DE102015217130A1 - Pipe element with composite pipe and metal connector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Rohrelement mit einem Rohr aus faserverstärktem Kunststoff und mit einem an einem Rohrendabschnitt im Bereich zumindest eines Rohrendes angeordneten und mit diesem verbundenen Metallverbindungselement, durch welches Drehmomente und Axialkräfte auf das Rohr übertragbar sind, wobei das Metallverbindungselement eine Außenhülse und eine Innenhülse hat, wobei die Außenhülse ein Hülsenverbindungsgewinde sowie eine an der äußeren Mantelfläche des Rohrendabschnitts zumindest abschnittweise formschlüssig anliegende Verbindungsfläche umfasst, wobei die Innenhülse ein Hülsenverbindungsgewinde sowie eine an der inneren Mantelfläche des Rohrendabschnitts zumindest abschnittweise formschlüssig anliegende Verbindungsfläche umfasst, wobei die Außenhülse und/oder die Innenhülse ein Rohrverbindungsgewinde oder -flansch umfasst zum Verbinden des Metallverbindungselements mit einem Rohrverbindungsgewinde oder -flansch eines anderen Metallverbindungselements eines anderen Rohrelements und wobei die Außenhülse und die Innenhülse durch die beiden Hülsenverbindungsgewinde miteinander verschraubbar sind. Das erfindungsgemäße Rohrelement ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Verbindungsflächen von Außenhülse und Innenhülse im Vergleich zur anderen der beiden Verbindungsflächen von Außenhülse und Innenhülse zumindest abschnittweise rau bzw. uneben ist.The invention relates to a tubular element comprising a tube made of fiber-reinforced plastic and having a metal connecting element arranged at a tube end section in the region of at least one tube end and by means of which torques and axial forces can be transmitted to the tube, wherein the metal connecting element has an outer sleeve and an inner sleeve, wherein the outer sleeve comprises a sleeve connection thread and a connection surface lying on the outer lateral surface of the pipe end portion at least partially, wherein the inner sleeve comprises a sleeve connection thread and a connection surface at least partially positively abutting the inner surface of the Rohrendabschnitts, wherein the outer sleeve and / or the inner sleeve a pipe connection thread or flange for connecting the metal connecting element with a pipe connection thread or flange of another metal connecting element another tubular element and wherein the outer sleeve and the inner sleeve are screwed together by the two sleeve connection threads. The tubular element according to the invention is characterized in that one of the two connecting surfaces of outer sleeve and inner sleeve is at least partially rough or uneven in comparison to the other of the two connecting surfaces of outer sleeve and inner sleeve.
Description
Die Erfindung betrifft ein Rohrelement, welches ein Rohr aus faserverstärktem Kunststoff und zumindest ein mit dem Rohr verbundenes Metallverbindungselement aufweist. Das Metallverbindungselement ist hierbei an einem Rohrendabschnitt im Bereich zumindest eines Rohrendes derart angeordnet und mit diesem verbunden, dass durch das Metallverbindungselement Drehmomente und Axialkräfte auf das Rohr übertragbar sind.The invention relates to a tubular element which has a tube made of fiber-reinforced plastic and at least one metal connecting element connected to the tube. The metal connecting element is in this case arranged at a pipe end portion in the region of at least one pipe end and connected thereto, that by the metal connecting element torques and axial forces are transmitted to the pipe.
