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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines für Erdbohrungen (Tiefbohrungen) vorgesehenen Bohrkopfes mit einem Bohrgestänge sowie eine Vorrichtung zum kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes. Bohrköpfe werden häufig auch als Bohrmeißel bezeichnet. Bohrköpfe im Sinne der Erfindung sind insbesondere Rollenmeißel, PDC-Meißel und sonstige Meißel beliebiger Geometrie und Gestaltung.
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Mit Tiefbohrungen sind insbesondere Erdöl-, Erdgas- oder Geothermiebohrungen, aber auch sonstige Bohrungen gemeint, bei welchen Bohrköpfe mit einem Gewindestück zum Einsatz kommen, die mit einem anderen Rohrelement verschraubbar sind. In den meisten Fällen wird das mit dem Bohrkopf verschraubte Rohrelement nach Verschraubung mit dem Bohrkopf an seinem gegenüberliegenden Ende mit einem weiteren, meist baugleichen Rohrelement verschraubt. Dieser Vorgang wird dann mehrfach wiederholt, um einen, aus einer Vielzahl von Rohrelementen bestehenden, langen Bohrstrang mit Bohrkopf am unteren Ende zu bilden. Die vorstehend als ”Rohrelement” beschriebenen Elemente werden nachfolgenden als ”Elemente des Bohrstrangs” bezeichnet. Es muss sich bei diesen Elementen nicht zwangsläufig um ”Rohre” im klassischen Sinne handeln. Statt ”Rohren” können auch andere langgestreckte Elemente verwendet werden, die sich für einen Bohrstrang eignen. Dies sind im Wesentlichen in Längsrichtung miteinander verbindbare, rotationssymmetrische Körper. Häufig anzutreffende Rohrlängen liegen zwischen 9 Metern und 13,5 Metern.
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Das Verfahren, welches mit einem vorstehend beschrieben Bohrstrang durchgeführt wird, wird auch als ”Rotary-Verfahren” bezeichnet. Ein Bohrstrang wird nachfolgend auch als ”Bohrgestänge” bezeichnet.
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Einige konstruktive Details zu beschriebenen (Rohr-)Elementen des Bohrstrangs sowie zur Montage und Demontage dieser Elemente des Bohrstrangs miteinander sind in der Patentanmeldung
DE 10 2011 052 695 beschrieben. Auf die Inhalte dieser Patentanmeldung wird hiermit Bezug genommen. Sie sind Bestandteil dieser Offenbarung.
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Die Verbindung der Elemente des Bohrstrangs miteinander wird seit vielen Jahren in sogenannten Bohrtürmen mit Hilfe von Klemm-Schraub-Vorrichtungen durchgeführt. Mit Klemm-Schraub-Vorrichtungen sind insbesondere die Vorrichtungen bekannt, welche in der Fachsprache als ”Iron Roughneck” bzw. als ”Hydraulic Roughneck” bezeichnet werden. Ein mit der Erfindung im Zusammenhang stehender, bekannter ”Iron Roughneck” umfasst üblicherweise eine als ”Spinner” bezeichnete Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung (meist als Reibradgetriebe ausgebildet), die üblicherweise im unteren Bereich der Elemente des Bohrstrangs angreift und diese, in einem Bohrturm hängend, schnell antreibt, um einen ersten Teil eines Schraubvorgangs durchzuführen. Ferner umfasst dieser ”Iron Roughneck” eine erste Klemmvorrichtung zum klemmenden Halten eines ersten Endes eines Elements eines Bohrstrangs sowie eine zweite Klemmvorrichtung zum klemmenden Halten eines zweiten Endes eines Elements eines Bohrstrangs. Die erste Klemmvorrichtung und die zweite Klemmvorrichtung, welche auch als ”Zangen” bezeichnet werden, sind drehbar bzw. verschwenkbar gelagert und werden insbesondere für den zweiten Teil eines Verschraubvorgangs eingesetzt, um die bereits mit Hilfe des ”Spinners” miteinander verschraubten Elemente des Bohrstrangs mit einem bestimmten, vorgegebenen Drehmoment anzuziehen. Mit den ”Zangen” wird daher eine besondere Genauigkeit und somit eine hohe Sicherheit der Verschraubungen erreicht.
