EP0866210A2 - Method for operating a tool and apparatus for transmission of rotary torque and speed of rotation of a drive unit to that tool - Google Patents

Method for operating a tool and apparatus for transmission of rotary torque and speed of rotation of a drive unit to that tool Download PDF

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EP0866210A2
EP0866210A2 EP98104400A EP98104400A EP0866210A2 EP 0866210 A2 EP0866210 A2 EP 0866210A2 EP 98104400 A EP98104400 A EP 98104400A EP 98104400 A EP98104400 A EP 98104400A EP 0866210 A2 EP0866210 A2 EP 0866210A2
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EP
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hydraulic
gripper
torque
head
speed
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EP98104400A
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German (de)
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EP0866210A3 (en
EP0866210B1 (en
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Hans Haberer
Leonhard Weixler
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Bauer Spezialtiefbau GmbH
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Publication of EP0866210A3 publication Critical patent/EP0866210A3/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C3/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith and intended primarily for transmitting lifting forces to loose materials; Grabs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B11/00—Other drilling tools
    • E21B11/04—Boring grabs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B31/00—Fishing for or freeing objects in boreholes or wells
    • E21B31/12—Grappling tools, e.g. tongs or grabs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a Work module, in particular a hydraulic gripper, which when drilling a borehole with a power turret and a drill pipe to remove obstacles, for example of rock, boulders etc. becomes.
  • a gripper tool for example a hydraulic gripper, which with an additional device for the gripper tool is operated.
  • the additional device must be provided at the borehole will.
  • the invention has for its object to provide a method for operating a work module, such as a hydraulic gripper, and a device which make drilling and removing obstacles in a borehole extremely efficient in terms of equipment and in terms of time and costs.
  • a work module such as a hydraulic gripper
  • the task is procedurally characterized by the features of the claim 1 and device-wise by the features of the claim 6 solved.
  • An essential basic idea of the invention is to use a tool that is designed in this way is that mechanical quantities, namely torque M and speed n, for example a turret with drill pipe, optionally and for a definable period of time in converts hydraulic power.
  • any hydraulically actuated module can be used as the work module Unit or device or tool can be used.
  • Method and device is the transfer of Torque and speed of a rotary head with a Kelly rod viewed in a hydraulic gripper as a work module. Speed and torque of the Kelly bar are with an additional work tool on the hydraulic gripper transfer.
  • the work equipment is designed in this way and arranged between the drill pipe and hydraulic gripper, that speed and torque by changing the direction of rotation is converted into hydraulic power. This hydraulic Performance is at least the hydraulic gripper to exercise another function.
  • the supply of the locking cylinders of the hydraulic gripper is essential with hydraulic fluid using a Hydraulic pump driven by the drill pipe becomes.
  • the hydraulic head which is connected to the drill pipe, the rotary movements the drill pipe onto the work module, e.g. on the Hydraulic gripper, transmits.
  • the open gripper blades can be placed on the bottom of the borehole be turned into the ground.
  • the hydraulic head has Gearbox on which the speed of the drill string around increases a factor i and at the same time the torque of the Drill pipe reduced by the same factor.
  • a freewheel is arranged for the transmission and the hydraulic pump, which is a speed transfer into the hydraulic pump allows in a first direction of rotation, but in the opposite direction of rotation locks.
  • Grab blades in a direction of rotation of the drill pipe be turned into the ground.
  • the hydraulic pump is driven in the direction of rotation and hydraulic cylinder of the work module actuated, in which Hydraulic fluid from the hydraulic pump into the hydraulic cylinder is promoted.
  • a directional valve is provided to open the gripper blades, which has a toggle function to reverse the Hydraulic fluid flow is assigned.
  • the work module or the hydraulic gripper with rock etc. is filled, it is attached to the drill pipe promoted the surface. It is advantageous if the hydraulic gripper pulled against a stop on the power turret can be. This is due to the tractive forces exerted Directional control valve switched accordingly and the rotary movement of the Drill pipe in hydraulic energy to open the grab buckets transformed.
  • the working means according to the invention between an aggregate, whose torque and speed is transmitted, for example a power turret, and a work module, for example a drilling gripper module, is for hydraulic consumers in the broadest sense.
  • a work module for example a drilling gripper module
  • Gripper module or hydraulic gripper can also be hydraulic driven pumps, hammer mechanisms or motors via a rotary drive with circumferential and contact pressure and moved hydraulically by changing the direction of rotation, be pivoted, for example.
  • Fig. 1 shows a hydraulic head 3, which as a working medium hydraulic power from over a drill pipe 2 mechanical quantities led to a borehole bottom, the Torque M and the speed n of the drill string 2, generated.
  • the drill pipe 2 is non-rotatable with a power turret (not shown), which represents an aggregate 2, its torque M and speed n transferred and in hydraulic Power to be converted, connected.
  • the hydraulic head 3 has a rotationally fixed with a coupling piece of the drill pipe 2 connected head cover 21st on which there is a head housing via a bearing unit 31 17 connects. With the rotating head housing 17 are connected a gear 7, a freewheel 11 and one Hydraulic pump 9, which are surrounded by the head housing 17.
  • a switch housing 15, which has a switching element on the bottom, e.g. a spring-biased switch cam 16 and surrounds the head housing 17 to which it is connected in a rotationally fixed manner is via a work module 5 (see FIGS. 4 and 5), which stands on a borehole bottom (not shown), held non-rotatably.
  • the transmission 7 which for example can be designed as a planetary gear, and having a gear ratio i reduces the input torque M by 1 / i times and increases the input speed n by the same factor i.
  • the transmission output shaft 23 drives via a clutch 13 a drive shaft 24 of the freewheel 11, which at the first Direction of rotation torque M and speed n unaffected via a clutch 14 to a drive shaft of the hydraulic pump 9 passes on.
  • the hydraulic pump 9 sucks out a hydraulic fluid a tank 27 and transmits speed and torque in volume flow and pressure.
  • the hydraulic fluid is on the High-pressure side of the hydraulic pump 9 via a hydraulic line 18 to a valve 20, for example a 4/2-way valve to the hydraulic consumer, in this case to hydraulic cylinders 6 of the hydraulic gripper 5 (see FIG. 4 and 5) directed.
  • a hydraulic return line 19 and the directional control valve 20 is guided back into the tank 27.
  • a second and opposite direction of rotation Direction of rotation of the drill pipe 2 can rotate on the work module 5 are transmitted when the freewheel 11 in the second direction of rotation is blocked, i.e. a freewheel inner part 12 and one rigidly connected to the head housing 17 Freewheel outer ring 10 are coupled together.
  • An output shaft 25 of the freewheel 11 can with respect to the Head housing 17 no longer exercise relative rotation, whereby the transmission output shaft 23 with 1 / i-fold drill pipe torque is held. Speed and torque transmitted to the head housing 17 via the gear housing 7, which is rotatably connected to the switch housing 15 is.
  • the work module 5 firmly connected to the switch housing 15 is now with the torque and speed of the drill string 2 driven so that in this second direction of rotation the open gripper blades 4 (see FIGS. 4 and 5) in the bottom of a borehole can be rotated.
  • Switch housing 15 with spring-loaded switching cam 16 offers the possibility of two different flow directions to realize the hydraulic fluid without the work module, for example a hydraulic gripper, and the hydraulic head 3 from a borehole for switching purposes must be transported out.
  • the two different ones Directions of hydraulic fluid are reached when an additional load on the Hydraulic head 3 can be abandoned.
  • the switch housing 15 is provided with a spring device 16 and enables Relative movements to the drill pipe 2, which for Circuit of the directional valve 20 can be used.
  • the Switching of the directional valve 20 as a function of a load is apparent from Fig. 2. In this position the hydraulic gripper 5 (not shown) on the The bottom of the borehole and the drill pipe 2 will be loaded the switch housing 15 is exerted, whereby the directional control valve 20 switched and the direction of flow of the hydraulic fluid is turned over.
  • Fig. 3 shows a further switching state.
  • tensile forces act on the switch housing 15, which compared to the state of FIGS. 1 and 2 up to a cover-side stop 33 towards the bottom of the borehole is adjusted.
  • This adjustment comes from the spring device 16 out.
  • Hydraulic actuation of the hydraulic cylinders 6, of which only one cylinder is shown is done when the switch housing 15 and with this the work module 5 against a stop, for example pulling the turret (not shown), so that with simultaneous rotation of the drill pipe in Direction of rotation 2 the gripper blades 4 opened hydraulically will.
  • a particularly simple variant of the Hydraulic head without switching housing 16 may be formed. It is then only a direction of flow of the hydraulic fluid possible. A second possibility would then exist therein, the work module 5 outside the borehole, for example by manual adjustment.
  • FIGS. 1 to 3 show a preferred embodiment Device for transmitting the rotational energy of a Power rotary head using drill pipe 2 in a hydraulic gripper 5. Training and arrangement of the hydraulic head 3 corresponds to FIGS. 1 to 3. The same features were with provided identical reference numerals.
  • Fig. 5 shows a second variant of an inventive Device with drilling gripper module 5, 3.
  • the hydraulic head 3 is only shown in outline. Below the hydraulic head 3 are the hydraulic cylinders 6 in axial extension arranged.
  • the hydraulic gripper 5 with its gripper blades 4 is also shown in the open position. 5 illustrates the non-rotatable arrangement of the hydraulic gripper 5 on the hydraulic head 3.

