DE10120247A1 - Hydraulikzange mit verbesserter Türverriegelung - Google Patents

Abstract

Eine offene Hydraulikzange 10 zum Herstellen und/oder Lösen von Ölfeld-Rohrverschraubungen enthält im Zangenkörper 15 eine seitliche Öffnung. Motore 18, 20 drehen einen Teilring 12 sowie ein Paar Köpfe 16 bezüglich des Zangenkörpers. Eine Tür 40, 140 lässt sich öffnen, um die seitliche Öffnung im Zangenkörper freizulegen, und weist eine von der bogenförmigen Nut 58 gebildete planare Verriegelungsfläche zur Aufnahme eines bogenförmigen Ansatzes 90 auf. Die Türverriegelung reduziert den Kraftaufwand, der aufgebracht werden muss, um die Tür sicher in der Schließstellung zu verriegeln, bevor die Zange betätigt werden kann, und stellt eine äußerst zuverlässige Mechanik bereit, die das Aufspreizen des Zangenkörpers unter verhältnismäßig hohen Drehmomenten minimal hält.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Hydraulikzangen der gemeinhin zum Herstellen und Lösen von Verschraubungen in Ölfeld-Rohrgestängen einge­ setzten Art. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte offene Hydraulikzange, die sich seitlich an einen Rohrstrang ansetzen bzw. von ihm abziehen läßt, sowie eine verbesserte Türmechanik für eine solche Hydrau­ likzange, die im Schließzustand sich über die Zangenöffnung erstreckt und in der Offenstellung die Zangenöffnung freilegt.

Hintergrund der Erfindung

Hydraulikzangen dienen seit Jahrzehnten zum Herstellen und Lösen von Rohr­ verschraubungen in Bohrloch-Rohrsträngen. Diese Hydraulikzangen liegen zwar in einer Vielzahl von Konfigurationen vor und es finden unterschiedliche Mechanismen Einsatz, um einen oberen und einen unteren Strangteil zu greifen und sie relativ zueinander zu drehen; im allgemeinen werden sie jedoch als of­ fen oder geschlossen klassifiziert. Geschlossene Hydraulikzangen haben einen Zangenkörper, der den Rohrstrang vollständig umgreift, so dass eine Folge von Verschraubungen im Gestänge axial durch eine Öffnung in der geschlos­ senen Hydraulikzange läuft. Der Körper einer offenen Hydraulikzange umgreift typischerweise den größten Teil einer Rohrverschraubung, enthält aber im Körper und auch in dem Drehring, der innerhalb des Zangenkörpers dreht, einen seitlich offenen Bereich, so dass der Zangenkörper seitlich auf das Rohrgestänge aufgesetzt und von ihm abgezogen werden kann. Die meisten offenen Hydraulikzangen sind mit einer Tür versehen, die, falls die Zange sich nicht im Einsatz befindet, geöffnet wird, um die Zangenöffnung frei zu legen. Die Tür einer Hydraulikzange wird, sobald letztere sich im Einsatz befindet, geschlossen, damit der Drehring die Bedienungsperson nicht erfassen kann; weiterhin soll das zuverlässige Arbeitsdrehmoment der Hydraulikzange erhöht werden, indem man das Aufspreizen der Zangenöffnung verhindert. Offene Hydraulikzangen mit am Zangenkörper schwenkbar gelagerter Tür erhalten in zahlreichen Ölfeldanlagen den Vorzug gegenüber geschlossenen Hydraulikzangen.

In der Hydraulikzangenindustrie hat man unterschiedliche Verriegelungen verwendet, um die Schwenktür in der Schließstellung zu halten. Die bei offenen Hydraulikzangen häufigste Verriegelung arbeitet mit einer schweren Hammermechanik mit einem Riegelarm, der schwenkbar mit einer der beiden beiderseits der Zangenöffnung befindlichen Türen verbunden ist. Alternativ kann eine einzelne Tür sich über die Zangenöffnung erstrecken und der Hebelarm in ein Auge auf dem Zangenkörper eingreifen. In beiden Fällen greift ein Riegelkopf am Ende des Riegelarms in ein Auge oder hinter einen Anschlag, um die Tür bzw. Türen in der Schließstellung zu halten. Der Riegel­ kopf und das Riegelauge weisen typischerweise ebene Flächen auf, die bei in der Schließstellung befindlicher Tür bzw. Türen aneinander liegen. Die schwere Riegelmechanik kann eine erhebliche seitliche Kraft aufnehmen und so das Aufspreizen der Öffnung der Hydraulikzange minimal halten. Zum Öffnen der Türen ergreift der Bedienungsmann mit der Hand einen am Riegelarm befestigten Griff und zieht den Riegelarm vom Anschlag weg, um die an­ einander liegenden Flächen voneinander zu lösen. Bei geöffneter Tür kann dann eine Hydraulikzange vom Rohrstrang seitlich abgezogen bzw. an ihn angesetzt werden.

Ist die offene Hydraulikzange auf den Rohrstrang aufgesetzt, wird vor dem Betätigen des Teilrings zunächst die Tür mit dem Riegelanschlag und dann die mit dem Riegelarm von Hand geschlossen. Der Riegelarm weist herkömm­ licherweise ein Federelement auf, das den Riegelarm in die Schließstellung relativ zur tragenden Tür vorspannt. Indem sie eine erhebliche Schließkraft auf die den Riegelarm tragende Tür aufbringt, legt eine Steuerfläche auf einem Riegelkopf sich an eine entsprechende Steuerfläche auf dem Riegelanschlag an, was bewirkt, dass der Riegelarm in eine Offenstellung schwenkt, während der Riegelkopf sich vom Riegelanschlag weg radial auswärts bewegt. Sobald der Riegelarm in die Offenstellung geschwenkt ist, bewegt der Riegelkopf sich radial einwärts relativ zum Riegelanschlag, so dass die ebenen Flächen auf dem Riegelkopf und dem Riegelanschlag sich aneinander legen. Die Feder auf dem Riegelarm stellt zusätzliche Kraft bereit, um die Türen geschlossen zu halten.