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Die Verschraubung des Bohrkopfes mit dem untersten Element eines Bohrstrangs erfolgt bislang überwiegend mit Hilfe sehr großer Zangen, die üblicherweise als ”manual tongs” bezeichnet und entweder mit Muskelkraft oder mit Hilfe hydraulischer oder ggf. elektrischer Antriebe bedient werden. Ergänzend zu den ”manual tongs” kommen auch sogenannte ”Meißel-Brechplatten” zum Einsatz. Nachteilig an den bislang zum Einsatz kommenden Verfahren zum Verbinden eines Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrstrangs ist, dass diese sehr personal- und zeitintensiv sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum kraftschlüssigen oder formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes zur Verfügung zu stellen, welche die Verbindung eines Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrgestänges vereinfachen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 5.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung zwischen einem für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopf und einem Bohrgestänge umfasst folgende Verfahrensschritte:
- a) Positionieren eines mit dem Bohrkopf zu verbindenden Elements eines Bohrgestänges über dem Bohrkopf,
- b) kontrolliertes Bewegen des zu verbindenden Elements in Richtung eines mit dem Bohrkopf in Verbindung stehenden Gewindes in eine Position, in der durch Drehen des Bohrgestänges und/oder des Bohrkopfes eine Schraubverbindung zwischen dem zu verbindenden Element und dem Bohrkopf herstellbar ist,
- c) Drehen des zu verbindenden Elements und/oder des Bohrkopfes zum Herstellen der Schraubverbindung, wobei
- d) der Bohrkopf vor dem Herstellen der Schraubverbindung mit einer Vorrichtung kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird,
- e) die Vorrichtung von einer ersten Klemmvorrichtung einer automatischen Klemm-Schraub-Vorrichtung gehalten wird,
- f) das mit dem Bohrkopf zu verbindende Element über eine zweite Klemmvorrichtung einer automatischen Klemm-Schraub-Vorrichtung gehalten wird und
- g) das zu verbindende Element des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung durch die automatische Klemm-Schraub-Vorrichtung so bewegt wird, dass die für die gewünschte Schraubverbindung erforderliche relative Drehbewegung zwischen dem Bohrkopf und dem Element des Bohrgestänges von der Klemm-Schraubverbindung durchgeführt wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Halten eines für Erdbohrungen vorgesehenen Bohrkopfes, welche folgende Elemente umfasst:
- a) eine klauenförmige Haltestruktur zum mindestens teilweisen Umgreifen eines an einem Bohrkopf ausgebildeten Greifabschnitts und/oder eine ringförmige oder klauenartig ausgebildete, verstellbare Klemmvorrichtung zum Festklemmen eines Bohrkopfes an einem Greifabschnitt sowie
- b) ein Gehäuse mit kreisförmiger oder polygonförmiger Außenkontur, das drehfest mit der Haltestruktur verbunden oder verbindbar ist.
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Unter einer Haltestruktur im Sinne der Erfindung wird insbesondere eine Haltestruktur mit sich gegenüberliegenden, parallel zueinander angeordneten oder anordenbaren Flächen zum seitlichen Aufschieben auf den Greifabschnitt verstanden. Alternativ kann die Haltestruktur aber auch eine andere Form aufweisen, wenn diese dazu geeignet ist, den Bohrkopf durch Greifen der Haltestruktur von der Außenseite zu halten. Nur beispielhaft wird an dieser Stelle auf eine polygonartige Ausbildung verwiesen.
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Der Greifabschnitt schließt sich vorzugsweise an einen auskragenden Lagerabschnitt an. Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht es, aus dem Stand der Technik bekannte Klemm-Schraub-Vorrichtungen, die seit mehreren Jahrzehnten ausschließlich für das Verschrauben von zwei Elementen eines Bohrgestänges eingesetzt wurden, für die Verschraubung eines Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrgestänges zu verwenden. Auf weitere, diesbezügliche Details wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Unteransprüchen und der Figurenbeschreibung eingegangen. Die Verwendung einer Klemm-Schraub-Vorrichtung für die Verbindung eines Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrgestänges ermöglicht eine schnellere, exaktere und kostengünstigere Verbindung als die bekannte Verbindung von Bohrköpfen mit Elementen von Bohrgestängen mittels der eingangs beschriebenen ”manual tongs” bzw. anderen bekannten Hilfsmitteln. Die Erfindung kommt ferner dem Grundsatz ”Hands off” nach und reduziert die Gefahr von Arbeitsunfällen während eines Verschraubvorgangs.
