DE10065533A1 - Gestängekupplung - Google Patents

Abstract

Gestängekupplung für Gestängeschüsse für eine horizontale Erdbohrung, wobei die Enden der Gestängeschüsse durch eine Parallelverschiebung der Gestängeschußachsen zusammensteckbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gestängekupplung, wie sie zum Verbinden von Gestängen beim unterirdischen Horizontalbohren und grabenlosen Verlegen oder Ersetzen von Rohrleitungen (im folgenden Horizontalbohren) verwendet werden.

Beim Horizontalbohren werden einzelne Gestängeschüsse aneinanderge­ reiht, miteinander verbunden und mit Hilfe eines Schub-, Zug- oder Drehan­ triebs durch das Erdreich bewegt. Bei längeren Bohrungen besteht das Ge­ stänge aus mehreren Gestängeabschnitten, die entsprechend dem Bohrvor­ schritt nach und nach miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Der einzelne Abschnitt besitzt eine begrenzte Länge und muß ins­ besondere dann sehr kurz sein, wenn das Bohren von einer kurzen Bau­ grube, beispielsweise einem Mannloch, aus geschieht. Diese können Durchmesser von zum Teil unter einem Meter aufweisen.

Zum Verbinden der Gestängeabschnitte stehen Kupplungen verschiedener Bauarten zur Verfügung, von denen die Gewindekupplungen weit verbreitet sind. Neben der Schwierigkeit, daß das Verschrauben von Gewindeverbin­ dungen verhältnismäßig lang dauert und saubere Gewinde erfordert - was auf Baustellen schwierig ist - haben derartige Verbindungen den besonderen Nachteil, daß sie eine Gestängerotation im Bohrvortrieb lediglich in eine Richtung erlauben. Handelt es sich beispielsweise um eine Gewindeverbin­ dung mit Rechtsgewinde, kann die Gestängerotation nur in Rechtsdrehung erfolgen, da anderenfalls die Gewindeverbindung durch den Bohrvorgang gelöst würde. Ein Bohren in beiden möglichen Drehrichtungen ist aber ge­ rade bei der Verwendung asymmetrischer Bohrköpfe wichtig.

Aus der DE 199 18 530 A1 ist eine Gestängekupplung bekannt, die auf die übliche Gewindeverbindung verzichtet. Um eine zug- und drehfeste Verbin­ dung zwischen zwei Gestängeabschnitten zu ermöglichen, besitzt diese Kupplung am vorderen Ende des anzukuppelnden Gestängeabschnittes ei­ nen axial vorkragenden laschenartigen Ansatz, der in das rückwärtige Ende des vorausgehenden Gestängeabschnitts gleitend eingreift. Dazu weist der vorausgehende Gestängeabschnitt stirnseitig einen axialen Schlitz mit einer Nut auf, in den sich der laschenartige Ansatz einschieben läßt. Dabei wird ein zapfenartiger Vorsprung über die Nut in eine Lagerbohrung des Schlitzes gebracht. Durch ein Drehen des nachfolgenden Gestängeabschnittes um 90° wird dieser aus der winkligen Einstecklage in die Strecklage gebracht und liegt danach koaxial mit dem vorangehenden Gestängeabschnitt.

Diese Verbindung hat den Nachteil, daß sie eine aufwendige wenig baustel­ lengerechte Konstruktion erfordert, insbesondere wenn die Gestängekupp­ lung von einer Fluidleitung durchzogen werden soll. Dabei ist eine von einer Druckfeder beaufschlagte Dichtbüchse in dem Fluidkanal des vorlaufenden Gestänges angeordnet, die mit ihrer der Druckfeder abgekehrten Stirnfläche dichtend an der abgerundeten Laschenstirnfläche des einkuppelnden, ebenfalls mit einer axialen Bohrung versehenen Ansatzes des anderen Gestängeschusses anliegt. Erst in der Strecklage nehmen die axialen Boh­ rungen der Gestängeschüsse eine koaxiale Anordnung ein, in der eine durchgängige Versorgungsleitung geschaffen ist. Diese Konstruktion birgt zudem das Risiko von Leckagen.

