-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lösen oder Festziehen miteinander verbundener oder zu verbindender Langkörper, ein System und ein Verfahren zum Lösen oder Festziehen miteinander verbundener oder zu verbindender Langkörper mittels der Vorrichtung und eine Verwendung beim Lösen oder Festziehen miteinander verbundener oder zu verbindender Langkörper. Insbesondere kann eine Vorrichtung, ein Verfahren oder eine Verwendung verwendet werden, um Langkörper, wie sie beim Erdbohren als Bohrgestänge beziehungsweise als Bohr- oder Aufweitwerkzeuge eingesetzt werden, zu lösen oder zu verbinden.
-
Derartige Bohrgestänge beziehungsweise Bohr- oder Aufweitwerkzeuge bestehen üblicherweise aus einer Reihe von einzelnen Langkörpern, die über Gewinde miteinander verbunden oder gelöst werden müssen. Diese Langkörper müssen auf der Baustelle oder in engen Baugruben ständig verbunden oder auch wieder gelöst werden. Dazu dienen in erster Linie mechanische Hilfsmittel.
-
Bekannte Vorrichtungen und Verfahren basieren meist darauf, dass einer der Langkörper drehfest gehalten wird, während auf den anderen ein Drehmoment aufgebracht wird. In einigen Vorrichtungen werden jedoch beide Langkörper jeweils einzeln umgriffen, zum Beispiel von Schlüsseln oder Zangen, und auf ihrer Längsachse relativ zueinander verdreht.
-
US 5,546,833 A offenbart ein Werkzeug zum Lösen einer Gewindeverbindung zwischen zwei Gestängeschüssen eines Bohrgestänges. Das Werkzeug umfasst zwei kreisförmige Schlüsselelemente, von denen jeweils eines an einem der Gewindeverbindungselemente angreift. Die Gewindeverbindung wird durch eine Relativdrehung dieser beiden Schlüsselelemente zueinander um die Bohrgestänge - Längsachse erzielt. Hierfür sind Hebelarme vorgesehen, die über Bolzen mit den Schlüsselelementen verbunden sind. An den distalen Enden der Hebelelemente greift jeweils über eine Gewindenuss eine Gewindestange an, die über einen Hebel rotiert werden kann, wodurch die distalen Enden der Hebelelemente aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegt werden. Die beiden Werkzeugteile sind lediglich über die Gewindestange miteinander verbunden. Die konzentrische Ausrichtung der Schlüsselflächen der Schlüsselelemente wird während des Festziehens oder Lösens der Gewindeverbindung nur über die Gewindeverbindung selbst erzielt. Die kreisförmigen Schlüsselelemente selbst sind nicht miteinander verbunden.
-
DE 10 2005 003 762 A1 offenbart ein Werkzeug zum Verdrehen von gegeneinander verdrehbaren Teilen, umfassend ein erstes Griffelement mit einem Hebelabschnitt und einer Greifeinrichtung zum Greifen eines ersten verdrehbaren Teils und ein zweites Griffelement mit einem Hebelabschnitt und einer Greifeinrichtung zum Greifen eines zweiten verdrehbaren Teils, wobei die Hebelabschnitte der beiden Elemente lediglich über ein Koppelelement miteinander verbunden sind.
-
US 2014/0151124 A1 offenbart ein Werkzeug zum Bilden und Lösen eines Bohrstrangs an der Ausgangsseite einer Bohrung. Das Werkzeug weist eine fixierte Klemmeinrichtung und eine bewegliche Klemmeinrichtung zum Festziehen einer Rohrverbindung, eine Rollenanordnung zum Verschrauben und Entschrauben benachbarter Gestängeabschnitte und eine Halteanordnung zum Halten eines gelösten Gestängeabschnitts auf. Die Komponenten des Werkzeugs sind an einem Rahmen montiert, der schwenkbar mit einer hydraulischen Maschine, wie etwa einem Bagger, verbunden ist. Somit kann das Werkzeug bedient werden, um Gestängeabschnitte entfernt von der primären Horizontalbohrvorrichtung von einem Bohrstrang zu entfernen und diesem hinzuzufügen.
-
Weiter ist bekannt, Bohrgestänge an der Ausgangsseite einer Bohrung mittels zweier Rohrzangen zu lösen oder festzuziehen, wobei zumindest eine der Rohrzangen von Hand oder auch durch Schläge mit einem Hammer relativ zur zweiten Rohrzange gedreht wird. Auch ist bekannt, die aufgesetzten Rohrzangen mittels eines Kettenzuges relativ zueinander um ihre Längsachse zu drehen, um einen Bohrgestängeabschnitt vom Bohrstrang zu entfernen oder hinzuzufügen.
