DE102011089500A1

DE102011089500A1 - Handhabungsgerät für Bohrgestänge und sogenannter Topdrive mit einem solchen Handhabungsgerät

Info

Publication number: DE102011089500A1
Application number: DE102011089500A
Authority: DE
Inventors: Johannes Moss; Heiko Schmidt; Gerhard Große Veldmann
Original assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Current assignee: Bentec Drilling and Oilfield Systems GmbH
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-09-19
Also published as: EA026477B1; WO2013092055A3; EP2795040A2; WO2013092055A2; US20140360780A1; EA201400509A1; US9376873B2; EP2795040B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Handhabungseinheit für Bohrgestänge mit einem durch einen Tiltarm (34) unter Einfluss eines Tiltzylinders (32) verschwenkbaren Elevatorbügel (30) sowie Mitteln (42) zur Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels (30), bei der zumindest ein Ventil (50) als Mittel zur Positionserfassung des oder jedes Elevatorbügels (30) sowie als Bestandteil eines sich außerhalb der Handhabungseinheit fortsetzenden hydraulischen Schaltsteuerkreises (54) und zumindest eine mit einer Bewegung des Tiltarms (34) bewegliche Kulisse (52) für das zumindest eine Ventil (50) vorgesehen ist, wobei das oder jedes Ventil (50) bei einer ersten Stellung oder Lage der Kulisse (52) den hydraulischen Schaltsteuerkreis (54) öffnet und wobei das oder jedes Ventil (50) bei einer zweiten Stellung oder Lage der Kulisse (52) den hydraulischen Schaltsteuerkreis (54) schließt, so dass der Zustand des Schaltsteuerkreis (54) als Positionsinformation auswertbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Handhabungsgerät für Bohrgestänge bei Tiefbohrungen, z. B. zur Erdöl- und Erdgasexploration. Für ein solches Handhabungsgerät hat sich in der Fachterminologie die Bezeichnung „Pipehandler“ durchgesetzt und entsprechend wird im Folgenden der Begriff „Pipehandler“ synonym mit dem Ausdruck „Handhabungseinheit für Bohrgestänge“ verwendet.
Ein Pipehandler ist Bestandteil eines sogenannten Topdrives, also der im Mast einer Bohranlage vertikal beweglichen Antriebseinheit, die mit einem davon umfassten Antriebsaggregat, üblicherweise einem Elektromotor, das Bohrgestänge für den Bohrvorgang in Drehbewegung versetzt. Der Topdrive ist zu diesem Zweck in eine feststehende und eine drehbare Einheit aufgeteilt. Die feststehende Einheit umfasst das Antriebsaggregat. Das durch das Antriebsaggregat drehbare Element ist der Pipehandler. Die Aggregate des Pipehandlers werden über eine hydraulische Drehdurchführung zwischen feststehendem und drehbarem Teil des Topdrives versorgt, nämlich indem Druckzylinder und dergleichen mit einer Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck beaufschlagt werden, zum Beispiel zur Bewegung sogenannter Elevatorbügel oder zur Aktivierung einer an einem sogenannten Torquearm vorgesehenen Haltezange für Bohrgestänge.
Speziell für die Elevatorbügel des Pipehandlers ist eine Schwenkbeweglichkeit vorgesehen, denn die Elevatorbügel (üblicherweise zwei) tragen an ihrem Ende einen sogenannten Gestängeelevator, um Bohrgestängeelemente aus einem Lager zu entnehmen und das entnommene Bohrgestängeelement der Haltezange am Ende des Torquearms zuzuführen.
Eine gewisse Menge von Bohrgestängeelementen wird normalerweise zur Lagerung vertikal neben oder an dem Mast der Bohranlage vorgehalten und zu diesem Zweck ist eine sogenannte Fingerbühne vorgesehen, die sich am Mast im Bereich des oberen Endes der gelagerten Bohrgestängeelemente befindet. Eine zusätzliche oder alternative Lagerposition für zumindest ein Bohrgestängeelement ist das sogenannte Mauseloch (mouse hole). Bisher erfolgt das Entnehmen von Bohrgestängeelementen aus seiner Lagerposition oder auch der umgekehrte Weg, nämlich das Ablegen von Bohrgestängeelementen in einer Lagerposition, durch manuelle Steuerung. Dazu wird der Topdrive in eine entsprechende Vertikalposition im Mast gefahren, die ein Entnehmen oder Ablegen von Bohrgestängeelementen erlaubt. Sobald sich der Topdrive in dieser Position befindet, wird der oder jeder Elevatorbügel verschwenkt und mit dem Gestängeelevator ein Bohrgestängeelement abgeholt oder abgelegt.
In der DE 10 2009 039 022 A sind im Hinblick auf eine bis dahin bestehende Problematik, dass es im Wesentlichen der Aufmerksamkeit des Bedienpersonals überlassen war, notwendige Steuerungsvorgänge zum Einleiten und Abschließen solcher Handhabungsvorgänge vorzunehmen, Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen worden, mit denen eine vollautomatische Überwachung des Pipehandlers und/oder des Topdrives mit Pipehandler möglich ist. Insbesondere ist eine Möglichkeit zur Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels angegeben. Die DE 10 2009 039 022 A wird ausdrücklich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Beschreibung einbezogen, z.B. hinsichtlich der dort erläuterten elektrischen und hydraulischen Versorgung und Ansteuerung des Topdrives.