Aus der DE 297 13 354 U1 ist eine Gestängekupplung bekannt, bei der ein erstes Kupplungsteil in ein zweites Kupplungsteil eingeführt und anschlie­ ßend durch ein Sicherungselement in Form einer Sicherungshülse gegen eine radiale Relativbewegung gesichert wird. Zum Kuppeln der Gestänge wird nach der Lehre des Gebrauchsmusters das erste Kupplungsteil unter einem Winkel von ca. 60° relativ zu der Längsachse des zweiten Kupp­ lungsteils mit seinem vorderen freien Ende von oben in eine rinnenförmige Aufnahme des zweiten Kupplungsteils eingeschoben. Dabei greifen halbku­ gelförmige Vorsprünge des ersten Kupplungsteils in Ausnehmungen des zweiten Kupplungsteils ein.

Aus dieser Stellung, in der die beiden Rohrenden relativ zueinander winklig sind, wird das erste Kupplungsteil und die Ausnehmungen geschwenkt, so daß das erste Kupplungsteil in die rinnenförmige Aufnahme des zweiten Kupplungsteils gelangt und dort in enger Passung aufgenommen ist.

Die Handhabung dieser Gestängekupplung ist umständlich und gerade in engen Baugruben schwierig.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gestän­ gekupplung für das Horizontalbohren zur Verfügung zu stellen, die schnell und einfach zu handhaben ist und nur einen geringen Platzbedarf erfordert. Ebenso soll ein entsprechendes Verfahren zum Kuppeln von Gestänge­ schüssen bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gestängekupplung und ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Der Kern der Erfindung besteht darin, die Gestängeschüsse zusammenzu­ stecken, indem die Enden der Gestängeschüsse derart ausgebildet sind, daß sie durch ein Parallelverschieben der Gestängeschußachsen verbunden werden, wobei die Gestängeschußachsen vorzugsweise einen Winkel von α < 180° zueinander aufweisen.

Es ist besonders vorteilhaft, die Enden der Gestängeschüsse als zueinander korrespondierende Kupplungsflächen auszugestalten, die über verschiedene Verbindungsmittel verbunden werden können.

Zur Übertragung der Kräfte kann eine der Kupplungsflächen mit einem Zap­ fen ausgestattet sein, der in eine korrespondierende Ausnehmung der ande­ ren Kupplungsfläche eingreift.

Eine Sicherung gegen eine radiale Bewegung der Gestängeabschnitte rela­ tiv zueinander ist im Betrieb nicht notwendigerweise erforderlich, da diese durch Bohrlochwandung im gewissen Maße verhindert werden kann.

Soll jedoch eine Sicherung gegen eine radiale Bewegung der Gestängeab­ schnitte bereitgestellt werden, kann mindestens eine der Stirnflächen der Gestängeenden mit einem Hinterschnitt ausgestattet sein. In diesen Hinter­ schnitt kann ein Vorsprung der nachfolgenden Kupplungsfläche eingreifen. In diesem Falle wird der nachfolgende Gestängeabschnitt mit seiner Kupp­ lungsfläche seitlich in einem Winkel α < 180° auf den vorangehenden Kupp­ lungsabschnitt aufgesetzt, und der Vorsprung der Kupplungsfläche in den Hinterschnitt der vorangehenden Stirnfläche eingedreht. Damit findet eine Arretierung der Gestängekupplung gegen axiales Verschieben schon wäh­ rend des Kuppelns und gegen radiales Verschieben nach dem Einrotieren statt.

Das hat zum Vorteil, daß die Gestängeabschnitte schon miteinander dreh­ fest verbunden sind, wenn sie die koaxiale Strecklage noch gar nicht erreicht haben. Damit können die Gestängeabschnitte in einem variablen Winkel mit­ einander verbunden sein, der lediglich durch die Strecklage und die seitliche Einstecklage begrenzt ist. Dies ermöglicht das "Einfädeln" der erfindungs­ gemäß gekuppelten Gestängeabschnitte auch in räumlich beengten Gruben, wenn sie bereits oberirdisch verbunden wurden.

