EP1936109B1 - Drehantriebsanordnung für ein Bohrgestänge - Google Patents

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EP1936109B1
EP1936109B1 EP06026207A EP06026207A EP1936109B1 EP 1936109 B1 EP1936109 B1 EP 1936109B1 EP 06026207 A EP06026207 A EP 06026207A EP 06026207 A EP06026207 A EP 06026207A EP 1936109 B1 EP1936109 B1 EP 1936109B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive
unit
gear unit
gear
units
Prior art date
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Active
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EP06026207A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1936109A1 (de
Inventor
Henrik Uelhoff
Andreas Pikowski
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
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Filing date
Publication date
Priority to ES06026207T priority Critical patent/ES2325453T3/es
Application filed by Eurodrill GmbH filed Critical Eurodrill GmbH
Priority to PL06026207T priority patent/PL1936109T3/pl
Priority to PT06026207T priority patent/PT1936109E/pt
Priority to AT06026207T priority patent/ATE431895T1/de
Priority to EP06026207A priority patent/EP1936109B1/de
Priority to DE502006003780T priority patent/DE502006003780D1/de
Priority to CN2007103002155A priority patent/CN101235704B/zh
Priority to US12/000,655 priority patent/US7770659B2/en
Publication of EP1936109A1 publication Critical patent/EP1936109A1/de
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Publication of EP1936109B1 publication Critical patent/EP1936109B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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 DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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 rotary drive arrangement for a drill string having an outer tube and an inner linkage extending at least in sections within the outer tube, in particular for double-head and / or overlay drilling, according to the preamble of claim 1.
  • Such a rotary drive arrangement has a first gear unit with at least one first drive unit for rotationally driving the inner linkage and at least one offset in the longitudinal direction of the drill string arranged second gear unit with a second drive unit for rotationally driving the outer tube, wherein the second drive unit is spaced from the second gear unit , and wherein the second drive unit is arranged next to the first drive unit on the first transmission unit.
  • rotary drive assemblies for double head drilling with two in the longitudinal direction of the drill string sequentially arranged gear units known, one of the gear units for rotating operation of the inner linkage and the other is used for rotating operation of the outer tube of the drill string.
  • a hydraulic drive unit is mounted on the two associated gear housings, wherein the drive shaft of each gear unit is connected directly to the associated drive unit.
  • rotary drive arrangements are from the DE 197 04 263 C1 and the DE 100 05 475 A1 and the same priority EP 1 124 037 A known. These drive arrangements have a common drive unit whose torque is distributed with different directions of rotation both on the outer tube and on the inner rod. In these known arrangements, the speed of the outer tube is usually synchronized with the speed of the inner linkage.
  • a generic rotary drive arrangement goes out of the DE 199 06 687 A1 out.
  • This document describes a usable as a double-head drilling device with counter-rotating inner tube and outer tube drilling device.
  • the drilling device has a compact gear housing, in which the coupled with the separately operable drive motors gear are axially arranged one behind the other and are connected via hollow shafts independently of each other with the terminating in front of the transmission housing inner tube and outer tube.
  • the gearbox housing receives both gears.
  • the drive motors are flanged onto the opposite side of the transmission housing from the inner and outer tubes.
  • the DE 44 02 487 A1 describes a drilling unit for the deep hole drilling with a drive for the inner tube and a second drive for the outer tube associated with a mount with hammer plate and are detachably connected via drive housing with the hammer plate, the drives axially pushed together and directly or indirectly to the inner tube or the outer tube are arranged to act and have a housing consisting of several sub-housings, which is connected to the one-piece hammer plate.
  • the DE 197 32 479 C1 relates to a drilling apparatus having an outer linkage through which a drilling equipment extends, a drive device for shifting the inner drilling equipment in the outer linkage, and a hydraulic impact device having an annular piston which applies impacts to a tubular insertion end attached to the rear end of the outer linkage
  • Drilling equipment consists of a high-pressure injection rod, which is driven only rotating and non-impacting.
  • the object of the invention is to provide a rotary drive arrangement, which is particularly versatile with high reliability and in particular has a particularly short length.
  • the second drive unit is spaced from the second transmission unit, and that the second drive unit is arranged next to the first drive unit on the first transmission unit.
  • a basic idea of the invention can be seen not to provide the drive unit for the outer tube directly to the gear unit for the outer tube, but rather to arrange this drive unit in the region of the rear gear unit for the inner rod, which is set back against the drilling direction opposite to the gear unit for the outer tube , As a result, the space required for drive means in the front in the drilling direction, that is, drilling close, arranged second gear unit is reduced, which may be advantageous in terms of reliability and reliability.
  • the drive unit for the outer tube can be arranged at a distance from the intermediate space between the two gear units, so that these gear units can be positioned particularly close to each other and a particularly small length and thus a particularly high depth of entry can be achieved.
  • the invention allows a particularly simple and compact installation of operating lines of the drive units, in particular of hydraulic lines, as well as any existing switching valves, as these lines and valves can be summarized in the first, rear gear unit.
  • the outer tube and inner rod can be operated in a particularly versatile manner independently of each other.
  • the speed and / or the torque of the outer tube can be varied relative to the inner rod and it can be provided in a particularly simple manner, both a co-operation and an opposite operation.
  • first drive unit and / or the second drive unit are arranged on a housing of the first transmission unit, which enables a particularly simple assembly of the two drive units.
  • these are arranged at least partially on the outside of the housing.
