DE20000913U1 - Getriebehebewerk - Google Patents

Description

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Getriebehebewerk Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Getriebehebewerk, inbesondere für eine Bohranlage, um eine Last, wie zum Beispiel einen Bohrstrang, vertikal verfahren zu können.

Hebewerke werden benötigt, um eine Last, üblicherweise den Bohrstrang oder eine Rohrtour, vertikal verfahren zu können, um diese in das Bohrloch einzubringen oder auszubauen. Die Last ist üblicherweise an einer Unterflasche befestigt und wird von einem Seil, das über einen Flaschenzug läuft und auf einer Hebewerkstrommel aufgespult wird, bewegt. Bei konventionellen Hebewerken wirkt ein elektrischer oder mechanischer Antrieb über ein Kettengetriebe auf diese Hebewerks- oder Seiltrommel, um die Last zu heben. Der Senkvorgang wird durch das Eigengewicht der Last angetrieben und über eine auf der Trommelwelle montierte Bandbremse, die so genannte Freifallwinde, gesteuert. Im Antriebswellenbereich befindet sich eine weitere Bremse in Form einer Feststellbremse, meist mit einer Luftkissenkupplung oder Lamellenkupplung verbunden. Darüber hinaus verfügen fast alle Hebewerke über eine weitere Wasserwirbel- oder Wirbelstrombremse, die über eine Zahnkupplung auf die Trommelwelle wirkt. Nachteil dieser Hebewerke nach dem Stand der Technik ist der hohe Verschleiß, insbesondere der Bandbremse, die hohe Unfallgefahr bei Versagen dieser Bandbremse sowie dem kosten- und wartungsintensiven Aufbau.

Aufgabe der Erfindung ist es die Sicherheit bei Hebewerken zu erhöhen, eine höhere Bediener- und Wartungsfreundlichkeit zu erzielen sowie die Umwelt, insbesondere vor Lärm und erhöhtem Energieverbrauch zu schützen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Getriebehebewerk besteht aus einem Antriebsmotor, mindestens einem Getriebe, einer Seiltrommel sowie

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mindestens einer Schaltkupplung und mindestens einer Kupplung, wobei diese zwischen dem Antriebsmotor und Getriebe und/oder zwischen Seiltrommel und Getriebe angeordnet ist sowie einer Scheiben- oder Lamellenbremse, die als Halte- und/oder Sicherheitsbremse eingesetzt wird. Die elektrischen Antriebsmotoren sind mit einer Vier-Quadranten-Steuerungseinheit verbunden.

Statt der früher notwendigen Brandbremse als Betriebsbremse wird mittels der Vier-Quadranten-Steuerung der Elektromotoren das Hebewerk regenerativ gebremst. Dies bedeutet weniger Verschleiß, Energieverbrauch und Platzbedarf. Darüber hinaus wird die Umwelt durch das laute Quietschen, hervorgerufen durch die bislang notwendige Bandbremse, entlastet. Der einfache Aufbau des Hebewerkes ist vorteilhaft hinsichtlich der Wartung und Bedienung und kostengünstig durch den Einsatz von Standardkomponenten. Weitere Kosten können eingespart werden, dadurch dass ein bisher aufwändiges und kompliziertes Getriebe nun nicht mehr notwendig ist, da das Bremsen überwiegend durch die Antriebsmotoren erfolgt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Getriebe aus einem zweistufigen Stirnradgetriebe besteht. Das Stirnradgetriebe kann gleichzeitig als Tragkomponente für die Seiltrommel dienen. Darüber hinaus ist es möglich, insbesondere in Verbindung mit dem Einsatz von formschlüssigen Bogenzahnkupplungen, die Möglichkeit zu schaffen, die sonst üblichen Schalt- und Bremsstufen zu verlegen, und zwar in die Elektromotorenantriebs- oder Zwischenstufen. Dadurch erübrigen sich die sonst üblichen hohen Schaltkupplungsdrehmomente. Es können standardmäßige und kostengünstigere Schaltkupplungen, Bremsen und Lagerungen eingesetzt werden. Stirnradgetriebe haben des Weiteren den Vorteil, dass die Schrägverzahnungen eine hohe Zahnbruchfestigkeit aufweisen. Durch den Einsatz neuer E-Motore und eines ausgewählten "Stufensprunges" für ein zweistufiges Stirnradgetriebe kann ein Arbeitsbereich abgedeckt werden, der bei den bisherigen Hebewerken nur durch dreistufige Getriebe abgedeckt werden konnte.

