgebaut ist, welche aus einem unterschiedlichen
Material gefertigt sind. Ein Grundgedanke der Erfindung beruht auf der Erkenntnis,
dass an einer Kellystange Bereiche mit unterschiedlicher Funktion und Belastung vorliegen.
Nach der Erfindung können Bereiche mit hoher Belastung und Flächenpressung aus einem
entsprechend hochfesten Material gefertigt werden, während Bereiche mit geringerer
Belastung und Flächenpressung aus einem einfacheren Material gefertigt werden. Dies
ermöglicht eine funktions- und bedarfsgerechte Konstruktion des Kellygestänges, wobei
hochfestes und zumeist auch teures Material eingespart werden kann.
[0011] Insbesondere bei längeren Bohrgestängen für größere Bohrtiefen ergibt sich nach der
Erfindung eine erhebliche Gewichtseinsparung dadurch, dass ein Material der Stangensegmente
ein Leichtbaumaterial, insbesondere kohlefaserverstärkter Kunststoff ist. Es können
auch andere Leichtbauwerkstoffe, wie Leichtmetalle eingesetzt werden. In einer aus
den rohr- oder stangenförmigen Segmenten zusammengesetzten Anordnung erlaubt kohlefaserverstärkter
Kunststoff eine ausreichend hohe Drehmoment- und Axialkraftübertragung.
[0012] In Bereichen mit einer hohen Flächenpressung, wie sie insbesondere in den Bereichen
auftreten, in welchen die Drehmomente und Kräfte von einer Kellystange an die benachbarte
übertragen werden, kann ein entsprechend hochfester und schwerer Werkstoff, wie Stahl
in einer entsprechenden Legierung, eingesetzt werden.
[0013] Es ist erfindungsgemäß, dass das Mittel zum Übertragen des Drehmomentes bzw. der
Kraft an einem Stangensegment ausgebildet ist, welches aus einem Stahlwerkstoff gefertigt
ist. Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das obere und/oder das untere Ende der
Kellystange an einem Stangensegment aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet ist. Für
eine Drehmoment- und Kraftübertragung in einem oder mehreren dazwischen liegenden
Abschnitten können weitere Übertragungseinrichtungen angeordnet werden. Die zwischen
den Stangensegmenten aus dem Stahlwerkstoff liegenden anderen Stangensegmente können
dabei aus dem Leichtbaumaterial gefertigt werden.
[0014] Funktionsbedingt sind die einzelnen Kellystangen rohrförmig ausgebildet, wobei die
Innenkelly auch eine massive Stange sein kann. Die einzelnen Kellystangen können einen
beliebigen Querschnitt aufweisen. Ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Gewicht
und Drehsteifigkeit ergibt sich jedoch erfindungsgemäß dadurch, dass die Stangensegmente
rohrförmig mit einem kreisringförmigen Querschnitt ausgebildet sind. Ein kreisringförmiger
Querschnitt bietet vor allem für die Leichtbausegmente aus einem kohlefaserverstärkten
Kunststoff eine besonders hohe Drehsteifigkeit.
[0015] Neben der reinen Möglichkeit zur Drehmomentübertragung wird das erfindungsgemäße
Bohrgestänge dadurch weitergebildet, dass die Stangensegmente Mittel zum Übertragen
einer Axialkraft an benachbarte Stangensegmente aufweisen. Bevorzugt sind die Mittel
zum Übertragen einer Axialkraft gemeinsam mit dem Mittel zum Übertragen eines Drehmomentes,
beispielsweise als sogenannte Verriegelungstaschen, ausgebildet.
[0016] Ein besonders robustes Bohrgestänge ergibt sich nach der Erfindung dadurch, dass
die Mittel zum Übertragen eines Drehmomentes und/oder die Mittel zum Übertragen einer
Axialkraft Formschlusselemente aufweisen.
[0017] Vorzugsweise umfassen die Formschlusselemente Anschlagleisten, Verriegelungstaschen
und/oder Mitnehmernuten. Insgesamt wird so zwischen den einzelnen Kellystangen eine
Drehmoment- und Kraftübertragung wie bei bekannten Welle-Nabe-Verbindungen, erreicht.