  • the first drive unit and / or the second drive unit are arranged on a rear side of the first transmission unit facing away from the second transmission unit.
  • the drive units are particularly well and in particular without disassembly of gear units accessible, which may be advantageous, for example, in terms of maintenance of the drive units.
  • this arrangement allows a particularly compact design, in particular a particularly short overall length.
  • At least one drive shaft is provided for actuating the second gear unit, which extends from the second drive unit to the second gear unit.
  • the drive shaft may expediently extend at least partially parallel to the drill string.
  • a drive pinion of the second gear unit which may be formed, for example, as a spur gear arranged on the drive shaft.
  • a shaft is suitably arranged on each of these drive units, which has a drive pinion for the second, arranged in the drilling direction gear unit.
  • all these waves are parallel to each other.
  • the drive shaft can be designed, for example, as a rigid shaft or as a propeller shaft.
  • the design of the drive shaft as propeller shaft can be particularly advantageous when the two preferably designed as a spur gear transmission units have a different translation.
  • the drive pinion of the two gear units may have a different distance from the drilling axis.
  • the use of a cardan shaft makes it possible to compensate for the differences in the center distance of the drive pinion to the drilling axis and to arrange the first drive unit for the inner rod and the second drive unit for the outer rod at the same axial distance to the drilling axis.
  • the housing of the first gear unit has a recess through which the drive shaft for the second gear unit passes.
  • a particularly economical rotary drive arrangement is given by the fact that the first drive unit and the second drive unit are designed at least approximately identical. In this case, only a single type of drive unit needs to be kept in stock for the manufacture and repair of the rotary drive assembly.
  • two second drive units and a first drive unit are provided.
  • the number of second drive units is greater than the number of first drive units.
  • three drive units are provided, wherein the first drive unit is located between the two second drive units.
  • the centrally arranged drive unit drives the gear unit of the inner linkage, whereas the two outer drive units are associated with the gear unit of the outer tube.
  • two second drive units and a first drive unit arranged therebetween are provided.
  • a structurally particularly simple and at the same time reliable rotary drive arrangement is given by the fact that the first gear unit and / or the second gear unit has a spur gear.
  • the spur gear can be configured in one or more stages.
  • a clutch for the inner rod and on the output shaft of the second gear unit, a coupling for the outer tube is provided on the output shaft of the first gear unit.
  • the two gear units have at least approximately the same translation. If the same ratio of both gear units is given, the invention in which the number of second drive units for the outer tube is greater than the number of first drive units for the inner linkage, particularly useful because the outer tube is often required a higher torque than for the inner rod. In addition, it can be provided that the at least one second drive unit is dimensioned more powerful than the at least one first drive unit.
  • the drive units each have a drive motor designed as a hydraulic motor.
  • the drive motor of at least one of the drive units may comprise a reduction gear, which may be formed, for example, as a planetary gear.
  • the drive units are arranged on a bow, preferably on a circular arc, which extends around the drill string and / or the drilling axis.
  • This can be particularly advantageous in terms of the force absorption, in particular in the case according to the invention, in which more than two drive units are provided.
  • the drive units have at least approximately the same external dimensions. As a result, for example, an arcuate arrangement of the drive units in a particularly simple manner possible.
  • a holding plate is provided, on which the drive units are arranged.
  • This holding plate extends suitably perpendicular to the drilling axis, that is, the longitudinal axis of the drill string.
  • the holding plate can form a part, for example a back plate, of the gear housing of the first gear unit.
  • the housing of the first gear unit and / or a housing of the second gear unit are box-shaped.
  • the housing of the first gear unit is spaced from the housing of the second gear unit in the longitudinal direction of the drill string.
  • a free space which allows access from the outside to the inner rod and / or an adapter device for the inner rod.
  • a free space can in particular allow a particularly simple assembly or disassembly of the inner linkage to the first gear unit.
  • At least one strut is provided, which connects the housing of the first gear unit with the housing of the second gear unit.
  • a further preferred embodiment of the invention is that the two gear units in the longitudinal direction of the drill string are movable relative to each other.
  • it can be provided to move the gear units for mounting and / or disassembling the drill string against each other.
  • It can also be provided to move the two gear units during the drilling operation against each other, which can lead to a corresponding relative movement of the axially fixed to the first drive unit inner linkage with respect to the axially fixed to the second drive unit outer tube.
  • the drive shaft has a torque-rigid sliding seat for changing its length with relative displacement of the gear units.
  • a sliding seat allows a change in length of the drive shaft and thus a compensation of the change occurring in the process of the distance of the first gear unit fixedly arranged second drive unit of the second gear unit.
  • the sliding seat may have, for example, a splined shaft for transmitting torque.
  • At least one linear drive in particular a hydraulic cylinder may be provided.
  • This is advantageously arranged at least in sections in an area between the two gear units.
  • the linear drive extends at least in sections on a side facing away from the second gear unit back of the first gear unit.
  • a hammer mechanism for the drill string is advantageously provided, with which in particular the inner linkage can be operated hitting.
  • the percussion mechanism is provided on the rear side of the first transmission unit facing away from the second transmission unit.
  • the rotary drive arrangement according to the invention is particularly suitable for double-head drilling and / or overlay drilling.
  • the rotary drive arrangement can be provided for an opposite rotational operation of the outer tube with respect to the inner rod.
  • the outer tube is designed as a drill pipe with drill bit arranged at the end.
  • the internal linkage suitably has a drilling screw and in particular a bottom removal area arranged on the bottom.
