Die Erfindung betrifft eine Kellystangenanordnung für ein Bohrgerät, insbesondere ein Erdbohrgerät, mit einer rohrförmigen Außenkellystange, welche zum Aufliegen auf einem Bohrantrieb und zum Aufnehmen eines Bohrdrehmoments des Bohran triebs ausgebildet ist, und mit einer Innenkellystange, welche verschiebbar innerhalb der Außenkellystange gelagert ist und eine Seilaufhängung aufweist, wobei zwischen der Außenkellystange und der Innenkellystange das Bohrdrehmoment übertragbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bodenbearbeitung, bei dem eine Kellystangenanordnung mittels eines Bohrantriebes in eine Drehbewegung versetzt wird, wobei an einer Innenkellystange der Kellystangenanordnung ein Bodenbearbei tungswerkzeug angebracht ist, welches einen Boden bearbeitet, gemäß dem Ober begriff des Anspruches 12.

Kellystangenanordnungen für ein Bohrgerät sind im Spezialtiefbau seit langem be kannt. Derartige Kellystangenanordnungen sind teleskopierbar und weisen eine äu ßere Außenkellystange auf, welche mit einem Bohrantrieb des Bohrgerätes in dre hender Verbindung steht. Innerhalb der Außenkellystange sind eine Innenkellystange und gegebenenfalls weitere Zwischenkellystangen angeordnet, welche axial ver schiebbar in der Außenkellystange und zueinander gelagert sind. Die Innenkel lystange weist eine Seilaufhängung auf, so dass die Innenkellystange und auch die gesamte Kellystangenanordnung an dem Seil gehalten und vertikal verfahren werden kann. Zur Drehmomentübertragung sind jeweils an den Außen- und Innenseiten der ein zelnen Kellystangenelemente axial verlaufende Anschlagsleisten vorgesehen, wel che sowohl ein axiales Verfahren als auch eine Drehmomentübertragung in Um fangsrichtung erlauben.

Eine derartige Kellystangenanordnung ermöglicht eine effiziente Seilaufhängung ei nes Bodenbearbeitungswerkzeuges bei gleichzeitiger Möglichkeit einer Drehmomen tübertragung. Darüber hinaus ermöglicht die Teleskopierbarkeit der einzelnen Kel lystangenelemente zueinander ein Erreichen von Bearbeitungstiefen, welche größer als eine Höhe des Mastes eines Bohrgerätes sind.

