"Vorrichtung zur Gestänqeübergabe"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gestängeübergabe für Horizontalvortriebsgeräte für den unterirdischen grabenlosen Vortrieb und nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 199 26 055.9 in Anspruch, auf die inhaltlich Bezug genommen wird.
Beim Horizontalvortrieb, wie beispielsweise beim grabenlosen Erdbohren mittels eines rotierenden Vorschubgerätes, wird das in der Bohrung befindliche Gestänge durch Hinzufügen einzelner Gestängeschüsse kontinuierlich verlängert bzw. durch Entnahme kontinuierlich verkürzt, wie beispielsweise beim Aufweiten einer Pilotbohrung. Dies geschieht, indem die Gestängeschüsse in die Bohrachse eingebracht und mit dem Ende des im Erdreich befindlichen Gestängestrangs verbunden werden. Die Gestängeschüsse können beispielsweise in einem Vorratsbehälter im Bereich des Bohrgeräts angeordnet sein, wobei eine Bedienperson die Gestängeschüsse einzeln in die Bohrachse einlegt.
Da das von Hand einlegen der Gestängeschüsse ein erhebliches Verletzungsrisiko beinhaltet und in der Regel eine zusätzliche Arbeitskraft erfor- dert, sind verschiedene automatische Gestängemagazine entwickelt worden, die ein automatisches Einbringen der Gestängeschüsse aus dem Vorratsbehälter in die Bohrachse erlauben.
Ein solches Gestängemagazin ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 196 10 883 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist der Vorratsbehälter oberhalb der Bohrachse angeordnet und besitzt in seinem unteren Bereich ein Übergabefach. Für die Entnahme wird das Übergabefach, in dem sich ein Gestängeschuß befindet, in die Bohrachse verfahren, der Gestängeschuß fixiert und das Magazin in seine ursprüngliche Position zurückverfahren. Dieses Gestängemagazin ist allerdings nur für geringe Wechselgeschwindigkeiten geeignet, da bei jeder Gestängeübergabe das gesamte Magazin verfahren werden muß.
Eine andere Technik der automatischen Gestängeübergabe bedient sich eines Greifers, der die Gestängeschüsse von einem Vorratsbehälter in die Bohrachse befördert. Ein solches Gestängemagazin ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 197 12 641 bekannt. Bei derartigen Gestängemagazinen werden die Gestängeschüsse aus dem Vorratsbehälter von dem Greifer in eine Position in der Nähe der Bohrachse rotiert und dann durch Ausfahren des Greifers im Wege einer Parallelverschiebung in die Bohrachse hinein bewegt. Eine ähnliche Vorrichtung ist in der US-Patent- schrift 5 556 253 beschrieben. Diese Vorrichtungen besitzen den Nachteil, daß der Greifer neben dem Rotieren konstruktiv in der Lage sein muß, das Bohrgestänge parallel zu verschieben. Der Schwenkarm des Greifers muß daher z.B. einen besonderen Zylinder für ein axiales Verschieben des Greifers aufweisen.
Demgegenüber werden die Gestängeschüsse bei der in der US-Patentschrift 5 607 280 beschriebenen Vorrichtung von einem Greifer aus einer Übergabeposition direkt in die Bohrachse verschwenkt. Diese Vorrichtung weist nebeneinander angeordnete Gestängefächer auf, die zu einer geringen Geräuschentwicklung beim Nachrutschen der Gestänge beitragen. Bei der
Entnahme eines Gestängeschusses rutschen die übereinanderliegenden Gestängeschüsse aufgrund der Schwerkraft nach. Da jedes Gestängefach
eine eigene Übergabeposition besitzt, müssen die in der Übergabeposition befindlichen Gestänge in die Schwenkachse des Greifers bewegt werden, um für das Einschwenken in die Bohrachse zur Verfügung zu stehen. Zu diesem Zweck besitzt die beschriebene Vorrichtung einen Schlitten mit mehreren Rohrtaschen, mit dem die Gestängeschüsse nacheinander in die Schwenkachse des Greifers verfahren werden können. Die beschriebene Vorrichtung vermeidet daher den konstruktiven Aufwand eines axial verfahrbaren Greifers, ersetzt diesen jedoch durch einen axial verfahrbaren Schlitten, wodurch die Parallelverschiebung nur vorverlagert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Gestängeübergabe für Horizontalvortriebsgeräte zu schaffen, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch ein Gestängemagazin gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Aufgabe wird ferner durch die Verfahrensansprüche gelöst.
