DE4334378C2 - Vorrichtung zum Ausrichten von hängenden Lasten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten von Lasten, z. B. einer Kraftzange, in einem Bohrturm mit einem Stützdreieck aus wenigstens einem mit dem Bohrturm fest ver­ bundenen Halteprofil und zwei längenveränderbaren, von dem oder den Halteprofilen in Richtung des Bohrlochzentrums füh­ renden Stützarmen.

Zum Aufsuchen und Fördern von Bodenschätzen, zur Ermittlung von Lagerungsverhältnissen und dergleichen werden Bohrwerk­ zeuge verwendet, deren Antriebsenergie durch ein Bohrgestän­ ge übertragen wird, das aus verschraubbaren Teilen besteht. Zum Verschrauben und Lösen der Gestängeteile werden Kraftzan­ gen verwendet. Sie müssen zum Einsatz gegen das im Bohrloch­ zentrum befindliche Bohrgestänge geführt werden. Das über­ tragen großer Drehmomente erfordert entsprechend groß dimen­ sionierte Kraftzangen. Das Ausrichten der Zangen am Bohr­ lochzentrum überfordert daher vielfach die Kräfte des Bedie­ nungspersonals.

Zum Transport und Ansetzen der Kraftzangen an das Bohrgestän­ ge sind deshalb mechanische Einrichtungen entwickelt worden, die auf Arbeitsbühnen stehen und auf Schienen, die aus Si­ cherheitsgründen in die Bühnen eingelassen sein müssen, ver­ fahrbar sind. Die erheblichen Abmessungen der mechanischen Zangenführungsvorrichtungen erfordern eine tragfähige Unter­ konstruktion. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist, daß die Führungsvorrichtungen nach ihrem Einsatz nicht vom Bohrge­ stänge wegschwenkbar sind, sondern nur auf den Schienen ver­ schoben werden können. Das führt zu einer erheblichen Raumnot und damit Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Bedienungs­ personals.

Nach der Fertigstellung eines Tiefbohrabschnitts ist dessen Verrohrung vorzunehmen. Hierfür gelangen erneut Kraftzangen zum Einsatz, deren Arbeitspositionierung jedoch nicht durch die vorgenannten Führungsvorrichtungen vorgenommen werden können, sondern durch zusätzliche Positioniervorrichtungen. Die vorgenannten, auf Schienen verfahrbaren Einrichtungen sind nicht für den Zangeneinsatz in größeren Höhen beim Ver­ schrauben von Futter- und Förderrohren, sondern nur für Arbei­ ten beim Verschrauben von Bohrgestängen geeignet. Die Aus­ richtarbeiten für Verschraubungszangen an Rohren werden viel­ fach noch vom Bedienungspersonal unter Einsatz körperlicher Kräfte vorgenommen. Damit geht eine Gefährdung des Personals einher.