Derartige Kellystangenanordnungen werden zum Arbeiten mit einfachen mechani schen Bodenbearbeitungswerkzeugen eingesetzt, so etwa einem Bohreimer oder einer Bohrschnecke. Problematisch wird der Einsatz einer Kellystangenanordnung, wenn von der Außenseite ein Medium, etwa eine Spülflüssigkeit oder ein Druckfluid, zuzuführen ist.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Kellystangenanordnung und ein Verfahren zur Bodenbearbeitung mit einer Kellystangenanordnung anzugeben, wel che besonders vielfältig einsetzbar sind.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe zum einen durch eine Kellystangenanordnung gemäß dem Anspruch 1 und zum anderen durch ein Verfahren gemäß den Merkma len des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängi gen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Kellystangenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenkellystange mindestens eine Leitung angeordnet ist, dass an einem unteren oder oberen Endbereich der Innenkellystange eine Drehdurchführung mit einem ers ten Abschlussabschnitt und einem zweiten Abschlussabschnitt angeordnet ist, wobei der erste Anschlussabschnitt drehfest mit der drehend antreibbaren Kellystange ver bunden ist sowie eine Leitungsverbindung zu der mindestens einen Leitung der In nenkellystange bildet und der zweite Anschlussabschnitt mit einer Zuführleitung ver bunden ist, welche relativ zur drehend antreibbaren Innenkellystange feststeht, und dass an der Drehdurchführung eine Dreheinrichtung zum aktiven Verdrehen der bei den Anschlussabschnitte relativ zueinander angeordnet ist. Ein erster Aspekt der Erfindung liegt darin, an der Innenkellystange eine Drehdurch führung vorzusehen. Eine Drehdurchführung ist ein Element, welches eine Leitungs verbindung zwischen einem drehenden und einem relativ hierzu feststehenden Teil ermöglicht. Diese Drehdurchführung kann an einem unteren oder oberen Endbereich der Innenkellystange angeordnet sein. Vorzugsweise wird entlang der Innenkel lystange mindestens eine Leitung vorgesehen, welche von dem oberen Endbereich zu einem unteren Bereich der Kellystange führt. Alternativ ist die Drehdurchführung an einem unteren Endbereich der Innenkellystange angeordnet, wobei die mit der Innenkellystange mitdrehende Leitung entsprechend kürzer sein kann. Hingegen kann die relativ feststehende Zuführleitung innerhalb des inneren Hohlraums der In nenkellystange von oben bis zum zweiten Anschlussabschnitt der Drehdurchführung am unteren Endbereich geführt sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist an der Drehdurchführung eine Dreh einrichtung zum aktiven Verdrehen der beiden Anschlussabschnitte relativ zueinan der angeordnet. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass das obere Ende der Innenkellystange etwa beim Austeleskopieren der Kellystangenanordnung bis zu einem unteren Endbereich der Außenkellystange verfahren werden kann. So wird eine notwendige zuverlässige mechanische Abstützung der Drehdurchführung ge genüber einem relativ zur drehenden Kellystangenanordnung feststehenden Teil praktisch unmöglich. Es besteht die Gefahr eines Mitdrehens der Zuführleitung mit der drehenden Innenkellystange.

Um eine unerwünschte Verdrehung der stillstehenden Zuführleitung, welche etwa von dem Bohrgerät zu der Drehdurchführung an der Innenkellystange geführt ist, um das Seil, mit welchem die Innenkellystange aufgehängt ist, zu verhindern, wird eine Dreheinrichtung zum aktiven Verdrehen der beiden Anschlussabschnitte relativ zuei nander vorgesehen. Hierdurch kann einer unerwünschten Umwicklung der Zuführlei tung um das Seil gezielt entgegengewirkt werden.

Auf diese Weise kann eine Kellystangenanordnung mit der vorteilhaften Seilaufhän gung und der Teleskopierbarkeit bei gleichzeitiger Drehmomentübertragung auch für Bodenbearbeitungswerkzeuge eingesetzt werden, bei welchen die Zuführung eines Fluides, von Energie oder Daten über eine Zuführleitung von außen notwendig oder gewünscht ist. Grundsätzlich kann die Drehdurchführung an einer beliebigen Stelle an dem oberen Endbereich der Innenkellystange angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass die Drehdurchführung an der Innen kellystange unterhalb der Seilaufhängung angeordnet ist. Die Drehdurchführung kann dabei ringförmig ausgebildet sein, wobei die Seilaufhängung so in einem Mit tenbereich der Drehdurchführung angeordnet werden kann.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Dreh einrichtung zumindest einen Antriebsmotor zum aktiven Verdrehen des zweiten An schlussabschnittes relativ zum ersten Anschlussabschnitt aufweist. Grundsätzlich kön nen auch weitere Antriebsmotoren vorgesehen sein.

Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Antriebsmotor an dem zweiten An schlussabschnitt angeordnet ist, welcher oberhalb des ersten Anschlussabschnittes liegt. Es besteht so eine gute Zugänglichkeit zu dem Antriebsmotor. Zudem kann ei ne Energiezuführung zu dem Antriebsmotor parallel oder mit der Zuführleitung erfol gen.