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In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Gehäuse mindestens ein Außenmaß auf, das größer ist als das größte Außenmaß der dem zu verbindenden Bohrkopf ausgebildeten Bohrstruktur. In dieser Ausführungsform kann das Gehäuse als ein den Bohrkopf mit dessen Bohrstruktur schützendes, umgehendes Gehäuse ausgestaltet sein. Der Bohrkopf kann dann zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vormontiert und in diesem hängend gelagert und bewegt werden.
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In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Relativbewegung zwischen dem zu verbindenden Element des Bohrgestänges und der Vorrichtung in mindestens folgenden Teilabschnitten:
- a) Drehen des Elements des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung mit einer ersten Geschwindigkeit bis zum Erreichen eines ersten Drehmomentgrenzwertes (niedrig),
- b) Weiterdrehen des Elements des Bohrgestänges relativ zu der Vorrichtung mit einer zweiten Geschwindigkeit bis zum Erreichen eines zweiten Drehmomentgrenzwertes.
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Dabei wird der Verfahrensschritt a) vorzugsweise mit Hilfe einer Hochgeschwindkeitsdrehvorrichtung, insbesondere einem aus der Praxis bekannten ”Spinner” eines ”Iron Roughnecks”, durchgeführt. Ein solcher ”Spinner” greift üblicherweise im – in Längsrichtung betrachtet – unteren Bereich des zu verbindenden Elements an, kann jedoch auch in Längsrichtung verfahren werden und an anderen freien Stellen eines Elements angreifen. Bei den meisten ”Iron Roughnecks” ist der ”Spinner” ein integraler Bestandteil der Vorrichtung. Es kann jedoch auch ein separater ”Spinner” zum Einsatz kommen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform wird das Weiterdrehen gemäß dem vorstehend genannten Verfahrensschritt b) mit einer zweiten Geschwindigkeit mit Hilfe der ersten Klemmvorrichtung und/oder der zweiten Klemmvorrichtung durchgeführt. In Bezug auf bekannte ”Iron Roughnecks” handelt es sich bei der ersten Klemmvorrichtung und der zweiten Klemmvorrichtung im Sinne der Erfindung um zwei sehr große Zangen, mit deren Hilfe sehr große Elemente festgeklemmt und mit einem einstellbaren Drehmoment festgezogen werden können.
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Das Verbinden eines Bohrkopfes erfolgt unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung – vereinfacht beschrieben – vorzugsweise zunächst durch Verschrauben mit Hilfe eines ”Spinners” mit einem ersten, niedrigen Drehmoment und anschließendes Verschrauben mit Hilfe der beschriebenen ersten Klemmvorrichtung und der zweiten Klemmvorrichtung mit einem präzise einstellbaren zweiten, höheren Drehmoment. Die Differenz der beiden Drehmomente wird vorzugsweise so gewählt, dass die Klemmvorrichtungen zueinander nur um weniger als 90°, bevorzugt weniger als 45° und besonders bevorzugt weniger als 30° bewegt werden müssen. Da die erste Klemmvorrichtung und die zweite Klemmvorrichtung vor allem dem Aufbringen eines präzisen Drehmoments dienen, wird der erforderliche Winkel zum Erreichen des gewünschten Drehmoments vorzugsweise möglichst klein gewählt, z. B. so, dass er zwischen 1° und 10° bzw. zwischen 1° und 20° liegt.
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Die Haltestruktur und das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können einstückig ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Vorrichtung einfach herstellbar und robust.
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Gemäß einer anderen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Haltestruktur Bestandteil eines ersten Teilelements und das Gehäuse als separates, zweites Teilelement ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache und intuitive Handhabung der Vorrichtung.
