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Gegenstand der Erfindung sind Vorrichtungen, um Gewindeverbindungen u. dgl. herstellen und lösen zu können, insbesondere dann, wenn derartige Arbeiten an solchen Stellen vorzunehmen sind, welche sich zur Ausübung grosser Kräfte durch Menschen nicht eignen. Das Verfahren beruht auf der an und für sich bekannten Tatsache, dass Erschütterungen reibungsvermindernd wirken und besteht im wesentlichen darin, dass Mittel vorgesehen sind, die während des Schliessens oder Lösens der Gewinde- verbindung zumindest eine der miteinander zu verbindenden bzw. voneinander zu lösenden Stücke maschinell Erschütterungen aussetzen.
Die Notwendigkeit, auch schwer lösbare oder schliessbare Gewindeverbindungen rasch öffnen zu müssen oder mit geringem Kraftaufwand herzustellen, kommt insbesondere in der Tiefbohrtechnik, ferner auch beim Verlegen und Wiedergewinn von Rohrleitungen für verschiedenartige Zwecke vor.
In letzterem Falle ist das Lösen der Verbindung oft mit besonderen Schwierigkeiten verbunden, da sich die Röhren in Gräben, also an einem für die Ausübung grosser Kräfte ungeeigneten Orte befinden und die Gewinde durch Rost oder Korrosion dem Abschrauben einen erhöhten Widerstand entgegensetzen.
In der Tiefbohrtechnik erfolgt die Verbindung der einzelnen Bohrgeräte miteinander nahezu ausnahmslos mittels Gewinden, welche in einzelnen Fällen, wie beim Drehbohrgestänge, nicht nur auf
Zug beansprucht sind, sondern auch noch sehr bedeutende Drehmomente zu übertragen haben und bei der Arbeit mit dementsprechend grosser Kraft miteinander verschraubt werden.
Die Gewinde sind zwar in ihren Abmessungen im allgemeinen derart bestimmt, dass sie auch nach Übertragung grosser Dreh- momente mit Handwerkzeugen gelöst werden können ; durch das Hineingeraten von Unreinigkeiten, insbesondere von Sandkörnern, ferner durch das Aufrauhen der Gewindefläche infolge von Über- anstrengung können jedoch die Reibungswiderstände in den Gewinden so sehr anwachsen, dass diese mit den bei den Bohrstellen zumeist vorhandenen und bisher angewandten Mitteln nicht mehr gelöst werden können. Ist dies gleichzeitig bei mehreren aufeinanderfolgenden Verbindungsstellen des Bohr- gestänges oder der Verkleidungsrohre der Fall, so müssen diese abgeschnitten werden, um aus dem Bohr- loch entfernt werden zu können.
Die bisher in der Tiefbohrtechnik verwendeten Mittel, um schwer lösbare Gewindeverbindungen zu öffnen, bestanden darin, die Hebelarme der zum Abschrauben verwendeten Geräte, wie Schlüssel,
Zangen usw., entsprechend zu verlängern oder auf die Gewindemuffe während der Arbeit mittels schweren
Handhämmern Schläge auszuüben, schliesslich auch darin, auf die Hebelarme mittels geeigneter Vor- richtungen, wie Spills, anhaltende oder mittels Hebel und Exzenter stossartig wirkende Kräfte auszuüben.
Ist der Reibungswiderstand zwischen den Gewindefläche der zu lösenden Stücke ein bedeutender, so reichen die erwähnten Mittel nicht immer aus, um die gewünschte Wirkung hervorzurufen. Da schwere Hammerschläge, welche in grösseren Zeitabständen ausgeführt werden, zwar für kurze Zeit eine Er- schütterung hervorrufen, jedoch die Gewindemuffen dehnen und dadurch beschädigen, da ferner bei der Ausübung grosser Drehmomente die abzuschraubenden Stücke nicht nur auf Verdrehung, sondern auch auf Biegung beansprucht werden und da durch letztere Beanspruchungsart der Anpressungsdruck der Gewindeflächen an einzelnen Stellen des Gewindes noch vergrössert werden kann, so sind die erwähnten
Mittel für das Lösen von Gewinden wenig geeignet.