Ein wesentlicher Nachteil der oben diskutierten Türmechanik für Hydraulik­ zangen ist, dass sie zum Schließen der Türen eine hohe Schließkraft erfordert, während der Riegelkopf relativ zum Riegelanschlag radial auswärts läuft, so dass der Riegelkopf dann die richtige Stellung einnimmt, um relativ zum Riegelanschlag radial einwärts zurück zu laufen und die Türen im Schließzu­ stand zu sichern. Diese hohe Schließkraft erfordert, dass die Teile der Türme­ chanik so bemessen und so robust sind, dass sie der oben diskutierten Spreiz­ kraft sowie dem wiederholten Stoßen und Rütteln widerstehen, das sie beim Schließen der Tür aushalten müssen. Ein diesbezüglicher Nachteil des bekann­ ten Systems ist, dass der Bedienungsmann zum Schließen der Tür eine erheb­ liche Körperkraft aufbringen muss, was leider seine Neigung erhöht, die Tür in einem nur teilweise geschlossenen Zustand zu belassen, anstatt sie vollständig zu schließen. Wird die Tür nicht vollständig geschlossen und verriegelt, entsteht ein Sicherheitsrisiko, wie oben erläutert, und kann auch zum Spreizen der Zan­ ge führen, falls zum Herstellen oder Lösen einer Verschraubung ein hohes Drehmoment aufgebracht wird. Weiterhin ist für den Bedienungsmann das Aufbringen der zum Schließen der Tür erforderlichen Kraft oft schwierig, wenn die Hydraulikzange sich nicht in einer bequemen Höhe von bspw. 1,20 m (4 ft.) über der Arbeitsbühne befindet. Manchmal liegt die Zange 1,80 m (6 ft.) über der Arbeitsbühne, so dass es dem Bedienungsmann kaum gelingt, eine Kraft aufzubringen, die ausreicht, die Zangentür zuverlässig zu schließen.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Türverriegelung für Hydrau­ likzangen ist deren Komplexität. Die verschiedenen Türverriegelungen haben zahlreiche bewegliche Teile - einschl. bspw. der Vorspannfedern und anderer -, die ausfallen können. Ein Ausfall eines dieser Teile kann die Sicherheit der Ver­ riegelung beeinträchtigen und einfache, doch zuverlässige Türverriegelungen für Hydraulikzangen sind seit langem erwünscht. Eine scheinbar einfache bekannte Türverriegelung wies einen aufwärts und einen abwärts vorstehen­ den Dorn auf, die jeweils auf die Ober- und die Unterplatte der Zange aufge­ schweißt sind. So hatte jeder großdurchmessrige kurze Dorn eine Achse, die idealerweise parallel zur Achse der Drehzahnung verlief. Die Tür wies einen Haken mit einem allgemein U-förmigen Schlitz auf, der so bemessen war, dass er bei geschlossener Tür zwischen den Durchmesser jedes Dorns passte. Diese Konstruktion war zwar einfach, verringerte aber die Spreizneigung nicht we­ sentlich, da der Kontakt der Seite des zylindrischen Dorns mit der anliegenden Seitenwandfläche des Hakens im wesentlichen linienförmig oder bestenfalls sehr kleinflächig erfolgte.

Die Erfindung beseitigt die Nachteile des Standes der Technik. Im folgenden werden eine verbesserte offene Hydraulikzange und eine Türmechanik für eine solche offenbart. Die erfindungsgemäße Türmechanik verringert die Kraft, die der Bedienungsmann aufbringen muss, um die Tür zuverlässig in der Schließ­ stellung zu verriegeln, erheblich; die erfindungsgemäße Türverriegelung ist in der Bedienung und im Einsatz einfach und wirkungsvoll.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine offene Hydraulikzange zum Herstellen und/oder Lösen einer Ölfeld- Rohrverschraubung weist einen Zangenkörper mit einer seitlichen Öffnung, ein Teilringelement, das drehbar am Zangenkörper gelagert ist, um beim Herstellen und/oder Lösen der Verschraubung einen Rohrstrangteil relativ zum anderen zu drehen, mindestens zwei Köpfe, die mit dem Teilring zusam­ men drehbar sind, um den oberen Rohrstrangteil zu ergreifen, und einen An­ triebsmotor aufweist, mit dem der Teilring antreibbar ist. Eine auf einer Seite der Zangenöffnung mit dem Zangenkörper schwenkbar verbundene Tür erstreckt sich im Schließzustand mindestens teilweise über die seitliche Öffnung und legt in der Offenstellung die seitliche Öffnung frei, damit die Hydraulikzange seitlich auf den Rohrstrang bewegt und von ihm abgezogen werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Tür eine obere und eine untere Türplatte, die jeweils eine bogenförmige Nut enthalten, eine mittlere Türplatte, die die obere und die untere Türplatte strukturell miteinander ver­ bindet, einen an der Mittelplatte befestigten Griff sowie ein oberes und ein unteres Lagergehäuse auf, die an der oberen bzw. der unteren Türplatte befestigt sind. Ein oberer und ein unterer Ansatz sind starr an einer Ober- und einer Unterplatte des Zangenkörpers befestigt. Wird die Tür in die Schließ­ stellung bewegt, werden der obere und der untere Ansatz von der bogen­ förmigen Nut in der oberen bzw. unteren Türplatte aufgenommen. Es liegt also zwischen jedem Ansatz und der zugehörigen Türplatte eine verhältnismäßig große planare Berührungsfläche vor, die das Aufspreizen des Zangenkörpers unter hohen Drehmomenten geringstmöglich hält.