[0018] Grundsätzlich erfolgt bei den Stangensegmenten aus dem Leichtbaumaterial keine Drehmoment-
und Kraftübertragung unmittelbar von einer benachbarten Kellystange, da dies zu besonders
hohen Flächenpressungen führt. Derartige Stangensegmente können somit an ihrer Außenseite
glattflächig als einfache Rohre ausgebildet sein. Um jedoch eine zuverlässige Teleskopierbarkeit
zu erreichen, ist es erfindungsgemäß, dass an dem Stangensegment aus dem Leichtbaumaterial
axial verlaufende Führungsleisten vorgesehen sind. Da diese nicht zur direkten Kraftübertragung
vorgesehen sind, können die Führungsleisten nachträglich durch geeignete Verbindungseinrichtungen
an den Stangensegmenten befestigt werden.
[0019] Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die äußere Kellystange vollständig
aus Metall ausgeführt ist. Bevorzugt ist die äußere Kellystange mit einer Vielzahl
von Mitteln zum Übertragen eines Drehmomentes und/oder einer Axialkraft versehen,
die auf unterschiedlicher Höhe angeordnet sind. Die äußere Kellystange kann dabei
auch über ihre gesamte Länge eine Drehmomentübertragung ermöglichen. Auf diese Weise
kann bei den anderen Kellystangen die Anzahl der Mittel zur Drehmomentübertragung
bzw. zur Axialkraftübertragung auf zwei beschränkt werden. Beim Ablassen des Kellygestänges
muss dann die äußerste Kellystange zunächst auf der entsprechenden Höhe zum Drehantrieb
verriegelt werden. Dies kann passiv durch einen Bajonett-Verschluss-ähnlichen Mechanismus
erfolgen oder aktiv durch einen vom Drehantrieb ausgehenden Mechanismus. Danach wird
das Kellygestänge wieder so abgelassen, dass alle anderen Kellystangen entweder voll
oder gar nicht ausgefahren sind. Zudem wird durch eine vollständige Ausführung der
äußeren Kellystange auch ein sehr guter passiver Schutz des eingefahrenen Bohrgestänges
gewährleistet.
[0020] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter
beschrieben, welches schematisch in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen
zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Darstellung einer inneren Kelly stange nach der Erfindung und
- Fig. 2
- eine perspektivische, teilgeschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Bohrgestänges
mit der Kellystange von Fig. 1.
[0021] Die in den Fig. 1 und 2 schematisch gezeigte Ausführungsform der Erfindung stellt
ein einfaches teleskopierbares Bohrgestänge 10 mit einer ersten, inneren Kellystange
20 und einer zweiten äußeren Kellystange 40 dar. Die innere Kellystange 20 ist aus
drei rohrförmigen Segmenten aufgebaut, einem oberen Segment 22, einem unteren Segment
24 und einem dazwischenliegenden mittleren Segment 26. Im oberen Segment 22 und im
unteren Segment 24 sind jeweils mehrere Mittel 27 zur Drehmoment- und Axialkraftübertragung
entlang des Umfangs angeordnet.
[0022] Das untere Segment 24 weist hierzu axialverlaufende Anschlagleisten 28 auf, welche
jeweils an ihren beiden Enden zu einer Seite hin durch Axialanschläge 30a, 30b begrenzt
wird. Durch die Anschlagleiste 28 und die beiden angrenzenden und zueinander beabstandeten
Axialanschläge 30a, 30b wird eine Verriegelungstasche 32 gebildet, in welche ein Mitnehmer
der angrenzenden Kellystange aufgenommen werden kann. In Umfangsrichtung sind die
beiden Axialanschläge 30a, 30b von der nächsten Anschlagleiste 28 definiert beabstandet,
wobei eine Ausnehmung 31 zum axialen Durchgang des Mitnehmers gebildet ist.
[0023] Am oberen Segment 22 ist das Mittel 27 zur Drehmoment- und Kraftübertragung in entsprechender
Weise ausgebildet, wobei jedoch nur ein einzelner Axialanschlag 30c am unteren Ende
der Anschlagleiste 28 angeordnet ist. Das obere Segment 22 und das untere Segment
24 mit den daran ausgebildeten Anschlagleisten 28 und Axialanschlägen 30 sind aus
einem Stahlwerkstoff gefertigt, welcher die notwendige Festigkeit insbesondere für
die Anschlagleiste 28 und die Axialanschläge 30 bei der Kraftübertragung zwischen
den einzelnen Kellystangen 20, 40 gewährleistet.