Solche Rohrelemente mit einem Rohr aus faserverstärktem Kunststoff, bspw. aus CFK (Kohlefaserverstärkter Kunststoff) und einem Metallverbindungselement zur Verbindung zweier Rohrelemente sind im Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise bei Bohrgestängen für Erdölbohrungen verwendet, um leichtere Bohrgestänge als die bisher üblichen Stahl-Bohrgestänge bereitzustellen. Such pipe elements with a tube made of fiber-reinforced plastic, for example. CFK (carbon fiber reinforced plastic) and a metal connecting element for connecting two pipe elements are known in the art and are used, for example, in drilling holes for oil wells to provide lighter drill pipe than the usual steel drill pipe ,
CFK bietet hierbei eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht. CFK lässt sich allerdings nur sehr bedingt nachbearbeiten. Ferner ist es kaum möglich, tragfähige Verbindungsteile, wie z.B. Gewinde aus CFK herzustellen. In der Vergangenheit wurden daher Metallverbindungselemente vorgeschlagen, die am Rohrende über radial eingesetzte Stifte befestigt sind. Um hohe Drehmomente und Kräfte übertragen und den widrigen Umgebungsbedingungen standhalten zu können, sind mehrere, ausreichend groß dimensionierte Stifte verteilt über den Umfang notwendig. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Montage eines solchen Rohrelementes dadurch relativ aufwändig ist. CFRP offers high strength and rigidity with a comparatively low weight. However, CFRP can only be postprocessed to a very limited extent. Furthermore, it is hardly possible to construct viable connecting parts, such as e.g. To produce threads made of CFRP. In the past, therefore, metal fasteners have been proposed which are secured to the pipe end by radially inserted pins. In order to transmit high torques and forces and to be able to withstand the adverse environmental conditions, several, sufficiently large sized pins distributed over the circumference necessary. A disadvantage of this solution is that the assembly of such a tubular element is relatively complex thereby.
Aus der
In der Praxis sind die aus der
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, das aus der
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Rohrelement mit einem Rohr aus faserverstärktem Kunststoff und mit einem an einem Rohrendabschnitt im Bereich zumindest eines Rohrendes angeordneten und mit diesem verbundenen Metallverbindungselement, durch welches Drehmomente und Axialkräfte auf das Rohr übertragbar sind, wobei das Metallverbindungselement eine Außenhülse und eine Innenhülse hat. Hierbei umfasst die Außenhülse ein Hülsenverbindungsgewinde und stellt eine Verbindungsfläche bereit, welche an der äußeren Mantelfläche des Rohrendabschnitts zumindest abschnittweise formschlüssig anliegt. Ferner umfasst die Innenhülse ein Hülsenverbindungsgewinde und stellt eine Verbindungsfläche bereit, welche an der inneren Mantelfläche des Rohrendabschnitts zumindest abschnittweise formschlüssig anliegt. Des Weiteren umfasst die Außenhülse und/oder die Innenhülse ein Rohrverbindungsgewinde oder einen Rohrverbindungsflansch zum Verbinden des Metallverbindungselements mit einem Rohrverbindungsgewinde oder -flansch eines anderen Metallverbindungselements eines anderen Rohrelements. Darüber hinaus sind bei dem erfindungsgemäßen Rohrelement die Außenhülse und die Innenhülse durch die beiden Hülsenverbindungsgewinde miteinander verschraubbar. Das erfindungsgemäße Rohrelement ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Verbindungsflächen von Außenhülse und Innenhülse im Vergleich zur anderen der beiden Verbindungsflächen von Außenhülse und Innenhülse zumindest abschnittweise rau bzw. uneben ist.The object is achieved by a tubular element with a tube made of fiber-reinforced plastic and having a pipe end portion in the region of at least one pipe end and connected thereto metal connecting element, by which torques and axial forces are transferable to the pipe, wherein the metal connecting element an outer sleeve and an inner sleeve Has. In this case, the outer sleeve comprises a sleeve connection thread and provides a connection surface which rests on the outer lateral surface of the pipe end portion at least in sections form-fitting manner. Furthermore, the inner sleeve comprises a sleeve connection thread and provides a connection surface which rests on the inner circumferential surface of the pipe end portion at least in sections form-fitting manner. Furthermore, the outer sleeve and / or the inner sleeve comprises a pipe connection thread or a pipe connection flange for connecting the metal connection element to a pipe connection thread or flange of another metal connection element of another pipe element. In addition, in the pipe element according to the invention, the outer sleeve and the inner sleeve can be screwed together by the two sleeve connection thread. The tubular element according to the invention is characterized in that one of the two connecting surfaces of outer sleeve and inner sleeve is at least partially rough or uneven in comparison to the other of the two connecting surfaces of outer sleeve and inner sleeve.