Das Prinzip der Erfindung besteht darin, die Kreisbahn des Greifers so anzuordnen, daß er sowohl die Übergabepositionen einzelner Gestängefächer als auch die Bohrachse schneidet.
Um dies zu verwirklichen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Vorratsbehälter mit Übergabebereichen aufweisen, die in der Kreisbahn des Greifers angeordnet sind. Die Vorrichtung kann ferner Gestängefächer mit
Verriegelungselementen aufweisen, wobei die Verrieglelungselemente die Übergabebereiche der einzelnen Gestängefächer freigeben können, wenn der Greifer in den Übergabebereich des gewünschten Gestängefaches eingeschwenkt ist um den Übergabebereich dann beim oder nach dem Heraus- schwenken des Greifers aus der Ebene des Gestängefaches wieder zu verschließen.
Durch den Verlauf der Kreisbahn des Greifers durch sowohl die Übergabebereiche der einzelnen Gestängefächer als auch durch die Bohrachse läßt sich ein konstruktiv einfacher Schwenkgreifer einsetzen, der keiner zusätzlichen Zylinder bedarf, um die Greifer mit dem Gestänge radial zum Dreh- punkt der Schwenkachse zu verschieben, da die Gestängeschüsse unmittelbar in die Bohrachse eingefahren werden. Ebenso ist ein Parallelverschieben der Gestängeschüsse aus der Fächerübergabe in die Kreisbahn des Greifers mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung überflüssig.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein besonders schneller Gestängewechsel möglich, da die bewegten Teile nur kurze Wege zurücklegen müssen. Die Vorrichtung besitzt ferner eine außerordentlich geringe Geräuschentwicklung, da jeweils nur die Gestänge eines Fachs vertikal verschoben und in die Bohrachse rotiert werden.
Der Vorratsbehälter ist vorzugsweise neben der Bohrachse angeordnet, so daß die Bedienperson das An- und Abschrauben der Gestängeschüsse verfolgen kann. Der Vorratsbehälter kann eine offene Bauweise aufweisen, welche ein Überwachen des Füllstandes des Vorratsbehälters erlaubt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Schächte von innen nach außen, ausgehend von der Bohrachse, zu leeren. Die Gestängeschüsse lassen sich auch von Hand in den Greifer einlegen. Hierzu wird der Greifer unter dem Vorratsbehälter hervorgeschwenkt, so daß ein Gestängeschuß neben dem Vorratsbehälter in den Greifer eingelegt werden kann. Aufgrund der Anord- nung des Vorratsbehälters läßt sich dieser zudem besonders leicht austauschen, wenn während eines Bohrvorgangs die Gestängeschüsse eines Behälters nicht ausreichen, um die vollständige Bohrung durchzuführen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Greifer so ausgebildet ist, daß er als Gestängeauflage dienen kann, wenn sich der Gestängeschuß in der
Bohrachse befindet. Der Greifer kann ferner mit einer Feder vorgespannt
sein, wodurch ein Längsverschieben des Gestängeschusses im Greifer möglich ist, wenn die Hydraulik nicht eingeschaltet ist.