Es ist unter anderm aus der Verwendung von Dampf- und Drucklufthämmern, wie solche zum
Einschlagen, d. h. Rammen, und zum Ziehen von Pfählen benutzt werden, bekannt, dass man auch mit
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Fig. 1 stellt einen Schlüssel dar, dessen Maul zum Fassen vierkantiger Stangen ausgebildet ist, wie er insbesondere zum Abschrauben von Gestängestücken verwendet wird. In einem nabenartigen Teil des Sehliisselkopfes ist ein mit Pressluft betätigter Hammer 1 eingebaut, welcher durch eine Feder 2 an das abzuschraubende Stuck. 3 angedrÜckt wird. Die Steuerung des Hammers, d. i. die Inbetriebsetzung oder das Abstellen, erfolgt auf bekannte Weise durch ein nicht dargestelltes Ventil, welches durch Niederdrücken eines Hebels 4 geöffnet wird, das mittels einer Stange 5 mit einem Kniehebel 6 am Ende des SchlÜsselschaftes 7 verbunden ist.
Wird auf den Schlüssel, sei es durch menschliche Kraft unmittelbar oder mittels eines Seilzuges, ein Drehmoment in der Richtung des Pfeiles ausgeübt, so wird gleichzeitig der erwähnte Kniehebel verdreht, das Luftventil des Hammers geöffnet und es werden, solange das Drehmoment anhält, Schläge, u. zw. mehrere Hundert pro Minute auf das gefasste Stuck, das zumeist das Gewinde trägt, ausgeübt.
Durch die auftretenden Erschütterungen entstehen zwischen den Gewindegängen mikroskopisch kleine Spielräume, durch welche die gegenseitige Reibung der Ge-
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In Fig. 2 ist ein ähnlicher Schlüssel dargestellt, bei welchem jedoch der Drucklufthammer 9 in den Arm des Schlüssels 10 eingebaut ist, so dass er nicht zentrisch wie in Fig. 1, sondern exzentrisch auf das an-oder abzuschraubende Stück wirkt. Hiedurch wird bei der Tätigkeit des Hammers das durch Hand oder Seilzug auf den Schlüssel ausgeübte Drehmoment noch vergrössert.
Das Inbetrieb-oder Stillsetzen des Hammers wird durch ein am Ende der Schlauchleitung 11 angeordnetes Drehventil12 in bekannter Weise vorgenommen ; doch kann selbstverständlich auch hier durch eine entsprechende Ausbildung der Steuerung erreicht werden, dass der Hammer erst dann in Betrieb kommt bzw. so lange im Betrieb bleibt, als das durch eine äussere Kraft ausgeübte Drehmoment anhält. Der Hammer kann in verschiedener Entfernung von der Gewindestelle am Schlüsselschaft angeordnet werden. Je näher er dieser liegt, desto weniger federt der Schlüssel beim Hämmern, desto wirkungsvoller werden daher die Erschütterungen auf letzteren wirken, um so geringer wird jedoch das ausgeübte zusätzliche Drehmoment sein.
Es hängt ganz von den verschiedenen in Betracht kommenden Fällen ab, ob die eine oder die andere der beiden Wirkungen mehr oder weniger gefördert werden soll.
In Fig. 3 ist der Fall dargestellt, in dem der Hammer 14 am äussersten Ende des Schlüsselarmes 15 zur Wirkung kommt und durch Zug auf den Hammerkörper 16, sei es durch Handgriffe 17 oder mittels eines an der ösenartigen Verlängerung 18 befestigten Seiles, auf den Schlüssel ein Drehmoment ausgeübt wird. Im ersteren Falle wird gleichzeitig durch einen Handhebel 49, Stange 20 und Hebel 21 das Luftventil des Hammers geöffnet, dieser mittels der durch die Schlauchleitung. 22 zugeführten Pressluft in Tätigkeit gesetzt und die ausgeübten Erschütterungen werden nur in geringem Masse auf das zu schraubende Stück übertragen, dagegen wird das zusätzliche Drehmoment infolge des grösseren Hebelarmes das normale Drehmoment ausgiebig erhöhen.