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Auf Einzelheiten hinsichtlich der Handhabung von einteilig und mehrteilig ausgebildeten Vorrichtungen wird in der Figurenbeschreibung noch näher Bezug genommen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Geometrie der Haltestruktur und die Geometrie des Gehäuses so aneinander angepasst, dass die Haltestruktur drehfest in dem Gehäuse positionierbar ist. Dies erfolgt insbesondere durch eine vollständig komplementäre Ausbildung von Haltestruktur und Gehäuse oder durch Ausbildung einer bestimmten Kontur (z. B. der Außenkontur) an einem der Elemente und einer zumindest teilweise komplementären Ausnehmung an dem anderen Element. Ferner kann eine sonstige, aus dem Stand der Technik bekannte Verdrehsicherung zur drehfesten Anordnung der Haltestruktur in dem Gehäuse vorgesehen sein, z. B. ein Verriegelungsmechanismus.
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Wenn an der Haltestruktur und/oder an dem Gehäuse mindestens ein Sicherungselement derart angeordnet oder anordenbar ist, dass der Bohrkopf nach Einschieben in die klauenförmige Haltestruktur und Schließen des Sicherungselements formschlüssig in der Vorrichtung fixiert ist, kann die Sicherheit der Vorrichtung weiter verbessert werden. In diesem Fall wird nämlich wirksam verhindert, dass die einmal hergestellte Verbindung zwischen Haltestruktur und Bohrkopf, beispielsweise während des Transports oder einem sonstigen Bewegen der Anordnung, versehentlich gelöst wird. Insbesondere wird verhindert, dass ein Mensch, der mit oder ohne Zuhilfenahme einer Hebeeinrichtung, die Haltestruktur mit eingesetztem Bohrkopf greift, diese anschließend durch Drehen oder Schwenken in eine Lage bewegt, in welche sich die Verbindung versehentlich lösen könnte.
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Das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise rohrförmig ausgebildet, d. h. es weist zumindest Teilabschnitte eines Zylinders oder Zylindermantels auf. Ein Vorteil einer solchen Gestaltung ist die beliebige relative Anordnung des Gehäuses mit Hilfe einer Klemmvorrichtung. Ferner sind derartige Vorrichtungen aus einem rohrförmigen Standard-Bauelement relativ kostengünstig herstellbar.
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Die Haltestruktur einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise u-förmig ausgebildet. Diese geometrische Gestaltung lässt sich nicht nur kostengünstig herstellen, sondern zusammen mit einem Bohrkopf auch sehr gut handhaben. Auf die Handhabung wird in der Figurenbeschreibung noch näher eingegangen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht diese aus zwei Teilelementen, die sich vorzugsweise zu einer Vorrichtung mit kreisförmiger oder polygonförmiger Außenkontur zusammenfügen lassen. Solche Teilelemente können beispielsweise eine halbkreisförmige Grundform aufweisen. Sie sind vorzugsweise einfach lösbar miteinander verbindbar.
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Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben: Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
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2 die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ansicht von oben,
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3 die in den 1 und 2 gezeigte Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß den Pfeilen III-III in 2,
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4 einen aus dem Stand der Technik bekannten Bohrkopf mit einer aufgeschobenen, klauenförmigen Haltestruktur in einer Seitenansicht,
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5 den in 4 gezeigten Bohrkopf ohne die Haltestruktur in einer Ansicht von oben,
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6 die klauenförmige Haltestruktur in einer Ansicht von oben,
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7 die in 6 gezeigte Haltestruktur in einer Schnittdarstellung gemäß den Pfeilen VII-VII in 6,
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8 die in den 1–3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem vormontierten Bohrkopf in einer bekannten Klemm-Schraub-Vorrichtung (Iron Roughneck),
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9 die in 8 gezeigte Vorrichtung unmittelbar vor der Verbindung des Bohrkopfes mit einem Element eines Bohrgestänges,
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10 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben,
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11 die in 10 dargestellte Vorrichtung in einer Ansicht von vorne,
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12 ein erstes Teilelement einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben,
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13 ein zweites Teilelement einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von oben und
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14 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie S in den 12 und 13 durch die virtuell zusammengefügten Teilelemente in den 12 und 13.