-
Im Stand der Technik ergeben sich mehrere Probleme:
- Ein Problem ergibt sich regelmäßig dann, wenn beispielsweise zwei Schlüsselelemente, wie in US 5,546,833 oder DE 10 2005 003 762 A1 offenbart, mittels einer Gewindeverbindung aufeinander zu- oder voneinander wegbewegt werden müssen, um einen Bohrgestängeabschnitt vom Bohrstrang zu entfernen oder hinzuzufügen.
Eine vollständige Umdrehung der Gewindeverbindung führt nur zu einer relativen Bewegung unter den Schlüsselelementen im unteren Millimeterbereich, so dass das Lösen oder Festziehen eines jeden Bohrgestängeabschnitts einen großen Zeitraum beansprucht und erhebliche körperliche Belastung bedeutet.
-
Werkzeuge, wie beispielsweise in
US 2014/0151124 A1 offenbart, erfordern einen hohen Aufwand an teurer Ausrüstung: Für die Betätigung der Werkzeuge werden aufwendige Hydraulikzylinder eingesetzt, die über ein eigenes hydraulisches Antriebsaggregat oder eine hydraulische Maschine, wie einen Bagger, angetrieben werden müssen und mittels aufwendiger Hydraulikventile betätigt werden können. Auch die Montage dieser Werkzeuge bedeutet einen erheblichen Aufwand.
-
Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn beispielsweise Rohrzangen auf die zu lösenden Gestängeabschnitte aufgesetzt werden und diese dann von Hand, mittels Hammerschlägen, oder auch beispielsweise durch einen Kettenzug, relativ zu einander verdreht werden sollen: Kommt es zum schlagartigen Lösen der Gewindeabschnitte oder zum Abrutschen der Rohrzangen von den Gewindeabschnitten, können diese plötzlich mit hoher Geschwindigkeit durch die Luft fliegen und dabei zu schweren Verletzungen führen.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, ein System, ein Verfahren und eine Verwendung zu schaffen, durch welche die oben genannten Probleme im Stand der Technik verringert oder überwunden werden.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl zum Lösen miteinander verbundener als auch zum Festziehen miteinander zu verbindender Langkörper eingesetzt werden. Vorzugsweise werden unmittelbar miteinander verbundene bzw. zu verbindende Langkörper betrachtet. Als Langkörper können Bohrwerkzeuge für eine Pilotbohrung oder eine Aufweitung bezeichnet werden. Langkörper können aber auch Bohrgestängeabschnitte eines Bohrstrangs sein. Ein Langkörper kann auch ein Gestängeschuss eines Bohrstrangs sein. Ein solcher Bohrstrang kann beim Erstellen sogenannter Horizontalbohrungen im Erdreich mittels Horizontalbohrgeräten (HDD - Bohrgeräte, HDD = Horizontal Directional Drilling), aber auch bei der Erstellung anderer Bohrungen im Erdreich, zum Einsatz kommen. Vorzugsweise dient der Bohrstrang der Verbindung eines Bohrwerkzeugs mit dem Bohrgerät, so dass das Bohrwerkzeug durch das Bohrgerät angetrieben werden kann, um das Erdreich zu bearbeiten. Das Bohrgerät kann den Bohrstrang ziehend oder drückend antreiben, wobei eine zusätzlich rotatorische Bewegung aufgeprägt werden kann. An einem Zielort, nach beendeter Pilotbohrung, kann es erforderlich sein, das Bohrwerkzeug zu wechseln, vorzugsweise um in einem rückwärtigen Bohrbetrieb eine Bohrung mit einem größeren Durchmesser zu erstellen. Dabei kann auch die ins Erdreich zu verlegende Leitung gleichzeitig mit eingezogen werden. Bei den ins Erdreich zu verlegenden Leitungen kann es sich beispielsweise um Wasser- oder Abwasserleitungen, um Stromleitungen, oder um Datenleitungen handeln. Das Lösen oder Festziehen von Langkörpern bzw. Wechseln der Bohrwerkzeuge kann in vorteilhafter Weise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen.