Eine Aufgabe der im Folgenden beschriebenen Erfindung besteht darin, eine weitere Ausführungsform von Mitteln zur Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer Handhabungseinheit für Bohrgestänge mit mindestens einem insbesondere durch einen Tiltarm unter Einfluss mindestens eines Betätigungselements verschwenkbaren Elevatorbügel sowie Mitteln zur Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels zumindest ein Ventil und zumindest eine mit einer Bewegung des Tiltarms bewegliche Kulisse vorgesehen. Das oder jedes Ventil fungiert als Mittel zur Positionserfassung des oder jedes Elevatorbügels und ist Bestandteil eines sich außerhalb der Handhabungseinheit fortsetzenden hydraulischen Schaltsteuerkreises. Die zumindest eine Kulisse ist für das zumindest eine Ventil vorgesehen, wobei das oder jedes Ventil bei einer ersten Stellung oder Lage der Kulisse den hydraulischen Schaltsteuerkreis öffnet und wobei das oder jedes Ventil bei einer zweiten Stellung oder Lage der Kulisse den hydraulischen Schaltsteuerkreis schließt. Indem die jeweilige Stellung oder Lage der Kulisse mit einer Auslenkung des mindestens einen Elevatorbügels korrespondiert, ist anhand des geschlossenen oder geöffneten hydraulischen Schaltsteuerkreises eine Positionsinformation hinsichtlich einer Auslenkung des mindestens einen Elevatorbügels gegeben.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass als Mittel zur Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels auf Seiten der Handhabungseinheit lediglich ein Ventil oder eine Gruppe von Ventilen, zum Beispiel zwei Ventile, und der Teil eines hydraulischen Schaltsteuerkreises erforderlich ist, in dem sich das oder jedes Ventil befindet. Die Handhabungseinheit/der Pipehandler ist der drehbare Teil eines Topdrives und zur Entkopplung zwischen dem drehbaren und dem feststehenden Teil ist eine Drehdurchführung vorgesehen. Der hydraulische Schaltsteuerkreis kann über diese Drehdurchführung geführt werden. Indem das oder jedes Ventil abhängig von einer Lage oder Stellung der Kulisse den hydraulischen Schaltsteuerkreis öffnet oder schließt, stellt ein im Schaltsteuerkreis sensierbarer Druck ein Maß für eine Position oder Auslenkung des mindestens einen Elevatorbügels dar. Der hydraulische Schaltsteuerkreis ist damit denkbar einfach und das oder jedes Ventil der Handhabungseinheit bewirkt eine Übertragung einer Lage oder Stellung der jeweiligen Kulisse und damit eine Übertragung einer zugrunde liegenden Auslenkung des mindestens einen Elevatorbügels in einen Zustand des hydraulischen Schaltsteuerkreises. In einem solchen einfachen Schaltsteuerkreis lassen sich zum Beispiel Druckverluste oder dergleichen, die eine Erfassung der Position des mindestens einen Elevatorbügels beeinflussen oder verfälschen können, gut beherrschen. Zumindest kann mit dem oder jedem Ventil, der oder jeder jeweils zugehörigen beweglichen Kulisse und dem dadurch beeinflussten Schaltsteuerkreis eine im Folgenden auch als Nulllage bezeichnete neutrale Stellung des oder jedes Elevatorbügels erfasst werden. Die Nulllage des oder jedes Elevatorbügels ist eine Stellung, in der die Elevatorbügel üblicherweise senkrecht herabhängen, zumindest eine Stellung der Elevatorbügel, in der ein vertikales Verfahren des Topdrives im Bohrmast möglich ist, ohne dass es zu Kollisionen insbesondere des oder jedes Elevatorbügels oder des Tiltarms mit Teilen des Bohrmasts oder dort befindlichen Gegenständen kommen kann. Eine solche Stellung oder Auslenkung wird im Weiteren als eine kollisionsfreie Stellung bezeichnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Handhabungseinheit ist vorgesehen, dass die oder jede Kulisse mit einer Achse drehbar ist und dass als Kulisse zumindest eine an der Achse angebrachte Kurvenscheibe fungiert. Zum Zusammenwirken mit der Kulisse weist das jeweilige Ventil eine Rolle auf, die an der Oberfläche der Kulisse anliegt. Bei einer an einer Achse drehbaren Kulisse in Form einer dort angebrachten Kurvenscheibe liegt die Rolle des Ventils außen an der Kurvenscheibe an und folgt bei einer Drehung der Kurvenscheibe entsprechend dem Verlauf der Kontur der Kurvenscheibe. Je nach Rotationslage der Kurvenscheibe und damit einer Lage zumindest eines im Außenumfang der Kurvenscheibe von einer ansonsten kreisförmigen Hüllkontur zurückgesetzten Abschnitts erfolgt eventuell eine Betätigung des Ventils. Indem die Kulisse mit einer Bewegung des Tiltarms beweglich ist und der Tiltarm einerseits das Verschwenken des oder jedes Elevatorbügels bewirkt und somit eine Position des Tiltarms auch ein Maß für eine Position des oder jedes Elevatorbügels ist, ist schließlich die Position der Kulisse, also insbesondere eine Rotationslage der Kulisse, ein Maß für die Position des oder jedes Elevatorbügels.
Eine erste Stellung oder Lage der Kulisse ist dabei dann gegeben, wenn bei einer drehbaren Kulisse der mit der kreisförmigen Hüllkontur zusammenfallende Abschnitt dem Ventil zugewandt ist. Eine zweite Stellung oder Lage der Kulisse ist dann gegeben, wenn ein von der kreisförmigen Hüllkontur der Kulisse zurückgesetzter Abschnitt dem Ventil zugewandt ist. Ein solcher zurückgesetzter Abschnitt fungiert wie ein inverser Nocken und eine bei einer drehbaren Kulisse am Ventil vorgesehene Rolle oder dergleichen fällt im Grunde in die so in der Kulisse gebildete Vertiefung, so dass das oder jedes Ventil bei einer solchen zweiten Stellung oder Lage der Kulisse den hydraulischen Schaltsteuerkreis schließt.
Im Folgenden wird zur vereinfachten Darstellung auf den mit der kreisförmigen Hüllkontur der Kulisse zusammenfallenden Abschnitt als erster Radius der Kulisse und auf den von der kreisförmigen Hüllkontur der Kulisse zurückgesetzten Abschnitt als zweiter Radius der Kulisse Bezug genommen. Der zweite Radius ist kleiner als der erste Radius. In der ersten Stellung oder Lage der Kulisse wirkt also der größere, erste Radius und in der zweiten Stellung oder Lage der Kulisse wirkt entsprechend der kleinere, zweite Radius. Solange der erste Radius wirksam ist, bleibt das Ventil geöffnet. Sobald der zweite Radius wirksam ist, schließt das Ventil.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Handhabungseinheit ist vorgesehen, dass als Kulisse zwei kombinierbare und an der gemeinsamen Achse relativ zueinander drehbare Kurvenscheiben fungieren. Jede dieser Kurvenscheiben hat einen Abschnitt mit einem ersten Radius und einen Abschnitt mit einem zweiten Radius. Indem die beiden Kurvenscheiben relativ zueinander drehbar sind, lässt sich die wirksame Weite der Kulisse, bei der eine Öffnung des Schaltsteuerkreises erfolgt, einstellen. Dies ermöglicht es, einen bestimmten Positionsbereich hinsichtlich einer jeweiligen Auslenkung des oder jedes Elevatorbügels als Nulllage zuzulassen. Durch die Möglichkeit, die Kurvenscheiben relativ zueinander drehen zu können, kann dieser zulässige Bereich vor Ort eingestellt und/oder verändert werden, ohne dass dafür die Kurvenscheibe oder die Kurvenscheiben ausgetauscht werden müsste bzw. müssten.
Wenn die oder jede Kurvenscheibe lösbar drehfest in Bezug auf die Achse arretierbar ist, lässt sich zum Beispiel auch eine außermittige Position des oder jedes Elevatorbügels als Nulllage definieren. Gleiches gilt, wenn die Kurvenscheibe oder zwei zueinander relativ verdrehbare Kurvenscheiben die Vorgabe eines Positionsbereichs erlauben.