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Die 1–3 zeigen verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, die im Wesentlichen aus einer u-förmig ausgebildeten, klauenartigen Haltestruktur 12 und einem hülsenartig ausgebildeten Gehäuse 14 besteht. Die klauenartige Haltestruktur 12 der ersten Ausführungsform besteht aus einer quadratischen Platte, die nachfolgend auch als Verriegelungsplatte 16 bezeichnet wird. Das Gehäuse 14 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 18 und einen sich an der unteren Seite anschließenden, seitlich auskragenden Flansch 20. Auf der Oberseite weist das Gehäuse 14 eine quadratische Ausnehmung 22 auf, welche es ermöglicht, die Verriegelungsplatte 16 – wie in den 2 und 3 gezeigt – einzusetzen. Im eingesetzten Zustand liegt die Verriegelungsplatte 16 auf einer im Bereich der Ausnehmung 22 ausgebildeten Auflagerfläche 24 mit kreisförmiger Innenkontur und im Wesentlichen quadratischer Außenkontur auf. In den Eckbereichen der Auflagerfläche 24 sind Gewindelöcher 26 ausgebildet. Dadurch kann die Verriegelungsplatte 16 mit Hilfe von Schrauben 30 mit dem Gehäuse 14 verschraubt werden.
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Die Verriegelungsplatte 16 weist in ihren Eckbereichen Durchgangsöffnungen 28 auf, die mit den Gewindelöchern 26 in dem Gehäuse 14 fluchten, wenn die Verriegelungsplatte 16 in die Ausnehmung 22 eingesetzt ist und auf der Auflagerfläche 24 aufliegt.
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Als Sicherungselement 32 zum Verschließen der Öffnung 34 der klauenartigen Haltestruktur 12 ist in der in den 1–3 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ein Sicherungsriegel 36 mit einem zylindrischen Schaft 38 und einem langgestreckten Riegel 40 vorgesehen. An dem Riegel 40 ist ferner eine Durchgangsöffnung 42 ausgebildet. Wie in 2 gezeigt, ist das Sicherungselement 32 so gestaltet, dass der Riegel 40 über eine Schraube 30 mit der Verriegelungsplatte 16 verschraubt werden kann, wenn der Riegel 40 sich in einer die Öffnung 34 verschließenden Position befindet.
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Die 4 und 5 zeigen beispielartig, d. h. schematisch und stark vereinfachend, einen aus dem Stand der Technik bekannten Bohrkopf 44 mit einer an dessen unteren Ende ausgebildeten Bohrstruktur 46, einem darüber angeordneten Greifabschnitt 48, einem über dem Greifabschnitt 48 angeordneten Lagerabschnitt 50 und einem sich über dem Lagerabschnitt 50 anschließenden konischen Abschnitt 52 mit einem nicht dargestellten Außengewinde. Die Verriegelungsplatte 16 sollte bohrmeißelspezifisch (verschiedene Hersteller) individuell angepasst werden (z. B. Dicke, Breite der Öffnung 34 etc.).
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In 5 wurde der Lagerabschnitt 50 nicht dargestellt, um den Greifabschnitt 48 sichtbar zu machen. Wie in 5 zu erkennen ist, weist der Greifabschnitt 48 zwei sich gegenüberliegende, parallel zu einander angeordnete Flächen 54a, 54b auf, die es ermöglichen, die in den 6 und 7 dargestellte u-förmige Haltestruktur 12, welche der in den 1–3 dargestellten Haltestruktur 12 entspricht, von der Seite auf den Greifabschnitt 48 des Bohrkopfes 44 aufzuschieben. In den 6 und 7 sowie in 4 ist die Haltestruktur 12 vereinfacht, d. h. insbesondere ohne Sicherungselement, dargestellt. Die Haltestruktur 12 ist so gestaltet, dass ein wie in 4 dargestellter, in die Öffnung 34 der Haltestruktur 12 eingeschobener Bohrkopf 44 in seiner Bewegungsfreiheit nach oben durch den seitlich hervorragenden Kragen des Lagerabschnitts 50 und nach unten durch den seitlich hervorragenden Absatz 56 beschränkt ist. Ein Lösen der Verbindung zwischen Haltestruktur 12 durch seitliches Herausgleiten durch die Öffnung 34 wird durch Schließen des Sicherungselements 32 verhindert.