Der Greifer kann zur Fixierung der Gestängeschüsse einen Verriegelungs- stift und einen Haken besitzen, die so gesteuert sind, daß durch ein Wechselspiel zwischen dem Haken und dem Verriegelungselement ein freies Durchschwenken des Greifers unter dem Vorratsbehälter bei gleichzeitiger zuverlässiger Arretierung des Gestängeschusses beim Einschwenken in die Bohrachse ermöglicht wird. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß das Verriegelungselement beim Schwenken des Greifers auf einer Kurvenbahn verfahren wird, deren Geometrie so ausgebildet ist, daß das Verriegelungselement beim Schwenken unter dem Vorratsbehälter in der Verriegelungsstellung verharrt, während es beim Herausschwenken des Greifers, durch den Kurvenbahnverlauf freigegeben, von einem Federelement zurück- gezogen wird, wobei ein Schalter den Haken in die geschlossene Stellung verschwenkt, sobald der Greifer sich nicht mehr unterhalb des Vorratsbehälters befindet. Ebenso bewirkt ein Schalter, daß der Haken zurückgezogen wird, sobald der Greifer wieder unter den Vorratsbehälter schwenkt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gestängeübergabe auf einer Bohrlafette;
Fig. 2 eine Detailansicht des Greifers bei der Übergabe des Gestängeschusses in die Bohrachse;
Fig. 3 eine Detailansicht der Greiferstellung mit Hand eingelegtem Gestängeschuß;
Fig. 4 eine Detailansicht der Gestängefächer mit Verriegelungsmechanismus;
Fig. 5 die Ansicht der Fig. 4 mit Schwenkarm um Greifer sowie Verriegelungsstift;
Fig. 6 eine Seitenansicht des Verriegelungsmechanismus und des Greifers.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gestängeübergabe 1 ist auf einem Raupenfahrzeug 2 mit einem Rotationsmotor 3 und einem Vorschubmotor 4 sowie einer Brech- und Lösevorrichtung 5 angeordnet. In Fig. 1 ist die Übergabe, zu der ein Vorratsbehälter in Form einer Gestängebox gehört ohne Vorratsbehälter dargestellt, so daß Gestängeschüsse 6 erkennbar sind.
In den Fig. 2 bis 5 ist die Gestängebox 11 mit in durch Trennwände 12 bis 14 unterteilten Fächern angeordneten Gestängeschüssen 6 erkennbar. Unterhalb der Gestängebox 11 befinden sich als Hebearme ausgebildete Verriegelungselemente 21 , 22, 23, 24 mit Führungsrollen 25. Die Hebearme bestehen aus einem über eine Verbindungsstange 26 verbundenen vorderen und hinteren Hebeelement. Mit Hilfe eines Hubzylinders 27 lassen sich die Hebearme zwischen einer oberen und unteren Stellung verschwenken. In der oberen Stellung verschließt der Hebearm mit der Führungsrolle 25 das jeweilige Gestängefach der Gestängebox 11 und verhindert damit ein Herausfallen der übereinander angeordneten Gestängeschüsse 6.
Im vorderen und hinteren Bereich der Vorrichtung zur Gestängeübergabe 1 befindet sich jeweils ein Greifer 31 mit einem Haken 32 und einem Verrie- gelungsstift 33. Der Greifer ist mit Hilfe eines Schwenkzylinders 35 rotierbar auf einer Welle 34 angeordnet. Der Verriegelungsstift 33 ist in einer Führung 36 angeordnet und liegt mit seinem Fuß 37 auf einer Kurvenbahn 38 auf.
Der Verriegelungsstift 33 wird dabei in der Führung 36 mittels einer Feder 39 gegen die Oberfläche der Kurvenbahn 38 gedrückt. Der Haken 32 ist über einen Hakenzylinder 40 um eine Welle 41 rotierbar und wird ansonsten durch eine Zugfeder 42 in einer "Geschlossen"-Stellung gehalten.