Einige Zahlenbeispiele können das oben gesagte möglicherweise noch besser erläutern: In Bezug auf die oder jede Kurvenscheibe wird, wie oben bereits angedeutet, davon ausgegangen, dass sich diese durch eine kreisförmige Hüllkontur auszeichnet. Üblicherweise fällt der größte Teil der als Lauffläche für die Ventilrolle fungierenden Außenoberfläche der Kurvenscheibe mit dieser kreisförmigen Hüllkontur zusammen. Dies ist der Kulissenabschnitt mit dem ersten Radius. Für einen Kulissenabschnitt mit dem zweiten Radius wird exemplarisch davon ausgegangen, dass dieser zwanzig Winkelgrad breit ist. Dann kann bei einer entsprechenden Orientierung der Kurvenscheibe zum Beispiel eine Auslenkung von plus zehn Grad bis minus zehn Grad des oder jedes Elevatorbügels als Nulllage oder zumindest als kollisionsfreie Position erfasst werden. Mit zwei gegeneinander verdrehbaren Kurvenscheiben lässt sich im Grunde eine Addition oder eine Subtraktion der zugelassenen Positionsbereiche erreichen. Bei zwei Kurvenscheiben der oben erwähnten Art lässt sich also durch minimale Überlappung Kulissenabschnitt mit dem zweiten Radius ein Abschnitt von vierzig Winkelgrad oder näherungsweise vierzig Winkelgrad als zulässiger Bereich definieren. Wenn die Kurvenscheiben in Richtung einer geringeren Überlappung zueinander verdreht werden, reduziert sich dieser Bereich, so dass auch zulässige Bereiche von weniger als zwanzig Winkelgrad definiert werden können. Indem auch zwei zueinander relativ verdrehbare Kurvenscheiben lösbar an der Achse arretierbar sind, lässt sich zum Beispiel bei einer Weite eines zulässigen Bereichs von sieben Winkelgrad in Bezug auf eine tatsächliche Auslenkung des oder jedes Elevatorbügels einstellen, dass Auslenkungen von zum Beispiel minus zwei bis plus fünf Grad zulässig sind. Die lösbare Arretierbarkeit der Kurvenscheibe oder zweier Kurvenscheiben und/oder die relativ zueinander mögliche Verdrehbarkeit zweier Kurvenscheiben erlaubt also eine erhebliche Flexibilität bei einer Einstellung eines zulässigen Bereichs hinsichtlich einer Auslenkung des oder jedes Elevatorbügels. Diese Einstellung kann auch vor Ort erfolgen und vor Ort bei Bedarf angepasst werden.
Wenn die oder jede Kulisse mit einem Ritzel angetrieben wird, das in einer mit dem Tiltarm beweglichen Kette läuft, ergibt sich mit der Kette und dem Ritzel eine Über- oder Untersetzung der Bewegung des Tiltarms, so dass zum Beispiel bei einer drehbaren Kulisse der zulässige Bewegungsbereich des Tiltarms auf den vollständigen Außenumfang der Kulisse oder zumindest nahezu den vollständigen Außenumfang der Kulisse abgebildet werden kann. Dies ermöglicht eine noch genauere und feinere Erfassung einer Nulllage oder zumindest einer kollisionsfreien Auslenkung des oder jedes Elevatorbügels. Hinsichtlich des Zusammenwirkens von Kette und Ritzel kommt in Betracht, dass ein Kettensegment so am Tiltarm angebracht ist, dass das Ritzel in dieses eingreifen kann und dass eine Bewegung des Tiltarms zu einer Rotation des Ritzels führt. Als Alternative zu einer Kette kommt gegebenenfalls auch eine Zahnstange oder dergleichen in Betracht.
Eine Kette eignet sich für eine Anbringung am relevanten Abschnitt des Tiltarms besonders, weil durch die Beweglichkeit der Kettenglieder der Kettenabschnitt unmittelbar einer vorgegebenen Kontur folgt, die im Übrigen so gebildet ist, dass ein Abstand zwischen einer Achse, an der sich das Ritzel befindet, und den einzelnen Kettengliedern unabhängig von einer Schwenkposition des Tiltarms gleich bleibt. Selbstverständlich lässt sich dieser Wirkzusammenhang zum Beispiel auch mit einer gebogenen Zahnstange anstelle des Kettenabschnitts erreichen.
Für das Ritzel kann noch eine translatorische Beweglichkeit an einer vom Ritzel angetriebenen Achse vorgesehen sein, so dass diese translatorische Beweglichkeit zum Toleranzausgleich wirksam ist, wenn dies erforderlich ist.
Eine besondere Ausführungsform der Handhabungseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass zwei Ventile und zwei synchron bewegliche Kulissen, also jeweils eine Kulisse für jeweils ein Ventil vorgesehen sind. Dies ist im Hinblick auf eine funktionale Sicherheit, die in der Fachterminologie mit sogenannten Sicherheitsintegritätsleveln (SIL) kategorisiert wird, sinnvoll. Die beiden Ventile fungieren redundant. Bei Versagen eines einzelnen Ventils in Form einer Undichtigkeit würde sich im hydraulischen Schaltsteuerkreis kein Druck mehr aufbauen. Sollte das Versagen eines Ventils sich dahingehend ausdrücken, dass dieses geschlossen bleibt, so reicht aufgrund der Parallelschaltung beider Ventile das redundante Ventil aus um einen Druckabfall im hydraulischen Schaltsteuerkreis zu erzeugen und auf dieser Basis die Generierung eines diesbezüglichen Signals zu ermöglichen. Indem bei zwei Ventilen die beiden für jeweils ein Ventil vorgesehenen Kulissen synchron bewegt werden, ist eine Fehlermöglichkeit hinsichtlich der Positionserfassung auf die Ventile beschränkt.
Die hier beschriebene Erfindung ist auch ein Topdrive mit einem Basisteil und einem am Basisteil drehbaren Teil, wobei als drehbares Teil eine Handhabungseinheit wie hier und nachfolgend beschrieben fungiert, wobei der hydraulische Schaltsteuerkreis über eine hydraulische Drehdurchführung vom drehbaren Teil zum Basisteil verläuft und wobei sich am Basisteil zumindest ein Drucksensor zur Erfassung eines Drucks in dem hydraulischen Schaltsteuerkreis und zur Abgabe eines diesbezüglichen Sensorsignals befindet. Der Vorteil einer solchen Aufteilung des Schaltsteuerkreises, nämlich des oder jedes darin verwendeten Ventils und des oder jedes als Sensor verwendeten Drucksensors, auf den drehbaren Teil einerseits und den feststehenden Basisteil andererseits ermöglicht, dass ein von dem oder jedem Drucksensor generiertes Sensorsignal im Bereich des feststehenden Basisteils des Topdrives erzeugt werden kann und somit elektrische Signale nicht über die hydraulische Drehdurchführung geleitet werden müssen.
Wenn sich bei einem Topdrive am Basisteil in einem hydraulischen Leistungskreis zur Ansteuerung zumindest eines als Betätigungselement fungierenden Hydraulikzylinders (Link-Tilt- Zylinder) als Mittel zur Positionserfassung des oder jedes Elevatorbügels ein Volumenstromsensor zur Erfassung eines Volumenstroms im hydraulischen Leistungskreis und zur Abgabe eines diesbezüglichen Sensorsignals befindet, lässt sich nicht nur eine eventuelle Nulllage des oder jedes Elevatorbügels, sondern auch eine jeweilige Auslenkung/Schwenkposition erfassen.
