专利名称：用于钻杆的旋转驱动组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于钻杆(drill rod)的旋转驱动组件，该钻杆具有 外管和在该外管内至少某些区段中(in sections)延伸的内杆，尤其是用 于双头钻进和/或叠加钻进。这种类型的旋转驱动组件包括第 一 齿轮单元和至少 一 个第二齿 轮单元，该第一齿轮单元具有至少一个第一驱动单元用于以旋转的 方式驱动内杆，该至少一个第二齿轮单元设置成与所述第一齿轮单 元在该钻杆的纵向上偏移且具有至少一个第二驱动单元用于以旋转 的方式驱动该外管。
背景技术：
用于双头钻进装置的旋转驱动组件是已知的，其具有在钻杆纵 向上一个接一个地设置的两个齿轮单元，在这种情况下，这些齿轮 单元中的一个用于内杆的旋转^t喿作而另 一个用于钻杆的外管的旋转 操作。为了驱动这两个齿轮单元，在两个相关联齿轮外壳上各安装 一个液压驱动单元，其中每个齿轮单元的驱动轴直接连接到相关联 的驱动单元上。然而，这种驱动组件在钻杆的方向上可能具有比较大的构造长致。考虑到实现尽可能大的利用长度(即，钻杆的插入深度)， 一般目 标为使构造长度尽可能地短。从DE 197 04 263 Cl与DE 100 05 475 Al中知道了其它的旋转驱 动组件。这些驱动组件具有共用的驱动单元，该共用驱动单元的扭矩分布于外管与内管的不同旋转方向上。在这些已知的组件中，通 常存在外管的旋转速度与内杆的旋转速度的强制同步。发明内容本发明的目的在于提供一种旋转驱动组件，其可用于很多种应 用同时仍确保较高的可靠性且其特别地具有非常短的构造长度。根据本发明，这个目的通过一种用于钻杆的旋转驱动组件来解 决，其中，该钻杆具有外管和在该外管内部至少某些区段中延伸的内杆，特别用于双头钻进或叠加钻进，该旋转驱动组件包括第一 齿轮单元，该第一齿轮羊元具有至少一个第一驱动单元，用于以旋 转的方式驱动该内杆；以及第二齿轮单元，该第二齿轮单元与该第 一齿轮单元在该钻杆的纵向上偏移且具有至少一个第二驱动单元， 用于以旋转的方式驱动该外管。该第二驱动单元与第二齿轮单元间 隔且第二驱动单元邻近第一驱动单元而设置于第一齿轮单元上。 优选实施例在从属权利要求中陈述。本发明的基本思路可通过以下事实来理解用于外管的驱动单 元并不直接提供于用于外管的齿轮单元上而是这个驱动单元设置于 用于内杆的后齿轮单元的区域中，该用于内杆的后齿轮单元相对于 用于外管的齿轮单元在与钻进方向相反的方向上向后偏移。因此，减小了在最靠近钻孔的第二齿轮单元的区域中驱动机构所需的空 间，这对于操作安全性与可靠性而言可以是有利的。特别地，用于 外管的驱动单元可通过设置与两个齿轮单元之间的中部空间间隔， 使得这些齿轮单元可能非常靠近彼此定位，且可实现特别小的构造 长度和因此特别大的插入深度。另外，本发明允许驱动单元的操作 线，尤其是液压管线和可能提供的控制阀的特别简单且紧凑的安装， 这是因为这些管线和阀可以在第一后齿轮单元的区域中结合。由于这样一个事实根据本发明，采用独立的驱动单元用于外 管与内杆，因此外管与内杆可能以非常通用的方式(versatile way)彼此独立地操作。更具体说来，外管的旋转速度f口/或扭矩可相对于内杆改变，且可以特别简单的方式^f吏其在相同方向与相反方向上操作。这对于将要设置到第一齿轮单元的外壳上的第一驱动单元和/或 第二驱动单元而言特别有利，这允许非常容易地安装这两个驱动单元。