Abstract

This patent concerns downhole power transmission, e.g. to a hydraulic jaws assembly, with both drive and control through the drillstring. The new unit drives a working module (5) through an assembly (2) (drillstring) transmitting torque and speed (hereafter: rotation). A drive unit (3) transmits power to a working module. At intervals, on alteration of a direction of rotation, hydraulic power is produced and transmitted to the drive unit. This carries out a further function.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Arbeitsmoduls, insbesondere eines Hydraulikgreifers, welcher beim Abbohren eines Bohrloches mit einem Kraftdrehkopf und einem Bohrgestänge zur Beseitigung von Hindernissen, beispielsweise von Felsgestein, Findlingen etc., eingesetzt wird.The invention relates to a method for operating a Work module, in particular a hydraulic gripper, which when drilling a borehole with a power turret and a drill pipe to remove obstacles, for example of rock, boulders etc. becomes.

Bisher ist es üblich, beim Auftreffen des Bohrgestänges auf ein Hindernis ein Spezialgerät einzusetzen, durch welches das Hindernis entfernt wird. In der Regel wird ein Greiferwerkzeug, beispielsweise ein Hydraulikgreifer, eingesetzt, welches mit einem zusätzlichen Gerät zum Greiferwerkzeug betrieben wird.So far it has been common to hit the drill pipe on an obstacle to using a special device through which the obstacle is removed. Usually a gripper tool, for example a hydraulic gripper, which with an additional device for the gripper tool is operated.

Das zusätzliche Gerät muß am Bohrloch bereitgestellt werden.The additional device must be provided at the borehole will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Arbeitsmoduls, beispielsweise eines Hydraulikgreifers, und eine Vorrichtung zu schaffen, welche ein Abbohren und das Beseitigen von Hindernissen in einem Bohrloch in gerätetechnischer Hinsicht und bezogen auf den Zeit- und Kostenaufwand außerordentlich effizient gestalten. The invention has for its object to provide a method for operating a work module, such as a hydraulic gripper, and a device which make drilling and removing obstacles in a borehole extremely efficient in terms of equipment and in terms of time and costs.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.The task is procedurally characterized by the features of the claim 1 and device-wise by the features of the claim 6 solved.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen sowie in der Figurenbeschreibung enthalten.Advantageous and expedient configurations are in the Subclaims and included in the description of the figures.

Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ein Arbeitsmittel einzusetzen, welches derart ausgebildet ist, daß mechanische Größen, nämlich Drehmoment M und Drehzahl n, beispielsweise eines Kraftdrehkopfes mit Bohrgestänge, wahlweise und für eine vorgebbare Zeitdauer in hydraulische Leistung umwandelt. Die hydraulische Leistung wird auf ein Arbeitsmodul, beispielsweise auf einen Hydraulikgreifer, mit Hilfe einer Hydraulikleitung übertragen, wozu das Arbeitsmodul mit dem Arbeitsmittel verbunden wird.An essential basic idea of the invention is to use a tool that is designed in this way is that mechanical quantities, namely torque M and speed n, for example a turret with drill pipe, optionally and for a definable period of time in converts hydraulic power. The hydraulic performance a work module, for example a hydraulic gripper, transmitted using a hydraulic line, what the work module is connected to the work equipment.

Grundsätzlich kann als Arbeitsmodul jedes hydraulisch betätigbare Aggregat oder Gerät bzw. Werkzeug eingesetzt werden. Als bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung wird die Übertragung von Drehmoment und Drehzahl eines Kraftdrehkopfes mit einer Kellystange in einen Hydraulikgreifer als Arbeitsmodul betrachtet. Drehzahl und Drehmoment der Kellystange werden über ein zusätzliches Arbeitsmittel auf den Hydraulikgreifer übertragen. Das Arbeitsmittel ist derart ausgebildet und zwischen Bohrgestänge und Hydraulikgreifer angeordnet, daß Drehzahl und Drehmoment durch Änderung der Drehrichtung in hydraulische Leistung umgewandelt wird. Diese hydraulische Leistung wird dem Hydraulikgreifer zur Ausübung wenigstens einer weiteren Funktion zugeführt.Basically, any hydraulically actuated module can be used as the work module Unit or device or tool can be used. As a preferred application of the invention Method and device is the transfer of Torque and speed of a rotary head with a Kelly rod viewed in a hydraulic gripper as a work module. Speed and torque of the Kelly bar are with an additional work tool on the hydraulic gripper transfer. The work equipment is designed in this way and arranged between the drill pipe and hydraulic gripper, that speed and torque by changing the direction of rotation is converted into hydraulic power. This hydraulic Performance is at least the hydraulic gripper to exercise another function.

Wesentlich ist die Versorgung der Schließzylinder des Hydraulikgreifers mit Hydraulikflüssigkeit mit Hilfe einer Hydraulikpumpe, welche von dem Bohrgestänge angetrieben wird. Gleichzeitig ist vorgesehen, daß der Hydraulikkopf, welcher mit dem Bohrgestänge verbunden ist, die Drehbewegungen des Bohrgestänges auf das Arbeitsmodul, z.B. auf den Hydraulikgreifer, überträgt. Nach dem Absenken des Greifers auf die Bohrlochsohle können die geöffneten Greiferschaufeln in den Boden gedreht werden.The supply of the locking cylinders of the hydraulic gripper is essential with hydraulic fluid using a Hydraulic pump driven by the drill pipe becomes. At the same time, it is provided that the hydraulic head, which is connected to the drill pipe, the rotary movements the drill pipe onto the work module, e.g. on the Hydraulic gripper, transmits. After lowering the gripper The open gripper blades can be placed on the bottom of the borehole be turned into the ground.

In einer bevorzugten Ausbildung weist der Hydraulikkopf ein Getriebe auf, welches die Drehzahl des Bohrgestänges um einen Faktor i erhöht und gleichzeitig das Drehmoment des Bohrgestänges um den gleichen Faktor reduziert. Zwischen dem Getriebe und der Hydraulikpumpe ist ein Freilauf angeordnet, welcher eine Drehzahlübertragung in die Hydraulikpumpe in einer ersten Drehrichtung zuläßt, jedoch in der entgegengesetzten Drehrichtung sperrt. Nach dem Absenken des Hydraulikgreifers auf die Bohrlochsohle können die geöffneten Greiferschaufeln in einer Drehrichtung des Bohrgestänges in den Boden gedreht werden. In der entgegengesetzten Drehrichtung wird die Hydraulikpumpe angetrieben und Hydraulikzylinder des Arbeitsmoduls betätigt, in denen Hydraulikflüssigkeit von der Hydraulikpumpe in die Hydraulikzylinder gefördert wird.In a preferred embodiment, the hydraulic head has Gearbox on which the speed of the drill string around increases a factor i and at the same time the torque of the Drill pipe reduced by the same factor. Between a freewheel is arranged for the transmission and the hydraulic pump, which is a speed transfer into the hydraulic pump allows in a first direction of rotation, but in the opposite direction of rotation locks. After lowering of the hydraulic gripper on the bottom of the borehole can be opened Grab blades in a direction of rotation of the drill pipe be turned into the ground. In the opposite The hydraulic pump is driven in the direction of rotation and hydraulic cylinder of the work module actuated, in which Hydraulic fluid from the hydraulic pump into the hydraulic cylinder is promoted.

Zur Öffnung der Greiferschaufeln ist ein Wegeventil vorgesehen, welchem eine Umschaltfunktion zur Umkehrung des Hydraulikflüssigkeitsstroms zugeordnet ist.A directional valve is provided to open the gripper blades, which has a toggle function to reverse the Hydraulic fluid flow is assigned.