Eine Erfassung einer Schwenkposition des oder jedes Elevatorbügels ist sinnvoll, wenn zum Beispiel automatisch bestimmte Auslenkungen des oder jedes Elevatorbügels abgerufen werden sollen. Dies ist in der oben genannten DE 10 2009 039 022 A beschrieben, die insoweit zur Vermeidung von Wiederholungen in den Offenbarungsgehalt dieser Beschreibung einbezogen wird. Die Erfassung bestimmter Schwenkpositionen des oder jedes Elevatorbügels ist auch erforderlich, wenn es darum geht, um den Bewegungsbereich des Topdrives im Bohrmast eine gedachte Hüllfläche („Envelope“) zu ziehen, bis zu der der oder jeder Elevatorbügel maximal verschwenkt werden darf. Auch in dieser Hinsicht wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechende Beschreibung in der DE 10 2009 039 022 A verwiesen, die insoweit ebenfalls als in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen gelten soll.
Bei einer Ausführungsform des Topdrives ist vorgesehen, dass einer Steuerungseinrichtung, die sich am Topdrive oder zum Beispiel auch entfernt vom Topdrive befinden kann, als Eingangssignale das von dem oder jedem Drucksensor erhältliche Sensorsignal und das vom Volumenstromsensor erhältliche Sensorsignal zuführbar sind, dass anhand des vom Volumenstromsensor erhältlichen Sensorsignals eine Positionsinformation hinsichtlich einer Stellung des mindestens einen Elevatorbügels generierbar ist und dass die Positionsinformation auf Basis des vom Drucksensor erhältlichen Sensorsignals kalibrierbar ist. Eine solche Beeinflussbarkeit der Positionsinformation durch eine Information hinsichtlich einer eventuellen Nulllage des oder jedes Elevatorbügels ermöglicht eine Kompensation eventueller Ungenauigkeiten, die sich mit dem Durchflusssensor aufgrund des jeweils erfassten Volumenstroms im längeren Betrieb ergeben können. Dadurch, dass die Positionsinformation auf Basis des vom Drucksensor erhältlichen Sensorsignals, also gewissermaßen auf Basis eines eine Nulllage des oder jedes Elevatorbügels anzeigenden Signals, kalibriert, insbesondere auf Null gesetzt wird, sind eventuelle Fehler bei der Volumenstromerfassung auf jeweils einzelne Schwenkvorgänge beschränkt, so dass bereits systematisch eine Beschränkung etwaiger Fehler erfolgt und sich vor allem etwaige Fehler nicht über eine Mehrzahl von Schwenkvorgängen summieren.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Da speziell die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, diese oder noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarte Merkmalskombinationen zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
Es zeigen
1 als Teil einer Bohranlage einen Mast mit zugehörigem Unterbau und einem im Mast geführten Topdrive,
2 den Topdrive mit weiteren Details, insbesondere einen vom Topdrive umfassten, sogenannten Pipehandler und daran befindliche, verschwenkbare Elevatorbügel,
3 ein hydraulisches Ersatzschaltbild mit einem hydraulischen Leistungskreis und einem hydraulischen Schaltsteuerkreis, dessen Zustand als Positionsinformation hinsichtlich einer Stellung oder Auslenkung der Elevatorbügel auswertbar ist,
4 eine Darstellung von Mitteln zur Positionserfassung des oder jedes Elevatorbügels sowie eine davon umfasste Nockenwelle,
5 die Nockenwelle in einer Seitenansicht,
6 eine Schnittdarstellung der Nockenwelle,
7 die Nockenwelle in isometrischer Ansicht,
8 den Pipehandler in einer Seitenansicht mit aus einer Nulllage heraus geschwenkten Elevatorbügeln,
9 den Pipehandler in einer Seitenansicht mit den Elevatorbügeln in einer Nulllage und
10 die Mittel zur Positionserfassung des oder jedes Elevatorbügels gemäß 4 bei einer Stellung der Elevatorbügel in einer Nulllage gemäß 9.
1 zeigt als Teil einer Bohranlage einen Mast 10 mit zugehörigem Unterbau 12. In der dargestellten Situation befindet sich am Mast 10 in an sich bekannter Art eine so genannte Fingerbühne 14, wobei die davon umfassten Finger Metallstäbe oder Metallprofile sind, die zum aufrechten, also vertikalen Lagern von dort abgestellten Bohrgestängeelementen vorgesehen sind.
Im Mast 10 ist in an sich bekannter Art und Weise ein sogenannter Topdrive 16 angebracht, der im Betrieb der Bohranlage zum Absenken oder Anheben des Bohrgestänges 18 (nicht dargestellt; nur gestrichelt angedeutet) und zum Drehen des Bohrgestänges 18 zum Bewirken des Bohrvorgangs vorgesehen ist. Der Topdrive 16 hängt an einem Rollenblock 20. Der Rollenblock 20 und ein im Bereich einer Mastkrone befindlicher Kronenblock 22 wirken zusammen wie ein Flaschenzug. Vom Kronenblock 22 läuft ein Zugseil (nicht dargestellt) für eine Vertikalbewegung des Topdrives 16 zu einem im Bereich der Bohranlage vorgesehenen Aggregat, z. B. einer durch einen Elektromotor antreibbaren Winde 23. Für die Vertikalbewegung ist der Topdrive 16 in zumindest einer Führungsschiene 24 gehalten.
2 zeigt den Topdrive 16 aus 1 mit weiteren Details. Danach umfasst der Topdrive 16 einen feststehenden Teil 26 und einen drehbaren Teil 28. Der feststehende Teil 26 umfasst den Antrieb zur Bewegung des drehbaren Teils 28, zum Beispiel in Form eines Motors. Der feststehende Teil 26 des Topdrives 16 wird entsprechend auch als Basisteil oder Antriebseinheit bezeichnet und feststehend meint, dass es sich um den drehfesten Teil des Topdrives 16 handelt, der insgesamt in den Führungsschienen 24 vertikal beweglich ist. Der drehbare Teil 28 des Topdrives 16 wird in der Fachterminologie und entsprechend auch hier als Pipehandler bezeichnet und umfasst mindestens einen schwenkbeweglichen Elevatorbügel 30 und mindestens ein Betätigungselement 32 zum Bewirken des Schwenkvorgangs des oder jedes Elevatorbügels 30. Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei Elevatorbügel 30 vorhanden und die Beschreibung wird nachfolgend ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit jeweils mit Bezug auf zwei Elevatorbügel 30 fortgesetzt.