Die offene Hydraulikzange verbessert die Sicherheit, indem sie den Kraftauf­ wand des Bedienungsmanns zum sicheren Verriegeln der Tür in der Schließ­ stellung vor dem Betätigen der Zange reduziert bzw. beseitigt. Das Schließen der Tür erfordert einen sehr geringen Kraftaufwand von Hand und verringert daher die Ermüdung des Bedienungsmanns.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte offene Hydraulik­ zange mit einer verbesserten Türmechanik anzugeben, die die Tür zuverlässig in der Schließstellung verriegelt und die Kraft und daher den Aufwand des Be­ dienungsmanns zum zuverlässigen Schließen der Tür verringert.

Ein verwandtes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Sicherheit einer offenen Hydraulikzange durch eine höhere Wahrscheinlichkeit zu verbessern, dass der Bedienungsmann die Tür der Hydraulikzange zuverlässig verriegelt, bevor er sie betätigt.

Es ist eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung, dass in der Verriegelung eine verhältnismäßig große Fläche bereitgestellt wird, um die Tür in der Schließstellung zu halten, so dass das Aufspreizen des Zangenkörpers unter verhältnismäßig hohen Drehmomenten geringstmöglich bleibt. Die Beauf­ schlagung der Zange mit einem hohen Drehmoment bewirkt, dass jeder Türan­ satz in die Tür mit einer Kraft eingreift, die jede Möglichkeit eines Öffnens der Tür bei an der Zange anliegendem hohen Drehmoment praktisch eliminiert.

Eine weitere Besonderheit der Erfindung ist, dass die Türverriegelung und die Hydraulikzange eine einzige sich über die Öffnung im Zangenkörper er­ streckende Tür oder ein Paar Türen aufweisen kann, die beiderseits der seitlichen Öffnung in einer Hydraulikzange mit dem Zangenkörper verbunden sind, wobei eine der Türen die bogenförmigen Nuten und die andere Tür die dazu passenden Ansätze aufweist.

Eine andere Besonderheit der Erfindung ist, dass keine Vorspannmechanik er­ forderlich ist, um die Tür in der Schließstellung verriegelt und sie auch unter Be­ aufschlagung mit einem hohen Drehmoment in dieser Stellung zu halten.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass durch erhebliche Verringerung des Kraftaufwands zum Verriegeln der Tür in der Schließstellung die Ermü­ dung des Bedienungsmanns reduziert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Türmechanik sehr zuverlässig ist und sich leicht herstellen lässt.

Diese und weitere Ziele, Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfin­ dung ergeben sich aus der folgenden ausführlichem Beschreibung anhand von Figuren der beigefügten Zeichnungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt allgemein eine Hydraulikzange nach einer Ausführungsform der Erfindung, aus der die vollständig geöffnete Tür größtenteils weggelassen wurde;

Fig. 2 stellt bildlich einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Hydraulikzange dar, wobei die Hantelrollen zur Führung des Teilrings weggelassen sind und die Tür in der Offenstellung gezeigt ist;

Fig. 3 stellt die Tür der Fig. 2 dar;

Fig. 4 ist eine Draufsicht eines Teils einer Hydraulikzange und der Tür nach Fig. 2;

Fig. 5 ist ein Schnitt in der Ebene 5-5 der Fig. 4 bei in einer Schließstel­ lung befindlicher Tür; und

Fig. 6 ist eine Draufsicht eines Teils einer Hydraulikzange und zweier Türen in einem teilweise geschlossenen Zustand sowie einer erfin­ dungsgemäßen Türverriegelung.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Hydraulikzange zum Herstellen und/oder Lösen von Rohrverschraubungen wie in Bohrrohren, Auskleidun­ gen oder Verrohrungen. Die Hydraulikzange 10 ist eine offene Ausführung, bei der ein Teilringelement 12 und eine Käfigplattenanordnung 14 jeweils seitliche Öffnungsbereiche aufweisen derart, dass, wenn diese offenen Bereiche miteinander ausgerichtet sind, wie es die Fig. 1 zeigt, die Zange seitlich an einen Rohrstrang angesetzt bzw. von einem solchen abgezogen werden kann. Die hydraulischen Motore 18, 20 oder ein anderer Zangenantrieb drehen den Ring 12 relativ zur Käfigplatte 14, so dass zwei oder mehr Backen 16 sich greifend an den Rohrstrang anlegen. Danach lassen der Teilring 12 und die Käfigplatte 14 sich gemeinsam relativ zum Zangenkörper oder -rahmen 15 drehen, um einen oberen relativ zu einem unteren Strangteil zu verdrehen.

Die Motoren 18, 20 können von einer auf Kufen gelagerten Hydraulikgruppe (nicht gezeigt) angetrieben sein, die der Zange über eine Leitung hydraulisches Druckmittel zuführt, das in einer weiteren Leitung in einen der Hydraulik­ gruppe zugeordneten (nicht gezeigten) Tank zurück geleitet wird. Das Druckmittel kann den Motoren über einen Ventilblock 22 mit einer Ventilan­ ordnung 24 und mit einer hydraulisch zu dieser parallel geschalteten Ventilan­ ordnung 26 zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zum mittelschnell bzw. zum schnell laufenden Motor 18, 20 zugeführt werden. Die Ventilanordnung 24 ist mittels eines Horizontal-Steuergriffs 34, die Ventilanordnung 26 mittels des Vertikal-Steuergriffs 36 betätigbar. Repräsentative Druckmittelschläuche von den Ventilen zu den zugeordneten Motoren können vorgesehen sein, wie auch ein repräsentatives Manometer (nicht gezeigt) zur Überwachung des hydraulischen Drucks zu einem der oder beiden Motoren. Der Zangenkörper 15 ist mit einer justierbaren Aufhängung 30 abgefangen.