Zweckmäßigerweise werden Zug- und Druckkräfte, welche von dem Bohrgestänge auf den Hydraulikgreifer ausgeübt werden, zum Umschalten des Wegeventils genutzt. In einer vorteilhaften Ausbildung ist eine federvorgespannte Schaltnocke an einem Schaltgehäuse vorgesehen, über welches eine axiale Verschiebung zwischen Bohrgestänge und Arbeitsmodul erfolgt. Expedient tensile and compressive forces, which of the drill pipe is exerted on the hydraulic gripper, used to switch the directional valve. In an advantageous Training is based on a spring-loaded cam a switch housing is provided, via which an axial There is a shift between the drill pipe and the work module.

Wenn das Arbeitsmodul bzw. der Hydraulikgreifer mit Felsgestein u.ä. gefüllt ist, wird er über das Bohrgestänge an die Oberfläche befördert. Es ist vorteilhaft, wenn der Hydraulikgreifer gegen einen Anschlag am Kraftdrehkopf gezogen werden kann. Durch die ausgeübten Zugkräfte wird das Wegeventil entsprechend geschaltet und die Drehbewegung des Bohrgestänges in hydraulische Energie zum Öffnen der Greiferschaufeln umgewandelt.If the work module or the hydraulic gripper with rock etc. is filled, it is attached to the drill pipe promoted the surface. It is advantageous if the hydraulic gripper pulled against a stop on the power turret can be. This is due to the tractive forces exerted Directional control valve switched accordingly and the rotary movement of the Drill pipe in hydraulic energy to open the grab buckets transformed.

Das erfindungsgemäße Arbeitsmittel zwischen einem Aggregat, dessen Drehmoment und Drehzahl übertragen wird, beispielsweise einen Kraftdrehkopf, und einem Arbeitsmodul, beispielsweise einem Bohrgreifermodul, ist für Hydraulikverbraucher im weitesten Sinne einzusetzen. Neben dem bevorzugten Greifermodul oder Hydraulikgreifer können auch hydraulisch angetriebene Pumpen, Schlagwerke oder Motoren über einen Drehantrieb mit Umfangs- und Andruckskraft drehbewegt und durch Änderung der Drehrichtung hydraulisch bewegt, beispielsweise verschwenkt werden.The working means according to the invention between an aggregate, whose torque and speed is transmitted, for example a power turret, and a work module, for example a drilling gripper module, is for hydraulic consumers in the broadest sense. In addition to the preferred Gripper module or hydraulic gripper can also be hydraulic driven pumps, hammer mechanisms or motors via a rotary drive with circumferential and contact pressure and moved hydraulically by changing the direction of rotation, be pivoted, for example.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung weiter erläutert; in dieser zeigen

Fig. 1
einen Hydraulikkopf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Übertragung von Drehmoment und Drehzahl eines Kraftdrehkopfes mit Bohrgestänge in ein Arbeitsmittel;
Fig. 2 und 3
den Hydraulikkopf nach Fig. 1 in unterschiedlichen Schaltzuständen;
Fig. 4
eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Hydraulikgreifer als Arbeitsmodul und koaxial zu einem Hydraulikkopf angeordneten Hydraulikzylindern und
Fig. 5
eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Hydraulikgreifer als Arbeitsmodul und mit in einer axialen Verlängerung eines Hydraulikkopfes angeordneten Hydraulikzylindern.
The invention is explained below with reference to a drawing; in this show
Fig. 1
a hydraulic head of a device according to the invention for transmitting torque and speed of a rotary power head with drill pipe in a working medium;
2 and 3
the hydraulic head of Figure 1 in different switching states.
Fig. 4
an inventive device with a hydraulic gripper as a work module and arranged coaxially to a hydraulic head hydraulic cylinders and
Fig. 5
a device according to the invention with a hydraulic gripper as a work module and with hydraulic cylinders arranged in an axial extension of a hydraulic head.

Fig. 1 zeigt einen Hydraulikkopf 3, welcher als ein Arbeitsmittel hydraulische Leistung aus über ein Bohrgestänge 2 zu einer Bohrlochsohle geführten mechanischen Größen, dem Drehmoments M und der Drehzahl n des Bohrgestänges 2, erzeugt. Das Bohrgestänge 2 ist drehfest mit einem Kraftdrehkopf (nicht dargestellt), welcher ein Aggregat 2 darstellt, dessen Drehmoment M und Drehzahl n übertragen und in hydraulische Leistung umgewandelt werden soll, verbunden.Fig. 1 shows a hydraulic head 3, which as a working medium hydraulic power from over a drill pipe 2 mechanical quantities led to a borehole bottom, the Torque M and the speed n of the drill string 2, generated. The drill pipe 2 is non-rotatable with a power turret (not shown), which represents an aggregate 2, its torque M and speed n transferred and in hydraulic Power to be converted, connected.

Der Hydraulikkopf 3 weist einen drehfest mit einem Kupplungsstück des Bohrgestänges 2 verbundenen Kopfdeckel 21 auf, an welchen sich über eine Lagereinheit 31 ein Kopfgehäuse 17 anschließt. Mit dem drehbeweglichen Kopfgehäuse 17 verbunden sind ein Getriebe 7, ein Freilauf 11 und eine Hydraulikpumpe 9, welche vom Kopfgehäuse 17 umgeben werden. Ein Schaltgehäuse 15, welches bodenseitig ein Schaltelement, z.B. eine federvorgespannte Schaltnocke 16, aufweist und das Kopfgehäus 17 umgibt, mit dem es drehfest verbunden ist, wird über ein Arbeitsmodul 5 (siehe Fig. 4 und 5), welches auf einer Bohrlochsohle (nicht dargestellt) steht, drehfest gehalten.The hydraulic head 3 has a rotationally fixed with a coupling piece of the drill pipe 2 connected head cover 21st on which there is a head housing via a bearing unit 31 17 connects. With the rotating head housing 17 are connected a gear 7, a freewheel 11 and one Hydraulic pump 9, which are surrounded by the head housing 17. A switch housing 15, which has a switching element on the bottom, e.g. a spring-biased switch cam 16 and surrounds the head housing 17 to which it is connected in a rotationally fixed manner is via a work module 5 (see FIGS. 4 and 5), which stands on a borehole bottom (not shown), held non-rotatably.