-
Die Vorrichtung weist eine erste Greifeinrichtung auf, die ausgestaltet ist, um damit einen ersten Langkörper zu greifen. Die erste Greifeinrichtung weist einen ersten Hebelabschnitt auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine zweite Greifeinrichtung auf, die ausgestaltet ist, um damit einen zweiten Langkörper zu greifen. Die zweite Greifeinrichtung weist einen zweiten Hebelabschnitt auf. Die erste wie auch die zweite Greifeinrichtung können mit Greifmitteln zum Greifen jeweils eines Langkörpers ausgestattet sein. Diese Greifmittel können formschlüssig, kraftschlüssig oder reibschlüssig wirken. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein oder mehrere Verstellelemente auf, mit dem bzw. denen der erste und der zweite Hebelabschnitt verbunden sind. Mit dem bzw. den Verstellelementen kann durch deren Verlängerung oder Verkürzung erreicht werden, dass die erste und die zweite Greifeinrichtung relativ zu einander bewegt/verdreht werden. Durch diese Bewegung/Verdrehung kann eine Verbindung zwischen zwei Langkörpern gelöst oder geschaffen werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Verstellelement oder können die Verstellelemente als Zahnstangenwinde ausgeführt sein.
-
Der Begriff „Festziehen“ umfasst im Rahmen der Beschreibung ein relatives Drehen der Langkörper gegeneinander, bei dem die Langkörper aufeinander zu bewegt werden. Der Begriff „Lösen“ umfasst im Rahmen der Beschreibung ein relatives Drehen der Langkörper gegeneinander, bei dem die Langkörper voneinander weg bewegt werden.
-
Die beiden Hebelabschnitte sind üblicherweise an der Zahnstangenwinde derart angelenkt, dass ein Versatz der Greifeinrichtungen an den Hebelabschnitten zueinander vorliegt, so dass eine der beiden Greifeinrichtungen einen Langkörper greifen kann und die zweite der beiden Greifeinrichtungen einen zum Langkörper benachbarten, weiteren Langkörper greifen kann.
-
Die als Verstellelement arbeitende Zahnstangenwinde kann in vorteilhafter Weise eine Zahnstange mit einem Antriebsritzel aufweisen, wobei dem Antriebsritzel ein Getriebe vorgeschaltet sein kann. Durch dieses vorgeschaltete Getriebe können die erforderlichen Antriebskräfte oder Antriebsmomente reduziert werden. Daher kann das Getriebe vorzugsweise als Untersetzungsgetriebe ausgeführt werden.
-
Das Getriebe kann in einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform als Schraubwälzgetriebe ausgeführt sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da solche Schraubwälzgetriebe selbsthemmend sein können. Ein Zurückschlagen eines Bedienelements, beispielsweise einer Handkurbel, oder eines handgeführten, elektrischen Antriebs, kann dadurch vermieden werden, was einen Zugewinn an Sicherheit bedeutet.
-
In weiteren Ausführungsformen kann das Getriebe auch als Wälz- oder Kettengetriebe ausgeführt sein, aber auch andere Getriebeausführungen können zum Einsatz kommen.
-
Eine weitere Ausführungsform umfasst teleskopierbare Hebelabschnitte. In vorteilhafter Weise kann durch Verlängern oder Verkürzen der teleskopierbaren Hebelabschnitte ein bestimmtes Drehmoment zum Lösen oder Festziehen der Langkörper vor eingestellt werden. So kann beispielsweise eine Überlastung der Langkörper beim Festziehen durch Verkürzen der Hebelabschnitte vermieden werden. Durch Verlängern der Hebelabschnitte kann das Losbrechmoment zum Lösen miteinander verbundener Langkörper erhöht werden. Des Weiteren kann durch die Teleskopierbarkeit eine Verkürzung der Hebelabschnitte während des Arbeitsfortschritts durchgeführt werden.
-
Eine einfache bevorzugte Ausführungsform kann vorsehen, dass die Zahnstangenwinde durch eine, insbesondere handbetätigbare, Kurbel angetrieben und verstellt wird.
-
Insbesondere kann die Vorrichtung einen Ansatz aufweisen, der in Eingriff mit einem elektrischen Antrieb bringbar ist. Hierzu kann beispielsweise ein Ansatz zur Ausbildung eines Formschlusses mit dem elektrischen Antrieb ausgebildet sein. Unter einem „Ansatz“ wird hier die Möglichkeit verstanden, insbesondere einen Formschluss, Kraftschluss oder Reibschluss mit einem elektrischen Antrieb auszubilden, wobei vereinfacht an der Vorrichtung ein mit einem elektrischen Antrieb zusammenwirkendes Element ausgebildet sein kann, welches den Ansatz aufweist, um die von dem Antrieb bereitgestellte Kraft einzuleiten bzw. zu übertragen. Insbesondere kann es sich bei dem Ansatz um einen mit einer Welle und/oder einem Wellenstummel verbundenes Element handeln, das in mittelbaren oder unmittelbaren Eingriff mit der Zahnstangenwinde steht.