Es ist ferner leicht möglich, die Angriffsstelle des Lufthammers am Schlüsselarm veränderlich
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die Stellung des Hammers 26 zu sichern. Der Kolben 27 desselben schlägt viele hundert Male in der Minute gegen den Stöekel 28 im feststehenden Teil des Hammers, der durch einen Bügel 29 den Schlüsselarm umgreift. Im Bügel ist ein Wirbel. 30 drehbar, durch dessen Querbohrung zur Ausübung eines Zuges mit der Hand Griffe 81 eingesteckt sind. Fig. a zeigt diese Einzelheit in Seitenansicht. Der Wirbel kann auch als Öse ausgebildet sein, um ein Seil befestigen zu können, wenn das Drehmoment durch Seilzug ausgeübt werden soll.
Zur Inbetriebsetzung bzw. zum Abstellen des Hammers dient wie früher ein Drehventil 32 am Ende der Schlauchleitung : 33. : J4 ist das an-oder abzuschraubende Stück, in diesem Falle ein Rohr, an welches die Kette 35 gepresst wird.
Die Fig. 6 und 7 stellen eine sogenannte Rohrzange"dar, die aus drei Gliedern 40, 41 und 42 gebildet wird, in welche gehärtete und mit aufgerauhter Innenfläche versehene Einsätze 48, 44 und 45 eingefügt sind. Die Glieder sind durch Bolzen 46, 47 miteinander gelenkig verbunden und werden durch einen, um den Zapfen 48 des Endgliedes 42 drehbaren Hebel 49. dessen gabelförmiges Ende sich auf einen Zapfen 50 im zweiten Endglied 41 stützt, zusammengezogen und pressen sich dadurch an das zu schraubende Stück 51 an, sobald auf den Hebel ein Druck oder Zug in der Pfeilrichtung ausgeübt wird.
In die einzelnen Glieder sind kleine radial angeordnete Presslufthämmer 52, 53 und 54 eingebaut, die durch bogenförmige starre Leitungen 55, 56,57 und 58 miteinander derart verbunden sind, dass die Beweglichkeit der Glieder nicht gehindert wird. Zu diesem Zweck sind die Leitungen an die axial durchbohrten Bolzen 46,47 beiderseits angeschlossen.
Die Fig. 7 zeigt die abgewickelte Kette mit der Hauptzuleitung 59 und den Abzweigleitungen zu den Bolzen bzw. den Zylindern der Hämmer.
Im Betriebe werden die Kolben der Hämmer eine grosse Anzahl von Schlägen auf das gefasste Stück ausüben und dadurch das Material, insbesondere an jenen Stellen, an welchen die Zange angreift, in Schwingungen versetzen, welche das Lösen bzw. Verbinden fördern, in manchen Fällen überhaupt erst ermöglichen.
Die Fig. 8,9, 10 und 11 zeigen die Anordnung einer durch Pressluft betätigten, zum An-oder Abschrauben von Bohrrohren oder Gestängen dienenden Vorrichtung in Verbindung mit einer Bohr-
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und einer gleichfalls hydraulisch betätigten Drehbohrvorriehtung 62 besteht. Das Bohrrohr 63 wird von einer sogenannten"Gliederzange''umfasst, die im angenommenen Falle mit vier, miteinander durch eine gemeinsame Schlauchleitung 64 verbundenen Presslufthämmern 66,67, 68 und 69 ausgestattet ist.