Die erfindungsgemäße Lösung umfasst somit zwei Varianten, nämlich eine erste Variante, bei der die Verbindungsfläche der Innenhülse zumindest abschnittweise im Vergleich zur Verbindungsfläche der Außenhülse rau bzw. uneben ist sowie eine zweite Variante, bei der die Verbindungsfläche der Außenhülse zumindest abschnittweise im Vergleich zur Verbindungsfläche der Innenhülse rau bzw. uneben ist.The solution according to the invention thus comprises two variants, namely a first variant in which the connecting surface of the Inner sleeve at least in sections compared to the connecting surface of the outer sleeve is rough or uneven and a second variant in which the connecting surface of the outer sleeve is rough or uneven at least in sections compared to the connecting surface of the inner sleeve.
Unter dem Rohrendabschnitt ist ein Abschnitt des Rohrs auf einer bestimmten Länge des Rohrs im Bereich eines der beiden Rohrenden zu verstehen. Dieser Rohrendabschnitt kann mit einem der beiden Rohrenden abschließen oder aber vor dem Rohrende enden. Das Metallverbindungselement ist hierbei an dem Rohrendabschnitt mit dem Rohr verbunden und kann Kräfte und Drehmoment auf das Rohr übertragen. Hierbei ist die Außenhülse mit ihrer Verbindungsfläche in Kontakt mit zumindest einem Teil oder mit der gesamten äußeren Mantelfläche des Rohrendabschnitts. Ferner ist die Innenhülse mit ihrer Verbindungsfläche in Kontakt mit zumindest einem Teil oder mit der gesamten inneren Mantelfläche des Rohrendabschnitts. Dadurch, dass eine der beiden Verbindungsflächen zumindest abschnittweise rauer bzw. unebener als die andere der beiden Verbindungsflächen ist, kann im Füge- und/oder Verschraubungsprozess zwischen den beiden Hülsen und dem faserverstärkten Kunststoffrohr definiert festgelegt werden, welche der Hülsen sich beim Verschrauben relativ zum Rohr dreht und sich relativ zum Rohr entlang dessen Längsachse verschiebt und welche sich relativ dazu nicht bewegt. The pipe end section is to be understood as meaning a section of the pipe over a specific length of the pipe in the region of one of the two pipe ends. This Rohrendabschnitt can conclude with one of the two pipe ends or end before the pipe end. The metal connecting element is in this case connected to the Rohrendabschnitt with the tube and can transmit forces and torque to the pipe. Here, the outer sleeve with its connection surface in contact with at least a part or with the entire outer circumferential surface of the pipe end portion. Furthermore, the inner sleeve with its connecting surface in contact with at least a part or with the entire inner circumferential surface of the pipe end portion. Because one of the two connecting surfaces is at least partially rougher or uneven than the other of the two connecting surfaces, it can be defined in the joining and / or Verschraubungsprozess between the two sleeves and the fiber reinforced plastic tube, which of the sleeves when screwing relative to the pipe rotates and shifts relative to the tube along its longitudinal axis and which does not move relative thereto.
Hierbei wird die Hülse mit der Verbindungsfläche mit der größeren Rauheit bzw. Unebenheit diejenige sein, die sich hierbei nicht bewegt. Im späteren Betrieb des Rohrelements kann ferner über die rauere Oberfläche definiert werden, welche Verbindungsfläche welche Kraft aufnimmt und wenn ein Verrutschen im Betrieb auftritt, welche der beiden Hülsen zuerst verrutscht.Here, the sleeve with the connecting surface with the greater roughness or unevenness will be the one that does not move here. In the later operation of the tubular element can also be defined on the rougher surface, which connection surface which receives force and slipping occurs in operation, which of the two sleeves slip first.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments and refinements of the invention are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Rohrelement kann insbesondere für Bohrgestänge, wie sie beispielsweise beim Erdölbohren eingesetzt werden, oder für andere Anwendungen wie Antriebswellen oder wie Rohrverbindung zwischen Erdölquelle und Förderplattform, welche z.B. beim Offshore-Ölfördern als sogenannte Riser verwendet werden, eingesetzt werden. The pipe element according to the invention can be used in particular for drill pipes, as used, for example, in oil drilling, or for other applications, such as drive shafts, or as a pipe connection between oil well and production platform, which is e.g. be used in offshore oil production as a so-called riser used.