In einer Ruheposition sind die Elevatorbügel 30 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, d. h. die Elevatorbügel 30 hängen senkrecht nach unten. Zumindest in einer solchen Position ist eine Vertikalbewegung des Topdrives 16 an den Führungsschienen 24 im Mast 10 möglich, ohne dass für die Elevatorbügel 30 die Gefahr einer Kollision mit Teilen im oder am Mast 10 zu besorgen wäre, zum Beispiel mit der Fingerbühne 14 (1) oder einer der Führungsschienen 24. Eine solche Ruheposition ist ein Beispiel für eine Nulllage der Elevatorbügel 30, zumindest ein Beispiel für eine kollisionsfreie Stellung der Elevatorbügel 30.
Bei der dargestellten Ausführungsform des Pipehandlers wirkt das Betätigungselement 32 nicht direkt auf die Elevatorbügel 30, sondern zunächst auf einen so genannten Tiltarm 34, der seinerseits an den Elevatorbügeln 30 angreift, so dass ein durch das mindestens eine Betätigungselement 32 ausgelöstes Verschwenken des Tiltarms 34 ein Verschwenken der Elevatorbügel 30 nach sich zieht. Das Betätigungselement 32 wird in der Fachterminologie häufig auch als Tiltzylinder bezeichnet.
Weitere Bestandteile des Topdrives 16 oder dessen Pipehandler – für die Erfindung jedoch ohne besondere Bedeutung – sind ein so genannter Torquearm 36 und eine an dessen unterem Ende vorgesehene Haltezange 38 für Bohrgestänge.
Zwischen feststehendem Teil 26 und drehbarem Teil 28 des Topdrives 16 befindet sich eine hydraulische Drehdurchführung 40. Über diese gelangt zum Beispiel auch Hydraulikflüssigkeit vom feststehenden Teil 26 des Topdrives 16 zum Verschwenken der Elevatorbügel 30 zu dem oder jedem dafür vorgesehenen Betätigungselement 32. In der hydraulischen Drehdurchführung 40 ist für jede derartige hydraulische Verbindung zwischen den beiden Teilen 26, 28 des Topdrives 16 ein sogenannter Port vorgesehen.
Mit der Bezugsziffer 42 sind Mittel zum Erfassen einer Position des mindestens einen Elevatorbügels 30 bezeichnet. Dies wird im Folgenden mit weiteren Details erläutert.
3 zeigt dafür zunächst ein hydraulisches Ersatzschaltbild. Die in der Mitte der Darstellung eingezeichneten horizontalen Trennlinien bezeichnen die hydraulische Drehdurchführung 40. Alle in 3 oberhalb der hydraulischen Drehdurchführung 40 dargestellten Elemente befinden sich im oder am drehbaren Teil 28 des Topdrives 16, also am Pipehandler. Links ist mit den am Pipehandler befindlichen Betätigungselementen 32, also den Tiltzylindern, ein hydraulischer Leistungskreis 44 gezeigt. Bestandteil des hydraulischen Leistungskreises 44 ist ein Volumenstromsensor 46. Im Betrieb erfasst der Volumenstromsensor 46 einen Volumenstrom im hydraulischen Leistungskreis 44 und damit bei Ansteuerung zumindest eines als Betätigungselement 32 fungierenden Tiltzylinders ein Maß für eine Schwenkposition der Elevatorbügel 30. Der Volumenstromsensor 46 ist damit neben den im Folgenden beschriebenen Mitteln 42 ebenfalls ein Mittel zur Positionserfassung der Elevatorbügel 30. Der hydraulische Leistungskreis 44 kann direkt von einem Hydraulikaggregat gespeist oder von einem Ventilblock 48 abgezweigt werden. Bei einer Abzweigung von einem Ventilblock 48 kann das Verschwenken der Elevatorbügel 30 durch eine geeignete Ansteuerung der Ausgänge des Ventilblocks 48 beeinflusst werden.
Auf der rechten Seite zeigt 3 als Mittel 42 (2) zur Positionserfassung der Elevatorbügel 30 zwei hydraulisch parallel geschaltete Ventile 50. Eine Mehrzahl von Ventilen 50 ist zur Erfüllung einer bestimmten Sicherheitsstufe (SIL) erforderlich. Grundsätzlich ist ein Ventil 50 ausreichend. Dies gilt auch für alle im Folgenden als doppelt vorhanden beschriebenen Elemente und die Beschreibung wird entsprechend der bildlichen Darstellungen, die eine Ausführungsform für die erhöhte Sicherheitsstufe, also eine Ausführungsform mit redundanten Einheiten, zeigen, aber ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit fortgesetzt.
Jedes Ventil 50 wird in einer mit einer Bewegung des Tiltarms 34 beweglichen Kulisse 52 geführt. Bei einer ersten Stellung oder Lage der Kulisse 52 öffnet jedes Ventil 50 einen hydraulischen Schaltsteuerkreis 54, in dem das Ventil 50 als Schaltelement fungiert. Bei einer zweiten Stellung oder Lage der Kulisse 52 schließt jedes Ventil 50 den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54.
Wie aus der Darstellung in 3 ersichtlich, erstreckt sich der hydraulische Schaltsteuerkreis 54 ausgehend von einem am Pipehandler angeordneten Abschnitt mit den beiden Ventilen 50 über die hydraulische Drehdurchführung 40 und setzt sich außerhalb des Pipehandlers fort. In diesem Abschnitt ist zumindest ein Drucksensor 56, hier zwei Drucksensoren 56, vorgesehen, die über einen Verteilerblock 58 an den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 angekoppelt sind. Stromabwärts des Verteilerblocks 58 befinden sich folgende optionale Einheiten: Ein Stromregelventil 60, ein Speicher 62, ein Rückschlagventil 64 und ein Druckregelventil 66.
Immer, wenn aufgrund einer ersten Stellung oder Lage der Kulisse 52 die Ventile 50 den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 schließen, baut sich zwischen den Ventilen 50 und dem Druckregelventil 66 ein Druck auf, der mit dem Drucksensor 56 sensierbar ist. Das optionale Stromregelventil 60 verhindert einen zu großen Druckverlust im restlichen System. Bei abgeschaltetem Hydraulikaggregat oder niedrigem Systemdruck, hält der Speicher 62 den Druck zwischen den Ventilen 50 und dem Rückschlagventil 64 aufrecht.
Wesentlich ist, dass mit dem hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 eine Stellung der Ventile 50 sensierbar ist, wobei über die mit einer Bewegung des Tiltarms 34 beweglichen Kulissen 52 eine Erfassung einer Stellung der Ventile 50 einer Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels 30 entspricht. Wenn sich nämlich die Kulisse 52 in einer zweiten Stellung oder Lage befindet, schließt das oder jedes Ventil 50 den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54, so dass dies durch die beiden Drucksensoren 56 als Druck im Bereich einer vorgegebenen oder vorgebbaren Größenordnung im hydraulischen Schaltsteuerkries 54 sensierbar ist.