Die Fig. 1 zeigt die offene Hydraulikzange 10 mit nur einem Teil einer einzelnen Tür 40 in der Offenstellung. Die Tür 40 ist bei 42 schwenkbar mit dem starren Zangenkörper 15 auf der rechten Seite der Öffnung verbunden. Einwandfrei verriegelt, verhindert die Tür ein "Aufspreizen" der Zange im Bereich der Öff­ nung 17 unter hohen Herstell- oder Ausbrechmomenten. Optional kann ein an­ getriebener Türverschluss vorgesehen sein; hierzu ist ein Hydraulikzylinder 44 zwischen dem Zangenkörper und der Tür 40 gezeigt. Es ist einzusehen, dass ein entsprechender Öffnungs- und Schließzylinder (nicht gezeigt) vorgesehen sein kann, falls die Öffnung 17 mit sowohl einer rechten als auch einer linken Tür ge­ schlossen wird, wie bereits diskutiert. Alternativ kann die Tür bzw. das Tür­ paar, die bzw. das sich über die Öffnung 17 erstreckt, von einem Bedienungs­ mann von Hand geöffnet und geschlossen werden, wie im folgenden diskutiert ist.

Wie nun die Fig. 2 zeigt, kann ein repräsentativer Zangenkörper 15 eine Ober­ platte 44, eine Unterplatte 46 sowie eine Seitenplatte 48 aufweisen. Die Ober­ platte 44 kann mit einer Vielzahl von Bohrungen 50, die Unterplatte 46 mit ent­ sprechenden fluchtenden Bohrungen 52 versehen sein, um im Zangenkörper "Hantel"-Rollen zur Führung der Drehbewegung des Teilrings 12 beim Herstel­ len oder Lösen der Verschraubung aufzunehmen. Für den Fachmann ist einzu­ ehen, dass beim Auftreten hoher Drehmomente die seitliche Öffnung des Zan­ genkörpers zum Aufspreizen neigt, was unerwünscht ist. Um dieses Auf­ spreizen so gering wie möglich zu halten sowie aus Gründen der Sicherheit läßt die in Fig. 2 gezeigte Tür 40 sich schwenkbar mit dem Zangenkörper verbin­ den. Am wichtigsten ist, dass die schwenkbar mit dem Zangenkörper verbun­ dene Tür und der auf den Zangenkörper geschweißte Ansatz 90 dazu dienen können, die Tür zuverlässig in der Schließstellung zu verriegeln, wie unten er­ läutert.

Die Tür 40 ist ausführlicher in Fig. 3 gezeigt; sie kann eine obere und eine un­ tere Türplatte 56 bzw. 60 aufweisen. Die obere Türplatte 56 enthält eine bogen­ förmige Nut 58, die untere Türplatte 60 eine entsprechende bogenförmige Nut 62. Die Tür 40 weist weiterhin eine Zwischenplatte 76 auf, die die obere Platte 56 mit der unteren Platte 60 strukturell verbindet. Ein Lagergehäuse 68 mit einer Durchgangsbohrung 72 ist ebenfalls auf der der gekrümmten Fläche 64 gegen­ über liegenden Seite der oberen Platte 56 befestigt. Ein entsprechendes Lager­ gehäuse 70 mit einer Durchgangsbohrung 74 ist an der unteren Platte 60 befes­ tigt. Die Achsen der Durchgangsbohrungen 72, 74 fluchten miteinander; die Durchgangsbohrungen sind zur Aufnahme der Stange 78 bemessen, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Durchgangsbohrungen 72, 74 und die Stange 78 sind also mit der zentralen Türschwenkachse 42 ausgerichtet. Der in den Fig. 3 und 4 gezeigte Griff 84 kann an die Zwischenplatte 76 angeschweißt sein. Die in Fig. 3 gezeigte Tür 40 kann nach verschiedenen Verfahren gefertigt sein - bspw. Einarbeiten der bogenförmigen Nuten 56, 60 und Anschweißen der Zwischenplatte 76 und der Lagergehäuse 68, 70 an die Platten 56, 60. Der Griff 84 kann dann an eine der Platten 56, 60 oder 76 angeschweißt werden. Verschiedene andere Vorge­ hensweisen lassen sich einsetzen - bspw. das Angießen der oberen und der un­ teren Platte an ein Lagergehäuse oder das Gießen anderer Bestandteile als ein­ zelnes Stück.

Wie weiter die Fig. 1 zeigt, hat der bogenförmige langgestreckte Ansatz 70 vor­ zugsweise eine im wesentlichen rechteckige Gestalt und kann auf die Oberplat­ te 44 des Zangenkörpers 15 aufgeschweißt sein. Beim Zusammensetzen der Hydraulikzange kann man die Tür 40 schwenkbar mit dem Zangenkörper ver­ binden, die Tür schließen und auf der Oberseite der Platte 44 des Zangenkör­ pers Markierungen anbringen, um den bogenförmigen Ansatz 90 relativ zum Zangenkörper richtig zu platzieren.

Wie angemerkt, lässt die Tür 40 sich auf herkömmliche Weise schwenkbar am Zangenkörper lagern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Tür so be­ messen, dass die obere und die untere Platte 56, 60 über bzw. unter die Ober- und die Unterplatte 44, 46 des Zangenkörpers gleiten. Die Türen schwenken um die Achse 42 in herkömmlichen Lageranordnungen, die die Reibung und so den Kraftaufwand zum Öffnen und Schließen der Tür gering halten. Die Fig. 5 zeigt vereinfacht ein oberes und ein unteres Lager 86 bzw. 88 in den Lagerge­ häusen 68 bzw. 70. Die obere Scheibe 82 kann unter der Spannmutter 80 vor­ gesehen sein, die auf die Welle 78 aufgeschraubt ist, eine entsprechende Scheibe 82 und eine Spannmutter 80 auf dem unteren Ende der Welle 78, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Fläche 65 der Tür 40 wird so bezüglich einer Zentralachse des Teil­ rings 12 zur radial einwärts gewandten Fläche einer geschlossenen Tür.