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Anhand der 8 und 9 wird im Folgenden beschrieben, wie die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 eingesetzt werden kann, um eine Schraubverbindung zwischen einem Bohrkopf 44 und einem Element 58 eines Bohrgestänges mit Hilfe einer bekannten Klemm-Schraub-Vorrichtung 60 herzustellen.
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Zunächst wird der Bohrkopf 44 zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 vormontiert. Dazu wird die Verriegelungsplatte 16 – wie in 4 dargestellt – von der Seite auf den Greifabschnitt aufgeschoben. Die Verriegelungsplatte 16 wird dann zusammen mit dem Bohrkopf 44 von oben so in das Gehäuse 14 eingesetzt, dass die Verriegelungsplatte 16 auf der Auflagerfläche 24 des Gehäuses 14 aufliegt. Durch Verschwenken des Sicherungselements 32 in die in 2 gezeigte Position und Verschrauben des Sicherungselements 32 mit dem Gehäuse 14 wird anschließend mittels Formschluss sichergestellt, dass der Bohrkopf 44 sich nicht mehr aus der vormontierten Einheit entnehmen Isst. Diese vormontierte Einheit aus Gehäuse 14, klauenförmiger Haltestruktur 12 und Bohrkopf 44 wird im folgenden Schritt, wie in 8 gezeigt, in eine aus dem Stand der Technik bekannte Klemm-Schraub-Vorrichtung 60 eingesetzt.
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Die Klemm-Schraub-Vorrichtung 60 umfasst eine erste Klemmvorrichtung 62 und eine zweite Klemmvorrichtung 64, die übereinander angeordnet sind. Jede der Klemmvorrichtungen 62, 64 besteht aus jeweils zwei äußeren Klemmbacken 66a, 66b bzw. 68a, 68b und mit diesen verbindbar gestalteten inneren Klemmbacken 70a, 70b bzw. 72a, 72b. Die inneren Klemmbacken 70a, 70b, 72a, 72b sind in ihren Maßen auf die einzuklemmenden Gegenstände abgestimmt und üblicherweise als auswechselbare Verschleißteile mit hohem Reibwert ausgebildet. Die erste Klemmvorrichtung 62 und die zweite Klemmvorrichtung 64 können relativ zueinander so bewegt werden, dass in den Klemmvorrichtungen 62, 64 gehaltene Elemente relativ zueinander verdreht werden. Dies kann auch mit einem vorgegebenen Drehmoment erfolgen. Diese Eigenschaft kann insofern zum Verschrauben zweier Elemente mit einem gewünschten Drehmoment eingesetzt werden. Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass anstelle der dargestellten Klemm-Schraub-Vorrichtung 60 mit jeweils zwei Klemmbacken 70a, 70b bzw. 72a, 72b auch Klemm-Schraub-Vorrichtungen mit drei oder mehr Klemmbacken verwendet werden können.