Eine Einrichtung zum Ausrichten von Rohren beim Herstellen oder Demontieren eines Rohrstranges zeigt zwar bereits die US-Pa­ tenschrift 1,812,351. Die zum Einsatz gelangenden, tele­ skopartig längenverstellbaren Stützarme der bekannten Einrich­ tung setzen jedoch am unteren Ende eines hängenden Rohres an, um die Gewinde der miteinander zu verschraubenden Rohre in Ein­ griff zu bringen. Nach dem Lösen einer Verschraubung kann ledig­ lich das untere Rohrende vom Verschraubungszentrum weggeschwenkt werden, während das obere Ende weiterhin zentrisch in der Kraftzange gehalten wird. Deren Positionierung muß von einer separaten Einrichtung übernommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung, z. B. zum Positionieren einer in einem Bohrturm hängenden Kraftzange zu schaffen, ohne daß es des Einsatzes menschlicher Kraft bedarf. Nach der Beendigung des Einsatzes soll die Möglichkeit gegeben sein, die Vorrich­ tung in eine Ruheposition zu bringen, die dem Bedienungspersonal für die weiteren Arbeiten einen großen Bewegungsfreiraum schafft. Die Positioniervorrichtung soll für den Einsatz bei allen Arten von Zangen, die sich zum Teil in erheblichen Höhen befinden, geeignet sein, so daß sich schienengebundene, schwere und viel Raum beanspruchende Vorrichtungen erübrigen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Jeder Stützarm kann aus teleskopartig ausfahrbaren, in allen Richtungen biegesteifen Bauteilen, beispielsweise Schubkol­ ben-Zylindereinheit bestehen oder aus wenigstens zwei in ei­ ner Ebene biegesteifen, parallel geführten, mehrgliedrigen Elementen und zwischen diesen angeordneten Distanz-Verbin­ dungselementen zusammenfügbar sein. Als Schubkolben-Zylinder­ einheiten eignen sich insbesondere doppeltwirkende Bauarten. Als mehrgliedrige Elemente können vorteilhafterweise paralle­ le und mit Abstand zueinander angeordnete, handelsübliche Laschenketten, zwischen welchen sich die Distanz- und Ver­ bindungselemente erstrecken, eingesetzt werden. Hierbei dient eine der Laschenketten als Vorschubkette, in welche ein Ket­ tenantriebsrad greift, während die zweite Kette als über die Verbindungselemente greifende Schließkette ausgebildet ist. Als in allen Ebenen biegesteife Bauelemente zur Bildung von Stützarmen eignen sich auch Zahnstangen mit Zahnrad- oder Schneckenantrieben. Ihre Bewegungsfreiheit beim Zurückziehen zur Verkürzung der Stützarme ist durch die Gitterkonstruktion des Bohrturms nicht eingeschränkt.

Mit ihren der zu positionierenden Last zugewandten Enden sind die Stützarme vorzugsweise gelenkig miteinander verbunden und mit ihren gegenüberliegenden Enden an dem Halteprofil so­ wohl vertikal als auch horizontal schwenkbar befestigt. Es besteht die Möglichkeit, die Stützlängen beider Arme durch geeignete Bauelemente synchron zu verändern oder durch eine asynchrone Längenveränderung auch eine seitliche Justierbe­ wegung der Stützarme zu erreichen.

Vorzugsweise sind die von den Stützarmen zur Kraftzange füh­ renden Tragelemente mit Abstand zueinander am Zangengehäuse befestigt, um weitestgehend der Gefahr einer Verdrillung vor­ zubeugen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Kraftzangen so­ wohl für die Verschraubung von Bohrgestängeteilen als auch zum Verschrauben von Futter- und Förderrohren in ihre Ar­ beitsposition - und zwar weitestgehend unabhängig von ihren Arbeitshöhen - dirigiert werden. Die Vorrichtung ist ferner zur Unterstützung für alle anderen Arbeiten in einem Bohrturm, die mit hängen­ den Geräten ausgeführt werden, geeignet, da sie ihre Schub- und Zugkraft nur auf das jeweilige Tragseil des eingesetz­ ten Gerätes überträgt.

Nach der Beendigung eines Einsatzes können die längenveränder­ baren Stützarme weitgehend verkürzt werden. Die miteinander verbundenen äußeren Enden werden zurückgefahren und geben fast den gesamten Arbeitsraum innerhalb des Bohrturmes frei.

Bei Positioniervorrichtungen mit aus Ketten zusammenfügbaren Stützarmen hängen die aufgelösten Stützarmabschnitte als Ket­ tenschlaufen im Bereich des Halteprofils herab und behindern ebenfalls nicht den weiteren Arbeitsablauf.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht da­ rin, daß der Antrieb der Positioniereinrichtung für alle Ein­ satzfälle ferngesteuert werden kann. Der Aufenthalt von Be­ dienungspersonal im Bereich der in Betrieb zu setzenden Kraft­ zange wird den Arbeitsschutzbestimmungen entsprechend vermie­ den.

Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch eine einfache Konstruktion aus und trägt durch die verein­ fachte Technik erheblich zur Kostensenkung bei.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben und werden nachstehend durch die Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele er­ läutert.

Es zeigen

Fig. 1 die Seitenansicht einer aus Laschenketten gebildeten Positioniervorrichtung,

Fig. 2 die Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 das Beispiel des Einsatzes der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 für Arbeiten in einem Bohrturm in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 4 eine aus Kolben-Zylindereinheiten gebildete Vorrich­ tung und

Fig. 5 ein aus Zahnstangen bestehendes Stützarmpaar.