In einer ersten Drehrichtung wird die Rotationsbewegung des Bohrgestänges 2 von dem Kopfdeckel 21 auf eine Getriebeantriebswelle 22 übertragen. Das Getriebe 7, welches beispielsweise als ein Planetengetriebe ausgebildet sein kann, und eine Übersetzung i aufweist, reduziert das Eingangsdrehmoment M um das 1/i-fache und erhöht die Eingangsdrehzahl n um den gleichen Faktor i. In a first direction of rotation, the rotational movement of the Drill pipe 2 from the head cover 21 on a gear drive shaft 22 transmitted. The transmission 7, which for example can be designed as a planetary gear, and having a gear ratio i reduces the input torque M by 1 / i times and increases the input speed n by the same factor i.

Die Getriebeabtriebswelle 23 treibt über eine Kupplung 13 eine Antriebswelle 24 des Freilaufs 11, welcher bei der ersten Drehrichtung Drehmoment M und Drehzahl n unbeeinflußt über eine Kupplung 14 auf eine Antriebswelle der Hydraulikpumpe 9 weitergibt.The transmission output shaft 23 drives via a clutch 13 a drive shaft 24 of the freewheel 11, which at the first Direction of rotation torque M and speed n unaffected via a clutch 14 to a drive shaft of the hydraulic pump 9 passes on.

Die Hydraulikpumpe 9 saugt eine Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 27 und überträgt Drehzahl und Drehmoment in Volumenstrom und Druck. Die Hydraulikflüssigkeit wird auf der Hochdruckseite der Hydraulikpumpe 9 über eine Hydraulikleitung 18 zu einem Ventil 20, beispielsweise einem 4/2-Wegeventil zu dem Hydraulikverbraucher, in diesem Falle zu Hydraulikzylindern 6 des Hydraulikgreifers 5 (siehe Fig. 4 und 5) geleitet. Von dem Hydraulikverbraucher 6 wird die Hydraulikflüssigkeit über eine Hydraulikrückleitung 19 und das Wegeventil 20 zurück in den Tank 27 geführt.The hydraulic pump 9 sucks out a hydraulic fluid a tank 27 and transmits speed and torque in volume flow and pressure. The hydraulic fluid is on the High-pressure side of the hydraulic pump 9 via a hydraulic line 18 to a valve 20, for example a 4/2-way valve to the hydraulic consumer, in this case to hydraulic cylinders 6 of the hydraulic gripper 5 (see FIG. 4 and 5) directed. From the hydraulic consumer 6 Hydraulic fluid via a hydraulic return line 19 and the directional control valve 20 is guided back into the tank 27.

Eine zweite und der ersten Drehrichtung entgegengesetzte Drehrichtung des Bohrgestänges 2 kann drehfest auf das Arbeitsmodul 5 übertragen werden, wenn der Freilauf 11 in der zweiten Drehrichtung gesperrt ist, d.h. ein Freilaufinnenteil 12 und ein mit dem Kopfgehäuse 17 starr verbundener Freilaufaußenring 10 miteinander gekoppelt sind.A second and opposite direction of rotation Direction of rotation of the drill pipe 2 can rotate on the work module 5 are transmitted when the freewheel 11 in the second direction of rotation is blocked, i.e. a freewheel inner part 12 and one rigidly connected to the head housing 17 Freewheel outer ring 10 are coupled together.

Eine Abtriebswelle 25 des Freilaufs 11 kann gegenüber dem Kopfgehäuse 17 keine Relativdrehung mehr ausüben, wodurch die Getriebeabtriebswelle 23 mit 1/i-fachen Bohrgestänge-Drehmoment festgehalten wird. Drehzahl und Drehmoment werden über das Getriebegehäuse 7 auf das Kopfgehäuse 17 übertragen, welches drehfest mit dem Schaltgehäuse 15 verbunden ist.An output shaft 25 of the freewheel 11 can with respect to the Head housing 17 no longer exercise relative rotation, whereby the transmission output shaft 23 with 1 / i-fold drill pipe torque is held. Speed and torque transmitted to the head housing 17 via the gear housing 7, which is rotatably connected to the switch housing 15 is.

Das mit dem Schaltgehäuse 15 fest verbundene Arbeitsmodul 5 wird nun mit dem Drehmoment und der Drehzahl des Bohrgestänges 2 angetrieben, so daß in dieser zweiten Drehrichtung die geöffneten Greiferschaufeln 4 (siehe Fig. 4 und 5) in den Boden eines Bohrlochs gedreht werden können.The work module 5 firmly connected to the switch housing 15 is now with the torque and speed of the drill string 2 driven so that in this second direction of rotation the open gripper blades 4 (see FIGS. 4 and 5) in the bottom of a borehole can be rotated.