-
Die Vorrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass die Hebelabschnitte formschlüssig und drehgelenkig mit der Zahnstangenwinde verbunden sind. Hierdurch ist eine besonders einfache handhabbare Vorrichtung möglich, bei der die Handhabung der Zahnstangenwinde eine unmittelbare Handhabung der Hebelabschnitte, die mit diesem verbunden sind, ermöglicht.
-
Unter dem Begriff „Hebelabschnitt“ wird im Rahmen der Beschreibung ein Hebelarm verstanden, der sich zwischen der Greifeinrichtung und dem Verbindungspunkt mit der Zahnstangenwinde erstreckt.
-
Die Erfindung schafft auch ein System mit einer in der Beschreibung beschriebenen Vorrichtung und einem elektrischen Antrieb der Zahnstangenwinde. Die Energie für diesen Antrieb kann über das Netz, vorzugsweise aber über einen Akkumulator bezogen werden.
-
Bei einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform kann ein Akkuschrauber zum Antrieb und zur Verstellung der Zahnstangenwinde eingesetzt werden. Solche Akkuschrauber können leicht und kostengünstig beschafft werden. Der Betrieb auf einer Baustelle kann dann netzunabhängig erfolgen und so zu einer nicht unbedeutenden Arbeitserleichterung führen.
-
Vorteilhaft kann ein elektrischer Antrieb oder ein Akkuschrauber eine Vorrichtung umfassen, mit der das Drehmoment zum Betätigen der Zahnstangenwinde eingestellt werden kann. So kann beispielsweise das durch die Zahnstangenwinde über die Hebelabschnitte auf die Langkörper ausgeübte Festziehmoment begrenzt werden, um Schäden an den Langkörpern zu vermeiden. Zum Lösen von miteinander verbundener Langkörper kann das Drehmoment zum Betätigen der Zahnstangenwinde in vorteilhafter Weise auch erhöht werden, so dass ein problemloses Lösen der Langkörper voneinander erleichtert wird.
-
Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen des Näheren erläutert.
-
In den Zeichnungen zeigt:
- 1 ein Horizontalbohrgerät mit Bohrstrang und Bohrwerkzeugen;
- 2 eine Vorrichtung zum Lösen oder Festziehen miteinander verbundener oder zu verbindender Langkörper, dargestellt in der Funktion „Lösen“;
- 3 eine Vorrichtung zum Lösen oder Festziehen miteinander verbundener oder zu verbindender Langkörper, dargestellt in der Funktion „Festziehen“ und
- 4 eine Vorrichtung zum Lösen oder Festziehen miteinander verbundener oder zu verbindender Langkörper wie 2, mit einer Betätigung der Vorrichtung durch einen Akkuschrauber.
-
1 zeigt ein Horizontalbohrgerät 1 mit einem Vorschubantrieb 2 zum Vorwärts- und Rückwärtsbewegen des Schlittens 3. Der Schlitten 3 umfasst einen Drehantrieb 4. Mit diesem Drehantrieb 4 wird der Bohrstrang 5 in Drehung versetzt. Der Bohrstrang 5 weist als Bohrgestängeabschnitte ausgestaltete Langkörper 6 auf. Die Langkörper 6 werden nacheinander miteinander verschraubt, um einen Abschnitt des Bohrstrangs 5 zu bilden, der mit dem ersten Bohrwerkzeug als Langkörper 9 ins Erdreich 10 vordringt. Die Verschraubung erfolgt dabei derart, dass der letzte aus dem Erdreich 10 herausragende Langkörper 6 durch eine Klemmzange 7 gehalten wird, während ein Gewindeadapter 11 durch den Drehantrieb 4 von diesem Langkörper 6 gelöst wird. Der Schlitten 3 fährt dann zurück. Ein weiterer Langkörper 6 wird in das Horizontalbohrgerät 1 eingelegt und jeweils mit Innen- und Außengewinde durch Drehung des Drehantriebs 4 mit dem letzten aus dem Erdreich 10 herausragenden Langkörper 6 und dem Gewindeadapter 11 verbunden. Durch Drehung des Bohrstrangs 5 und des ersten Bohrwerkzeugs mittels des Drehantriebs 4 und gleichzeitigem Vorschieben des Bohrstrangs 5 und des ersten Bohrwerkzeugs mittels des Vorschubantriebs 2 wird so ein Langkörper 6 nach dem anderen ins Erdreich 10 eingebracht und entsprechend die Bohrung erstellt. Gesteuert wird die Bohrrichtung dadurch, dass die Drehung des ersten Bohrwerkzeugs teilweise ausgesetzt wird, der Vorschub aber gleichzeitig fortgesetzt wird und das erste Bohrwerkzeug so durch eine Steuerfläche 12 in eine gewünschte Richtung abgelenkt wird. Ist das erste Bohrwerkzeug in einer Zielgrube 13 angelangt, wird das erste Bohrwerkzeug gegen einen als zweites Bohrwerkzeug ausgestalteten Langkörper 14 ausgetauscht, um die nun vorhandene Bohrung im Durchmesser zu vergrößern.