Die Hülse mit der größeren Rauheit und/oder Unebenheit kann bspw. in noch nicht ausgehärtetem Zustand des faserverstärkten Kunststoffrohrs oder in bereits ausgehärtetem Zustand des faserverstärkten Kunststoffrohrs an dieses angefügt worden sein. Im erst genannten Fall ist es bspw. denkbar, dass die Innenhülse bei der Herstellung des Rohrs – dieses wird in der Regel durch einen Faserwickelprozess hergestellt – mit eingewickelt wurde.The sleeve with the greater roughness and / or unevenness may, for example, have been added thereto in the not yet cured state of the fiber-reinforced plastic pipe or in the already hardened state of the fiber-reinforced plastic pipe. In the former case, it is for example conceivable that the inner sleeve in the production of the tube - this is usually produced by a filament winding process - was wrapped with.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungsfläche der Innenhülse zumindest abschnittweise im Vergleich zur Verbindungsfläche der Außenhülse rau bzw. uneben ist. Durch diese Ausgestaltung wird festgelegt, dass sich beim Verschrauben der beiden Hülsen die Innenhülse relativ zum Rohr weder verdreht noch entlang seiner Längsachse verschiebt oder im Vergleich zur Außenhülse nur geringfügig verdreht und/oder verschiebt. According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the connecting surface of the inner sleeve is rough or uneven at least in sections compared to the connecting surface of the outer sleeve. By this configuration it is determined that when screwing the two sleeves, the inner sleeve is neither twisted relative to the tube nor displaced along its longitudinal axis or only slightly rotated and / or displaced compared to the outer sleeve.
Es sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, wie die rauere und/oder unebenere Verbindungsfläche hergestellt sein kann. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die im Vergleich zur anderen Verbindungsfläche raue bzw. unebene Verbindungsfläche abschnittweise gerändelt und/oder aufgeraut ist. Das Aufrauen kann hierbei bspw. durch Fräßen und/oder Drehen und/oder Standstrahlen erzeugt worden sein.There are various possibilities conceivable how the rougher and / or uneven connection surface can be made. A preferred embodiment of the invention provides that the rough or uneven connection surface that is rough or uneven in comparison to the other connection surface is knurled and / or roughened in sections. The roughening may in this case, for example, have been generated by milling and / or turning and / or standing jets.
Ferner kann die glattere und/oder ebenere Verbindungsfläche bspw. poliert sein. Denkbar ist in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die Rauheit der glatteren und/oder ebeneren Verbindungsfläche weniger als 7µm Ra, insbesondere weniger als 4µm Ra, beträgt. Handelt es sich bei der glatteren und/oder ebeneren Verbindungsfläche um die Verbindungsfläche der Außenhülse, so hat diese vorzugsweise eine Rauheit, die weniger als 7µm Ra ist, insbesondere weniger als 4µm Ra ist.Furthermore, the smoother and / or planar joint surface may, for example, be polished. In this context, it is conceivable, in particular, that the roughness of the smoother and / or planar joining surface is less than 7 μm Ra, in particular less than 4 μm Ra. If the smoother and / or planar connecting surface is the connecting surface of the outer sleeve, then this preferably has a roughness which is less than 7 μm Ra, in particular less than 4 μm Ra.