Der in den Hinterschnitt eingreifende Vorsprung kann vorteilhafterweise mit asymmetrischen Kanten ausgebildet sein. Während eine Kante beispiels­ weise bogenförmig ausgebildet ist, kann die andere einen Anschlag aufwei­ sen. Durch die bogenförmige Fläche ist das Eindrehen in den Hinterschnitt möglich, während die Anschlagkante an den Hinterschnitt anschlägt und somit eine Verdrehung des nachfolgenden Gestängeschusses über die Strecklage hinaus blockiert.

Neben der Arretierung über einen in einen Hinterschnitt der Stirnfläche ein­ greifenden Vorsprung hinaus sind weitere Arretierungsmittel möglich. Bei­ spielsweise kann das Ende der Kupplungsfläche des nachfolgenden Ge­ stänges einen oder mehrere federbeaufschlagten Stifte aufweisen, die in eine Aufnahme in der Stirnfläche des nachfolgenden Gestängeendes ein­ greifen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann ein axialer Kanal für Versorgungsmedien, wie beispielsweise Bohrflüssigkeit, Hydraulikmedien oder Druckluft, aber auch für eine elektrische Leitung die Gestängekupplung durchlaufen. Dieser tritt vorteilhafterweise im Bereich der Gestängeenden in einem Winkel aus dem Gestängeachsenvektor heraus. Dabei kann er sich in dem Verbindungsmittel, beispielsweise in dem Zapfen, fortsetzen, um so die Verbindung über die Einrotationsachse herzustellen.

Dazu ist es vorteilhaft, den Zapfen über Dichtungen, beispielsweise einen O- Ring, gegen die korrespondierende Ausnehmung abzudichten.

Die erfindungsgemäße Gestängekupplung kann, insbesondere mit einer Ar­ retierung gegen axiales Verschieben, sowohl für Dreh-, als auch Zug-, oder Schubgestänge oder einen schlagenden Antrieb Verwendung finden. Ebenso ist eine Verwendung beim Berstlining möglich. Diese verschiedenen Arbeitsweisen zum Verlegen und Ersetzen unterirdischer Leitungen werden hier allgemein als horizontales Bohren bezeichnet, ohne dabei die Erfindung auf die Verwendung in einem konkreten Verfahren zu beschränken.

Sofern sie auch bei schlagend vorgetriebenen Bohrvorgängen eingesetzt wird, können die Stirnflächen des vorlaufenden Gestängeendes und mögli­ cherweise auch das Ende der nachfolgenden Kupplungsfläche mit Dämp­ fungselementen ausgestattet sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Seitenansicht eines vorlaufenden Gestängeendes;

Fig. 2 Seitenansicht eines nachfolgenden Gestängeendes;

Fig. 3 Draufsicht auf ein vorlaufendes Gestängeende;

Fig. 4 Draufsicht auf ein nachfolgendes Gestängeende und

Fig. 5 Darstellung eines Gestänges in der Grube mit der erfindungsge­ mäßen Gestängekupplung.

Die Gestängekupplung besteht aus einem ersten Kupplungsglied 1 und ei­ nem zweiten Kupplungsglied 2. Diese weisen jeweils eine Kupplungsfläche 3 bzw. 4 auf, wobei die Kupplungsfläche 3 ein Arretierungsmittel in Form eines Zapfens 5 trägt. Der Zapfen 5 korrespondiert mit der Ausnehmung 6 der Kupplungsfläche 4.

An dem Fuß der Kupplungsflächen 3, 4 weisen die Kupplungsglieder 1, 2 jeweils eine hintere Stirnfläche 7, 8 auf. Diese Stirnflächen bilden jeweils ei­ nen Hinterschnitt 9, 10 aus. Mit dem Hinterschnitt 9 des ersten Kupplungs­ gliedes 1 korrespondiert ein Vorsprung 11 der vorderen Stirnfläche der Kupplungsfläche 4 des zweiten Kupplungsgliedes, während zu dem Hinter­ schnitt 10 des zweiten Kupplungsgliedes der Vorsprung 12 der vorderen Stirnfläche der Kupplungsfläche 3 des ersten Kupplungsgliedes korrespon­ diert.