In allen Darstellungen gelten für gleiche Teile die gleichen Bezugsziffern.

Die Vorrichtung für das zentrische Positionieren besteht aus den beiden längenveränderbaren Stützarmen 1 und 2 und einem am Bohrturm befestigten Halteprofil 3. Die Stützarme und das Halteprofil bilden ein in einer im wesentlichen horizontalen Ebene liegendes Stützdreieck. An ihren in Richtung des Bohr­ lochzentrums 4 vorkragenden Enden sind die Stützarme mit Hil­ fe von Endplatten 5 und 6 drehbeweglich miteinander ver­ bunden. Am Drehgelenk 7 setzt ein Tragseil 8 zur Aufnahme des Gesamtgewichtes, bestehend aus den Einzelgewichten der Kraft­ zange 9 und der Positioniervorrichtung, an.

Das Gewicht der Kraftzange wird durch die Tragelemente 10a und 10b auf die Gelenkplatten 5 und 6 übertragen. Durch die Befestigung der Tragelemente an der Kraftzange unter Einhal­ tung eines ausreichenden Abstandes voneinander ist eine Ver­ drillsicherheit gegeben. Die Ausbildung der Tragelemente ist dadurch nicht auf biegesteife Elemente beschränkt.

Die Stützarme 1, 2 bestehen jeweils aus einer Duplexkette 15 als Vorschubkette, einer kleineren Schließkette 16 und Ver­ bindungselementen 17, die auf den Gelenkbolzen 18 der Vor­ schubkette sitzend befestigt sind. Beim Zusammenfügen eines aus den drei genannten Teilen bestehenden Stützarmes legen sich die Verbindungselemente 17 mit einer Auskehlung 17a ge­ gen die Gelenkbolzen bzw. gegen die auf den Bolzen angeord­ neten Rollhülsen der Schließkette. Die Verbindungselemente wirken daher auch als Sperrglieder zur Verriegelung der Schließkette.

Mit einer Kettenantriebseinrichtung 19 können die Duplexket­ te 15 mit den Verbindungselementen 17 und die Schließkette 16 zu einem der Stützarme 1 oder 2 zusammengefügt werden. Die Ketten 15 und 16 sind handelsüblicher Ausführung. Die Bewe­ gungsrichtung der Stützarme 1 bzw. 2 beim Zusammenfügen aus den einzelnen Kettenteilen und deren Auflösung ist durch den Doppelpfeil 20 gekennzeichnet.

Von den beiden Kettenantriebseinrichtungen 19a, 19b ist eine mit einem Antriebsmotor 21 versehen. Von dieser wird das An­ triebsmoment synchron über eine Gelenkwelle 22 auf die andere Kettenantriebseinrichtung übertragen. Beide Kettenantriebs­ einrichtungen sind mit Hilfe von Drehgelenken 23a, 23b an dem Halteprofil 3 schwenkbar befestigt.

Das Halteprofil ist fest mit Teilen des Bohrturms 25 ver­ schraubt. Statt eines einzelnen, durchgehenden Halteprofils kann eine geteilte Befestigungsanordnung, beispielsweise in Form von Halteplatten, die mit dem Bohrturm fest verbunden sind, vorgesehen werden.

Zum Verschrauben des in das Bohrloch reichenden Rohrstranges 26, der durch einen Elevator 27 gehalten wird, mit einem auf­ gesetzten Rohr 28 wird die Kraftzange 9 aus der Ruheposition in die Betriebsposition geschwenkt. Nach der Herstellung der Schraubverbindung zwischen den Rohren 26 und 28 über die Rohrmuffe 29 kann die Kraftzange wieder in ihre Ausgangspo­ sition geschwenkt werden. Diese Ruheposition ist bei dem ge­ zeigten Beispiel in Fig. 3 durch eine unterbrochene Strich­ führung kenntlich gemacht, was ebenfalls für alle übrigen beweglichen Teile gilt. Diese sind mit 1', 2', 8', 10'a und 10'b bezeichnet.

Die Bedienung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist über das entfernt von der Gesamtvorrichtung aufgestellte Fernsteu­ erpult 30 möglich. Eine Gefährdung des Bedienungspersonals durch Unfälle beim Ausrichten der Kraftzange 9 an den zu ver­ schraubenden Teilen ist somit ausgeschlossen.