Das Schaltgehäuse 15 mit federvorgespannter Schaltnocke 16 bietet die Möglichkeit, zwei verschiedene Volumenstromrichtungen der Hydraulikflüssigkeit zu realisieren, ohne daß das Arbeitsmodul, beispielsweise ein Hydraulikgreifer, sowie der Hydraulikkopf 3 aus einem Bohrloch zu Umschaltzwecken herausbefördert werden muß. Die zwei unterschiedlichen Richtungen der Hydraulikflüssigkeit werden erreicht, wenn über das Bohrgestänge 2 eine zusätzliche Auflast auf den Hydraulikkopf 3 aufgegeben werden kann. Das Schaltgehäuse 15 ist mit einer Federvorrichtung 16 versehen und ermöglicht Relativbewegungen zum Bohrgestänge 2, welche zur Schaltung des Wegeventils 20 ausgenutzt werden können. Die Schaltung des Wegeventils 20 in Abhängigkeit von einer Auflast geht aus Fig. 2 hervor. In dieser Stellung befindet sich der Hydraulikgreifer 5 (nicht dargestellt) auf der Bohrlochsohle und vom Bohrgestänge 2 wird eine Auflast auf das Schaltgehäuse 15 ausgeübt, wodurch das Wegeventil 20 umgeschaltet und die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit umgedreht wird.Switch housing 15 with spring-loaded switching cam 16 offers the possibility of two different flow directions to realize the hydraulic fluid without the work module, for example a hydraulic gripper, and the hydraulic head 3 from a borehole for switching purposes must be transported out. The two different ones Directions of hydraulic fluid are reached when an additional load on the Hydraulic head 3 can be abandoned. The switch housing 15 is provided with a spring device 16 and enables Relative movements to the drill pipe 2, which for Circuit of the directional valve 20 can be used. The Switching of the directional valve 20 as a function of a load is apparent from Fig. 2. In this position the hydraulic gripper 5 (not shown) on the The bottom of the borehole and the drill pipe 2 will be loaded the switch housing 15 is exerted, whereby the directional control valve 20 switched and the direction of flow of the hydraulic fluid is turned over.

Fig. 3 zeigt einen weiteren Schaltzustand. In diesem Schaltzustand wirken Zugkräfte auf das Schaltgehäuse 15, welches im Vergleich zum Zustand der Fig. 1 und 2 bis zu einem deckelseitigen Anschlag 33 in Richtung Bohrlochsohle verstellt wird. Diese Verstellung geht aus der Federvorrichtung 16 hervor. Eine hydraulische Betätigung der Hydraulikzylinder 6, von denen jeweils nur ein Zylinder dargestellt ist, erfolgt, wenn das Schaltgehäuse 15 und mit diesem das Arbeitsmodul 5 gegen einen Anschlag, beispielsweise am Kraftdrehkopf (nicht dargestellt) gezogen wird, so daß bei gleichzeitiger Drehung des Bohrgestänges in Drehrichtung 2 die Greiferschaufeln 4 hydraulisch geöffnet werden.Fig. 3 shows a further switching state. In this Switching state, tensile forces act on the switch housing 15, which compared to the state of FIGS. 1 and 2 up to a cover-side stop 33 towards the bottom of the borehole is adjusted. This adjustment comes from the spring device 16 out. Hydraulic actuation of the hydraulic cylinders 6, of which only one cylinder is shown is done when the switch housing 15 and with this the work module 5 against a stop, for example pulling the turret (not shown), so that with simultaneous rotation of the drill pipe in Direction of rotation 2 the gripper blades 4 opened hydraulically will.

Grundsätzlich kann eine besonders einfache Variante des Hydraulikkopfes ohne Schaltgehäuse 16 ausgebildet sein. Es ist dann lediglich eine Volumenstromrichtung der Hydraulikflüssigkeit möglich. Eine zweite Möglichkeit bestünde dann darin, das Arbeitsmodul 5 außerhalb des Bohrloches, beispielsweise durch Handverstellung, zu betätigen.Basically, a particularly simple variant of the Hydraulic head without switching housing 16 may be formed. It is then only a direction of flow of the hydraulic fluid possible. A second possibility would then exist therein, the work module 5 outside the borehole, for example by manual adjustment.

Fig. 4 zeigt in einer bevorzugten Ausbildungsvariante eine Vorrichtung zur Übertragung der Rotationsenergie eines Kraftdrehkopfes mittels Bohrgestänge 2 in einen Hydraulikgreifer 5. Ausbildung und Anordnung des Hydraulikkopfes 3 entspricht den Fig. 1 bis 3. Gleiche Merkmale wurden mit identischen Bezugszeichen versehen.4 shows a preferred embodiment Device for transmitting the rotational energy of a Power rotary head using drill pipe 2 in a hydraulic gripper 5. Training and arrangement of the hydraulic head 3 corresponds to FIGS. 1 to 3. The same features were with provided identical reference numerals.

Die Vorrichtung nach Fig. 4 weist koaxial zum Hydraulikkopf 3 angeordnete Hydraulikzylinder 6 auf, welche über Anlenkpunkte 32 die Greiferschaufeln 4 des Hydraulikgreifers 5 aus einer geschlossenen in die dargestellte geöffnete Stellung verstellen. In dieser geöffneten Stellung kann der Hydraulikgreifer 5 mit dem Hydraulikkopf 3 einer Drehbewegung unterworfen werden, welche der Drehbewegung des Bohrgestänges 2 entspricht. Über entsprechend ausgebildete endseitige Elemente 33 der Greiferschaufeln 4 dreht sich das auf eine Bohrlochsohle abgesenkte Bohrgreifermodul 5, 3 in den Boden, welcher zertrümmert und nachfolgend über die hydraulisch in Schließstellung gebrachten Greiferschaufeln 4 aus dem Bohrloch gefördert werden kann.4 has coaxial with the hydraulic head 3 arranged hydraulic cylinders 6, which have articulation points 32 the gripper blades 4 of the hydraulic gripper 5 from a closed to the open shown Adjust position. In this open position, the Hydraulic gripper 5 with the hydraulic head 3 of a rotary movement be subjected to the rotational movement of the drill pipe 2 corresponds. About appropriately trained end Elements 33 of the gripper blades 4 rotate drill gripper module 5, 3 in lowered onto a bottom of the borehole the ground, which smashes and then over the hydraulically brought into the closed position 4 can be extracted from the borehole.