Der Vorsprung 12 ist asymmetrisch ausgebildet, indem er eine Anschlag­ kante 13 aufweist, die nach dem Eindrehen des zweiten Kupplungsgliedes 2 gegen den Hinterschnitt 10 anschlägt und so ein Überdrehen des zweiten Kupplungsgliedes 2 verhindert.

Die Gestänge werden von einem Medienkanal 14 durchzogen, der im Be­ reich der Kupplungsglieder 1, 2 exzentrisch zu der Längsachse des Gestän­ ges verläuft. Im Bereich der Kupplungsfläche 4 tritt er aus dem Gestänge­ achsenvektor in einem 90°-Winkel durch den Zapfen 5 aus, d. h. schwenkt quer zur Längsachse des Gestängeabschnittes ein und bildet so eine Medienkanalaustrittsachse. Nach dem Durchtritt durch die Verbindungsmittel 5, 6 verläuft er wieder in der Parallelen zur Gestängeachse. Somit durchläuft der Medienkanal 14 die Gestänge im Bereich der Kupplungsglieder 1, 2 mit einem Parallelversatz.

Fig. 5 zeigt das erfindungsgemäße Gestänge in einer kleinen Grube 18 mit einem Antrieb 20 auf einer Lafette 22.

Claims (19)

1. Gestängekupplung für Gestängeschüsse (1, 2) für eine unterirdische Horizontalbohrung, die durch Zusammenstecken miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden so ausgebildet sind, daß sie durch Parallelverschiebung der Gestängeschußachsen zusammen­ steckbar sind.

2. Gestängekupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Gestängeschüsse (1, 2) zueinander korrespondierende erste und zweite Kupplungsflächen (3, 4) aufweisen.

3. Gestängekupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplungsfläche (3) einen in eine korrespondierende Aufnahme (6) der zweiten Kupplungsfläche (4) eingreifenden Zapfen (5) aufweist.

4. Gestängekupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (5) in der Aufnahme (6) drehbar gelagert ist.

5. Gestängekupplung nach Anspruch 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Kupplungsflächen drehfest verbindende Arretierungsmittel (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12).

6. Gestängekupplung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens einen Hinterschnitt (9, 10) an einem Ende des ersten Gestängeschusses (1, 2), in den ein korrespondierender Vorsprung (11, 12) am Ende des zweiten Gestängeschusses (1, 2) eindrehbar ist.

7. Gestängekupplung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens einen bogenförmigen Vorsprung (11, 12).

8. Gestängekupplung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens eine Anschlagkante (13).

9. Gestängekupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mindestens im Bereich der Enden der Gestängeschüsse (1, 2) aus dem Gestängeachsenvektor in einem Winkel α heraustretenden Me­ dienkanal (14).

10. Gestängekupplung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Winkel α = 90°.

11. Gestängekupplung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Medienkanal (14) Arretierungsmittel (5) durchläuft.

12. Gestängekupplung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein das Arretierungsmittel (5) abdichtendes Dichtelement.

13. Gestängekupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gestängeschüsse (1, 2) Dämpfungselemente aufweisen.

14. Gestängekupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente eine Vorspannung auf die Gestängekupplung ausüben.

15. Gestängeschuß einer Gestängekupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.

16. Verfahren zum Verbinden von Gestängeschüssen eines Bohrgestänges, die durch Zusammenstecken miteinander verbindbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Enden der Gestängeschüsse (1, 2) durch Parallelver­ schieben der Gestängeschußachsen zusammengesteckt werden.

17. Verfahren zum Verbinden von Gestängeschüssen eines Bohrgestänges Nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelgestänge durch Rotation in einer Achsebene verbunden werden und dabei bezüglich ihrer Achsvektoren zur Deckung gebracht werden.

18. Verfahren zum Verbinden von Gestängeschüssen eines Bohrgestänges, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Gestängeschüsse (1, 2) auf der Achse eines Medienkanalaustritts zur Deckung gebracht und zusam­ mengesteckt werden, wobei diese Achse im Bereich der Enden nicht koaxial zu der Gestängeachse ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestänge­ schüsse (1, 2) auf der Achse verbunden und in der Ebene der Gestänge­ achse zum Arretieren um die Medienkanalaustrittsachse rotiert werden.