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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgestänge aus über Steckkupplungen miteinander verbundenen Rohrabschnitten, wie es beispielsweise zum Herstellen von Erdbohrungen und/oder zum Einziehen von Rohrleitungen ins Erdreich verwendet wird.
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Derartige Gestänge sind in großer Zahl bekannt. So beschreibt die
deutsche Offenlegungsschrift 199 38 577 A1 ein Gestänge aus einzelnen über Steckkupplungen miteinander verbundenen Rohrabschnitten. Bei diesen Steckkupplungen greift in üblicher Weise das vordere Ende eines Rohrabschnitts verriegelt in das rückwärtige Ende eines anderen Rohrabschnitts. Die Rohre bedürfen einer Verdrehsicherung und einer Ausziehsicherung. Die Verdrehsicherung besteht dabei aus einer Mehrkanthülse mit Sicherungsflächen, in die ein Mehrkantzapfen mit korrespondierenden Sicherungsflächen eingreift; sie ist daher verdeckt eingebaut. Hingegen besteht die Ausziehsicherung aus einer Wandungsbohrung quer zur Gestängeachse, in der ein Querriegel angeordnet ist. Der Querriegel endet einerseits in einer nach außen offenen Ausnehmung des aufnehmendem Rohrabschnitts und ist in einer gegenüberliegenden Ausnehmung mit einem Querhebel versehen, der zur Sicherung der Verbindung beim Bohren um mehr als 90° in eine nach außen offene Tasche des aufnehmendem Rohrabschnitts verschwenkt wird.
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Bohrgestänge dieser Art sind mit dem Nachteil behaftet, daß nach außen weisende Gestängeöffnungen beim Bohren zwangsläufig verschmutzen und demgemäß vor einem Lösen der Rohr- bzw. Gestängeabschnitte zunächst einer Reinigung bedürfen. Ein weiterer Nachteil derartiger Gestänge besteht darin, daß jede nach außen weisende Öffnung mit einem zusätzlichen Aufwand an Antriebskraft verbunden ist und daher nicht unerhebliche Betriebskosten verursacht.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, sind auch zahlreiche außen glatte Rohrverbindungen bekannt, bei denen wie im Falle der PCT-Offenlegungsschrift
WO 00/20720 jeder Gestängeabschnitt einerseits mit einem Außengewinde und andererseits mit einem Innengewinde versehen ist. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Gestängeabschnitte mühsam miteinander verschrauben. Dieses Verschrauben ist jedoch nur dann möglich, wenn die korrespondierenden Gewinde sauber sind. Unabhängig davon ist das Verschrauben jedoch auch außerordentlich zeitaufwendig und erfordert je nach dem Gewicht der Gestängeabschnitte erhebliche, zumeist nur maschinell erreichbare Kräfte.
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Ein weiterer besonders schwerwiegender Nachteil der geschraubten Rohrverbindungen besteht darin, daß diese naturgemäß nur eine Drehrichtung als Arbeitsrichtung kennen, weil sich in der anderen Drehrichtung die Verbindung der Gestängeabschnitte lösen würde.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, beschreibt die
deutsche Patentschrift 101 10 399 C1 ein glattes Gestänge für einen Dreh- und Schubantrieb aus mehreren über Steckverbindungen in beiden Richtungen drehfest miteinander verbundenen Rohrabschnitten. Dieses Gestänge besitzt zwar eine durchgehend glatte Außenfläche, erfordert aber zu jedem Gestängeabschnitt einen Innenrohrabschnitt und Kupplungen zum Verbinden der Außenrohr- und der Innenrohrabschnitte. Die Innenrohrabschnitte besitzen mehrere Mitnehmeranschläge, über die sie einerseits miteinander und andererseits mit jeweils einem Außenrohrabschnitt verbunden sind. Diese dreh- sowie schub- und zugfeste Verbindung jeweils zweier Gestängeabschnitte ist jedoch konstruktiv sehr aufwendig.
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Des weiteren beschreibt die
deutsche Offenlegungsschrift 43 36 245 A1 ein Gestänge, in dem beiderseits eingespannte Stößel erstrecken, die gleitend in einer Hülse und in einem Federgehäuse gelagert sowie mit einem Zapfen verbunden sind.