  • the invention also includes a method for creating a bore, in particular in the ground, in which a drill string with an outer tube and an inner linkage extending at least partially within the outer tube is set in rotation by means of a rotary drive arrangement according to the invention and moved axially.
  • FIGS. 1 to 4 An embodiment of a rotary drive assembly according to the invention is in the FIGS. 1 to 4 shown.
  • the rotary drive assembly includes a first gear unit 10 for rotationally actuating an in Fig. 4 illustrated inner linkage 1 and a second gear unit 20 for rotationally actuating a in Fig. 4 illustrated outer tube 2, wherein the outer tube 2 surrounds the inner rod 1 coaxially.
  • Both gear units 10, 20 are formed as a spur gear.
  • the two gear units 10, 20 are arranged offset in the direction of the drilling axis 41, which extends longitudinally and centrally through the inner rod 1 and the outer tube 2.
  • the first gear unit 10 has a box-like housing 13 and the second gear unit 20 has a box-like housing 23.
  • the two housings 13, 23 are held at a distance by means of struts 32, 32 ', which run parallel to the drilling axis 41 and are arranged at the ends on each of the housings 13, 23. .
  • first adapter coupling 16 for the inner rod 1 and a second adapter coupling 26 for the outer tube 2 are provided on the drill pipe facing, in the drilling direction front side of the second gear unit 20, a first adapter coupling 16 for the inner rod 1 and a second adapter coupling 26 for the outer tube 2 are provided.
  • the designed as a polygonal profile first adapter coupling 16 for the inner rod 1 is disposed on the end of a shaft 15 which passes through the second adapter coupling 26 and the second gear unit 20 with its housing 23 and is guided to the first gear unit 10, through which it is rotationally actuated.
  • a free space 43 is formed, which allows access to the shaft 15 between the two gear units 10, 20.
  • the second adapter coupling 26 for the outer tube 2 surrounds the shaft 15 coaxially and has clamping jaws 27 for the rotationally fixed fixing of the outer tube 2.
  • a drive unit 11 For rotating actuation of the first gear unit 10 for the inner rod 1, a drive unit 11 is provided.
  • the housing 13 of the first gear unit 10 has a holding plate 17, which runs perpendicular to the drilling axis 41 and on which the drive units 11, 21 and 21 'are flanged.
  • the drive unit 11 for the inner rod 1 is provided centrally between the two drive units 21 and 21 'for the outer tube 2.
  • a drive shaft 28, 28' is respectively provided on the drive units 21, 21 '.
  • the first drive unit 11 also has a drive shaft, which is not recognizable in the figures. Also on this drive shaft, a pinion is arranged, which serves for actuating the first gear unit 10.
  • a housing extension with at least one bearing point for the shaft 15 or alternatively a striking mechanism 49 is provided, with which the shaft 15 and thus the inner rod 1 in the direction of the drilling axis 41 can be operated in a striking manner.
  • two hydraulic cylinders 52, 52 ' are provided on the rear side of the first gear unit 10, which extend from the housing 13 parallel to the drilling axis 41 to the rear. These cylinders 52, 52 'can relative to the axial displacement of the inner rod 1 serve to the outer tube 2. In particular, with them, for example, a fixed bearing for the shaft 15 and / or the inner rod 1 are moved axially.
  • hydraulic cylinders 52, 52 ' may serve to axially displace the two gear units 10, 20 relative to one another.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drehantriebsanordnung für ein Bohrgestänge mit einem Außenrohr und einem zumindest abschnittsweise innerhalb des Außenrohres verlaufenden Innengestänge, insbesondere zum Doppelkopf- und/oder Überlagerungsbohren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine solche Drehantriebsanordnung weist eine erste Getriebeeinheit mit zumindest einer ersten Antriebseinheit zum drehenden Antreiben des Innengestänges und zumindest eine in Längsrichtung des Bohrgestänges versetzt hierzu angeordnete zweite Getriebeeinheit mit einer zweiten Antriebseinheit zum drehenden Antreiben des Außenrohres auf, wobei die zweite Antriebseinheit beabstandet von der zweiten Getriebeeinheit ist, und wobei die zweite Antriebseinheit neben der ersten Antriebseinheit an der ersten Getriebeeinheit angeordnet ist.
  • Es sind Drehantriebsanordnungen für Doppelkopfbohranlagen mit zwei in Längsrichtung des Bohrgestänges hintereinander angeordneten Getriebeeinheiten bekannt, wobei eine der Getriebeeinheiten zum drehenden Betrieb des Innengestänges und die andere zum drehenden Betrieb des Außenrohres des Bohrgestänges dient. Zum Antrieb der beiden Getriebeeinheiten ist auf den beiden zugehörigen Getriebegehäusen jeweils eine hydraulische Antriebseinheit befestigt, wobei die Antriebswelle jeder Getriebeeinheit direkt mit der zugehörigen Antriebseinheit verbunden ist.
  • Derartige Antriebsanordnungen können jedoch eine vergleichsweise große Baulänge in Richtung des Bohrgestänges aufweisen, die sich aus der Summe der Baulängen der beiden Getriebeeinheiten und der beiden Antriebseinheiten ergibt. Im Hinblick auf eine möglichst große Nutzlänge, das heißt Einfahrtiefe des Bohrgestänges, ist in der Regel jedoch eine möglichst kurze Baulänge anzustreben.