4 zeigt eine Detaildarstellung der Mittel 42 zur Positionserfassung des oder jedes Elevatorbügels 30. In einem oberen Abschnitt der diesbezüglichen Vorrichtung sind die beiden Ventile 50 erkennbar, die nebeneinander angeordnet sind und mit Rollen 68 zwei als Kulisse 52 (3) fungierende Kurvenscheiben 70, 72 kontaktieren. Jedem Ventil 50 ist ein Paar Kurvenscheiben 70, 72 zugeordnet, so dass insgesamt vier Kurvenscheiben 70, 72 vorgesehen sind. Die Kurvenscheiben 70, 72, also die durch deren Außenumfangsflächen gebildeten Kulissen 52, werden über ein Ritzel 74 angetrieben, das in einer mit dem Tiltarm beweglichen Kette 76 läuft.
5 zeigt in einer Seitenansicht aus der Vorrichtung gemäß 4 nur die auch als Nockenwelle bezeichenbare Einheit mit den Kurvenscheiben 70, 72. Hinsichtlich der Kurvenscheiben 70, 72 ist erkennbar, dass diese jeweils eine kreisförmige Hüllkontur aufweisen. Ein wesentlicher Abschnitt des Außenumfangs der Kurvenscheiben 70, 72 fällt dabei mit der kreisförmigen Hüllkontur zusammen. Ein Teil der Außenkontur der Kurvenscheiben 70, 72 ist jedoch von der kreisförmigen Hüllkontur zurückgesetzt, so dass sich in diesem Bereich gleichsam ein inverser Nocken befindet. Entsprechend der einleitenden Ausführungen werden auch hier der Abschnitt der Kurvenscheibe 70, 72, der mit deren kreisförmiger Hüllkontur zusammenfällt, als Abschnitt mit einem ersten Radius und der der Abschnitt der Kurvenscheibe 70, 72, der von der kreisförmigen Hüllkontur zurückgesetzt ist, als Abschnitt mit einem zweiten Radius bezeichnet oder als inverser Nocken bezeichnet.
Bei der in der Darstellung in 5 oben liegenden Kurvenscheibe 70 befindet sich der von der kreisförmigen Hüllkontur zurückgesetzte Abschnitt mit dem zweiten Radius etwa in einem Bereich von neun Uhr bis elf Uhr. Bei der hinter der ersten Kurvenscheibe 70 liegenden zweiten Kurvenscheibe 72 ist dieser Bereich nur teilweise erkennbar. Jedenfalls endet der von der kreisförmigen Hüllkontur zurückgesetzte Abschnitt mit dem zweiten Radius etwa bei neun Uhr. Daran ist bereits erkennbar, dass die jeweils zwei Kurvenscheiben 70, 72 an einer gemeinsamen Achse 78 relativ zueinander drehbar sind, und sich je nach Relativposition der beiden Kurvenscheiben 70, 72 eine konkrete Kontur der durch die beiden kombinierten Kurvenscheiben 70, 72 gebildeten Kulisse 52 ergibt. Bei dem in 5 dargestellten Beispiel ist dies ein von der kreisförmigen Hüllkontur der beiden kombinierten Kurvenscheiben 70, 72 zurückgesetzter Bereich nur bei etwa neun Uhr. Damit wird verständlich, dass sich die wirksame Weite eines resultierenden inversen Nockens durch die Relativposition der beiden Kurvenscheiben 70, 72 zueinander einstellen, also vergrößern oder verkleinern lässt. Darüber hinaus ist jede Kurvenscheibe 70, 72 auch lösbar drehfest in Bezug auf die Achse 78 arretierbar. Damit kann die Lage des inversen Nockens beeinflusst werden und der inverse Nocken, der bei der Darstellung in 5 in Richtung neun Uhr orientiert ist, kann nach einem Lösen der oder jeder Kurvenscheibe 70, 72 an der Achse 78 ohne Weiteres in eine Position wie zum Beispiel bei sechs Uhr verstellt werden, so dass sich bei anschließender Arretierung der oder jeder Kurvenscheibe 70, 72 an der Achse 78 ein veränderter, durch die Kulisse 52/die Kurvenscheiben 70, 72 gebildeter Schaltpunkt ergibt.
6 zeigt einen Schnitt durch die Nockenwelle aus 5 entlang der mit A-A bezeichneten Schnittlinie. Man erkennt die Achse 78 und das zum Antrieb der Achse 78 und damit insgesamt zur Rotation der Nockenwelle vorgesehene Ritzel 74.
Die beiden ersten und hier innenliegend gezeigten Kurvenscheiben 70 bilden zusammen mit einer schraubbetätigten Klemmverbindung ein an der Achse 78 arretierbares Bauteil. Dieses weist jeweils links und rechts eine übereinstimmende Kurvengeometrie auf, nämlich die Kurvenschreiben 70. Diese Übereinstimmung der Kurvengeometrie gilt auch für die beiden zweiten Kurvenscheiben, damit die Ventile 50 synchron schalten. Eine der beiden zweiten Kurvenscheiben, nämlich die vom Ritzel 74 abgewandte zweite Kurvenscheibe 72 ist mit einer entsprechenden schraubbetätigten Klemmverbindung ebenfalls an der Achse 78 arretierbar. Die zum Ritzel 74 gewandte zweite Kurvenscheibe 72 wird mit Hilfe von Distanzhülsen 80 und dazugehörigen Schrauben mit der vom Ritzel 74 abgewandten, anderen zweiten Kurvenscheibe 72 verschraubt, um zu gewährleisten, dass immer beide Ventile 50 auch nach Verstellung der zweiten Kurvenscheiben 72 synchron schalten. Vorteilhaft ist, dass die beiden ersten Kurvenscheiben 70 zwischen den beiden zweiten Kurvenscheiben 72 auch nach dem Verschrauben der beiden zweiten Kurvenscheiben 72 beweglich bleiben. So lassen sich die jeweiligen Endpunkte des inversen Nockens der Kulisse separat voneinander einstellen, ohne immer beide Kurvenscheibenpaare 70, 72 gleichzeitig lösen zu müssen.
7 zeigt die Verhältnisse gemäß 6 in einer isometrischen Darstellung. Erkennbar sind die Kurvenscheiben 70, 72, das Ritzel 74 und die Achse 78. Hinsichtlich der Schraubbolzen 80 ist erkennbar, dass für diese in den inneren Kurvenscheiben 70, durch die sie hindurchgreifen, ein Langloch vorgesehen ist, so dass das Langloch einerseits eine Drehbarkeit der beiden Kurvenscheiben 70, 72 relativ zueinander erlaubt, andererseits aber auch den Umfang einer solchen Verdrehbarkeit begrenzt.