为了确保易于接触这些驱动单元，有利的是，至少在某种程度 上将它们设置在外壳的外部上。另外，根据本发明，非常有利的是，第一驱动单元和/或第二驱 动单元设置在背向第二齿轮单元的第一齿轮单元的后侧上。利用这 种在第一齿轮单元上在后面的设置，从钻进方向来看，其位于后面， 即，其背向钻孔，非常便于接触这些驱动单元且特别地无需卸下任 何齿轮单元，这例如对于驱动单元的维护而言可以是有利的。再者，这种设置允许非常紧凑的构造^:计，而且尤其允许非常短的构造长度。对于从用于外管的第二驱动单元到第二齿轮单元的特别简单且 可靠的力的传递(transmission of force)而言，有利的是，为了第二齿 轮单元的操作，提供至少一个驱动轴，该至少一个驱动轴从第二驱 动单元延伸到第二齿轮单元。特别地，为了实现非常紧凑的构造设 计，驱动轴适当地至少在某些区段平行于钻杆延伸。最好，第二齿 轮单元的传动小齿轮(例如，其可被设计为正齿轮(spur gear))设置于 该驱动轴上。如果提供多个第二驱动单元用于外管，那么适当地在 这些驱动单元中的每一个上设置轴杆，其具有用于第二齿轮单元的 传动小齿轮，从钻进方向来看，传动小齿轮设置在前方。最适当地， 所有这些轴彼此平行延伸。该马区动轴可纟皮设计成例如刚性轴或万向 轴(cardan shaft》如果两个齿轮单元具有不同的变速(transmission),这两个齿轮单 元优选地设计成正齿轮，则将驱动轴设计成万向轴可以是非常有利 的。特別地，在这种情况下，这两个齿4仑单元的传动小齿^r到钻进 轴线可具有不同的距离。在这里，使用万向轴可能补偿传动小齿轮到钻进轴线的不同中心距并且以到钻进轴线相同的中心距来设置用 于内杆的第 一驱动单元和用于外管的第二驱动单元。对于特别紧凑的构造设计而言，有利地，第一齿轮单元的外壳 具有凹口，用于第二齿轮单元的驱动轴穿过该凹口延伸。提供了 一种非常经济的旋转驱动组件，这是因为第 一驱动单元 与第二驱动单元具有至少大约相同的构造设计。在这种情况下，仅需要单一类型的驱动单元保持备用，以用于旋转驱动组件的生产和 维修。另外，特别有利的是，第二驱动单元的数目高于第一驱动单元 的数目。更具体说来，可提供两个第二驱动单元和一个第一驱动单 元。因此，可能向外管供应比向内管供应更高的旋转速度，特别是 更高的扭矩，从而可能达成非常好的钻进过程。如果提供三个驱动单元，那么第一驱动单元适当地位于两个第 二驱动单元之间。在这种情况下，居中地设置的驱动单元驱动内杆的齿轮单元，而两个外部驱动单元被分配给外管的齿轮单元。提供了 一种旋转驱动组件，其具有非常简单且同时可靠的构造，这是因为第一齿轮单元和/或第二齿轮单元具有正齿轮。正齿轮可具有单级或多级设计。最适当地，在第 一齿轮单元的输出轴上提供用于内杆的联轴器(coupling)且在第二齿轮单元的输出轴上提供用于外管的联轴器。此外，有利地，尤其是对于在制造和维护中所涉及的工作，这 两个齿轮单元具有至少大约相同的变速。如果提供两个齿轮单元的 相同的变速，那么用于外管的第二驱动单元的数目适当地高于用于 内杆的第一驱动单元的数目和/或至少一个第二驱动单元的尺寸具有 高于至少一个第一驱动单元的性能，这是因为外管常常需要比内杆 更高的扭矩。最适当地，驱动单元各具有纟皮il计成液压电动机的驱动电动沖几。 特别地，驱动单元中至少 一个的驱动电动机可具有被设计成例如行星齿轮的减速齿轮。