Nach einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reibwert zwischen der raueren und/oder unebeneren Verbindungsfläche und der dieser zugeordneten Mantelfläche des Rohrendabschnitts zumindest um den Faktor 1,5, insbesondere um den Faktor 2 bis 6, größer ist als der Reibwert zwischen der glatteren und/oder ebeneren Verbindungsfläche und der dieser zugeordneten Mantelfläche des Rohrendabschnitts. Ist die Verbindungsfläche der Innenhülse rauer bzw. unebener, so ist in diesem Fall insbesondere der Reibwert zwischen der Verbindungsfläche der Innenhülse und der inneren Mantelfläche des Rohrendabschnitts zumindest um den Faktor 1,5, insbesondere um den Faktor 2 bis 6, größer ist als der Reibwert zwischen der Verbindungsfläche der Außenhülse und der äußeren Mantelfläche des Rohrendabschnitts.According to a specific embodiment of the invention, it is provided that the coefficient of friction between the rougher and / or uneven joint surface and the associated circumferential surface of the pipe end portion is at least a factor of 1.5, in particular by a factor of 2 to 6, greater than the coefficient of friction between the smoother and / or planar connecting surface and the associated surface of the Rohrendabschnitts. If the connecting surface of the inner sleeve is rougher or uneven, in this case in particular the coefficient of friction between the connecting surface of the inner sleeve and the inner circumferential surface of the pipe end portion is greater than the coefficient of friction at least by a factor of 1.5, in particular by a factor of 2 to 6 between the connecting surface of the outer sleeve and the outer circumferential surface of the Rohrendabschnitts.
Das Rohr weist bevorzugt eine Faserverstärkung aus Glasfasern oder Aramidfasern oder besonders bevorzugt aus Kohlefasern auf. Dabei sind die Fasern als Wickelung von Rovings oder Gewebe- oder Gelegebändern jeweils ein- oder mehrlagig und auch in Kombination angeordnet. Die Faserverstärkung ist von einer Kunststoffmatrix umgeben. Als Matrixmaterial sind Thermoplaste oder bevorzugt Duromere, wie Epoxidharz besonders geeignet. Das Matrixmaterial kann bereits auf der Faserverstärkung vor dem Wickeln vorhanden sein oder es wird beim oder nach dem Wickeln aufgetragen. Die Aushärtung bzw. Konsolidierung erfolgt durch eine thermische Behandlung im Ofen. Das Metallverbindungselement ist bevorzugt aus Stahl, Stahlguss, Grauguss, Aluminiumlegierung oder Titan. Im Falle von Antriebswellen werden statt der konischen Gewinde zum Verbinden zweier Rohrelemente bevorzugt Flansche verwendet, über die die Rohrelemente miteinander verschraubt werden. Für solche Rohrelemente lässt sich die Erfindung ebenso vorteilhaft anwenden.The tube preferably has a fiber reinforcement of glass fibers or aramid fibers or more preferably of carbon fibers. The fibers are arranged as a winding of rovings or tissue or Gelegebändern each one or more layers and also in combination. The fiber reinforcement is surrounded by a plastic matrix. Thermoplastics or, preferably, thermosets, such as epoxy resin, are particularly suitable as the matrix material. The matrix material may already be on the fiber reinforcement be present before winding or it is applied during or after winding. The curing or consolidation is carried out by a thermal treatment in the oven. The metal connection element is preferably made of steel, cast steel, gray cast iron, aluminum alloy or titanium. In the case of drive shafts flanges are preferably used instead of the conical thread for connecting two pipe elements, via which the pipe elements are screwed together. For such pipe elements, the invention can also be used advantageously.
Um eine gute Kraftübertragung und somit eine zuverlässige und feste Verbindung zu erzielen, liegt die bevorzugte Länge des zylindrischen Gewindes der Außenhülse und der Innenhülse im Bereich zwischen 10 und 500%, besonders bevorzugt zwischen 10% und 100% des Gewindedurchmessers. Die bevorzugte axiale Länge des Verbindungsbereiches, in dem das Rohr zwischen der Außenhülse und der Innenhülse eingeklemmt ist, beträgt zwischen 10 und 500%, besonders bevorzugt zwischen 100% und 500% des Gewindedurchmessers.In order to achieve a good power transmission and thus a reliable and firm connection, the preferred length of the cylindrical thread of the outer sleeve and the inner sleeve is in the range between 10 and 500%, more preferably between 10% and 100% of the thread diameter. The preferred axial length of the connection region in which the tube is clamped between the outer sleeve and the inner sleeve is between 10 and 500%, more preferably between 100% and 500% of the thread diameter.