Aus den Fig. 3 und 4 ist nun einzusehen, dass beim Schließen der Tür der obere und der untere bogenförmige Ansatz 90, 92 von den entsprechend geformten Nuten 58 bzw. 62 der Tür 40 aufgenommen werden. Die bogenförmige Nut in der Oberplatte 56 öffnet sich also nach unten und die bogenförmige Nut 62 nach oben, wie in Fig. 3 gezeigt. Infolge eines geringen Spiels zwischen den Bauteilen kann die Tür geschlossen werden, ohne dass die Tür und die Ansätze aufeinander pressen, obgleich beim Herstellen der Rohrverschraubung das Ineinandergreifen dieser Bauteile die Tür effektiv in der Schließstellung versperrt und ein Aufspreizen der seitlichen Öffnung 17 der Hydraulikzange minimiert. Die Nut 58 bildet also die bogenförmige planare Verriegelungsfläche 59, während die Nut 62 eine entsprechend bogenförmige planare Verriegelungsfläche 63 bildet. Wie in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt, bewirkt das minimale Aufspreizen der Öffnung 17 des Zangenkörpers, dass die planaren Verriegelungsflächen 59, 63 sich an die entsprechenden planaren Flächen 91, 93 und der Ansätze 90, 92 anlegen. Vorzugsweise sind die Flächen 59, 63, 91, 93 jeweils bogenförmig planar, wobei ihre Krümmung im wesentlichen entlang der Schwenkachse 42 verläuft.

Wie in Fig. 3 gezeigt, kann die Tür 40 einen herkömmlichen Griff 84 aufweisen. Wie oben erläutert, kann zum Öffnen und Schließen der Tür auch ein angetrie­ bener Stellmotor wie die Zylinderanordnung 44 der Fig. 1 angewandt werden.

Durch den flächigen Kontakt von Oberflächen zwecks Minimierung des Auf­ spreizens, wobei der Mittelpunkt jeder Oberfläche im wesentlichen auf der Schwenkachse 42 liegt, bleibt das Aufspreizen der seitlichen Öffnung 17 mini­ mal, bevor die Oberflächen sich aneinander legen; danach minimiert das im we­ sentlichen flächige Aneinanderliegen der Oberflächen an der Tür und an den gekrümmten Ansätzen 90, 92 ein weiteres Aufspreizen der Öffnung. Dieses Aneinanderliegen erfolgt vorzugsweise an Orten sowohl über als auch unter der herkömmlichen Horizontalebene 17 des Zangenkörpers, um Biegekräfte so gering wie möglich zu halten, die bei nur einem einzigen bogenförmigen Ansatz über oder unter der Mittellinie 17 des Zangenkörpers auftreten würde. Auch werden die bogenförmigen Ansätze vorzugsweise durch Aufschweißen auf die obere und die untere Platte 44, 46 des Zangenkörpers festgelegt, um sowohl die gewünschte, das Aufspreizen gering haltende Festigkeit her­ zustellen als auch ein leichtes Auswechseln abgenutzter oder beschädigter Ansätze zu ermöglichen.

Die Fig. 6 zeigt von oben eine alternative Ausführungsform einer Hydraulik­ zange mit einer erfindungsgemäßen verbesserten Türverriegelung. So weist die Hydraulikzange eine rechte wie auch eine linke Tür auf. Für die Ausfüh­ rungsform der Fig. 6 sind für Bauteile mit oben diskutierten Funktionen die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der Fachmann wird einsehen, dass in dieser alternativen Ausführungsform alle Bestandteile der Hydraulikzange - mit Ausnahme der Tür - im wesentlichen so verbleiben, wie sie in Fig. 1 dar­ gestellt sind.

So weist, wie oben erläutert, der Zangenkörper 15 eine Oberplatte 44 mit Boh­ rungen 50 für die Hantelrollen auf. Die rechte Tür 40 weist ein Lagergehäuse 68, die linke Tür 140 ein entsprechendes Lagergehäuse 168 auf. Beim Schließen der Türen kann der Bedienungsmann zunächst unter Benutzung des Griffs 184 die linke Tür 140 so schließen, dass sie vollständig geschlossen ist, wie in Fig. 17 gezeigt. So ist der obere bogenförmige Ansatz 90 auf die Tür aufgeschweißt; bei geschlossener linker Tür 140 dient er dem gleichen Zweck, wie der bereits beschriebene Ansatz.

Ist die linke Tür 140 geschlossen, kann auch die rechte Tür 40 geschlossen werden, wobei die bogenförmige Nut 58 zur Aufnahme des Ansatzes 90 bemessen ist. Vollständig geschlossen widerstehen die Türen 40, 140 einem Aufspreizen auf die gleiche Weise, wie oben für die Tür 40 beschrieben ist. Der Fachmann wird einsehen, dass, sobald die Verschraubung hergestellt ist, zuerst die rechte Tür 40 und dann die linke Tür 140 geöffnet werden kann; danach lässt die Zange sich seitlich von der Verschraubung abziehen und dann seitlich bewegen, um eine neue Verschraubung herzustellen. Weiterhin ist für den Fachmann einzusehen, dass die in Fig. 6 gezeigte Anordnung auch einen unteren bogenförmigen Ansatz 92 aufweist, der zur Aufnahme durch eine untere Nut 62 in der Tür 40 auf die Tür 140 aufgeschweißt ist. So ist der Ansatz 68 an der Oberplatte 56 der Stirnfläche 64 gegenüber festgelegt. Der in Fig. 6 gezeigte Ansatz 168 ist entsprechend der Stirnfläche 164 der Oberplatte 156 der Tür 140 gegenüber festgelegt. Ansonsten können die Verriegelung und die Türen die oben erläuterten Bauteile aufweisen.