根据本发明的另外优选实施例，驱动单元有利地被设置在绕钻 杆和/或钻进轴线延伸的弧形上，优选地在圆弧上。关于力的吸收， 这可被证明是非常有利的，即，特别是在提供多于两个驱动单元的 情况下。这在如果驱动单元具有至少大约相同的外部尺寸的情况下 是特别有利的。这样，可能以非常简单的方式实现驱动单元的弧状 设置。另外，根据本发明，有利的是，提供支承板，这些驱动单元被 设置在支承板上。这个支承板适当地垂直于钻进轴线(即，钻杆的纵 向轴线)延伸。特别地，支承板可构成第一齿轮单元的齿轮外壳的一 部分(例如，背板)。对于特别紧凑的外部尺寸而言，有利的是，第一齿轮单元的外 壳和/或第二齿轮单元的外壳以盒子型方式形成。另外，根据本发明，优选地是，第一齿轮单元的外壳与第二齿 轮单元的外壳在钻杆的纵向上间隔。通过这种配置，可特别优选地 在两个齿轮单元之间形成自由空间，该自由空间允许从外部接触内 杆和/或允许用于内杆的适配器装置。这种自由空间可能使在第一齿 轮单元上安装或卸下内杆特别容易。对于非常抗扭曲的设置而言，有利地的是，提供至少一个支柱， 该至少一个支柱将第一齿轮单元的外壳与第二齿轮单元的外壳相 连。本发明的另一优选实施例在于两个齿轮单元可相对于彼此在钻 杆的纵向上移位的事实。举例-说来，可使这些齿轮单元彼此相反移 位，以便安装和/或卸下钻杆。也可在钻进期间使这两个齿轮单元彼 此相反移位，这可导致内杆的4目应相对运动，该内杆相对于外管以 轴向地固定的方式设置于第一驱动单元上，而该外管以轴向地固定 的方式设置于第二驱动单元上。因此，获得非常通用的旋转驱动組 件。如果两个齿轮单元可相对于彼此移位，则有利的是，驱动轴具 有扭矩固定的滑动座用于在齿轮单元相对移位期间改变其长度。这 种滑动座允许驱动轴长度的改变，且因此补偿在第二驱动单元与第 二齿轮单元之间移位期间所发生的距离变化，该第二驱动单元以固 定的方式设置于第一齿轮单元上。对于扭矩传递而言，滑动座可具 有(例如)花键轴轮廓。对于两个齿轮单元相对于彼此的主动相对移位(active relative displacement),例如，可提供至少一个直线驱动装置，特别是液压缸。 有利地，这种驱动装置被设置于两个齿轮单元之间的区域中的至少 某些区段中。在另一优选实施例中，该直线驱动装置至少在背向第 二齿轮单元的第一齿轮单元的后侧上的某些区段中延伸。为了实现在某些土壤地质中非常好的钻进过程，特别有利的是， 提供用于钻杆的冲击单元，通过该冲击单元，特别是内杆可以打击 的方式操作。最好，沖击单元被提供于背向第二齿轮单元的第一齿 轮单元的后侧上。 '根据本发明的旋转驱动组件非常适于双头钻进和/或叠加钻进。操作。最适当地，外管被设计成在其端部设有钻头的钻管。该内杆 适当地在端部设有螺旋钻和(特别地)剥土部分。本发明还包括用于产生钻孔，尤其是在土壤中产生钻孔的方法，该钻杆具有外管和在该外管内部至少某些区段中延伸的内杆。因此， 结合根据本发明的装置，所述的优势也可实施于方法中。
在下文中，通过在附图中示意显示的优选实施例来更详细地描 述本发明，在附图中图1显示了根据本发明的旋转驱动组件的实施例的侧视图；图2显示了图1的旋转驱动组件的后视图；图3显示了图1的旋转驱动组件的正视图； 以及图4显示了图1的旋转驱动组件的顶视图，其安装有钻杆和钻管。
具体实施方式