Eine weitere konkrete Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Rohr eine Längsachse hat, die mit der Längsachse der Außenhülse und der Längsachse der Innenhülse zusammenfällt, wobei die Hülsengewinde der beiden Hülsen derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass sich die beiden Verbindungsflächen beim Verschrauben der beiden Hülse in Längsrichtung aufeinander zu bewegt werden. Konkret kann die Außenhülse beim Verschrauben mit der Innenhülse in Richtung der Längsachse vom Rohrende weg bewegt werden während die Innenhülse in Richtung zum Rohrende hin bewegt. Alternativ dazu kann die Innenhülse beim Verschrauben mit der Außenhülse in Richtung der Längsachse vom Rohrende weg bewegt werden während sich die Außenhülse in Richtung zum Rohrende hin bewegt. Denkbar ist in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die Hülsengewinde der beiden Hülsen zylindrische Gewinde sind, d.h. solche die sich weder verjüngen noch erweitern. Konkret kann ferner das Hülsengewinde der Innenhülse als Außengewinde und das Hülsengewinde der Außenhülse als Innengewinde ausgebildet sein. Hierdurch kann die Außenhülse über die Innenhülse geschoben eingeschraubt werden.Another concrete embodiment of the invention provides that the tube has a longitudinal axis which coincides with the longitudinal axis of the outer sleeve and the longitudinal axis of the inner sleeve, wherein the sleeve threads of the two sleeves are formed and arranged to each other, that the two connecting surfaces during screwing the two sleeve are moved toward each other in the longitudinal direction. Specifically, the outer sleeve can be moved during screwing with the inner sleeve in the direction of the longitudinal axis of the tube end away while the inner sleeve moves toward the pipe end. Alternatively, when screwed to the outer sleeve, the inner sleeve can be moved away from the tube end in the direction of the longitudinal axis while the outer sleeve moves in the direction of the tube end. In particular, it is conceivable that the sleeve threads of the two sleeves are cylindrical threads, i. those that neither rejuvenate nor expand. Concretely, the sleeve thread of the inner sleeve may further be formed as an external thread and the sleeve thread of the outer sleeve as an internal thread. In this way, the outer sleeve can be screwed pushed over the inner sleeve.
Um eine gute Verteilung der auf den Rohrendabschnitt eingeleiteten Kräfte und Drehmomente zu erzielen hat die Verbindungsfläche der Außenhülse und/oder die Verbindungsfläche der Innenhülse in Richtung deren Längsachse insbesondere eine Erstreckung im Bereich von 100 bis 400 Millimeter, insbesondere im Bereich von 120 bis 250 Millimeter. Vorzugsweise erstreckt sich die Verbindungsfläche der Außenhülse und/oder die der Innenhülse über deren gesamten Umfangrichtung, so dass die eingeleiteten Kräfte und Drehmomente auf eine möglichst große Fläche verteilt werden, wodurch der Rohrendabschnitt schonend zwischen den beiden Hülsen eingeklemmt wird und dennoch hohe Kräfte und Drehmomente von dem Metallverbinder auf das Rohr übertragen werden können. In order to achieve a good distribution of the forces and torques introduced on the pipe end section, the connecting surface of the outer sleeve and / or the connecting surface of the inner sleeve in the direction of its longitudinal axis has in particular an extension in the range of 100 to 400 millimeters, in particular in the range of 120 to 250 millimeters. Preferably, the connecting surface of the outer sleeve and / or the inner sleeve extends over the entire circumferential direction, so that the introduced forces and torques are distributed over as large a surface as possible, whereby the Rohrendabschnitt is gently clamped between the two sleeves and yet high forces and torques of the metal connector can be transferred to the pipe.