  • Weitere Drehantriebsanordnungen sind aus der DE 197 04 263 C1 und der DE 100 05 475 A1 sowie der prioritätsgleichen EP 1 124 037 A bekannt. Diese Antriebsanordnungen weisen eine gemeinsame Antriebseinheit auf, deren Drehmoment mit unterschiedlicher Drehrichtung sowohl auf das Außenrohr als auch auf das Innengestänge verteilt wird. Bei diesen bekannten Anordnungen ist die Drehzahl des Außenrohres in der Regel mit der Drehzahl des Innengestänges zwangssynchronisiert.
  • Eine gattungsgemäße Drehantriebsanordnung geht aus der DE 199 06 687 A1 hervor. Diese Druckschrift beschreibt eine als Doppelkopfbohrvorrichtung mit gegenläufig drehendem Innenrohr und Außenrohr einsetzbare Bohrvorrichtung. Die Bohrvorrichtung verfügt über ein kompaktes Getriebegehäuse, in dem die mit den separat betreibbaren Antriebsmotoren gekoppelten Getriebe axial hintereinander angeordnet sind und über Hohlwellen unabhängig voneinander mit den vor dem Getriebegehäuse endenden Innenrohr und Außenrohr verbunden sind. Das Getriebegehäuse nimmt beide Getriebe auf. Die Antriebsmotoren sind auf der dem Anschluss von Innen- und Außenrohr gegenüberliegenden Seite des Getriebegehäuses angeflanscht.
  • Die DE 44 02 487 A1 beschreibt eine Bohreinheit für das Tieflochbohren mit einem Antrieb für das Innenrohr und einem zweiten Antrieb für das Außenrohr, die einer Lafette mit Hammerplatte zugeordnet sind und über Antriebsgehäuse mit der Hammerplatte lösbar verbunden sind, wobei die Antriebe axial ineinandergeschoben und direkt oder indirekt auf das Innenrohr bzw. das Außenrohr einwirkend angeordnet sind und über ein aus mehreren Teilgehäusen bestehendes Gehäuse verfügen, das mit der einteilig ausgebildeten Hammerplatte verbunden ist..
  • Die DE 197 32 479 C1 betrifft eine Bohrvorrichtung mit einem Außengestänge, durch das sich eine Bohrausrüstung erstreckt, einer Antriebsvorrichtung zum Verschieben der inneren Bohrausrüstung in dem Außengestänge, und einer hydraulischen Schlagvorrichtung mit einem Ringkolben, der Schläge auf ein am rückwärtigen Ende des Außengestänges befestigtes rohrförmiges Einsteckende ausführt, wobei die innere Bohrausrüstung aus einem Hochdruck-Injektionsgestänge besteht, das ausschließlich drehend und nichtschlagend angetrieben ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehantriebsanordnung anzugeben, die bei hoher Zuverlässigkeit besonders vielseitig einsetzbar ist und insbesondere eine besonders kurze Baulänge aufweist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Drehantriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei der erfindungsgemäßen Drehantriebsanordnung ist unter anderem vorgesehen, dass die zweite Antriebseinheit beabstandet von der zweiten Getriebeeinheit ist, und dass die zweite Antriebseinheit neben der ersten Antriebseinheit an der ersten Getriebeeinheit angeordnet ist.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, die Antriebseinheit für das Außenrohr nicht unmittelbar an der Getriebeeinheit für das Außenrohr vorzusehen, sondern diese Antriebseinheit vielmehr im Bereich der hinteren Getriebeeinheit für das Innengestänge anzuordnen, welche gegenüber der Getriebeeinheit für das Außenrohr entgegen der Bohrrichtung zurückversetzt ist. Hierdurch wird der Raumbedarf für Antriebsmittel im Bereich der in Bohrrichtung vorne, das heißt bohrlochnah, angeordneten zweiten Getriebeeinheit verringert, was im Hinblick auf die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit vorteilhaft sein kann. Insbesondere kann die Antriebseinheit für das Außenrohr beabstandet vom Zwischenraum zwischen den beiden Getriebeeinheiten angeordnet werden, so dass diese Getriebeeinheiten besonders nahe beieinander positioniert werden können und eine besonders geringe Baulänge und somit eine besonders hohe Einfahrtiefe erzielt werden kann. Darüber hinaus erlaubt die Erfindung eine besonders einfache und kompakte Installation von Betriebsleitungen der Antriebseinheiten, insbesondere von Hydraulikleitungen, sowie von eventuell vorhandenen Schaltventilen, da diese Leitungen und Ventile im Bereich der ersten, hinteren Getriebeeinheit zusammengefasst werden können.
  • Da nach der Erfindung unabhängige Antriebseinheiten für das Außenrohr und das Innengestänge verwendet werden, können Außenrohr und Innengestänge in besonders vielseitiger Weise unabhängig voneinander betrieben werden. Insbesondere kann die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Außenrohres relativ zum Innengestänge variiert werden und es kann in besonders einfacher Weise sowohl ein gleichsinniger Betrieb als auch ein gegensinniger Betrieb vorgesehen werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, dass die erste Antriebseinheit und/oder die zweite Antriebseinheit an einem Gehäuse der ersten Getriebeeinheit angeordnet sind, was eine besonders einfache Montage der beiden Antriebseinheiten ermöglicht. Um einen einfachen Zugang zu den Antriebseinheiten zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, dass diese zumindest teilweise außenseitig an dem Gehäuse angeordnet sind.