Für eine kompakte Bauweise ist es insgesamt vorteilhaft, dass der Antriebsmotor ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor ist. Der Antriebsmotor kann dabei insgesamt sehr kompakt ausgebildet sein, da ein Aufbringen nur relativ geringer Drehmomente für die notwendige Kompensation der Drehbewegung zwischen den beiden An schlussabschnitten notwendig ist. Grundsätzlich kann auch ein Druckluftmotor vor gesehen sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Seilaufhängung einen Seilwirbel aufweist. Ein Seilwirbel im Sinne der Erfindung ist ein Drehgelenk, welches eine Verdrehbarkeit einer unteren Anlenkung des Seilwir bels zur Innenkellystange gegenüber einer oberen Anlenkung des Seilwirbels zum Aufhängseil ermöglicht. Mit einem Seilwirbel kann sichergestellt werden, dass sich eine Drehbewegung der Innenkellystange, welche an der unteren Anlenkung des Seilwirbels angehängt ist, nicht auf den oberen Teil des Seilwirbels und damit auf den Rest des Seiles übertragen kann. Auf diese Weise kann ein Verdrillen des Auf hängseiles zuverlässig vermieden werden. Grundsätzlich kann die Leitung der Innenkellystange als eine Hohlleitung, etwa ein Schlauch oder ein Rohr oder als ein Kabel zum Leiten von elektrischem Strom oder von Daten ausgebildet sein. Besonders zweckmäßig ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass als eine Leitung ein axialer Hohlraum der Innenkellystange vor gesehen ist, welcher zum Durchleiten eines Fluides ausgebildet ist. Das Fluid kann dabei insbesondere eine Spülflüssigkeit oder eine Betonsuspension sein. Am unte ren Ende der Innenkellystange kann ein Anschlussbereich vorgesehen sein, mit wel chem ein Leitungsanschluss zu einem am unteren Ende der Innenkellystange ange brachten Bodenbearbeitungswerkzeuges, insbesondere eines Bohrwerkzeuges, er möglicht ist.

Weiterhin ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung bevorzugt, dass als eine Leitung an der Innenkellystange ein Kabel vorgesehen ist, welches zum Leiten von Strom und/oder Daten ausgebildet ist. Das Kabel kann dabei als eine zusätzliche Leitung entlang des axialen Hohlraumes der Innenkellystange geführt sein. Bei ei nem Leiten von Strom oder Daten ist die Drehdurchführung alleine oder zusätzlich mit entsprechenden Kontaktringen an den beiden Anschlussabschnitten ausgebildet, welche während einer Drehbewegung einen reibenden Kontakt zur Strom- oder Da tenübertragung sicherstellt.

Weiterhin umfasst die Erfindung ein Bohrgerät, insbesondere ein Erdbohrgerät, mit einem Bohrantrieb, wobei die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Kellystangenan- ordnung vorgesehen ist. Der Bohrantrieb ist dabei vorzugsweise ringartig mit einem Durchgang ausgebildet, durch welchen die Außenkellystange der Kellystangenanord- nung hindurchgeführt ist. Der ringförmige Drehantrieb weist dabei ein ringförmiges An triebsrad auf, welches an seiner Innenseite mit Antriebsvorsprüngen versehen ist. Die se wirken zur Drehmomentübertragung in bekannter Weise mit axialen Antriebsleisten an der Außenseite der Außenkellystange zusammen.

Grundsätzlich kann in einer einfachen Ausführung der Kellystangenanordnung ledig lich eine Außenkellystange und eine Innenkellystange vorgesehen sein. Zwischen der Außenkellystange und der Innenkellystange können jedoch auch eine oder mehrere Zwischenkellystangenelemente angeordnet sein, wobei sich die entsprechende maxi male Teleskopierlänge der Kellystangenanordnung entsprechend vergrößert. Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass eine Steuerung für die Drehein richtung vorgesehen ist und dass ein Drehaufnehmer zum Bestimmen einer Drehzahl und/oder einer Drehrichtung zumindest der Innenkellystange vorgesehen ist, welcher mit der Steuerung in Signalverbindung steht. Durch die Steuerung kann die Drehein richtung und damit der Antriebsmotor stets so angesteuert werden, dass der obere zweite Anschlussabschnitt der Drehdurchführung möglichst relativ zu der drehenden Innenkellystange fest steht.