Ausgehend von der Beschreibung zu den 5, 6 und 7 wird jetzt in Verbindung mit 4 klar, wie die Nockenwelle mit den zumindest zwei durch paarweise angeordnete Kurvenscheiben 70, 72 gebildeten Kulissen 52 wirkt. Immer dann, wenn eine Rolle 68 eines Ventils 50 in den durch jeweils zwei Kurvenscheiben 70, 72 gebildeten inversen Nocken fällt, schließt das jeweilige Ventil 50 den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54. Eine Lage oder Stellung der so gebildeten Kulisse 52, bei der die Rolle 68 in einen solchen inversen Nocken eintritt, ist also eine zweite Stellung oder Lage der Kulisse 52, bei der der hydraulische Schaltsteuerkreis 54 geschlossen wird. Im Gegensatz dazu ist jede Lage oder Stellung der Kulisse 52, bei der die Rolle 68 eines jeweiligen Ventils 50 an der mit der kreisförmigen Hüllkontur zusammenfallenden Außenumfangsfläche zumindest einer der beiden Kurvenscheiben 70, 72 anliegt, eine erste Stellung oder Lage der so gebildeten Kulisse 52, bei der der hydraulische Schaltsteuerkreis 54 geöffnet ist. Ein Öffnen des Ventils 50 oder eines der Ventile 50 bewirkt also einen mit dem Drucksensor 56 oder beiden Drucksensoren 56 sensierbaren Druckverlust im hydrau- lischen Schaltsteuerkreis 54 und ein solcher Druckverlust zeigt, weil die durch die Kurvenscheiben 70, 72 gebildete Kulisse 52 mit einer Bewegung des Tiltarms 34 beweglich ist, eine Position des oder jedes Elevatorbügels 30 an.
Durch eine entsprechende Arretierung der oder jeder Kurvenscheibe 70, 72 an der Achse 78 kann eingestellt werden, dass der inverse Nocken genau eine Nulllage, also eine Stellung, bei der der oder jeder Elevatorbügel 30 im Wesentlichen senkrecht herabhängt, anzeigt. Dadurch, dass die Kurvenscheiben 70, 72 in beliebigen Orientierungen drehfest an der Achse 78 arretierbar sind, können auch andere Stellungen der Elevatorbügel 30 als Nulllage definiert werden. Durch das Zusammenwirken von Ritzel 74 und Kette 76 ergibt sich eine Über- oder Untersetzung der Bewegung des Tiltarms 34 in Bezug auf den Außenumfang der durch die jeweils paarweise angeordneten Kurvenscheiben 70, 72 gebildeten Kulisse 52, so dass eine sehr genaue Einstellung der Nulllage oder eines kollisionsfreien Bereichs möglich ist.
8 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Pipehandlers, also des drehbaren Teils 28 des Topdrives 16 mit leicht aus der Senkrechten ausgelenkten Elevatorbügeln 30 (nur einer erkennbar). Diese Stellung der Elevatorbügel 30 wird durch eine entsprechende Stellung des Tiltarms 34 bewirkt, der wiederum durch das mindestens eine Betätigungselement 32, also den oder jeden Tiltzylinder, bewegt wird. Über die Kette 76 (4) und das Ritzel 74 bewirkt diese Bewegung des Tiltarms 34 eine Rotation der Nockenwelle (7) und eine Rotation der dort durch die jeweils paarig vorgesehenen Kurvenscheiben 70, 72 gebildeten Kulissen 52. 4 zeigt die mit der Position des Tiltarms 34 in 8 korrespondierende Situation. Erkennbar ist, dass die beiden Rollen 68 der Ventile 50 sich bereits an den Kulissen 52 in einem Bereich befinden, an der deren Außenkontur mit einer kreisförmigen Hüllkontur zusammenfällt, und die Ventile 50 entsprechend den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 öffnen. Damit sinkt im hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 ein mit dem oder jedem Drucksensor 56 sensierbarer Druck, der auf Basis eines von jedem Drucksensor 56 generierten Sensorsignals als Positionsinformation hinsichtlich einer Stellung des oder jedes Elevatorbügels 30 auswertbar ist, hier also als Positionsinformation, die anzeigt, dass sich die Elevatorbügel 30 nicht in einer als Nulllage definierten Position befinden.
9 und 10 zeigen im Vergleich dazu die Situation, bei der die Elevatorbügel 30 im Wesentlichen senkrecht hängen, wobei eine zugehörige Position des Tiltarms 34 und eine über die Kette 76 und das Ritzel 74 bewirkte Rotation der Kulissen 52, also der Kurvenscheiben 70, 72, bewirken, dass die Rollen 68 der Ventile 50 gerade in den inversen Nocken der Kulisse 52 eintreten. Die Ventile 50 sind in dieser Stellung unbetätigt und schließen damit den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54, so dass über die Drucksensoren 56 ein resultierender Druck im hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 sensierbar ist und ein resultierendes Sensorsignal als Positionsinformation, hier also als Positionsinformation, dass sich der oder jeder Elevatorbügel 30 in seiner Nulllage befindet, auswertbar ist.
Grundsätzlich ist unerheblich, ob der hydraulische Schaltsteuerkreis 54 bei einer mit einer Nulllage des oder jedes Elevatorbügels 30 korrespondierenden Stellung der Kulisse 52 oder der Kulissen 52 geöffnet oder geschlossen wird. Damit jedoch bei einem eventuellen Druckverlust im hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 aufgrund einer Fehlersituation, etwa einem Ausfall eines den Arbeitsdruck liefernden Hydraulikaggregats, dies nicht zu einer kritischen Fehlauswertung führt, ist bei einer besonderen Ausführungsform vorgesehen, dass bei einer mit einer Nulllage des oder jedes Elevatorbügels 30 korrespondierenden Stellung der Kulissen 52 die Ventile 50 den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 schließen.
Das vom Drucksensor 56 generierte Sensorsignal zeigt also die Nulllage des oder jedes Elevatorbügels 30 nur bei einem ausreichenden Betriebsdruck im hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 und bei einer entsprechenden Stellung der Kulisse 52/Kulissen 52 an. Jede andere Stellung der Kulisse(n) 52 führt zu einem veränderten Sensorsignal genauso wie jeder aufgrund einer Fehlersituation sich ergebende Druckverlust im hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 („drucklos offen“). Ein Nulllagensignal kann demnach nur in dem oben definierten Szenario abgegeben werden. Die Abwesenheit des Nulllagensignals meint, dass sich der oder jeder Elevatorbügel 30 entweder nicht in Nulllage befindet oder dass anderweitig eine Ausnahmesituation vorliegt. Das Nulllagensignal oder die Abwesenheit des Nulllagensignals kann von einer Steuerungseinrichtung ausgewertet werden, etwa derart, dass eine Vertikalbewegung des Topdrives 16 im Bohrmast 14 nur möglich ist, wenn das Nulllagensignal ansteht. Umgekehrt kann eine Vertikalbewegung des Topdrives 16 unmittelbar gestoppt werden, wenn das Nulllagensignal eventuell verschwindet.