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In 9 ist dargestellt, wie ein Element 58 eines Bohrgestänges von oben in die Klemm-Schraub-Vorrichtung 60 eingeführt wird. Die erste Klemmvorrichtung 62 ist geschlossen und hält das Gehäuse 14 in der gezeigten Position fest. Das Element 58 weist an seiner Unterseite eine Ausnehmung 74 mit einem Innengewinde auf, die komplementär zu dem konischen Abschnitt 52 des Bohrkopfes 44 ausgebildet ist. Das Element 58 wird in Richtung des Pfeiles 76 so weit abgesenkt, bis es durch Drehen mit dem Bohrkopf 44 verschraubt werden kann. Dazu wird das Element 58 zunächst im mittleren Bereich einer nicht dargestellten Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung (auch ”Spinner” genannt) ergriffen und gedreht, bis ein erster Drehmomentgrenzwert erreicht ist. Die Hochgeschwindigkeitsdrehvorrichtung wird im Anschluss daran geöffnet. Nun wird die zweite Klemmvorrichtung 64 geschlossen und klemmt das Element 58 im unteren Bereich fest. Die erste Klemmvorrichtung 62 und die zweite Klemmvorrichtung 64 werden nun relativ bewegt, um das Element 58 mit einem vorgegebenen Drehmoment mit dem Bohrkopf 44 zu verschrauben.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren kann in analoger Art und Weise auch mit anderen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen durchgeführt werden. Im Folgenden wird auf zwei weitere Ausführungsformen Bezug genommen, die in den 10 bis 13 dargestellt sind. Für identische oder funktionsgleiche Elemente werden im Folgenden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die 10 und 11 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Bei dieser Vorrichtung sind das Gehäuse 14 und die klauenartige Haltestruktur 12 einstückig ausgebildet. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer zylindrischen Struktur mit einem einseitig offenen Außenring 78 und einer von dem Außenring 78 eingefassten Auflagerfläche 24. Die Auflagerfläche 24 weist eine im Wesentlichen u-förmige Ausnehmung 22 auf, in welche ein Bohrkopf (in 10 nicht dargestellt) so einschiebbar ist, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Nach dem Einschieben des Bohrkopfes in die Ausnehmung 22 der klauenartigen Struktur 12 kann ein separates Sicherungselement 32 in Richtung des Pfeils 80 aufgeschoben werden. In der gezeigten Ausführungsform besteht das Sicherungselement 32 aus einem Element, das den Außenring 78 und die Auflagerfläche 24 – wie in 10 gestichelt dargestellt – zu Elementen mit kreisförmiger Kontur ergänzt. Auf der Oberseite des Sicherungselements 32 befindet sich eine fest mit dem Sicherungselement 32 verbundene Auflagerzunge 82. Diese kann, beispielsweise über die gestrichelt angedeuteten kreisförmigen Öffnungen 84, korrespondierende Öffnungen in der Auflagerfläche 24 und nicht dargestellte Bolzen (oder sonstige Verbindungselemente) dazu genutzt werden, eine sichere Verbindung zwischen Sicherungselement 32 und der Haltestruktur 12 bzw. dem Gehäuse 14 herzustellen und somit zu verhindern, dass ein in die Öffnung 30 der klauenartigen Haltestruktur 12 einsetzter Bohrkopf (in 10 nicht dargestellt) sich ungewollt aus der Öffnung 34 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 löst. Durch das Einsetzen des Sicherungselement 32 erfolgt ein Ringschluss, welcher die Gesamtstabilität der in 10 gezeigten Vorrichtung 10 für die weitere Verwendung deutlich erhöht.
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Die 12 und 13 zeigen jeweils eine Ansicht von oben einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. In der dritten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 in ein erstes Teilelement 86 und ein zweites Teilelement 88 aufgeteilt, wobei 12 das erste Teilelement 86 und 13 das zweite Teilelement 88 zeigt. Jedes Teilelement 86, 88 besteht im Wesentlichen aus einem halbkreisförmigen Segment 90a, 90b mit jeweils einer Öffnung 34a, 34b auf der geraden Seite und Zungen 92a, 94a, 92b, 94b. In den Zungen 92a, 94a, 92b, 94b sind Öffnungen 96a, 98a, 96b, 98b ausgebildet. Im Bereich der Zungen 92a, 94a, 92b, 94b sind die Teilelemente 86, 88 – wie in 14 erkennbar ist – komplementär ausgebildet, d. h. sie ergänzen sich durch aufeinanderzuschieben der in den 12 und 13 ausgebildeten Teilelemente 86, 88 zu einer Vorrichtung 10 mit kreisförmiger Außenkontur und einer Ausnehmung im mittleren Bereich, die in ihrer Form der Ausnehmung der in 10 dargestellten Vorrichtung mit eingesetztem Sicherungselement 32 entspricht. Im zusammengesetzten Zustand der Teilelemente 86, 88 fluchten die Öffnungen 96a, 96b bzw. 94a, 94b miteinander. Die Teilelemente 86, 88 können dann durch einfaches Einführen eines leicht konisch geformten Bolzens miteinander verbunden und wieder voneinander gelöst werden.