  • Ferner ist es nach der Erfindung besonders vorteilhaft, dass die erste Antriebseinheit und/oder die zweite Antriebseinheit auf einer der zweiten Getriebeeinheit abgewandten Rückseite der ersten Getriebeeinheit angeordnet sind. Bei einer solchen rückseitigen Anordnung auf der in Bohrrichtung hinten liegenden, das heißt dem Bohrloch abgewandten ersten Getriebeeinheit sind die Antriebseinheiten besonders gut und insbesondere ohne Demontage von Getriebeeinheiten zugänglich, was beispielsweise im Hinblick auf die Wartung der Antriebseinheiten vorteilhaft sein kann. Darüber hinaus erlaubt diese Anordnung eine besonders kompakte Bauform, insbesondere eine besonders kurze Baulänge.
  • Für eine besonders einfache und zuverlässige Kraftübertragung von der zweiten Antriebseinheit zur zweiten Getriebeeinheit für das Außenrohr ist es vorteilhaft, dass zum Betätigen der zweiten Getriebeeinheit zumindest eine Antriebswelle vorgesehen ist, die von der zweiten Antriebseinheit zur zweiten Getriebeeinheit verläuft. Insbesondere für eine besonders kompakte Bauform kann die Antriebswelle zweckmäßigerweise zumindest abschnittsweise parallel zum Bohrgestänge verlaufen. Vorzugsweise ist an der Antriebswelle ein Antriebsritzel der zweiten Getriebeeinheit, die beispielsweise als Stirnradgetriebe ausgebildet sein kann, angeordnet. Sofern mehrere zweite Antriebseinheiten für das Außenrohr vorgesehen sind, ist geeigneterweise an jeder dieser Antriebseinheiten eine Welle angeordnet, die ein Antriebsritzel für die zweite, in Bohrrichtung vorne angeordnete Getriebeeinheit aufweist. Geeigneterweise verlaufen alle diese Wellen parallel zueinander. Die Antriebswelle kann beispielsweise als starre Welle oder als Kardanwelle ausgeführt sein.
  • Die Ausbildung der Antriebswelle als Kardanwelle kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die beiden bevorzugt als Stirnradgetriebe ausgebildeten Getriebeeinheiten eine unterschiedliche Übersetzung aufweisen. Insbesondere in diesem Fall können die Antriebsritzel der beiden Getriebeeinheiten einen unterschiedlichen Abstand zur Bohrachse aufweisen. Der Einsatz einer Kardanwelle erlaubt es dabei, die Unterschiede im Achsabstand der Antriebsritzel zur Bohrachse zu kompensieren und die erste Antriebseinheit für das Innengestänge und die zweite Antriebseinheit für das Außengestänge unter demselben Achsabstand zur Bohrachse anzuordnen.
  • Für eine besonders kompakte Bauform ist es vorteilhaft, dass das Gehäuse der ersten Getriebeeinheit eine Ausnehmung aufweist, durch welche die Antriebswelle für die zweite Getriebeeinheit hindurchsteht.
  • Eine besonders wirtschaftliche Drehantriebsanordnung ist dadurch gegeben, dass die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit zumindest annähernd baugleich ausgeführt sind. In diesem Fall muss zur Herstellung und zur Reparatur der Drehantriebsanordnung lediglich ein einziger Typ von Antriebseinheit vorrätig gehalten werden.
  • Nach der Erfindung sind zwei zweite Antriebseinheiten und eine erste Antriebseinheit vorgesehen. Somit ist die Zahl der zweiten Antriebseinheiten größer als die Zahl der ersten Antriebseinheiten. Dies ermöglicht es, dem Außenrohr verglichen mit dem Innengestänge eine höhere Drehleistung, insbesondere ein höheres Drehmoment zuzuführen, wodurch ein besonders guter Bohrfortschritt erzielt werden kann.
  • Nach der Erfindung sind drei Antriebseinheiten vorgesehen, wobei sich die erste Antriebseinheit zwischen den beiden zweiten Antriebseinheiten befindet. In diesem Fall treibt die mittig angeordnete Antriebseinheit die Getriebeeinheit des Innengestänges an, wohingegen die beiden äußeren Antriebseinheiten der Getriebeeinheit des Außenrohres zugeordnet sind. Nach der Erfindung sind zwei zweite Antriebseinheiten und eine dazwischen angeordnete erste Antriebseinheit vorgesehen.
  • Eine konstruktiv besonders einfache und zugleich zuverlässige Drehantriebsanordnung ist dadurch gegeben, dass die erste Getriebeeinheit und/oder die zweite Getriebeeinheit ein Stirnradgetriebe aufweist. Das Stirnradgetriebe kann einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein.
  • Geeigneterweise ist an der Abtriebswelle der ersten Getriebeeinheit eine Kupplung für das Innengestänge und an der Abtriebswelle der zweiten Getriebeeinheit eine Kupplung für das Außenrohr vorgesehen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, insbesondere im Hinblick auf den Aufwand bei der Herstellung und der Wartung, dass die beiden Getriebeeinheiten zumindest annähernd dieselbe Übersetzung aufweisen. Sofern dieselbe Übersetzung beider Getriebeeinheiten gegeben ist, ist die Erfindung, bei der die Zahl der zweiten Antriebseinheiten für das Außenrohr größer als die Zahl der ersten Antriebseinheiten für das Innengestänge ist, besonders zweckmäßig, da für das Außenrohr häufig ein höheres Drehmoment benötigt wird als für das Innengestänge. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine zweite Antriebseinheit leistungsstärker dimensioniert ist als die zumindest eine erste Antriebseinheit.