Besonders bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass die Drehein richtung durch die Steuereinrichtung gesteuert angetrieben ist, so dass der zweite An schlussabschnitt der Drehdurchführung gegengleich zu einer Drehbewegung der In nenkellystange angetrieben und synchronisiert ist. Es erfolgt also eine exakte Kom pensation der Drehbewegung der Innenkellystange, so dass durch die gegengleiche Drehbewegung durch die Dreheinrichtung ein gewünschter Stillstand des zweiten An schlussabschnittes mit der Zuführleitung erreicht wird, welche grundsätzlich ebenfalls eine Fluidleitung und/oder ein Kabel sein kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bodenbearbeitung, welches insbesondere mit dem zuvor beschriebenen Bohrgerät ausgeführt werden kann, ist dadurch gekenn zeichnet, dass eine Dreheinrichtung zum aktiven Verdrehen des zweiten Anschlussab schnittes relativ zum ersten Anschlussabschnitt vorgesehen ist, wobei der zweite An schlussabschnitt gegengleich zu einer Drehbewegung der Innenkellystange betrieben wird.

Mit dem Verfahren kann so ein völliger oder weitgehender Stillstand des zweiten An schlussabschnittes, an welchem die obere Zuführleitung angebracht ist, relativ zu dem drehenden ersten Anschlussabschnitt an der Innenkellystange erreicht werden, ohne dass aufwendige mechanische Abstützungen notwendig sind oder dass die Gefahr eines Verdrillens des Tragseils oder ein Umwickeln der Zuführleitung um das Tragseil gegeben ist.

Das Verfahren wird dabei mit der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Kellystan- genanordnung durchgeführt.

Eine besonders genaue Abstimmung der Drehbewegung kann nach einer Weiterbil dung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass die Dreheinrichtung abhängig von der Drehzahl der Innenkellystange oder des Bohrantriebs betrieben wird. Eine Dreh zahleinstellung des Bohrantriebs kann als Vorgabe unmittelbar für die Dreheinrichtung genutzt werden. Alternativ kann die Drehzahl der Innenkellystange oder des Bohran triebs von einem Drehaufnehmer erfasst und zum Steuern der Dreheinrichtung ver wendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wei ter beschrieben, welches schematisch in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Bohrgerätes mit einer erfindungsgemäßen Kel- lystangenanordnung;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Kellystangenanordnung in einem teilweise aus gefahrenen Zustand;

Fig. 3 die Kellystangenanordnung von Fig. 2 in einem eingefahrenen Zustand, und

Fig. 4 eine vergrößerte Teilquerschnittsdarstellung eines oberen Bereiches der erfindungsgemäßen Kellystangenanordnung.

Ein Bohrgerät 10 gemäß Fig. 1 umfasst ein Raupenfahrwerk als Unterwagen 12, auf welchem drehbar ein Oberwagen 14 gelagert ist. An dem Oberwagen 14 ist ein im Wesentlichen vertikaler Mast 20 schwenkbar angelenkt und mittels einer Stellanord nung 18 mit Hydraulikzylindern hinsichtlich einer Mastneigung verstellbar. An einem oberen Ende des Mastes 20 ist ein Mastkopf 22 angebracht, über welchen ein Tragseil 30 bis zu einer Winde 16 am Oberwagen 14 geführt ist.