Der Hebel 70 der Zange ist geschlitzt und hat mehrere halbkugelförmige Pfannen 71. In einer derselben liegt der Kugelknopf einer steifen Stange 72, die am andern Ende mit einem in einem Zylinder 7 : 3 ver- schiebbaren Kolben 74 elastisch verbunden ist. Der Zylinder ist ungefähr in der Mitte universalgelenkig 75 gefasst und am Bohrkran gelagert, besitzt am hinteren Ende ein segmentförmiges Gegengewicht 76 und am vorderen Ende ein Drehventil 77, an welches die elastische Zuleitung 78 angeschlossen ist. Der Kolben 74 ist am verjüngten Ende der Stange 72 in gewissen Grenzen axial verschiebbar (Fig. 9) und wird durch eine Feder 79 auf eine konische Sitzfläche 80 gepresst. Die Federspannung kann durch Muttern 81 auf eine bestimmte Grösse eingestellt werden.
Der Druckraum im Zylinder ist einerseits
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durch Kolbenringe 82, anderseits durch eine Stopfbüchse 83 im Kolbenkörper nach aussen abgedichtet. Die Kolbenstange 72 ist bis zu einem zweiten auf ihr sitzenden Kolben 84 der Länge nach durchbohrt
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und anderseits mit dem Druckraum eines hammerartigen Zylinders 85 durch Querbohrungen verbunden.
Der zylinderartig ausgebildete Hammerkörper wird durch eine Feder 85'stets in seine Ausgangsstellung zurückgeführt.
Soll ein schwer lösbares Gewinde gelockert werden, so wird durch Öffnen des Drehventils 7ì ein unter Druck stehendes elastisches Mittel z. B. Luft in den Arbeitsraum des Zylinders 7.) eingelassen und der Kolben 74 belastet. Sobald die Spannung im Zylinder eine gewisse Grösse erreicht hat, wird die entgegenwirkende Federkraft überwunden, der Kolben vom konischen Sitz 80 abgehoben und die im Sitze endigenden Querbohrungen freigegeben. Die Druckluft strömt nunmehr durch die zentrale Bohrung in der Kolbenstange zum Drucklufthammer 85 und setzt dort den Zylinder in rasch aufeinanderfolgende Schwingungen. Dabei erfährt die Zugkraft in der Kolbenstange eine sehr bedeutende Erhöhung.
Der Zylinder 85 übt auf den Hebel 70 der Zange eine sehr grosse Anzahl von Hammerschläge in der Minute in der Richtung des Pfeiles aus. Gleichzeitig können auch mit demselben Drehventil 77 die an der Gliederzange angeordneten Hämmer 66-69 in Betrieb gesetzt werden.
Während durch den stillstehenden Zylinder 73 mittels der Stange 72 ein ruhiger Zug und dadurch ein ständig gleichbleibendes Drehmoment auf die Zange und das zu lösende Stück übertragen wird, liefert der hammerartig schlagend Zylinder 85 zusätzliche, plötzlich auftretende und wieder verschwindende Drehmomente. Die sich summierenden Drehmomente im Zusammenwirken mit den dauernden Erschütterungen, hervorgerufen durch die Hämmer 85, 66,67, 68 und 69 gestatten ein fast reibungsloses Lösen der Gewindeverbindung bei verhältnismässig geringem Kraftaufwand.
Da der Zylinder 73 infolge der universalgelenkigen Lagerung in gewissen Grenzen in jede Lage gebracht werden kann, so ist dieselbe Vorrichtung auch verwendbar, wenn ein Drehmoment im umgekehrten Sinne erzeugt werden soll, d. h. es kann mit ihr eine Gewindeverbindung nicht nur gelöst, sondern auch hergestellt werden.
Damit die Vorrichtung bei der Ausführung von Bohrarbeiten nicht hindernd im Wege steht,
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gezeichnete Ansicht zeigt.
Die Fig. 11, 12 und 13 beziehen sich auf Einzelheiten, u. zw. zeigt Fig. 11 eine Ausbildungsart des Kugelkopfes 86, welcher, auf der Stange 72 aufgeschraubt, durch eine Gegenmutter 87 gesichert ist und in der Pfanne 71 des Hebelarmes 70 ruht.