在所有附图中，具有相同功能的元件用相同的附图标记来表示。 在图1至图4中显示了根据本发明的旋转驱动组件的实施例。 该旋转驱动组件具有第一齿轮单元10和第二齿轮单元20,该第一齿 轮单元IO用于以旋转的方式操作在图4中所描绘的内杆1 ，且该第 二齿轮单元20用于以旋转的方式操作在图4中所描绘的外管2,在 这种情况下，外管2同轴地包围内杆1。两个齿轮单元10、 20被设 计成正齿轮。两个齿轮单元10、 20以偏移的方式设置于钻进轴线41的方向 上，该钻进轴线41在纵向并居中地穿过内杆1和外管2延伸。第一 齿轮单元10具有盒状外壳13且第二齿轮单元20具有盒状外壳23。 两个外壳13、 23通过支柱32、 32'保持一定距离，支柱32、 32'平行 于钻进轴线41延伸且在其端部设置于外壳13、 23中各自的外壳上。在面向钻杆并且从钻进方向来看设置于前方的第二齿轮单元20 的正面，提供用于内杆1的第一适配器联轴器16和用于外管2的第 二适配器联轴器26。被设计成多边形轮廓的用于内杆1的第一适配 器联轴器16在其端部设置于轴杆15上，轴杆15穿过第二适配器联 轴器26以及带有其外壳23的齿轮单元20延伸且被引导到第一齿轮 单元10上，通过轴杆15，该第一齿轮单元10可以旋转的方式进行 操作。在两个齿轮单元10、 20的两个沿轴向偏移的外壳13、 23之 间形成自由空间43,该自由空间43允许4妄触在两个齿轮单元10、 20 之间的轴杆15。用于外管2的第二适配器联轴器26同轴地包围轴杆 15且具有夹爪27以便以旋转固定的方式紧固外管2。为了以旋转的方式操作用于内杆1的齿轮单元10，提供了驱动单元11。为了以旋转的方式操作用于外管2的第二齿轮单元20，提 供了两个驱动单元21、 21'。所有三个驱动单元ll、 21、 21'以大体上 相同的方式构造，基本上具有相同的性能且被设计为液压旋转驱动 装置。所有三个驱动单元ll、 21、 21'被设置于第一齿轮的外壳13上背 向用于外管2的第二齿轮单元20的第一齿轮单元10的后侧。在第 一齿轮单元13后侧，第一齿轮单元10的外壳13具有垂直于钻进轴 线41延伸的支承板17,且驱动单元11、 21、 21'凸缘连接(flange)到 该支承板17上。如从图2可以理解，特别地，大体上相同构造的驱 动单元11、 21和21'设置于绕钻进轴线41延伸的圆上。这里，在用 于外管2的两个驱动单元21与21'之间的中间提供用于内杆1的驱动 单元11。对于在用于外管2的驱动单元21、 21'与第二齿轮单元20之间的 扭矩传递，在驱动单元21、 21'上提供各自的驱动轴28、 28'。驱动轴 28、 28'平行于钻进轴线41延伸且从驱动单元21、 21'延伸穿过在外 壳13中的各自的凹口并穿过自由空间43到达在前部的第二齿轮单 元20。这里，传动小齿轮被设置于驱动轴28、 28'(其在图中看不到) 上且可通过驱动轴28、 28'来操作第二齿轮单元20。第一驱动单元ll 同样具有在图中看不到的驱动轴。同样，小齿轮被设置于用于操作 第一齿轮单元10的这个驱动轴上。在背向第二齿轮单元20的第一齿轮单元10的后侧上，提供外 壳延伸部分，该外壳延伸部分具有至少一个支座位置用于轴杆15或 替代地用于沖击单元49,通过该沖击单元49，轴杆15和因此的内 杆1可以打击的方式在钻进轴线41的方向上操作。此外，在第一齿 轮单元10的后侧上，提供两个液压缸52、 52',其从外壳13向后且 平行于钻进轴线41延伸。这些釭52、 52'可用于内杆1相对于外管2 的轴向移位。特别地，利用这些缸，例如，可在轴向上移位用于轴杆15和/或内4干1的固定支座。在另一实施例中，液压缸52、 52'可用于两个齿4仑单元10、 20相对于4皮此的轴向移位。