Mittels einer Seilaufhängung 60 ist an dem Tragseil 30 eine erfindungsgemäße Kel lystangenanordnung 40 angehängt. Die Kellystangenanordnung 40 ist in grundsätzlich bekannter Weise durch einen ringförmigen Bohrantrieb 24 hindurchgeführt, welcher auch als Kraftdrehkopf bezeichnet wird und an einem Schlitten 25 vertikal verfahrbar entlang einer Führung an einer Vorderseite des Mastes 20 gelagert ist. An einem unte ren Ende der Kellystangenanordnung 40 ist ein Bodenbearbeitungswerkzeug 26 an gebracht, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Bohreimer mit unteren Abtragszähnen ausgeführt ist. Über die Winde 16 und das Tragseil 30 kann in grund- sätzlich bekannter Weise die Kellystangenanordnung 40 relativ zum Bohrantrieb 24 in vertikaler Richtung verfahren werden.

Die erfindungsgemäße Kellystangenanordnung 40 ermöglicht das Aufhängen eines Bodenbearbeitungswerkzeuges 26 an einem Seil bei gleichzeitiger Möglichkeit der Übertragung eines Drehmomentes von dem Bohrantrieb 24 auf das Bodenbearbei tungswerkzeug 26.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kellystangenanordnung 40 wird näher im Zu sammenhang mit den Figuren 2 bis 4 erläutert. Die Darstellung von Fig. 3 ist dabei um 90° gedreht zu den Darstellungen zu den Figuren 2 und 4.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kellystangenanordnung 40 eine Außenkellystange 42 mit äußeren Antriebsleisten 46, eine Innenkellystange 50 mit äu ßeren Antriebsleisten 53 und eine dazwischenliegende Zwischenkellystange 48 mit äußeren Antriebsleisten 49 auf. Die Außenkellystange 42, die Zwischenkellystange 48 und die Innenkellystange 50 sind jeweils zueinander axial verschiebbar, wobei über nicht dargestellte axiale innere Antriebsleisten das Drehmoment jeweils in grundsätz lich bekannter Weise von der Außenkellystange 42 auf die Zwischenkellystange 48 und von dieser auf die Innenkellystange 50 unabhängig von der jeweiligen axialen Stellposition übertragen werden kann. Weiterhin können an den einzelnen Stangen elementen Verriegelungstaschen vorgesehen sein, so dass in einem verriegelten Zu stand über die Kellystangenanordnung 40 auch in gewissem Umfang Axialkräfte über tragen werden können.

An einem oberen Bereich der Außenkellystange 42 ist ein hülsenförmiger Auflageab schnitt 44 mit einer radialen Auflagefläche vorgesehen, mit welchem die Außenkel lystange 42 und damit die Kellystangenanordnung 40 insgesamt auf dem Bohrantrieb 24 aufgesetzt werden kann.

Die Kellystangenanordnung 40 insgesamt ist über die Innenkellystange 50 über eine Seilaufhängung 60 an dem Tragseil 30 aufgehängt.

An ihrem unteren Endbereich 54 ist eine ringförmige Auflageplatte 57 angeordnet, auf welche die Außenkellystange 42 und die Zwischenkellystange 48 in dem eingefahre nen Zustand gemäß Fig. 3 aufgesetzt sind. Weiterhin ist am unteren Endbereich 54 der Innenkellystange 50 eine Verbindungseinrichtung 58 zum lösbaren Befestigen des Bodenbearbeitungswerkzeuges 26 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies ein Vierkantabschnitt mit einer quergerichteten Bohrung zur Aufnahme eines Verriegelungsbolzens. Weiterhin kann am unteren Endbereich 54 der Innenkellystange 50 eine Dämpfungseinrichtung 56 vorgesehen sein, wie dies in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist. Die Dämpfungseinrichtung 56 kann zum Abdämpfen von axialen Schlä gen beim Ein- und Austeleskopieren der Kellystangenanordnung 40 oder beim Aufset zen des Bodenbearbeitungswerkzeuges 26 auf dem Boden dienen.