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Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Getriebehebewerkes sieht vor, dass die Kupplung zwischen der Seiltrommel und dem Getriebe als Bogenzahnkupplung ausgeführt ist. Durch den Einsatz von Bogenzahnkupplungen können Seiltrommeln verschiedener Hersteller ohne großen Änderungsaufwand in das Hebewerk eingebaut werden. Die Durchbiegung der Trommelwelle stellt keine zusätzliche Lagerbelastung für die Getriebeabtriebswelle dar. Darüber hinaus ist kein exaktes Ausrichten der einzelnen Wellen zueinander notwendig. Dies stellt einen nicht zu vernachlässigenden Vorteil bei eventuell notwendigen Reparaturen oder Austausch von Seiltrommeln auf einer Bohranlage dar. Die bevorzugten Bogenzahnkupplungen übernehmen mit ihrer kardanischen Eigenschaft die Maschinenbewegungen bei wechselnden, hohen, periodischen Hub- und Bremsbelastungen eines Hebewerkes. Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass die Hebewerksrahmen günstiger gestaltet werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Halte- oder Sicherheitsbremse auf der Zwischenwelle in der ersten Getriebestufe angeordnet. Durch diese Anordnung wird auf die Halte- und/oder Sicherheitsbremse lediglich in etwa ein Viertel des Trommelabtriebmomentes übertragen. Da jedoch das zu übertragende Moment der preis- und bauraumbestimmende Faktor ist, ergibt sich ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Lösung nach dem Stand der Technik. Der Einsatz einer Scheibenbremse reduziert erheblich den Bremsbelagverschleiß sowie den Wartungsaufwand.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Elektromotoren und das Getriebe mittels Gelenkwellen oder Bogenzahnkupplungen verbunden. Dabei werden vorzugsweise für die Übertragung des Antriebsmomentes von den Antriebsmotoren zur Befestigung der Gelenkwelle oder der Kupplungen Konusspannelemente verwendet. Diese stellen eine sichere und zugleich montagefreundliche Verbindung dar.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Schaltkupplungen und / oder der Bremse außerhalb des Getriebes bzw. Getriebegehäuses. Durch diese Außenbauweise sind insbesondere Wartungsarbeiten sowie Reparaturarbeiten leichter und kostengünstiger durchzuführen.

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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Getriebe eine Wirbelstrombremse angeordnet ist, wobei diese, vorzugsweise auf der Achse angeordnet ist, mit der das Getriebe mit der Seiltrommel verbunden ist. Hierdurch kann auf einfache Weise eine weitere Bremseinrichtung angeordnet werden, die unabhängig von den anderen Bremseinrichtungen wirken kann.

Eine besonders vorteilhafte Variante sieht vor, an der Seiltrommelachse ein weiteres Getriebe anzuordnen, das mit einem weiteren elektrischen Antriebsmotor verbunden ist. Dies ist besonders vorteilhaft dadurch, dass bei erforderlicher höherer Leistung Hebewerke mit zwei oder weiteren Antriebsaggregaten gekoppelt werden können und damit dem Hebewerk eine wesentlich höhere Leistung zur Verfügung steht. Das Getriebe des zweiten Antriebes dient gleichzeitig als Tragkomponente für die Seiltrommel.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine Aufsicht eines Getriebehebewerkes, Figur 2 ein Längsschnitt durch ein modular aufgebautes Hebewerk, Figur 3 den Schnitt A/B der Figur 2.