In den erläuterten Ausführungsformen können die Türen so bemessen und am Zangenkörper angebracht sein, dass sie die Größe des Rohrstrangs, der durch die seitliche Öffnung 17 hindurch und in die Mittel des Teilrings 12 einfahren soll, nicht beschränken. Soll die Zange zurück auf den Rohrstrang aufgesetzt werden (typischerweise um eine weitere Verschraubung herzustellen oder zu lösen), bewegt man die Zange einfach so, dass der Rohrstrang radial im Teilring und der Käfigplattenanordnung liegt; während dessen ist die Tür 40 geöffnet. Liegen zwei Türen vor, die sich jeweils teilweise über die Öffnung 17 im Zan­ genkörper erstrecken, haben beide je eine Schließfläche, die bei geschlossenen Türen im wesentlichen mittig in der Öffnung 17 des Zangenkörpers be­ abstandet liegen.

Hält man die gewünschte Krümmung der aneinander liegenden Flächen 59 und 91 (sowie 63 und 93) in der Solltoleranz und -lage bezüglich der Schwenkachse der Tür, kann der Zangenkörper sich minimal aufspreizen, bevor diese plana­ ren Flächen sich aneinander legen; danach minimiert der im wesentlichen flächige Kontakt dieser planaren Flächen das Aufspreizen. Bei den durch die Hydraulikzange aufgebrachten hohen Kräften lässt sich unter normalen Bedingungen die Tür nicht von Hand öffnen. Für die meisten Hydraulikzangen beträgt erfindungsgemäß der Spalt zwischen den Flächen 59 und 91 (sowie 63 und 93) anfänglich weniger als 0,5 mm (20/1000 Inch); vorzugsweise erhält man einen Spalt von weniger als 0,38 mm (15/1000 Inch) aufrecht. Für eine re­ lativ kleine Zange ist so ein Spalt von 0,25 mm (10/1000 Inch) oder weniger er­ reichbar.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird auch ein sehr schmale Spalt zwischen der radial inneren Fläche jedes Ansatzes und der radial inneren Fläche der entsprechenden Nut aufrecht erhalten. Weiterhin hat jede dieser bogenför­ migen planaren Innenflächen vorzugsweise auch einen Mittelpunkt, der im we­ sentlichen auf der Schwenkachse liegt. Da die Kräfte, die die Öffnung im Zan­ genkörper aufspreizen wollen, komplex sind, liegt in vielen Anwendungen nur ein Teil der Außenfläche des Ansatzes an einem Teil der äußeren Nutoberfläche an. In diesen Fällen trägt das Anliegen eines Teiles der Innenfläche des Ansatzes an der Innenfläche der Nut dazu bei, das Aufspreizen gering zu halten.

Die Tür lässt sich also ohne Pressung der Kontaktflächen schließen. Sobald die Hydraulikzange ein Nennmoment aufbringt, spreizt sie sich, so dass diese pla­ naren Kontaktflächen sich aneinander legen; bei weiterem Anstieg des Moments legen sie sich fest und sicher aneinander, während - was erwünscht ist - das Aufspreizen der Öffnung im Zangenkörper minimal bleibt. Sobald nach dem Herstellen der Verschraubung das Drehmoment entfällt, kann die Tür wieder geöffnet werden, ohne dass sie und der Ansatz aufeinander pressen.

Für den Fachmann ist einzusehen, dass der hier offenbarte Ansatz vorzugswei­ se eine rechteckige Gestalt hat; er kann auch anders gestaltet sein. Bspw. kann ein bogenförmiger Ansatz mit dreieckiger Gestalt vorgesehen sein, sofern seine "rückseitige Fläche" eine planare Fläche ist und mindestens im wesentlichen par­ allel zur Schwenkachse der Tür liegt. Entsprechend ist auch keine Nut erfor­ derlich, um die planaren Flächen 59, 63 auf der Tür auszubilden, obgleich nur die "rückseitige Fläche" der Nut als Verriegelungsfläche auf der Tür zur flächi­ gen Anlage am bogenförmigen Ansatz arbeitet. Wird weiterhin in der Ober- und der Unterplatte der Tür keine oder in der Tür eine sehr breite Nut vorgese­ hen, kann der Ansatz andere Konfigurationen aufweisen, obgleich er immer noch eine planare Oberfläche zur flächigen Anlage an der planaren Verriege­ lungsfläche haben würde.

Obgleich eine Hydraulikzange der oben erläuterten Art zwei Köpfe zum Greifen eines Ölfeld-Rohrstrangs aufweist, kann eine erfindungsgemäße Hydraulikzange mit einem dritten oder weiteren Köpfen ausgeführt sein. Ein dritter Kopf könnte an der Tür angebracht sein. Obgleich zum Antrieb des Teil­ rings verschiedene Motorarten geeignet sind, wird die Zange vorzugsweise hy­ draulisch angetrieben und daher mit einem hydraulischen Antriebsmotor aus­ gerüstet. Die erfindungsgemäße Zange kann unterschiedliche Sicherheitsvor­ richtungen aufweisen, die gewährleisten, dass die Tür geschlossen ist, bevor der Antriebsmotor betätigt wird.

Die erfindungsgemäße Türverriegelung ist ideal zum Nachrüsten vorhandener Hydraulikzangen mit herkömmlichen Verriegelungen geeignet. Es sei darauf hingewiesen, dass eine erfindungsgemäß verbesserte Hydraulikzange zunächst mit einem offenen Zangenkörper, einem drehbar am Zangenkörper gelagerten Teilring, mindestens zwei mit dem Teilring drehbaren Köpfen, einem Motor zum Antrieb des Teilrings und der hier erläuterten Mechanik zum Verriegeln der Tür in der Schließstellung gefertigt werden kann. Ein wesentlicher Nutzen einer solchen angetriebenen Zange ist der verringerte Kraftaufwand für den Bedienungsmann zum Schließen der Öffnung des Zangenkörpers, infolge des­ sen der Bedienungsmann die Tür eher einwandfrei in der Schließstellung verrie­ gelt, so dass das Sicherheitsrisiko und das Aufspreizen der Zange gering blei­ ben.