Fig. 5 zeigt eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Bohrgreifermodul 5, 3. Der Hydraulikkopf 3 ist nur in Umrissen dargestellt. Unterhalb des Hydraulikkopfes 3 sind die Hydraulikzylinder 6 in axialer Verlängerung angeordnet. Der Hydraulikgreifer 5 mit seinen Greiferschaufeln 4 ist ebenfalls in geöffneter Stellung gezeigt. Insbesondere Fig. 5 verdeutlicht die drehfeste Anordnung des Hydraulikgreifers 5 am Hydraulikkopf 3.Fig. 5 shows a second variant of an inventive Device with drilling gripper module 5, 3. The hydraulic head 3 is only shown in outline. Below the hydraulic head 3 are the hydraulic cylinders 6 in axial extension arranged. The hydraulic gripper 5 with its gripper blades 4 is also shown in the open position. 5 illustrates the non-rotatable arrangement of the hydraulic gripper 5 on the hydraulic head 3.

Claims (18)

Verfahren zum Betreiben eines Arbeitsmoduls (5) mit Hilfe eines Aggregats (2), dessen Drehmoment und Drehzahl übertragen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß Drehzahl und Drehmoment des Aggregats (2) über ein Arbeitsmittel (3) auf das Arbeitsmodul (5) übertragen wird und zeitweise in dem Arbeitsmittel (3) Drehzahl und Drehmoment durch Änderung der Drehrichtung in hydraulische Leistung umgewandelt werden, welche dem Arbeitsmittel (3) zur Ausübung wenigstens einer weiteren Funktion zugeführt wird. Method for operating a work module (5) with the aid of an assembly (2), the torque and speed of which are transmitted,
characterized by that the speed and torque of the unit (2) is transmitted to the work module (5) via a working medium (3) and the rotational speed and torque are temporarily converted into hydraulic power in the working medium (3) by changing the direction of rotation, which is used for the working medium (3) to perform at least one other function. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß als Aggregat zur Übertragung von Drehmoment und Drehzahl ein Kraftdrehkopf mit Bohrgestänge (2) eingesetzt und ein Bohrloch abgeteuft wird, daß zum Entfernen von Hindernissen im Bohrloch ein Hydraulikgreifer (5) als Arbeitsmodul über einen Hydraulikkopf (3) als Arbeitsmittel mit dem Bohrgestänge (2) verbunden wird, daß der Hydraulikgreifer (5) auf eine Bohrlochsohle aufgesetzt und danach mit geöffneten Greiferschaufeln (4) in die Erde gedreht wird, wenn Drehmoment und Drehzahl über den Hydraulikkopf (3) in einer ersten Drehrichtung auf den Hydraulikgreifer (5) übertragen werden, und daß zum Entfernen des Hindernisses aus dem Bohrloch die Greiferschaufeln (4) hydraulisch geschlossen werden, wenn eine Hydraulikpumpe (9) von dem Bohrgestänge (2) über den Hydraulikkopf (3) in der entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben wird. Method according to claim 1,
characterized by that a power head with drill pipe (2) is used and a borehole is sunk as a unit for transmitting torque and speed, that to remove obstacles in the borehole, a hydraulic gripper (5) is connected to the drill rod (2) as a work module via a hydraulic head (3) as a working medium, that the hydraulic gripper (5) is placed on a bottom of the borehole and then rotated into the earth with open gripper blades (4) when torque and speed are transmitted to the hydraulic gripper (5) in a first direction of rotation via the hydraulic head (3), and that to remove the obstacle from the borehole, the gripper blades (4) are closed hydraulically when a hydraulic pump (9) is driven by the drill rod (2) via the hydraulic head (3) in the opposite direction of rotation. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß von der Hydraulikpumpe (9) Hydraulikflüssigkeit in Hydraulikzylinder (6) des Hydraulikgreifers (5) gefördert wird und die Greiferschaufeln (4) geschlossen werden. Method according to claim 2,
characterized by that hydraulic fluid is conveyed into the hydraulic cylinder (6) of the hydraulic gripper (5) by the hydraulic pump (9) and the gripper blades (4) are closed. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Öffnen der Greiferschaufeln (4) der Hydraulikflüssigkeitsstrom umgekehrt wird und ein Wegeventil (20) durch Zug- oder Druckkräfte des Bohrgestänges (2) auf den Hydraulikgreifer (5) über ein Schaltelement (15, 16) umgeschaltet wird. Method according to claim 2 or 3,
characterized by that to open the gripper blades (4) the hydraulic fluid flow is reversed and a directional control valve (20) is switched by tensile or compressive forces of the drill pipe (2) to the hydraulic gripper (5) via a switching element (15, 16). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der gefüllte Hydraulikgreifer (5) über das Bohrgestänge (2) an die Oberfläche befördert und gegen einen Anschlag am Kraftdrehkopf gezogen wird, wobei Zugkräfte ausgeübt und bei gleichzeitiger Drehung des Bohrgestänges (2) die Greiferschaufeln (4) geöffnet werden. Method according to one of claims 2 to 4,
characterized by that the filled hydraulic gripper (5) is conveyed to the surface via the drill pipe (2) and pulled against a stop on the power turret, tensile forces being exerted and the gripper blades (4) being opened while rotating the drill pipe (2). Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten und Drehzahlen eines Aggregats (2) in ein Arbeitsmodul (5), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsmittel (3) zwischen dem Aggregat (2) und dem Arbeitsmodul (5) angeordnet und mit diesen verbunden ist und daß das Arbeitsmittel (3) in einer ersten Drehrichtung Drehmoment und Drehzahl des Aggregats (2) auf das Arbeitsmittel (3) überträgt und in einer zweiten Drehrichtung Drehzahl und Drehmoment in hydraulische Leistung umwandelt, welche dem Arbeitsmittel (3) als wenigstens eine zusätzliche Funktion zuführbar ist. Device for transmitting torques and speeds of an assembly (2) into a work module (5), in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 5,