  • Zweckmäßigerweise weisen die Antriebseinheiten jeweils einen als Hydraulikmotor ausgebildeten Antriebsmotor auf. Insbesondere kann der Antriebsmotor zumindest einer der Antriebseinheiten ein Reduktionsgetriebe aufweisen, das beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet sein kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Antriebseinheiten auf einem Bogen, bevorzugt auf einem Kreisbogen angeordnet sind, der sich um das Bohrgestänge und/oder die Bohrachse herum erstreckt. Dies kann im Hinblick auf die Kraftaufnahme besonders vorteilhaft sein, und zwar insbesondere in dem erfindungsgemäßen Fall, in dem mehr als zwei Antriebseinheiten vorgesehen sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Antriebseinheiten zumindest annähernd dieselben Außenabmessungen aufweisen. Hierdurch wird beispielsweise eine bogenartige Anordnung der Antriebseinheiten in besonders einfacher Art und Weise ermöglicht.
  • Ferner ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass eine Halteplatte vorgesehen ist, an der die Antriebseinheiten angeordnet sind. Diese Halteplatte erstreckt sich geeigneterweise senkrecht zur Bohrachse, das heißt der Längsachse des Bohrgestänges. Insbesondere kann die Halteplatte einen Teil, beispielsweise eine Rückenplatte, des Getriebegehäuses der ersten Getriebeeinheit bilden.
  • Für besonders kompakte Außenabmessungen ist es vorteilhaft, dass das Gehäuse der ersten Getriebeeinheit und/oder ein Gehäuse der zweiten Getriebeeinheit kastenförmig ausgebildet sind.
  • Ferner kann es nach der Erfindung bevorzugt sein, dass das Gehäuse der ersten Getriebeeinheit vom Gehäuse der zweiten Getriebeeinheit in Längsrichtung des Bohrgestänges beabstandet ist. Insbesondere durch eine derartige Ausführung kann in bevorzugter Weise zwischen den beiden Getriebeeinheiten ein Freiraum gebildet sein, der einen Zugang von außen auf das Innengestänge und/oder eine Adaptereinrichtung für das Innengestänge ermöglicht. Ein derartiger Freiraum kann insbesondere eine besonders einfache Montage oder Demontage des Innengestänges an der ersten Getriebeeinheit ermöglichen.
  • Für eine besonders verwindungssteife Anordnung ist es vorteilhaft, dass zumindest eine Strebe vorgesehen ist, die das Gehäuse der ersten Getriebeeinheit mit dem Gehäuse der zweiten Getriebeeinheit verbindet.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die beiden Getriebeeinheiten in Längsrichtung des Bohrgestänges relativ zueinander verfahrbar sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Getriebeeinheiten zur Montage und/oder Demontage des Bohrgestänges gegeneinander zu verfahren. Es kann auch vorgesehen sein, die beiden Getriebeeinheiten während des Bohrbetriebs gegeneinander zu verfahren, was mit einer entsprechenden Relativbewegung des axial fest an der ersten Antriebseinheit angeordneten Innengestänges bezüglich des axial fest an der zweiten Antriebseinheit angeordneten Außenrohres führen kann. Hierdurch wird eine besonders vielseitig einsetzbare Drehantriebsanordnung erhalten.
  • Sofern die beiden Getriebeeinheiten relativ zueinander verfahrbar sind, ist es vorteilhaft, dass die Antriebswelle einen drehmomentstarren Schiebesitz zum Verändern ihrer Länge bei Relativverschiebung der Getriebeeinheiten aufweist. Ein solcher Schiebesitz ermöglicht eine Längenänderung der Antriebswelle und somit einen Ausgleich der beim Verfahren auftretenden Änderung des Abstandes der an der ersten Getriebeeinheit fest angeordneten zweiten Antriebseinheit von der zweiten Getriebeeinheit. Der Schiebesitz kann zur Drehmomentübertragung beispielsweise ein Keilwellenprofil aufweisen.
  • Zum aktiven relativen Verschieben der beiden Getriebeeinheiten zueinander kann beispielsweise zumindest ein Linearantrieb, insbesondere ein Hydraulikzylinder vorgesehen sein. Dieser ist vorteilhafterweise zumindest abschnittsweise in einem Bereich zwischen den beiden Getriebeeinheiten angeordnet. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform verläuft der Linearantrieb zumindest abschnittsweise auf einer der zweiten Getriebeeinheit abgewandten Rückseite der ersten Getriebeeinheit.
  • Insbesondere für einen besonders guten Bohrfortschritt in bestimmten Bodengeologien ist vorteilhafterweise ein Schlagwerk für das Bohrgestänge vorgesehen, mit dem insbesondere das Innengestänge schlagend betätigt werden kann. Vorzugsweise ist das Schlagwerk an der der zweiten Getriebeeinheit abgewandten Rückseite der ersten Getriebeeinheit vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäße Drehantriebsanordnung ist besonders geeignet für das Doppelkopfbohren und/oder das Überlagerungsbohren. Insbesondere kann die Drehantriebsanordnung für einen gegenläufigen Drehbetrieb des Außenrohres bezüglich dem Innengestänge vorgesehen werden. Geeigneterweise ist das Außenrohr als Bohrrohr mit endseitig angeordneter Bohrkrone ausgebildet. Das Innengestänge weist geeigneterweise eine Bohrschnecke und insbesondere einen endseitig angeordneten Bodenabtragungsbereich auf.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Erstellen einer Bohrung, insbesondere im Erdboden, bei dem ein Bohrgestänge mit einem Außenrohr und einem zumindest abschnittsweise innerhalb des Außenrohres verlaufenden Innengestänge mittels einer erfindungsgemäßen Drehantriebsanordnung in Rotation versetzt wird und axial verfahren wird. Hierdurch können die im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung diskutierten Vorteile bei einem Verfahren realisiert werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drehantriebsanordnung;
    Fig. 2
    eine Rückansicht der Drehantriebsanordnung aus Fig. 1;
    Fig. 3
    eine Vorderansicht der Drehantriebsanordnung aus Fig. 1; und
    Fig. 4
    eine Draufsicht der Drehantriebsanordnung aus Fig. 1 mit angebautem Bohrgestänge und Bohrrohr.