Fig. 12 zeigt die Schlauchanordnung, wenn die Presslufthämmer einer dreigliedrigen Kette in Parallelschaltung, Fig. 13, wenn sie in Hintereinanderschaltung miteinander verbunden sind.
Die Fig. 14 und 15 veranschaulichen eine fahrbare Hilfsvorrichtung, die insbesondere dazu dient, um waagrechte, ober Tag liegende Rohrleitungen mit einfachen Mitteln und geringem Personalaufwand dicht zu verschrauben oder die Gewindeverbindung zu lösen. Die Vorrichtung besteht aus zwei an
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eisen 97, zu einem Rahmen vereinigt sind, der um eine Achse 98 schwenkbar ist. Diese Achse trägt an den Enden aussen zwei Wagenräder 99, auf welchen die Vorrichtung mittels der Handgriffe 100 schubkarrenartig zum Verwendungsort transportiert werden kann. In den gegabelten Enden der Seitenteile des Rahmens sind in verschiedenen Löchern verstellbare Rollen 101 gelagert, welche als Widerlager beim An-und Abschrauben des Rohrstückes 102 dienen, dabei eine Drehung desselben gestatten, eine Verschiebung aber verhindern.
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zapfen eines schwenkbaren Druckzylinders 104 aufnehmen.
Die Kolbenstange 105 des in diesem gleitenden Kolbens 106 ist über einen in Fig. 4 dargestellten und im Zusammenhang mit dieser Figur oben beschriebenen Drucklufthammer 107 mit dem Hebelarm 108 einer Kettenzange 109 verbunden. Der Kolben 106 wird von einer Seite mit Druckluft beaufschlagt, die durch eine Schlauchleitung 110 eingeführt wird. Für den Hammer ist 111 die Zuführungsleitung. Beide Schlauchleitungen haben ein gemeinsames nicht dargestelltes Ventil, welches durch einen Handhebel 112 geöffnet oder geschlossen werden kann.
Soll eine Verschraubung gelöst oder angezogen werden, so wird das nicht dargestellte Luftventil mittels des Hebels 112 geöffnet, der Kolben unter Druck gesetzt, wodurch der Hebelarm der Zange auf Verdrehung beansprucht wird. Gleichzeitig ist auch der Presslufthammer in Tätigkeit gesetzt worden, vergrössert durch seine Schläge das Drehmoment auf die Zange und erzeugt Erschütterungen, die sieh auf das zu verdrehende Arbeitsstück fortpflanzen und auf die Verschraubung lösend bzw. schliessend wirken.
Bei der Arbeit kann die die Vorrichtung bedienende Person auf einem am Ende des Rahmens aufgelegten Brette 113 sitzen, um durch ihr Körpergewicht ein Anheben bzw. Umkippen der Vorrichtung zu verhindern.
In den Fig. 16,17, 18 und 19 sind in einem Grundriss und drei Seitenansichten Vorrichtungen dargestellt, welche dazu bestimmt sind, insbesondere beim Verlegen oder beim Wiedergewinnen langer Rohrleitungen das Anziehen oder das Lösen der miteinander durch Gewinde verbundenen Leitung-
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Traktoren (Fig. 16) oder Raupenschleppern (Fig. 18) angeordnet. deren Motoren wahlweise entweder zur Fortbewegung oder zum Antrieb von Luftverdichtrl'l1 dienen.
Die erzeugte Pressluft wird zur Be- tätigtlllg von Spannzylindern, der Niederhaltevorriehtung und der Hämmer verwendet. Am hinteren Ende des Fahrzeuggestelles ist ein aus vier Längsbalken 120, 121, 122 und 12. 3 und zwei Querträgern 124, 125 zusammengesetzter Rahmen angelenkt, in welchem eine Niederhaltevorrichtung !' ? und zwei Spannvorrichtungen 127, 128 gelagert sind.