characterized by that a working means (3) between the unit (2) and the work module (5) is arranged and connected to them and that the working medium (3) transmits torque and speed of the unit (2) to the working medium (3) in a first rotational direction and converts rotational speed and torque into hydraulic power in a second rotational direction, which can be supplied to the working medium (3) as at least one additional function is. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß als Aggregat ein Kraftdrehkopf mit Bohrgestänge (2), als Arbeitsmittel ein Hydraulikkopf (3) und als Arbeitsmodul ein Hydraulikgreifer (5) angeordnet sind und daß der Hydraulikkopf (3) derart ausgebildet und mit dem Hydraulikgreifer (5) verbunden ist, daß dieser mit dem Bohrgestänge (2) rotierbar und hydraulisch betätigbar ist. Apparatus according to claim 6,
characterized by that a power turret with drill pipe (2), a hydraulic head (3) as a working medium and a hydraulic gripper (5) are arranged as a working unit, and that the hydraulic head (3) is designed and connected to the hydraulic gripper (5) in such a way that it is connected to the drill pipe (2) is rotatable and hydraulically operated. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkopf (3) ein Getriebe (7) aufweist, welches die Drehzahl des Bohrgestänges (2) um einen Faktor i erhöht und das Drehmoment um den gleichen Faktor reduziert, und ein Freilauf (11) vorgesehen ist, welcher die Drehzahl des Getriebes (7) bei einer ersten Drehrichtung auf eine Hydraulikpumpe (9) überträgt und bei der entgegengesetzten Drehrichtung sperrt. Device according to claim 7,
characterized by that the hydraulic head (3) has a gear (7), which increases the speed of the drill pipe (2) by a factor i and reduces the torque by the same factor, and a free wheel (11) is provided, which the speed of the gear ( 7) transmits to a hydraulic pump (9) in a first direction of rotation and locks in the opposite direction of rotation. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß Drehmoment und Drehzahl des Bohrgestänges (2) in einer ersten Drehrichtung über einen Kopfdeckel (21) und ein Kopfgehäuse (17) auf das Getriebe (7) und unbeeinflußt auf den Freilauf (11) und die Antriebswelle der Hydraulikpumpe (9) übertragbar sind. Device according to claim 8,
characterized by that torque and speed of the drill string (2) in a first direction of rotation via a head cover (21) and a head housing (17) on the gear (7) and unaffected on the freewheel (11) and the drive shaft of the hydraulic pump (9) can be transmitted. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer entgegengesetzten Drehrichtung der Freilauf (11) gesperrt, eine Getriebeabtriebswelle (23) mit 1/i-fachen Bohrgestängemoment gehalten und Drehzahl und Drehmoment über das Getriebegehäuse (7) und Kopfgehäuse (17) sowie das drehfest verbundene Schaltgehäuse (15) auf das mit dem Schaltgehäuse (15) fest verbundene Arbeitsmodul (5) übertragbar sind. Device according to claim 8 or 9,
characterized by that locked in an opposite direction of rotation of the freewheel (11), a transmission output shaft (23) with 1 / i-fold drill pipe torque and speed and torque via the gear housing (7) and head housing (17) and the non-rotatably connected shift housing (15) on the work module (5) which is firmly connected to the switch housing (15) can be transmitted. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgehäuse (15) zur Umschaltung eines Ventils (20), insbesondere eines 4/2-Wegeventils vorgesehen ist, welches in der Hydraulikzuleitung (18) und Hydraulikableitung (19) eines Arbeitsmoduls (5) angeordnet ist. Device according to claim 9 or 10,
characterized by that the switch housing (15) is provided for switching over a valve (20), in particular a 4/2-way valve, which is arranged in the hydraulic feed line (18) and hydraulic discharge line (19) of a work module (5). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß Hydraulikzylinder (6) eines Hydraulikgreifers (5) nahezu koaxial zum Hydraulikkopf (3) angeordnet und Greiferschaufeln (4) unterhalb des Hydraulikkopfes (3) angelenkt sind. Device according to one of the preceding claims 6 to 11,
characterized by that hydraulic cylinders (6) of a hydraulic gripper (5) are arranged almost coaxially to the hydraulic head (3) and gripper blades (4) are articulated below the hydraulic head (3). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß Hydraulikzylinder (6) eines Hydraulikgreifers (5) in axialer Verlängerung des Hydraulikkopfes (3) angeordnet sind. Device according to one of the preceding claims 3 to 11,
characterized by that hydraulic cylinders (6) of a hydraulic gripper (5) are arranged in the axial extension of the hydraulic head (3). Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmodul (5) ein Pfahlfußaufschneider eingesetzt ist. Apparatus according to claim 6,
characterized by that a pile foot cutter is used as the work module (5). Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmodul (5) ein Kernfänger oder Kernbrecher eingesetzt ist. Apparatus according to claim 6,
characterized by that a core catcher or core breaker is used as the work module (5). Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß als Bohrgestänge (2) Rollenmeißelkernbohrrohre und als Arbeitsmodul (5) Schwenkrollen eingesetzt sind. Apparatus according to claim 6,
characterized by that roller drill core drill pipes are used as drill pipe (2) and swivel rollers are used as working module (5). Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmittel (3) Hydraulikverbraucher, z.B. hydraulisch angetriebene Pumpen, Schlagwerke oder Motoren eingesetzt sind. Apparatus according to claim 6,
characterized by that hydraulic equipment, for example hydraulically driven pumps, striking mechanisms or motors, are used as working means (3). Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkopf (3) mit einem oben liegenden Großmomentfreilauf und darunter liegendem Kleinmomentgetriebe versehen ist. Device according to claim 7,
characterized by that the hydraulic head (3) is provided with an overhead high-torque freewheel and an underlying low-torque gear.
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