-
2 zeigt eine zum Lösen des ersten Bohrwerkzeugs vom Bohrstrang 5 verwendete Vorrichtung 15. Die Vorrichtung 15 weist eine erste Greifeinrichtung 16 mit einem ersten Hebelabschnitt 17 und eine zweite Greifeinrichtung 18 mit einem zweiten Hebelabschnitt 19 sowie Greifmittel 20 auf. Die beiden Hebelabschnitte 17, 19 sind teleskopierbar und werden zum Lösen auf die größte Länge und somit das größte Drehmoment eingestellt. Die Vorrichtung 15 weist eine Zahnstangenwinde 22 auf, die eine Zahnstange 23 und ein Getriebe 24 aufweist. Das Getriebe 24 wiederum umfasst eine Kurbel 25, die über ein selbsthemmendes, untersetztes Schneckengetriebe 26 ein nicht sichtbares, an der Zahnstange 23 angreifendes Ritzel antreibt. Der erste Hebelabschnitt 17 ist drehbar mit einer Aufnahme 21 an einem Ende der Zahnstange 23 verbunden. Der zweite Hebelabschnitt 19 ist drehbar mit einer Aufnahme 28 eines Gehäuses 27 des auf der Zahnstange 23 hin und her beweglichen Getriebes 24 verbunden. Zum Lösen des ersten Bohrwerkzeugs (Langkörper 9) von einem Bohrgestängeabschnitt 6 wird die erste Greifeinrichtung 16 mit einem Greifmittel 20 auf einen Greifabschnitt 29 des Langkörpers 9 aufgesetzt. Das Getriebe 24 wird durch Betätigen der Kurbel 25 entlang der Zahnstange 23 soweit verfahren, dass die Aufnahmen 21, 28 möglichst weit voneinander beabstandet sind. Anschließend wird die zweite Greifeinrichtung 18 mit einem weiteren Greifmittel 20 auf den benachbarten Bohrgestängeabschnitt 6 aufgesetzt. Durch Betätigung der Kurbel 25 wird der Abstand zwischen den Aufnahmen 21, 28 verkürzt, wodurch sich die Hebelabschnitte 17, 18 relativ zueinander so verdrehen, dass der Langkörper 9 von dem benachbarten Bohrgestängeabschnitt 6 gelöst wird. Bei diesem Vorgang verkürzen sich die Hebelabschnitte 17, 19 geringfügig. Die Hebelabschnitte 17, 19 sind teleskobierbar ausgestaltet. Nach Rückbau der Vorrichtung 15 wird das erste, nun gelöste Bohrwerkzeug (Langkörper 9) händisch vom benachbarten Bohrgestängeabschnitt 6 entfernt. Ein zweites Bohrwerkzeug als Langkörper 14 wird anschließend lose an den Bohrgestängeabschnitt 6 angeschraubt.
-
3 zeigt, wie beispielsweise das zweite Bohrwerkzeug (Langkörper 14) fest mit dem Bohrgestängeabschnitt 6 verbunden wird. Die Vorrichtung 15 wird dazu um ihre Hochachse 30 gedreht. Die Arbeitsschritte sind nachfolgend die Gleichen, wie unter 2 beschrieben. Durch eine Voreinstellung der Länge der teleskopierbaren Hebelabschnitte 17, 19 kann das maximal auf die zu verbindenden Bauteile wirkende Drehmoment begrenzt werden, um so Schaden an den Bauteilen zu vermeiden.
-
4 zeigt die Vorrichtung wie in 2 dargestellt. Hier ist jedoch die Kurbel 25 durch einen handelsüblichen Akkuschrauber 32 ersetzt worden. Dies bedeutet eine große Arbeitserleichterung auf der Baustelle, vor allem auch in beengten Räumen, wie beispielsweise einer Zielgrube 13.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 5546833 A [0004]
- DE 102005003762 A1 [0005, 0008]
- US 2014/0151124 A1 [0006, 0009]
- US 5546833 [0008]