Je nachdem, ob es sieh um ein Lösen der Rohrverbindung oder deren Zusammenschrauben handelt, ist eine der Spannvorrichtungen, beispielsweise 128, noch mit einem Drucklufthammer 129 ausgestattet, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, welcher das erzeugte konstante Drehmoment vergrössert und durch Erschütterungen auf das Gewinde lösend oder verbindend einwirkt, während die zweite Spannvorrichtung- 127 lediglich die Aufgabe eines Gegenhalters übernimmt, um ein Verdrehen der gesamten Leitung hintanzuhalten. Die Niederhaltevorriehtung 126, deren Zweck nur darin besteht, ein Anheben der Rohrleitung zu verhindern,
ist in dem Beispiel ebenfalls durch Druck-
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samen Flächen der von unten beaufschlagten Kolben 131. 1.'32 der Spannvorrichtungen, drückt die Pressluft durch eine als kräftiges Rohr ausgebildete, unten gegabelte Kolbenstange 13. 3 mittels der Rollen 1. 34 auf die Oberfläche der Rohrleitung 135. Die mit Druckluft arbeitende Niederhaltevorrichtung kann selbstverständlich auch durch eine aus Schraubenspindeln oder Zahnstangen gebildete ersetzt werden.
Zum Arbeiten mit der Vorrichtung werden um das feststehende Stück und um das zu verdrehende
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gelegt. Der Hammer 1"9 wird auf jener Spannvorrichtung angebracht, welche bei der Arbeit eine Verdrehung hervorrufen soll. Durch Zuführung von Pressluft in den Niederhaltezylinder 126 mittels der Schlauchleitung 138 und in die Spannzylinder mittels der Schlauchleitungen 1. 39 und 140 wird die Vorrichtung in Betrieb gesetzt. Auch der Lufthammer 129 tritt in Tätigkeit, da er durch die hohle Kolbenstange 141 wie im Beispiel Fig. 4 mit Pressluft gespeist wird. Der Rahmen überträgt die Belastung nicht auf das Fahrgestell, denn die Kräfte halten sich untereinander das Gleichgewicht.
Auch die den Rahmen stützenden Streben 142 sowie die die Stellung derselben sichernden Zuganker 14. 3 sind nur mit Gewichtskomponenten belastet.
Die drei Zylinder 126. 127 und 128 sind im Rahmen universalgelenkig bei 144. 145, 146 (Fig. 17) aufgehängt, u. zw. so, dass die Schwenkpunkte der Zylinderachsen in einer räumlich schiefen Linie liegen.
Hiedurch wird erreicht, dass bei irgendeiner Verschwenkung der Zylinder im Raum in dem in Betracht kommenden Ausmasse diese sich nicht gegenseitig behindern. Es kann daher die Vorrichtung nicht nur, wie dargestellt, senkrecht zur Rohrleitungsachse, sondern auch in der Richtung der Längsachse oder unter einem beliebigen Winkel zu dieser angefahren und in dieser Stellung gearbeitet werden. Ebenso können mit der Vorrichtung nicht nur Rohrstränge, die in einem Graben liegen, sondern auch solche, die oberhalb der Erdoberfläche verlaufen (Fig. 18). ferner auch solche, die senkrecht oder schief aus der Erde herausragen an-oder abgeschraubt werden. Die Vorrichtung kann nach verrichteter Arbeit zu-
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an und behindert den Transport in keiner Weise (Fig. 19).
Ergänzend sei noch bemerkt, dass in solchen Fällen, in welchen Hämmer zur Erzeugung von Erschütterungen auf das gefasste Stück verwendet werden (Fig. 6, 7,8, 12, 13), mit den Hämmern gleich- zeitig auch Drehmomente hervorgerufen werden können. Zu diesem Zwecke ist es lediglich erforderlich, die Achse der Hämmer anstatt senkrecht unter Winkel zum gefassten Stück anzuordnen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Schliessen und zum Lösen von Gewindeverbindungen u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die während genannter Vorgänge zumindest eines der miteinander zu verbindenden bzw. voneinander zu lösenden Stücke maschinell Erschütterungen aussetzen.