权利要求
1.一种用于钻杆的旋转驱动组件，所述钻杆具有外管和在所述外管内部至少某些区段中延伸的内杆，特别用于双头钻进或叠加钻进，所述旋转驱动组件包括-第一齿轮单元，所述第一齿轮单元具有至少一个第一驱动单元，用于以旋转的方式驱动所述内杆，以及-第二齿轮单元，所述第二齿轮单元与所述第一齿轮单元在所述钻杆的纵向上偏移且具有至少一个第二驱动单元，用于以旋转的方式驱动所述外管，其中，-所述第二驱动单元与所述第二齿轮单元间隔，以及-所述第二驱动单元邻近所述第一驱动单元而设置于所述第一齿轮单元上。
2. 根据权利要求1所述的旋转驱动组件，其特征在于， -所述第一驱动单元与所述第二驱动单元设置于所述第一齿轮单元的外壳上，和/或-所述第一驱动单元与所述第二驱动单元设置于背向所述第二齿 轮单元的所述第一齿轮单元的后侧上。
3. 根据权利要求1所述的旋转驱动组件，其特征在于， 为了所述第二齿轮单元的操作，提供至少一个驱动轴，特别是第二驱动单元延伸到所述第二齿轮单元。
4. 根据权利要求3所述的旋转驱动组件，其特征在于， 所述第一齿轮单元的外壳具有凹口 ，用于所述第二齿轮单元的所述驱动轴穿过所述凹口延伸。
5. 根据权利要求1所述的旋转驱动组件，其特征在于， 所述第二驱动单元的数目高于所述第一驱动单元的数目，优选地提供两个第二驱动单元和特别地设置于所述两个第二驱动单元之 间的一个第一驱动单元。
6. 根据权利要求1所述的S走转驱动组件，其特征在于，-至少所述第一齿轮单元或所述第二齿轮单元具有正齿轮，以及 -所述两个齿轮单元具有至少大约相同的变速。
7. 根据权利要求1所述的44转驱动组件，其特征在于， -所述驱动单元被设置于绕所述钻杆延伸的弧形上，和/或 -提供支承板，所述驱动单元设置于所述支承板上。
8. 根据权利要求1所述的旋转驱动组件，其特征在于， -至少所述第一齿轮单元的外壳或所述第二齿轮单元的外壳以盒子型方式形成，-所述第一齿轮单元的所述外壳与所述第二齿轮单元的所述外壳 在所述钻杆的所述纵向上间隔，和/或-提供至少一个支柱，所述支柱将所述第一齿轮单元的所述外壳 与所述第二齿轮单元的所述外壳相连。
9. 根据权利要求1所述的旋转驱动组件，其特征在于，位，以及-所述驱动轴优选地具有扭矩固定的滑动座，用于在所述齿轮单 元的相对移位期间改变其长度。
10. —种用于产生钻孔的方法，其中，通过根据前述权利要求中 任一项所述的旋转驱动组件使钻杆旋转并在轴向上移位，所述钻杆 具有外管和在所述外管内部至少某些区段延伸的内杆。
全文摘要
本发明涉及一种用于钻杆的旋转驱动组件，该钻杆具有外管和在该外管内至少某些区段延伸的内杆，该旋转驱动组件包括第一齿轮单元和第二齿轮单元，该第一齿轮单元具有至少一个第一驱动单元用于以旋转的方式驱动该内杆，该第二齿轮单元与所述第一齿轮单元在该钻杆的纵向上偏移且具有至少一个第二驱动单元用于以旋转的方式驱动该外管。根据本发明，使该第二驱动单元与该第二齿轮单元间隔且使该第二驱动单元邻近该第一驱动单元而设置于该第一齿轮单元上。
文档编号E21B3/02GK101235704SQ20071030021
公开日2008年8月6日 申请日期2007年12月13日 优先权日2006年12月18日
发明者A·皮科维斯基, H·尤尔霍夫 申请人:欧洲钻机有限责任公司