Indem bei einer besonderen Ausführungsform zwei redundante Ventile vorgesehen sind, ist gewährleistet, dass sich bei Versagen eines einzelnen Ventils in Form einer Undichtigkeit im hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 kein Druck mehr aufbaut. Das vom Drucksensor 56 generierte Sensorsignal, das bereits selbst ein Nulllagensignal darstellt oder auf dessen Basis ein solches Nulllagensignale oder „Frei-Signal“ ableitbar ist, bleibt aus. Das Ausbleiben eines solchen Signals kann zum Beispiel dafür verwendet werden, den Topdrive 16 sicher in der gegenwärtigen Vertikalposition zu halten, bis die Störung behoben ist. Sollte das Versagen eines Ventils sich dahingehend ausdrücken, dass dieses geschlossen bleibt (es lässt sich also nicht mehr öffnen), so kann das zweite, redundante Ventil die Signalerfassung gewährleisten. Durch die Parallelschaltung reicht ein Ventil aus, um einen Druckabfall im hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 zu erzeugen.
Eine Steuerungseinrichtung der eben genannten Art, also zum Beispiel eine speicherprogrammierbare Steuerung oder eine in Hardware realisierte Funktionalität kann auch das Nulllagensignal des oder jedes Drucksensors 56 mit einem vom Volumenstromsensor 46 generierbaren Positionssignal verknüpfen, derart, dass ein vom Volumenstromsensor 46 generiertes oder beeinflusstes Positionssignal mit jedem Nulllagensignal kalibriert, also zum Beispiel zurück auf Null, gestellt wird.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier vorgelegten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben wird eine Handhabungseinheit für Bohrgestänge mit einem durch einen Tiltarm 34 unter Einfluss eines Tiltzylinders 32 verschwenkbaren Elevatorbügel 30 sowie Mitteln 42 zur Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels 30, bei der zumindest ein Ventil 50 als Mittel zur Positionserfassung des oder jedes Elevatorbügels 30 sowie als Bestandteil eines sich außerhalb der Handhabungseinheit fortsetzenden hydraulischen Schaltsteuerkreises 54 und zumindest eine mit einer Bewegung des Tiltarms 34 bewegliche Kulisse 52 für das zumindest eine Ventil 50 vorgesehen ist, wobei das oder jedes Ventil 50 bei einer ersten Stellung oder Lage der Kulisse 52 den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 öffnet und wobei das oder jedes Ventil 50 bei einer zweiten Stellung oder Lage der Kulisse 52 den hydraulischen Schaltsteuerkreis 54 schließt, so dass der Zustand des Schaltsteuerkreis 54 als Positionsinformation auswertbar ist.
Bezugszeichenliste

10: Mast
12: Unterbau
14: Fingerbühne
16: Topdrive
18: Bohrgestänge
20: Rollenblock
22: Kronenblock
23: Winde
24: Führungsschiene
26: feststehender Teil des Topdrives (Basisteil)
28: drehbarer Teil des Topdrives
30: Elevatorbügel
32: Betätigungselement (Tiltzylinder)
34: Tiltarm
36: Torquearm
38: Haltezange
40: hydraulische Drehdurchführung
42: Mittel zum Erfassen einer Position des mindestens einen Elevatorbügels
44: hydraulischer Leistungskreis
46: Volumenstromsensor
48: Ventilblock
50: Ventil
52: Kulisse
54: hydraulischer Schaltsteuerkreis
56: Drucksensor
58: Verteilerblock
60: Stromregelventil
62: Speicher
64: Rückschlagventil
66: Druckregelventil
68: Rolle
70: (erste) Kurvenscheibe
72: (zweite) Kurvenscheibe
74: Ritzel
76: Kette
78: Achse
80: Distanzhülse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009039022 A [0005, 0005, 0022, 0022]

Claims

Handhabungseinheit für Bohrgestänge mit mindestens einem insbesondere durch einen Tiltarm (34) unter Einfluss mindestens eines Betätigungselements (32) verschwenkbaren Elevatorbügel (30) sowie Mitteln (42) zur Erfassung einer Position des mindestens einen Elevatorbügels (30), gekennzeichnet durch zumindest ein Ventil (50) als Mittel zur Positionserfassung des oder jedes Elevatorbügels (30) sowie als Bestandteil eines sich außerhalb der Handhabungseinheit fortsetzenden hydraulischen Schaltsteuerkreises (54) und zumindest eine mit einer Bewegung des Tiltarms (34) bewegliche Kulisse (52) für das zumindest eine Ventil (50), wobei das oder jedes Ventil (50) bei einer ersten Stellung oder Lage der Kulisse (52) den hydraulischen Schaltsteuerkreis (54) öffnet und wobei das oder jedes Ventil (50) bei einer zweiten Stellung oder Lage der Kulisse (52) den hydraulischen Schaltsteuerkreis (54) schließt.
Handhabungseinheit nach Anspruch 1, mit einer mittels einer Achse (78) drehbaren Kulisse (52), wobei als Kulisse (52) zumindest eine an der Achse (78) angebrachte Kurvenscheibe (70, 72) fungiert.
Handhabungseinheit nach Anspruch 2, wobei als Kulisse (52) zwei kombinierte und an der gemeinsamen Achse relativ zueinander drehbare Kurvenscheiben (70, 72) fungieren.
Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die oder jede Kurvenscheibe (70, 72) lösbar drehfest in Bezug auf die Achse (78) arretierbar ist.
Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei die oder jede Kulisse (52) mit einem Ritzel (74) angetrieben wird, das in einer mit dem Tiltarm (34) beweglichen Kette (76) läuft.
Handhabungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche mit zwei Ventilen (50) und zwei synchron beweglichen Kulissen (52) für jeweils ein Ventil (50).
Topdrive (16) mit einem Basisteil (26) und einem am Basisteil (26) drehbaren Teil (28), wobei als drehbares Teil (28) eine Handhabungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche fungiert, wobei der hydraulische Schaltsteuerkreis (54) über eine hydraulische Drehdurchführung (40) vom drehbaren Teil (28) zum Basisteil (26) verläuft und wobei sich am Basisteil (26) zumindest ein Drucksensor (56) zur Erfassung eines Drucks in dem hydraulischen Schaltsteuerkreis (54) und zur Abgabe eines diesbezüglichen Sensorsignals befindet.
Topdrive (16) nach Anspruch 7, wobei sich am Basisteil (26) in einem hydraulischen Leistungskreis (44) zur Ansteuerung zumindest eines als Betätigungselement (32) fungierenden Hydraulikzylinders als Mittel zur Positionserfassung des oder jedes Elevatorbügels (30) ein Volumenstromsensor (46) zur Erfassung eines Volumenstroms im hydraulischen Leistungskreis (44) und zur Abgabe eines diesbezüglichen Sensorsignals befindet.
Topdrive nach Anspruch 7 und Anspruch 8, wobei einer Steuerungseinrichtung als Eingangssignale das vom Drucksensor (56) erhältliche Sensorsignal und das vom Volumenstromsensor (46) erhältliche Sensorsignal zuführbar sind, wobei anhand des vom Volumenstromsensor (46) erhältlichen Sensorsignals eine Positionsinformation hinsichtlich einer Stellung des mindestens einen Elevatorbügels (30) generierbar ist und wobei die Positionsinformation auf Basis des vom Drucksensor (56) erhältlichen Sensorsignals kalibrierbar ist.