An ihrem oberen Endbereich 52 ist die Innenkellystange 50 und damit die Kellystan genanordnung 40 insgesamt an dem Tragseil 30 mittels der Seilaufhängung 60 aufge hängt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist, wie insbesondere aus Fig. 4 zu ersehen ist, das Tragseil 30 mit einem Seilauge 63 versehen, welches über einen quergerichteten Flaltebolzen 61 mit einem oberen Anlenkbereich 62 der Seilaufhän gung 60 verbunden ist. Ein unterer Anlenkbereich 64 der Seilaufhängung 60 ist über einen Verbindungsbolzen 67 und ein Verbindungsstück 65 mit der Innenkellystange 50 verbunden. Zwischen dem oberen Anlenkbereich 62 und dem unteren Anlenkbereich 64 der Seilaufhängung 60 ist ein Drehgelenk zum Bilden eines Seilwirbels 66 ange ordnet. Das Drehgelenk erlaubt eine Drehung um die Seillängsachse zwischen dem oberen Anlenkbereich 62 und dem unteren Anlenkbereich 64, um ein Verdrillen des Tragseils 30 bei einem rotierenden Antrieb der Bohrgestängeanordnung 40 zu verhin dern.

An dem oberen Endbereich 54 der Innenkellystange 50 ist stark schematisiert eine Drehdurchführung 70 mit einem unteren ersten Anschlussabschnitt 72 und einem obe ren zweiten Anschlussabschnitt 74 angeordnet. Die Innenkellystange 50 ist drehfest mit dem unteren ersten Anschlussabschnitt 72 verbunden, während der obere zweite Anschlussabschnitt 74 fest mit dem Verbindungsstück 65 und der Seilaufhängung 60 verbunden ist. Der erste Anschlussabschnitt 72 und der zweite Anschlussabschnitt 74 der Drehdurchführung 70 sind drehbar zueinander gelagert und bilden eine Leitungs verbindung.

Dabei ist stark schematisiert eine obere Zuführleitung 36 vorgesehen, welche insbe sondere von dem Bohrgerät 10 und insbesondere dem Oberwagen 14 von oberhalb der Kellystangenanordnung 40 zugeführt ist. Die Drehdurchführung 70 bildet dabei eine Leitungsverbindung zu einer Leitung 55 an der Innenkellystange 50. Die Leitung 55 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Fluidleitung im Hohlraum 51 der rohrförmigen Innenkellystange 50 ausgebildet. Die Zuführleitung 36 kann dabei ebenfalls ein Fluid zuführen und, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel angedeutet ist, ebenso eine Stromzuführung für eine erfindungsgemäße Dreheinrichtung 80 mit einem Antriebsmotor 82 bilden. Dabei ist der Antriebsmotor 82 an dem oberen zweiten Anschlussabschnitt 74 der Drehdurchführung 70 angeordnet und kann diesen relativ gegenüber dem unteren ersten Anschlussabschnitt 72 verdrehen. Hierzu kann eine Zahnradanordnung vorgesehen sein.

Durch die erfindungsgemäße Drehdurchführung 70 mit Dreheinrichtung 80 kann auch ohne eine feste Abstützung des oberen zweiten Anschlussabschnittes 74 insbesonde re durch ein gesteuertes gegengleiches Antreiben des Antriebsmotors 82 ein Stillstand des oberen zweiten Anschlussabschnittes 74 mit der Zuführleitung 36 sichergestellt werden, auch wenn die Innenkellystange 50 mit dem unteren ersten Anschlussab schnitt 72 der Drehdurchführung 70 drehend angetrieben wird.

Die erfindungsgemäße Kellystangenanordnung 40 mit der Dreheinrichtung 80 stellt somit eine zuverlässige Funktionsweise der Drehdurchführung 70 sicher, selbst wenn die Kellystangenanordnung 40 ganz austeleskopiert ist und sich die Seilaufhängung 60 mit der Drehdurchführung 70 und der Dreheinrichtung 80 an einem unteren Bereich der Zwischenkellystange 48 befindet.