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Des weiteren beschreibt die
deutsche Patentschrift 195 27 989 C1 ein Gestänge aus beiderseits eingespannten Stangen in Gestalt von Arretierrohren, die mit ihrem einen Ende in einer Mehrstufenbohrung eines Steckzapfens und mit ihrem anderen Ende in einer Muffe gleitend gelagert sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgestänge aus einzelnen Rohrabschnitten zu schaffen, das ebenfalls eine glatte Außenfläche besitzt, bei dem jedoch die einzelnen Gestängeabschnitte weniger aufwendig miteinander verbunden sind.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit im Innern der Gestängeabschnitte angeordneten und von innen betätigten Kupplungen. Diese Kupplungen werden jeweils mit einer Betätigungsstange in dem einen Gestängeabschnitt verriegelt oder entriegelt. Die Betätigungsstange greift an mindestens einem Drehriegel der Kupplung an, der sich mit Hilfe der Stange beispielsweise in eine Ausnehmung des benachbarten anderen Gestängeabschnitts hineindrehen oder herausdrehen läßt. Demgemäß werden die beiden Gestängeabschnitte ineinander gesteckt und sodann durch ein Verdrehen der Betätigungsstange um beispielsweise 90° in der Längsrichtung verriegelt, während ein mit der Stange verbundenes Profil des Gestängeabschnitts in ein entsprechendes Innenprofil des benachbarten Gestängeabschnitts eingreifen kann. Das Profil ist drehfest bzw. einteilig mit seinem Gestängeabschnitt verbunden und kann dort in einer Kulisse des benachbarten Gestängeabschnitts angeordnet sein.
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Vorzugsweise ist zwischen der Betätigungsstange und dem Gestängeabschnitt eine Haltefeder angeordnet, die dafür sorgt, daß sich der Drehriegel bzw. die Betätigungsstange stets in ihrer Verriegelungsposition befindet, solange die Betätigungsstange nicht von Hand um beispielsweise 90° in eine Entriegelungsposition gedreht wird.
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Zum Zwecke der Drehmomentübertragung können die korrespondierenden bzw. ineinandergreifenden Enden der Gestängeabschnitte Kupplungsflächen aufweisen. So können derartige Kupplungsflächen einander gegenüberliegend mit axialem Abstand voneinander im Gestängeinnern angeordnet sein. Auf diese Weise ergeben sich zwischen je zwei Kupplungsflächen Ausnehmungen, in die Drehriegel der Kupplung eingreifen.
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Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich bei einer Kupplung aus mindestens einem verschwenkbaren Verriegelungsstück im einen Ende des Gestängeabschnitts und vorzugsweise einer Zugkante am Verriegelungsstück und am benachbarten Gestängeabschnitt sowie je einer Druckkante an den benachbarten Gestängeabschnitten. Das Verriegelungsstück kann mittels einer Feder in seiner Verriegelungsstellung gehalten werden.
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Die Kupplungen der Gestängeabschnitte können mit einer axialen Bohrung versehen sein, um beispielsweise den Bohrkopf mit einem Spülmittel zu versorgen.
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Insgesamt gesehen schafft die Erfindung somit eine völlig gekapselte und demgemäß auch nur von innen zu betätigende Kupplung für Gestängeabschnitte, die von außen im wesentlichen völlig glatt ausgebildet sein können. Darüber hinaus sind die einzelnen Gestängeabschnitte genau positioniert miteinander verbunden, so daß die Drehlage des Bohrkopfs, beispielsweise eines Bohrkopfs mit einer Lenkfläche, am anderen Gestängeende bzw. am Bohrantrieb stets ohne weiteres erkennbar ist. Dies vereinfacht die Überwachung der Drehlage eines solchen Bohrkopfs außerordentlich.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 die Außenansicht der Stoßstelle zweier erfindungsgemäßer Gestängeabschnitte,
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2 einen Längsschnitt nach der Linie II-II in 1,
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3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in 1,
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4 eine perspektivische Darstellung der beiden benachbarten Gestängeabschnitte,
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5 eine der 2 entsprechende Darstellung der Gestängekupplung, jedoch im entriegelten Zustand,
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6 einen axialen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel mit der Kupplung in der Arbeitsstellung,
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7 einen Querschnitt nach der Linie VII-VII in 6 und
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8 einen 6 entsprechenden Längsschnitt mit der gelösten Kupplung.
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Das erfindungsgemäße Gestänge besteht aus rohrförmigen Abschnitten 1, 2, die eine glatte Oberfläche, d. h. eine Oberfläche ohne Ausnehmungen und Erhöhungen besitzen und an der Stoßstelle 3 ohne Absatz ineinander übergehen. Beide Abschnitte besitzen an ihren ineinandergreifenden Enden korrespondierende Flächen und greifen so drehfest ineinander.