Die erfindungsgemäße Türmechanik ist besonders gut geeignet, wenn sie sich mindestens teilweise über die seitliche Öffnung einer Hydraulikzange er­ strecken soll, ist aber auch in andersartigen Ölfeldanwendungen an Vorrich­ tungen mit einer seitlichen Öffnung anwendbar. Bspw. kann die erfindungs­ gemäße Tür über der Öffnung einer Konterzange angeordnet sein, die keinen Teilring oder Motor zu dessen Antrieb aufweist. Viele Arten von Konterzangen sind mit einer seitlichen Öffnung ausgeführt; bei ihnen kann eine Tür vorge­ sehen sein, um die Öffnung zu schließen und so das Sicherheitsrisiko für den Bedienungsmann gering zu halten. Die erfindungsgemäße Türmechanik ist auch mit anderen Ölfeld-Werkzeugen bzw. -vorrichtungen einsetzbar - wie bspw. Elevatoren mit einer zangenartigen Öffnung, die aus der erfindungs­ gemäßen verbesserten Türmechanik Nutzen ziehen können.

Der Fachmann wird einsehen, dass zur radial einwärtigen Fläche der Nut ein erheblich breiterer Spalt vorgesehen sein kann.

Obgleich hier bestimmte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung und des Verfahrens zur Ausführung derselben gezeigt und beschrieben sind, ist einzusehen, dass an diesen verschiedene Änderungen und Modifika­ tionen möglich sind, ohne die allgemeineren Aspekte der Erfindung zu verlas­ sen. Folglich sollen die folgenden Ansprüche auch die Änderungen und Modifi­ kationen umfassen, die im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung liegen.

Claims (20)

1. Offene Hydraulikzange zum Herstellen und/oder Lösen einer Ölfeld- Rohrstrangverschraubung, gekennzeichnet durch
einen Zangenkörper mit einer seitlichen Öffnung,
einen Teilring, der vom Zangenkörper drehbar gelagert ist, um beim Herstellen und/oder Lösen einen Rohrstrangteil zu drehen,
mindestens zwei Köpfe, die mit dem Teilring drehbar und mit der Rohr­ strangverschraubung in Eingriff bringbar sind,
einen Motor zum Antrieb der Drehung des Teilrings,
eine Tür, die auf einer Seite der seitlichen Öffnung schwenkbar am Zan­ genkörper gelagert ist, sich in der Schließstellung mindestens teilweise über die Öffnung erstreckt und in der Offenstellung die Öffnung in der Zange freilegt, damit die Zange seitlich an den Rohrstrang angesetzt und von ihm abgezogen werden kann,
wobei die Tür um eine Türschwenkachse relativ zum Zangenkörper drehbar ist,
eine planare Verriegelungsfläche auf der Tür oder dem Zangenkörper, deren Verriegelungsmittelpunkt im wesentlichen auf der Türschwenkachse liegt, und
einen jeweils auf dem Zangenkörper bzw. der Tür angeordneten Ansatz mit einer bogenförmigen planaren Ansatzfläche zur flächigen Anlage an der planaren Verriegelungsfläche, wobei die Ansatzfläche einen Ansatzmittelpunkt im wesentlichen auf der Türschwenkachse aufweist.

2. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die planare Verriegelungsfläche und die planare Ansatzfläche je­ weils parallel zur Türschwenkachse liegen.

3. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tür eine Ober- und eine Unterplatte jeweils mit einer bogenför­ migen Nut aufweist, die eine obere bzw. eine untere planare Verriegelungsflä­ che bilden, wobei der Ansatz einen oberen Ansatz, der auf dem Zangenkörper abgestützt ist und eine planare Ansatzfläche zur Aufnahme in der bogenförmi­ gen Nut der Oberplatte hat, und einen unteren Ansatz aufweist, der auf dem Zangenkörper angeordnet ist und eine untere planare Ansatzfläche zur Aufnahme in der bogenförmigen Nut der Unterplatte hat.

4. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bogenförmige Nut in der Oberplatte sich abwärts öffnet und die bogenförmige Nut in der Unterplatte sich aufwärts öffnet, wobei der obere An­ satz auf einer Oberseite einer Oberplatte des Zangenkörpers und der untere Ansatz auf einer Unterseite einer Unterplatte des Zangenkörpers befestigt sind.

5. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 3, gekennzeichnet weiter­ hin durch eine Zwischenplatte, die an der Ober- und der Unterplatte der Tür befestigt ist, und durch ein oberes und ein unteres Lagergehäuse, die an der Ober- bzw. der Unterplatte der Tür befestigt sind.

6. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsgestalt hat.

7. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz auf den Zangenkörper aufgeschweißt ist.

8. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine weitere Tür, die auf einer gegenüberliegenden Seite der seitlichen Öffnung der Hydraulikzange schwenkbar gelagert ist und den Ansatz trägt,
wobei die Tür eine Türschließfläche und die weitere Tür eine weitere Tür­ schließfläche aufweisen und bei geschlossenen Türen die Türschließflächen in der seitlichen Öffnung des Zangenkörpers im wesentlichen mittig beabstandet sind.

9. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 1, gekennzeichnet weiterhin durch eine auf dem Zangenkörper an geordnete angetriebene Betätigungsvor­ richtung zum Öffnen und Schließen der Tür.