In Figur 1 ist auf dem Träger des Getriebehebewerkes ein Antriebsmotor 1 angeordnet. Dieser Motor kann mit Gleichstrom oder Drehstrom betrieben werden. Die Antriebswelle des Motors 1 ist mittels einer Bogenzahnkupplung 2 mit dem Getriebe 7 verbunden. An die gleiche Welle kann mittels Anschluss 4 eine Nachlassvorrichtung angeschlossen werden, die durch eine kleine Übersetzung ein ganz langsames Abwicklen des Seiles 13 von der Seiltrommel 9 ermöglicht. Zwischen dem Anschluss 4 für eine Nachlassvorrichtung und dem Getriebe 7 ist eine Schaltkupplung 3 angeordnet. Diese Schaltkupplung wird für den ersten Getriebegang benutzt und kann als Zuschaltmöglichkeit für die Nachlaßvorrichtung dienen. Eine weitere Schaltkupplung 3 ist auf der Zwischenwelle 14 angeordnet und dient der Schaltung des zweiten Getriebeganges. Auf der gegenüber liegenden Seite des Getriebes 7 ist die Halte- und/oder Sicherheitsbremse 5, in diesem Fall eine Scheibenbremse, angeordnet. Des Weiteren ist auf dem Träger 11

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die Seiltrommel 9 angeordnet, deren Trommelachse 12 in zwei Lagern 15 gehalten wird. Zwischen der Seiltrommel 9 und dem Getriebe 7 ist eine weitere Bogenzahnkuppiung 8 angeordnet, die die Wellen der Getriebeachse sowie der Seiltrommelachse 12 formschlüssig miteinander verbinden. In der Verlängerung der Seiltrommelachse 12 kann auf der anderen Seite des Getriebes 7 an den Anschluss 6 eine Wirbelstrombremse auf einfache Weise angeflanscht werden.

Figur 2 stellt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Getriebehebewerk dar. Dabei ist gut zu erkennen, dass die Getriebeachse 16 mittels der Bogenzahnkuppiung 8 mit der Achse 12 der Seiltrommel 9 verbunden ist. Des Weiteren ist das auf die Seiltrommel 9 aufgetrommelte Seil 13 zu erkennen. Hinter der Bogenzahnkuppiung 8 ist die Schaltkupplung 3 angeordnet, die auf der Zwischenwelle (nicht dargestellt) des Getriebes 7 sitzt und der gegenüber die hinter dem Anschluss 6 der Wirbelstrombremse angeordnete Halte- und/oder Sicherheitsbremse 5 erkennen lässt. Die einzelnen Aggregate diese Getriebehebewerkmodules sind auf einem Träger 11 angeordnet, der das gesamte Hebewerkmodul leicht transportierbar macht. Die Seiltrommelachse 12 ist in zwei Lagern 15 gehalten. Im Bereich des Anschlusses 10 kann eine weitere Antriebseinheit, das heißt, ein weiteres Getriebe und ein mit diesem Getriebe verbundener Antriebsmotor, angeschlossen werden. Dadurch ist in einfacher Weise gewährleistet, dass eine erhöhte Leistung in Modulbauweise durch mehrere Antriebseinheiten bereit gestellt werden kann.

In der Figur 3 ist ein Querschnitt entlang der Schnittfläche A/B dargestellt. Zu erkennen ist die Zwischenwelle 14 sowie der Anschluss 4 für die Nachlassvorrichtung und der Anschluss 6 für die Wirbelstrombremse, der gleichzeitig das Ende der Getriebeachse 16 beziehungsweise Seiltrommelachse 12 darstellt. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebehebewerk erfolgt eine Betriebsbremsung mittels der nicht dargestellten Wirbelstrombremse und der Vier-Quadranten-Steuerungseinheit, indem die kinetische Energie des Systems über die als Generatoren geschalteten Antriebsmotoren und die Stromrichter in elektrische Energie umgewandelt und in das elektrische Versorgungsnetz der Bohranlage eingespeist wird. Die maximale Bremsleistung ist dabei ungefähr

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gleich der maximalen Antriebsleistung des Hebewerkes. Die Bremsung erfolgt bis in den Stillstand. Da die Energieaufnahme der Motoren im Stillstand aus thermischen Gründen begrenzt werden muss, übernimmt nach einigen Sekunden Stillstandszeit die Scheibenbremse 5 die Last und die Motoren werden stromlos geschaltet. Bei dem Anfahrvorgang aus dieser Position heraus, bauen zunächst die Antriebsmotoren das benötigte Lasthaltemoment auf, bevor die Scheibenbremse wieder gelöst wird.