Die Stützarme der Positioniervorrichtung gemäß Fig. 4 be­ stehen aus zwei Schubeinheiten mit Stellzylindern 40, 41 und Stellkolben, deren nach außen reichende Stangen mit 42 und 43 bezeichnet sind. Mit ihren äußeren Enden sind die Kolben­ stangen durch das Gelenk 7 drehbeweglich miteinander verbun­ den, was auch für die mit der Fig. 5 gezeigte Ausführung gilt.

Eine sehr einfache Lösung ist ferner mit der Verwendung zweier Zahnstangen 50 und 51 gegeben (s. Draufsicht der Fig. 5). Zur Vermeidung von Ausweichreaktionen beim Antrieb, beispielsweise durch Zahnritzel 52, 53, sind Zwangsführun­ gen 54, 55 vorgesehen. Zwischen diesen und den Gehäusen 56 und 57 der Antriebe besteht eine aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellte feste, die Reaktionskräfte kompensierende Verbindung.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Ausrichten von Lasten, z. B. einer Kraft­ zange, in einem Bohrturm mit einem Stützdreieck aus wenigstens einem mit dem Bohrturm fest verbundenen Halteprofil (3) und zwei längenveränderbaren, von dem oder den Halteprofilen in Richtung des Bohrlochzentrums (4) führenden Stützarmen (1, 2), gekennzeichnet durch zwei das Gewicht der Kraftzange aufnehmende, an den zum Bohrlochzentrum weisenden Enden der Stützarme be­ festigte Tragelemente (10a, 10b) und ein für beide Stützarme zum Bohrturm aufwärts führendes Trag­ seil (8) zur Aufnahme des Gesamtgewichtes von Kraftzange (9) und Ausrichtvorrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stützarm aus wenigstens zwei in nur einer Ebene biege­ steifen, parallel geführten, mehrgliedrigen Elementen (15, 16) und zwischen diesen angeordneten Distanz- und Verbindungsele­ menten (17) zusammenfügbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als mehrgliedrige Elemente parallele und mit Abstand zueinan­ der angeordnete handelsübliche Laschenketten (15, 16) vorge­ sehen sind, zwischen welchen sich die Distanz- und Verbindungs­ elemente (17) erstrecken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Laschenketten als Vorschubkette (15) dient, in wel­ che ein Kettenantriebsrad greift, während die zweite Kette als über die Verbindungselemente (17) greifende Schließkette (16) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ketten mit ihren der zu positionierenden Last zugewandten äußeren Enden gelenkig miteinander verbunden und mit ihren gegenüberliegenden Enden an Gehäusen von schwenk­ bar an dem Halteprofil angeordneten Kettenantrieben (19a, 19b) befestigt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kettenantriebe mit einem Antriebsmotor (21) ausge­ rüstet und beide Kettenantriebsvorrichtungen (19a, 19b) durch eine als Gelenkwelle (22) ausgebildete Transmissionswelle mit­ einander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die äußeren Enden der Stützarme (1, 2) in einem gemeinsamen Drehgelenk (5, 6) enden, an dessen Obersei­ te im Gelenkpunkt (7) das Tragseil (8) ansetzt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die von den Stützarmen zur Kraftzange (9) führenden Tragelemente (10a, 10b) unter Einhaltung eines Ab­ standes an den Seitenkanten des Zangengehäuses ansetzen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützarme aus teleskopartig ausfahrbaren, biegesteifen Teilen (40, 41; 42, 43) bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützarme aus ausfahrbaren Kolben-Zylindereinheiten be­ stehen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylindereinheiten doppelwirkend ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützarme Zahnstangen (50, 51) eingesetzt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Zahnradgetriebe eingesetzt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Schneckenradgetriebe vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Stützarme synchron verfahrbar sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Stützarm mit einer eigenen, separat betätigbaren Antriebseinheit ausgerüstet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützarme am Halteprofil gelenkig be­ festigt sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindungen zum Ausführen von horizontalen und vertikalen Schwenkbewegungen der Stützarme ausgebildet sind.