10. Türmechanik für eine Hydraulikzange mit einem Zangenkörper, der eine Öffnung enthält, gekennzeichnet durch
eine Tür, die an einer Seite der seitlichen Öffnung schwenkbar mit dem Zangenkörper verbunden ist, um sich in der Schließstellung mindestens teil­ weise über die Öffnung zu erstrecken und in der Offenstellung die Öffnung frei­ zulegen, damit die Hydraulikzange seitlich an einen Rohrstrang angesetzt und von ihm abgenommen werden kann,
wobei die Tür bezüglich des Zangenkörpers um eine Türschwenkachse drehbar ist,
eine planare Verriegelungsfläche auf der Tür oder dem Zangenkörper, aber nicht beiden, wobei die Verriegelungsfläche ein Verriegelungsmittelpunkt aufweist, der im wesentlichen auf der Türschwenkachse liegt, und
einen Ansatz, der auf dem Zangenkörper bzw. der Tür gelagert ist und eine bogenförmige planare Ansatzfläche aufweist, die sich flächig an die planare Verriegelungsfläche anlegen kann und deren Ansatzmittelpunkt im wesentlichen auf der Türschwenkachse liegt.

11. Türmechanik nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die planare Verriegelungsfläche als auch die planare Ansatzfläche paral­ lel zur Türschwenkachse liegen.

12. Türmechanik nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine weitere Tür, die auf einer gegenüberliegenden Seite der seitlichen Öffnung der Hydrau­ likzange auf dem Zangenkörper schwenkbar gelagert ist und den bogenförmi­ gen Ansatz trägt.

13. Türmechanik nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin die Tür eine Türschließfläche und die weitere Tür eine weitere Tür­ schließfläche aufweisen und dass bei geschlossenen Türen die Türschließflächen im wesentlichen mittig in der seitlichen Öffnung im Zangenkörper beabstandet liegen.

14. Türmechanik nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tür eine Oberplatte, die in der Oberseite eine bogenförmige Nut enthält, die eine obere planare Verriegelungsfläche bildet, sowie eine Unterplatte aufweist, die in der Unterseite eine bogenförmige Nut enthält, die eine untere planare Verriegelungsfläche bildet, und dass der Ansatz einen oberen Ansatz mit einer oberen planaren Ansatzfläche zur Aufnahme in der bogenförmigen Nut der Oberplatte und einen unteren Ansatz mit einer unteren planaren Ansatzfläche zur Aufnahme in der bogenförmigen Nut der Unterplatte aufweist.

15. Türmechanik nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die bogenförmige Nut in der Oberplatte sich abwärts und die bogenförmige Nut in der Unterplatte sich aufwärts öffnet und dass der obere Ansatz auf einer Oberseite der Oberplatte des Zangenkörpers und der untere Ansatz auf einer Unterseite der Unterplatte des Zangenkörpers befestigt sind.

16. Türmechanik nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsgestalt hat.

17. Offene Hydraulikzange zum Herstellen und/oder Lösen einer Ölfeld- Rohrverschraubung, gekennzeichnet durch
einen Zangenkörper mit einer seitlichen Öffnung,
einen Teilring, der vom Zangenkörper drehbar gelagert ist, um beim Herstellen und/oder Lösen einen Rohrstrangteil zu drehen,
mindestens zwei Köpfe, die mit dem Teilring drehbar und mit der Rohr­ strangverschraubung in Eingriff bringbar sind,
einen Motor zum Antrieb der Drehung des Teilrings,
eine Tür, die an einer Seite der seitlichen Öffnung schwenkbar am Zan­ genkörper gelagert ist, sich in der Schließstellung mindestens teilweise über die seitliche Öffnung erstreckt und in der Offenstellung die seitliche Öffnung in der Zange freilegt, damit die Zange seitlich an den Rohrstrang angesetzt und von ihm abgezogen werden kann,
wobei die Tür um eine Türschwenkachse relativ zum Zangenkörper drehbar ist und eine bogenförmige Nut in der Tür oder dem Zangenkörper, aber nicht beiden, vorgesehen ist, die eine planare Verriegelungsfläche bildet, die im wesentlichen parallel zur Türschwenkachse verläuft und deren Ver­ riegelungsmittelpunkt im wesentlichen auf der Türschwenkachse liegt, und
einen auf dem Zangenkörper bzw. der Tür angeordneten Ansatz mit einer bogenförmigen planaren Ansatzfläche, die sich flächig an die planare Ver­ riegelungsfläche anlegen kann, wobei die planare Ansatzfläche im wesentlichen parallel zur Türschwenkachse verläuft und einen Ansatzmittelpunkt aufweist, der im wesentlichen auf der Türschwenkachse liegt.

18. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Tür eine obere Platte, die eine bogenförmige Nut enthält, die eine obere planare Verriegelungsfläche bildet, und eine untere Platte aufweist, die eine bogenförmige Nut enthält, die eine untere planare Verriegelungsfläche bildet, und dass der Ansatz einen oberen Ansatz mit einer oberen planaren An­ satzfläche zur Aufnahme in der bogenförmigen Nut in der oberen Platte und einen unteren Ansatz mit einer unteren planaren Ansatzfläche zur Aufnahme in der bogenförmigen Nut der unteren Platte aufweist.

19. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 18, gekennzeichnet weiter­ hin durch eine Zwischenplatte, die fest mit der oberen und der unteren Türplatte verbunden ist, und durch ein oberes und ein unteres Lagergehäuse, die an der oberen bzw. der unteren Türplatte festgelegt sind.

20. Offene Hydraulikzange nach Anspruch 17, gekennzeichnet weiter­ hin durch
eine weitere Tür, die auf einer gegenüberliegenden Seite der seitlichen Öffnung am Zangenkörper schwenkbar gelagert ist und den Ansatz trägt,
wobei die Tür eine Türschließfläche und die weitere Tür eine weitere Tür­ schließfläche aufweisen und bei geschlossenen Türen die beiden Türschließflä­ chen in der seitlichen Öffnung im Zangenkörper im wesentlichen mittig beab­ standet liegen.