  • Gleich wirkende Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehantriebsanordnung ist in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Die Drehantriebsanordnung weist eine erste Getriebeeinheit 10 zum drehenden Betätigen eines in Fig. 4 dargestellten Innengestänges 1 sowie eine zweite Getriebeeinheit 20 zum drehenden Betätigen eines in Fig. 4 dargestellten Außenrohres 2 auf, wobei das Außenrohr 2 das Innengestänge 1 koaxial umgibt. Beide Getriebeeinheiten 10, 20 sind als Stirnradgetriebe ausgebildet.
  • Die beiden Getriebeeinheiten 10, 20 sind in Richtung der Bohrachse 41, die längs und mittig durch das Innengestänge 1 und das Außenrohr 2 verläuft, versetzt angeordnet. Die erste Getriebeeinheit 10 weist ein kastenartiges Gehäuse 13 und die zweite Getriebeeinheit 20 ein kastenartiges Gehäuse 23 auf. Die beiden Gehäuse 13, 23 werden über Streben 32, 32', welche parallel zur Bohrachse 41 verlaufen und endseitig jeweils an einem der Gehäuse 13, 23 angeordnet sind, auf Distanz gehalten. ,
  • Auf der dem Bohrgestänge zugewandten, in Bohrrichtung vorne angeordneten Vorderseite der zweiten Getriebeeinheit 20 sind eine erste Adapterkupplung 16 für das Innengestänge 1 und eine zweite Adapterkupplung 26 für das Außenrohr 2 vorgesehen. Die als Mehrkantprofil ausgebildete erste Adapterkupplung 16 für das Innengestänge 1 ist endseitig an einer Welle 15 angeordnet, welche die zweite Adapterkupplung 26 sowie die zweite Getriebeeinheit 20 mit ihrem Gehäuse 23 durchläuft und zur ersten Getriebeeinheit 10 geführt ist, durch welche sie drehend betätigbar ist. Zwischen den beiden axial versetzten Gehäusen 13, 23 der beiden Getriebeeinheiten 10, 20 ist ein Freiraum 43 ausgebildet, der zwischen den beiden Getriebeeinheiten 10, 20 einen Zugang zur Welle 15 ermöglicht. Die zweite Adapterkupplung 26 für das Außenrohr 2 umgibt die Welle 15 koaxial und weist Klemmbacken 27 zum drehfesten Festlegen des Außenrohres 2 auf.
  • Zum drehenden Betätigen der ersten Getriebeeinheit 10 für das Innengestänge 1 ist eine Antriebseinheit 11 vorgesehen. Zum drehenden Betätigen der zweiten Getriebeeinheit 20 für das Außenrohr 2 sind zwei Antriebseinheiten 21, 21' vorgesehen. Alle drei Antriebseinheiten 11, 21, 21' sind im Wesentlichen baugleich mit im Wesentlichen gleicher Leistung und als Hydraulikdrehantriebe ausgebildet.
  • Alle drei Antriebseinheiten 11, 21 und 21' sind auf der der zweiten Getriebeeinheit 20 für das Außenrohr 2 abgewandten Rückseite der ersten Getriebeeinheit 10 auf deren Gehäuse 13 angeordnet. Auf dieser Rückseite weist das Gehäuse 13 der ersten Getriebeeinheit 10 eine Halteplatte 17 auf, die senkrecht zur Bohrachse 41 verläuft und an der die Antriebseinheiten 11, 21 und 21' angeflanscht sind. Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die im Wesentlichen baugleich ausgeführten Antriebseinheiten 11, 21 und 21' auf einem Kreis angeordnet, der um die Bohrachse 41 herum verläuft. Die Antriebseinheit 11 für das Innengestänge 1 ist dabei mittig zwischen den beiden Antriebseinheiten 21 und 21' für das Außenrohr 2 vorgesehen.
  • Zur Drehmomentübertragung zwischen den Antriebseinheiten 21, 21' und der zweiten Getriebeeinheit 20 für das Außenrohr 2 ist an den Antriebseinheiten 21, 21' jeweils eine Antriebswelle 28, 28' vorgesehen. Diese Antriebswellen 28, 28' verlaufen parallel zur Bohrachse 41 und erstrecken sich von den Antriebseinheiten 21, 21' durch entsprechende Ausnehmungen im Gehäuse 13 und durch den Freiraum 43 zur vorderen, zweiten Getriebeeinheit 20. Hier sind an den Antriebswellen 28, 28' in den Figuren nicht erkennbare Antriebsritzel angeordnet, mit denen die zweite Getriebeeinheit 20 betätigbar ist. Die erste Antriebseinheit 11 weist ebenfalls eine Antriebswelle auf, die in den Figuren nicht erkennbar ist. Auch an dieser Antriebswelle ist ein Ritzel angeordnet, welches zur Betätigung der ersten Getriebeeinheit 10 dient.