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Der Gestängeabschnitt 1 ist im vorderen Teil 4 U-förmig ausgespart und dient dort als Lager für eine drehbare Betätigungsstange 5. Eine als Drehfeder 6 ausgebildete Haltefeder erstreckt sich zwischen dem Hauptteil des Gestängeabschnitts 1 und dessen vorderem Teil 4. Die Betätigungsstange 5 ist drehfest mit einem Drehriegel 7 verbunden, der ständig unter dem Einfluß der Drehfeder 6 in eine zweiteilige Ausnehmung 8 in dem Gestängeabschnitt 2 eingreift, sich jedoch durch eine Drehung der Betätigungsstange 5 um 90° aus ihrer Arbeitsposition (2) in eine Demontageposition (5) drehen läßt.
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In der Arbeitsposition liegt der Drehriegel 7 in der Ausnehmung 8 an einer Zugkante 9 des Gestängeabschnitts 2 an, während Druckkanten 10 der Gestängeabschnitte 1, 2 aneinanderliegen. Auf diese Weise sind die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 im Betriebszustand (1, 2) zug- und druckfest miteinander verbunden.
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Der Drehriegel 7 liegt im gekuppelten Zustand der Gestängeabschnitte 1, 2 mit einander gegenüberliegend angeordneten Kupplungsflächen 11 an Kupplungsflächen 12, 13 des Gestängeabschnitts 2 an, zwischen denen sich die zweiteilige radiale Ausnehmung 8 befindet, während der vordere Teil 4 des Gestängeabschnitts 1 in eine Kulisse 14 des Gestängeabschnitts 2 eingreift; er ist zudem mit einer Längsbohrung 15 ausgestattet, über die der Bohrkopf beispielsweise mit einer Spülflüssigkeit versorgt werden kann.
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Die Zugkräfte werden mit Hilfe des Drehschiebers bzw. des Querriegels 7 und die Schub- und Druckkräfte mit Hilfe der Druckkanten 10 übertragen, während die Kupplungsflächen 11, 12, 13 der Drehmomentübertragung dienen.
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Um die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 voneinander zu trennen, braucht lediglich die Betätigungsstange 5 um 90° gedreht zu werden, um den Drehriegel 7 aus der in 2 dargestellten Verriegelungslage in die in 5 dargestellte Entriegelungslage zu bringen und die beiden Rohrabschnitte durch Ziehen mühelos voneinander trennen zu können. Dabei bewegt sich der Querriegel 7 mit der Betätigungsstange 5 zwischen den Kupplungsflächen 12, 13 hindurch, wie das 4 veranschaulicht.
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Auf diese Weise bildet das Gestänge im gekuppelten Zustand praktisch ein Glattrohr aus mehreren Gestängeabschnitten 1, 2 mit einer innen angeordneten Gestängekupplung. Diese Kupplung erlaubt einen Druck- oder Zugbetrieb sowie einen Drehbetrieb des Gestänges in beiden Richtungen und läßt sich mit Hilfe des Drehriegels 7 ebenso leicht lösen wie auch wiederum schließen. Dabei sichert die Drehfeder 6 den Drehriegel 7 in seiner Betriebs- bzw. Arbeitslage. Durch ein bloßes Drehen der Verriegelungsstange 5 um 90° gegen die Wirkung der Drehfeder 6 gelangt der Drehriegel 7 aus der Lage nach 2 in die Lage nach 5, in der sich die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 mühelos auseinander ziehen lassen.
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Bei dem in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel greifen die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 ebenfalls mit Zugkanten 9 und Druckkanten 10 ineinander. Dabei sind in der Wandung eines innenliegenden Fortsatzes 15 winkelförmige Verriegelungsstücke 16, 17; 18, 19 verschwenkbar gelagert, deren Schenkel 17, 19 in Taschen 20, 21 einer Betätigungsstange 22 eingreifen. Die Betätigungsstange 22 kann auch zweiteilig ausgebildet sein, um nicht die ganze Stange in dem Gestängeabschnitt 2 belassen zu müssen.
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Die Betätigungsstange 22 steht unter dem Einfluß einer Druckfeder 23, die sich an einem Innenkragen 24 des Fortsatzes 15 abstützt oder auch direkt an den Verriegelungsstücken 16, 17; 18, 19 angreift.
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Der Fortsatz 15 und der Gestängeabschnitt 1 sind mit korrespondierenden Kupplungsflächen 25, 26 zur Drehmomentübertragung versehen (7). Die Zugkanten 9 der Verriegelungsstücke 16, 17; 18, 19 des Gestängeabschnitts 2 lassen sich mit Hilfe der Betätigungsstange 22 lösen; sie bewegen sich zentripetal nach innen, wenn auf die Betätigungsstange 22 ein Druck ausgeübt wird von der Position in 6 in die Position der 8, in der sich die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 auseinander ziehen lassen.