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Die Teilelemente 86, 88 können auch so gestaltet werden, dass ein Bolzen die Teileelemente 86, 88 permanent miteinander verbindet und die Teilelemente zum Umschließen eines Greifabschnitts 48 eines Bohrkopfes 44 um diesen Bolzen aufgeschwenkt werden. In diesem Fall muss die Geometrie im Bereich der Zungen 92a, 94a, 92b, 94b entsprechend angepasst werden, d. h. es müssen beispielsweise Radien vorgesehen werden, damit die Teile um den permanent eingeschobenen Bolzen verschwenkbar sind.
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Anstelle der auf die Geometrie eines Greifabschnitts eines bekannten Bohrkopftyps angepassten Ausnehmung in den beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen können auch andere Geometrien ausgebildet werden, die dazu geeignet sind, den aufzunehmenden Bohrkopf zum Verbinden mit einem Element eines Bohrgestänges zu halten.
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Die Verbindung der Teilelemente 86, 88 kann auch mit Hilfe anderer geeigneter Elemente erfolgen, z. B. mit Hilfe von Schraubbolzen.
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Auch wenn in den Figuren nur formschlüssige Verbindungen gezeigt sind, wird an dieser Stelle noch einmal betont, dass auch kraftschlüssige Verbindungen zwischen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Bohrkopf vom Schutzumfang abgedeckt sind. Anstelle einer Öffnung mit definierter Breite (mit oder ohne zusätzliches Sicherungselement) kann daher auch eine Klemmvorrichtung auf der Innenseite einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein. Eine solche Klemmvorrichtung hat den Vorteil, dass mit ihr Greifabschnitte verschiedener Maße aufgenommen werden können. Die beschriebenen, formschlüssigen Ausführungsformen haben hingegen den Vorteil, dass sie einfach und kostengünstig herstellbar sind und hohen Sicherheitsanforderungen gerecht werden.
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Die in den 10 bis 14 beschriebenen Ausführungsformen haben gegenüber der ersten Ausführungsform den Vorteil, dass die Bohrstruktur größer sein kann, da sie nicht von dem Gehäuse umschlossen wird.
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Die erste und zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 weisen parallel zueinander angeordnete, sich gegenüberliegende Flächen 100a, 100b auf. Die dritte Ausführungsform weist zwei Flächen 100a, 100b auf, die parallel zueinander und gegenüberliegend anordenbar sind. Dazu müssen die Teilelemente 86, 88 wie vorstehend beschrieben miteinander verbunden werden.
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Alle in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist auch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erfindungsgemäße Vorrichtung
- 12
- klauenartige Haltestruktur
- 14
- Gehäuse
- 16
- Verriegelungsplatte
- 18
- zylindrischer Abschnitt
- 20
- Flansch
- 22
- Ausnehmung
- 24
- Auflagerfläche
- 26
- Gewindeloch
- 28
- Durchgangsöffnung
- 30
- Schraube
- 32
- Sicherungselement
- 34
- Öffnung
- 36
- Sicherungsriegel
- 38
- zylindrischer Schaft
- 40
- Riegel
- 42
- Durchgangsöffnung
- 44
- Bohrkopf
- 46
- Bohrstruktur
- 48
- Greifabschnitt
- 50
- Lagerabschnitt
- 52
- konischer Abschnitt
- 54a, 54b
- Fläche (des Greifabschnitts)
- 56
- Absatz
- 58
- Element eines Bohrgestänges
- 60
- Klemm-Schraub-Vorrichtung
- 62
- erste Klemmvorrichtung
- 64
- zweite Klemmvorrichtung
- 66
- äußere Klemmbacke (der ersten Klemmvorrichtung)
- 68
- äußere Klemmbacke (der zweiten Klemmvorrichtung)
- 70
- innere Klemmbacke (der ersten Klemmvorrichtung)
- 72
- innere Klemmbacke (der zweiten Klemmvorrichtung)
- 74
- Ausnehmung
- 76
- Pfeil
- 78
- Außenring
- 80
- Pfeil
- 82
- Auflagerzunge
- 84
- Öffnung
- 86
- erstes Teilelement
- 88
- zweites Teilelement
- 90a, 90b
- Ringbogen
- 92
- Zange
- 94
- Öffnung
- 96
- Öffnung
- 98
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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