Zum Einschwenken eines Gestängeschusses 6 in die Bohrachse B wird der Greifer mit Hilfe des Schwenkzylinders 35 unter die Gestängebox 11 in die Aufnahmeposition des durch die Trennwand 14 mit der Außenwand der Gestängebox 11 gebildeten ersten Gestängefachs verfahren. Die Verriegelungselemente 21 bis 24 befinden sich in ihrer oberen Stellung, um ein Herausfallen der Gestängeschüsse 6 zu verhindern. Sobald der Greifer 31 seine Aufnahmeposition unterhalb des ersten Gestängefachs erreicht hat, wird der Hebearm 24 abgesenkt, worauf sich ein erster Gestängeschuß in den Greifer absenkt.
In dieser Position befindet sich der Verriegelungsstift 33 in seiner Verriegelungsposition, da die Kurvenbahn 38 aufgrund ihrer Geometrie ein Herausstehen des Verriegelungsstiftes 33 bewirkt. Gleichzeitig kann sich der Haken 32 durch den Hakenzylinder 40 in der "Offen-Stellung" befinden. Beim Senken des Hebearmes 24 folgt der unterste Gestängeschuß 6 der Schwerkraft und rutscht in die Aufnahme des Greifers 31. Sobald der erste Gestängeschuß 6 in der Aufnahme des Greifers 31 zum Liegen kommt, wird der Greifer mit Hilfe des Schwenkzylinders 35 in Richtung der Bohrachse verschwenkt. Beim Herausschwenken des Greifers 31 unter der Gestängebox 11 wird der Haken 32 über einen Schalter (nicht dargestellt), der den Hakenzylinder 40 betätigt aus seiner "Offen"-Stellung in seine "Geschlossen"-Stel- lung verfahren. Gleichzeitig wird der Verriegelungsstift 33 über die Feder 39 zurückgezogen, indem der Fuß 37 des Verriegelungsstiftes der Oberfläche der Kurvenbahn 38 folgt. Beim Herausschwenken des Greifers 31 unter der Gestängebox wird der Hebearm 24 wieder in seine "Geschlossen"-Stellung verfahren, um ein Herausfallen eines zweiten Gestängeschusses 6 zu verhindern.
Sobald sich der Greifer 31 mit seiner Aufnahme und dem darin befindlichen Gestängeschuß 6 in der Bohrachse B befindet, kann der Gestängeschuß mit dem in der Bohrachse befindlichen Gestänge und dem Rotationsmotor 3 verbunden werden. Dabei kann der Hakenzylinder 40 derart freigegeben werden, daß die Zugfeder 42 den Haken zwar in einer "Geschlossen"-Stel- lung hält, diese ein axiales Verschieben des Gestängeschusses 6 zum Einschrauben jedoch zuläßt.
Vorzugsweise werden die Gestängefächer von innen nach außen, ausgehend von der Bohrachse, geleert. Die Bedienperson kann dann den Füllzustand der Gestängebox 11 über ein Sichtfenster 50 beobachten. Der für das erste Gestängefach beschriebene Vorgang findet für die weiteren Gestängefächer analog Anwendung, wobei der Greifer 31 jeweils die erforderliche Aufnahmeposition unter dem jeweiligen Gestängefach der Vorratsbox 11 einnimmt, während der Haken 32 zurückgezogen bleibt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt auch ein Einlegen eines Gestängeschusses 6 von Hand, beispielsweise, wenn die in der Gestängebox 11 befindlichen Gestängeschüsse 6 zum Abschluß des Bohrvorgangs nicht in ausreichender Zahl vorhanden sind. Dazu wird der Greifer 31 unter der Gestängebox 11 durchgeschwenkt, so daß er auf der von der Bohrachse abgewendeten Seite unter der Gestängebox 11 hervorragt. In dieser Position läßt sich, wie in Fig. 3 dargestellt, ein Gestängeschuß ohne weiteres per Hand einlegen und in der beschriebenen Weise in die Bohrachse B verschwenken.
Die Gestängebox 11 besitzt in ihrem unteren Bereich Buchsen 60 zum Einschieben von Verriegelungsbolzen, wodurch eine problemlose Entnahme und Transport der Gestängebox 11 gewährleistet ist.