Die Wirbelstrombremse, die in diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, die aber an den Anschluss 6 angeflanscht werden kann, weist aufgrund ihres Wirkprinzips ein drehzahlproportionales Bremsmoment auf. Sie wird, abhängig von der Ausgangsdrehzahl, ebenfalls als Betriebsbremse eingesetzt. Ihre Steuerung erfolgt letztendlich ebenfalls über die Vier-Quadranten-Steuerungseinheit. Im Gegensatz zu den Hebewerkssteuerungen nach dem Stand der Technik bleibt die Wirbelstrombremse bei dem Nachlassen der Last beziehungsweise des Bohrstranges immer im Eingriff.

Die Scheibenbremse 5 ist als Sicherheitsbremse mit federbelasteten Bremskolben (nicht dargestellt) ausgeführt. Ein an das Hebewerk angebautes Hydraulikaggregat erzeugt den zum Lösen der Kolben benötigten Hydraulikdruck. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Bremsscheibe mit einem Außendurchmesser von 80 cm direkt auf der Zwischenwelle 14 montiert. Alternativ kann jedoch auch eine mehrstufige Lamellenbremse eingesetzt werden, die, wie die Scheibenbremse, pneumatische oder hydraulich betätigt werden kann.

Während des normalen Betriebes wird die Bremse als Lastehalte- und Feststellbremse verwendet. Der Bremsbelagsverschleiß ist daher sehr gering.

Das maximale Bremsmoment ist so dimensioniert, dass die Bremse in einer Notsituation das Hebewerk sicher anhalten kann. Im Gegensatz zu Bandbremsen konventioneller Hebewerke ist das Bremsmoment der Scheibenbremse praktisch nicht verschleißabhängig. Darüber hinaus wird durch den Einsatz der Scheibenbremse das bei Bandbremsen häufig

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auftretende Bremsquietschen vermieden, da im normalen Betrieb nur mit den Antriebsmotoren und der Wirbelstrombremse in diesem Ausführungsbeispiel verzögert wird.

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Bezugszeichenliste

I Gleichstrom- oder Drehstrommotor 2 Bogenzahnkupplung

3 Schaltkupplung

4 Anschluss für Nachlassvorrichtung

5 Halte- und/oder Sicherheitsbremse

6 Anschluss für Wirbelstrombremse 7 Getriebe

8 Bogenzahnkupplung

9 Seiltrommel

10 Anschluss für weitere Antriebseinheit

I1 Träger des Getriebewerkes 12 Seiltrommelachse

13 Seil

14 Zwischenwelle

15 Lager

16 Getriebeachse

Claims (8)

1. Getriebehebewerk, bestehend aus mindestens einem elektrischen Antriebsmotor (1), mindestens einem Getriebe (7), einer Seiltrommel (9), mindestens einer Schaltkupplung (3) und mindestens einer Kupplung (8), wobei diese zwischen dem Antriebsmotor (1) und Getriebe (7) und/oder zwischen Seiltrommel (9) und Getriebe (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Getriebe (7) als Halte- und/oder Sicherheitsbremse eine Scheiben- oder Lamellenbremse (5) angeordnet ist und der oder die Antriebsmotoren mit einer Vierquadranten-Steuerungseinheit verbunden sind.

2. Getriebehebewerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (7) aus einem zweistufigen Stirnradgetriebe besteht.

3. Getriebehebewerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (8) zwischen Seiltrommel (9) und Getriebe (7) als Bogenzahnkupplung ausgeführt ist.

4. Getriebehebewerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halte- und/oder Sicherheitsbremse auf der Zwischenwelle in der ersten Getriebestufe angeordnet ist.

5. Getriebehebewerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplungen (3) und oder die Bremse (5) außen an dem Getriebe (7) angeordnet ist.

6. Getriebehebewerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmotor (1) und Getriebe (7) verbindende Gelenkwelle Konus-Spannelemente zur die Befestigung der Gelenkwelle aufweist.

7. Getriebehebewerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Getriebe (7), vorzugsweise axial zur Antriebsmotorachse, eine Nachlaßvorrichtung für einen Schleichgang angekuppelt ist.

8. Getriebehebewerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Achsabschnitt (12) der Seiltrommel, der sich auf der dem Getriebe (7) entgegengesetzten Seite befindet, ein weiteres Getriebe, welches mit einem weiteren Antriebsmotor verbunden ist, angeordnet ist.