  • Auf der der zweiten Getriebeeinheit 20 abgewandten Rückseite der ersten Getriebeeinheit 10 ist eine Gehäuseverlängerung mit zumindest einer Lagerstelle für die Welle 15 oder alternativ ein Schlagwerk 49 vorgesehen, mit dem die Welle 15 und somit das Innengestänge 1 in Richtung der Bohrachse 41 schlagend betätigt werden können. Ferner sind rückseitig an der ersten Getriebeeinheit 10 zwei Hydraulikzylinder 52, 52' vorgesehen, die sich vom Gehäuse 13 parallel zur Bohrachse 41 nach hinten erstrecken. Diese Zylinder 52, 52' können zur axialen Verschiebung des Innengestänges 1 relativ zum Außenrohr 2 dienen. Insbesondere kann mit ihnen beispielsweise ein Festlager für die Welle 15 und/oder das Innengestänge 1 axial verschoben werden.
  • In einer anderen Ausführungsform können die Hydraulikzylinder 52, 52' zur axialen Verschiebung der beiden Getriebeeinheiten 10, 20 relativ zueinander dienen.

Claims (9)

  1. Drehantriebsanordnung für ein Bohrgestänge mit einem Außenrohr (2) und einem zumindest abschnittsweise innerhalb des Außenrohres (2) verlaufenden Innengestänge (1), insbesondere zum Doppelkopf- und/oder Überlagerungsbohren, mit
    - einer ersten Getriebeeinheit (10) mit zumindest einer ersten Antriebseinheit (11) zum drehenden Antreiben des Innengestänges (1) und
    - einer in Längsrichtung des Bohrgestänges versetzt hierzu angeordneten zweiten Getriebeeinheit (20) mit zumindest einer zweiten Antriebseinheit (21) zum drehenden Antreiben des Außenrohres (2),
    wobei die zweite Antriebseinheit (21) beabstandet von der zweiten Getriebeeinheit (20) ist, und
    - wobei die zweite Antriebseinheit (21) neben der ersten Antriebseinheit (11) an der ersten Getriebeeinheit (10) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass zwei zweite Antriebseinheiten (21, 21') für das Außenrohr (2) vorgesehen sind, und
    - dass die erste Antriebseinheit (11) für das Innengestänge (1) zwischen den beiden zweiten Antriebseinheiten (21, 21') angeordnet ist.
  2. Drehantriebsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die erste Antriebseinheit (11) und die zweite Antriebseinheit (21) an einem Gehäuse (13) der ersten Getriebeeinheit (10) angeordnet sind, und/oder
    - dass die erste Antriebseinheit (11) und die zweite Antriebseinheit (21) auf einer der zweiten Getriebeeinheit (20) abgewandten Rückseite der ersten Getriebeeinheit (10) angeordnet sind.
  3. Drehantriebsanordnung nach einem der der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Betätigen der zweiten Getriebeeinheit (20) zumindest eine Antriebswelle (28), insbesondere eine Kardanwelle, vorgesehen ist, die bevorzugt zumindest abschnittsweise parallel zum Bohrgestänge von der zweiten Antriebseinheit (21) zur zweiten Getriebeeinheit (20) verläuft.
  4. Drehantriebsanordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Gehäuse (13) der ersten Getriebeeinheit (10) eine Ausnehmung aufweist, durch welche die Antriebswelle (28) für die zweite Getriebeeinheit (20) hindurchsteht.
  5. Drehantriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    - das die erste Getriebeeinheit (10) und/oder die zweite Getriebeeinheit (20) ein Stirnradgetriebe aufweist,
    - dass die beiden Getriebeeinheiten (10, 20) zumindest annähernd dieselbe Übersetzung aufweisen.
  6. Drehantriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Antriebseinheiten (11, 21) auf einem Bogen angeordnet sind, der sich um das Bohrgestänge herum erstreckt, und/oder
    - dass eine Halteplatte (17) vorgesehen ist, an der die Antriebseinheiten (11, 21) angeordnet sind.
  7. Drehantriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Gehäuse (13) der ersten Getriebeeinheit (10) und/oder ein Gehäuse (23) der zweiten Getriebeeinheit (20) kastenförmig ausgebildet sind,
    - dass das Gehäuse (13) der ersten Getriebeeinheit (10) vom Gehäuse (23) der zweiten Getriebeeinheit (20) in Längsrichtung des Bohrgestänges beabstandet ist, und/oder
    - dass zumindest eine Strebe (32) vorgesehen ist, die das Gehäuse (13) der ersten Getriebeeinheit (10) mit dem Gehäuse (23) der zweiten Getriebeeinheit verbindet.
  8. Drehantriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    - die beiden Getriebeeinheiten (10, 20) in Längsrichtung des Bohrgestänges relativ zueinander verfahrbar sind,
    - wobei die Antriebswelle (28) bevorzugt einen drehmomentstarren Schiebesitz zum Verändern ihrer Länge bei Relatiwerschiebung der Getriebeeinheiten (10, 20) aufweist.
  9. Verfahren zum Erstellen einer Bohrung, bei dem ein Bohrgestänge mit einem Außenrohr (2) und einem zumindest abschnittsweise innerhalb des Außenrohres (2) verlaufenden Innengestänge (1) mittels einer Drehantriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche in Rotation versetzt wird und axial verfahren wird.
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