[0024] Hingegen ist das mittlere Segment 26 zur Gewichtseinsparung aus einem Leichtbauwerkstoff,
insbesondere einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, gefertigt. Das rohrförmige mittlere
Segment 26 ist über geeignete Verbindungseinrichtungen an seinen beiden freien Enden
mit dem oberen Segment 22 bzw. dem unteren Segment 24 fest verbunden. An der Außenseite
des mittleren Segmentes 26 können axialverlaufende Führungsleisten 34 befestigt werden,
welche jedoch nicht der Drehmomentübertragung sondern zur geführten Teleskopierung
dienen.
[0025] Hierzu sind an der Innenseite der äußeren Kellystange 40 entsprechend angeordnete
Axialführungselemente 42 mit darin eingebrachten Führungsnuten vorgesehen, in welche
die Führungsleisten 34 eingreifen. Weiterhin ist an der Innenseite der äußeren Kellystange
40 zur Drehmomentübertragung mindestens ein Mitnehmer 44 angeordnet. Durch Absenken
oder Anheben der inneren Kellystange 20 mittels eines nicht dargestellten Kellyseiles
gelangt der Mitnehmer 44 durch die Ausnehmung 31 in den Bereich der Verriegelungstasche
32 am unteren Segment 24 der inneren Kellystange 20. Durch Kontakt mit der Anschlagleiste
28 bzw. den Anschlagflächen des unteren Axialanschlages 30a oder des oberen Axialanschlages
30b kann eine Drehmoment- bzw. Axialkraftübertragung zwischen den beiden angrenzenden
Kellystangen 20, 40 erfolgen. An der inneren Kellystange 20 ist eine nicht dargestellte
Werkzeugaufnahme vorgesehen. Das erfindungsgemäße Kellygestänge ist nicht nur zur
Aufnahme von Bohr- und Fräswerkzeugen sondern auch für andere Bodenbearbeitungswerkzeuge,
etwa Greifern, geeignet.
1. Teleskopierbares Bohrgestänge mit mindestens zwei zueinander verschiebbaren Kellystangen
(20, 40), welche Mittel (27) zum Übertragen eines Drehmomentes zur benachbarten Kellystange
(20, 40) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine der Kellystangen (20) aus mindestens zwei Stangensegmenten (22, 24,
26) aufgebaut ist, welche aus einem unterschiedlichen Material gefertigt sind.
2. Teleskopierbares Bohrgestänge nach Anspruch 1,
durch gekennzeichnet,
dass ein Material der Stangensegmente (26) ein Leichtbaumaterial, insbesondere kohlefaserverstärkter
Kunststoff, ist.
3. Teleskopierbares Bohrgestänge nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekenneichnet,
dass das Mittel (27) zum Übertragen des Drehmomentes an einem Stangensegment (22,
24) ausgebildet ist, welches aus einem Stahlwerkstoff gefertigt ist.
4. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das obere Ende und/oder das untere Ende der Kellystange (20) an einem Stangensegment
(22, 24) aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet ist.
5. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stangensegmente (22, 24, 26) rohrförmig mit einem kreisringförmigen Querschnitt
ausgebildet sind.
6. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stangensegmente (22, 24) Mittel zum Übertragen einer Axialkraft an benachbarte
Kellystangen (40) aufweisen.
7. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zum Übertragen eines Drehmomentes und/ oder die Mittel zum Übertragen
einer Axialkraft Formschlusselemente aufweisen.
8. Teleskopierbares Bohrgestänge nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formschlusselemente Anschlagleisten (28), Verriegelungstaschen (32) und/oder
Mitnehmernuten umfassen.
9. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Stangensegment (20) aus dem Leichtbaumaterial axialverlaufende Führungsleisten
(34) vorgesehen sind.
10. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die äußere Kellystange (40) vollständig aus Metall ausgeführt ist.
11. Teleskopierbares Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die äußere Kellystange (40) eine Vielzahl von Mitteln zum Übertragen eines Drehmomentes
und/oder einer Axialkraft aufweist, die auf unterschiedlicher Höhe angeordnet sind.