Vorzugsweise ist die äußere Mantelfläche des Rohrendabschnitts zumindest abschnittweise, insbesondere die (gesamte) äußere Mantelfläche des Rohrendabschnitts als Konus ausgebildet. Ferner ist vorzugsweise die innere Mantelfläche des Rohrendabschnitts zumindest abschnittweise, insbesondere die (gesamte) innere Mantelfläche des Rohrendabschnitts als Konus ausgebildet. Unter konisch wird vorliegend verstanden, dass die jeweilige Mantelfläche des Rohrendabschnitts entweder eine gerade Kegelform oder auch eine bauchige Kegelform hat. Die Oberfläche kann in axialer Richtung also nicht nur einen geraden sondern auch einen gekrümmten Verlauf haben. Durch die konische Form wird beim Zusammenschrauben der beiden Hülsen eine Flächenpressung auf den Rohrendabschnitt zwischen der Außenhülse und der Innenhülse erzeugt, wodurch die Verbindung höhere Kräfte übertragen kann.Preferably, the outer circumferential surface of the pipe end portion is formed at least in sections, in particular the (entire) outer circumferential surface of the pipe end portion as a cone. Further, preferably, the inner circumferential surface of the pipe end portion is formed at least in sections, in particular the (entire) inner circumferential surface of the pipe end portion as a cone. Under conical is understood here that the respective lateral surface of the pipe end has either a straight cone shape or a bulbous conical shape. The surface can therefore not only have a straight but also a curved course in the axial direction. Due to the conical shape, when the two sleeves are screwed together, a surface pressure is generated on the pipe end section between the outer sleeve and the inner sleeve, as a result of which the connection can transmit higher forces.
Vorzugsweise ist die Wandstärke des Rohrs im konischen Abschnitt, insbesondere in dem Rohrendabschnitt konstant. Hierdurch bildet sich derselbe Konus an der inneren Mantelfläche wie an der äußeren Mantelfläche aus. Durch den an der inneren wie an der äußeren Mantelfläche ausgebildeten Konus wird eine gute Verklemmung der Innenhülse und der Außenhülse mit der jeweiligen Mantelfläche und damit eine besonders gute Flächenpressung erreicht. Denkbar ist auch, dass die Wandstärke des Rohrs über seine gesamte Länge konstant ist.Preferably, the wall thickness of the tube is constant in the conical section, in particular in the tube end section. As a result, the same cone forms on the inner lateral surface as on the outer lateral surface. Due to the cone formed on the inner and on the outer lateral surface, a good clamping of the inner sleeve and the outer sleeve with the respective lateral surface and thus a particularly good surface pressure is achieved. It is also conceivable that the wall thickness of the tube is constant over its entire length.
Der Konus kann sich in Richtung zum Rohrende hin verjüngen. Alternativ dazu kann sich der Konus in Richtung zum Rohrende hin erweitern. Unter dem Begriff „in Richtung zum Rohrende hin“ soll eine Erstreckung entlang der Längsachse des Rohrs zu dem Rohrende hin gemeint sein, an dem das betreffende Metallverbindungselement angeordnet ist. Erweitert sich der Konus in Richtung zum Rohrende wird beim Verschrauben der beiden Hülsen die Verbindungsfläche der Außenhülse in Richtung des Rohrendes bewegt und gegen die konisch verlaufende äußere Mantelfläche verklemmt, während sich die Innenhülse und deren Verbindungsfläche vom Rohrende wegbewegt und gegen die konisch verlaufende innere Mantelfläche bewegt wird. Verjüngt sich der Konus in Richtung zum Rohrende wird beim Verschrauben der beiden Hülsen die Verbindungsfläche der Innenhülse in Richtung des Rohrendes bewegt und gegen die konisch verlaufende innere Mantelfläche verklemmt, während sich die Außenhülse und deren Verbindungsfläche vom Rohrende wegbewegt und gegen die konisch verlaufende äußere Mantelfläche bewegt wird.The cone can taper towards the tube end. Alternatively, the cone may expand toward the tube end. By the term "towards the tube end" is meant an extension along the longitudinal axis of the tube towards the tube end, on which the relevant metal connection element is arranged. If the cone widens in the direction of the end of the pipe, the connecting surface of the outer sleeve is moved in the direction of the end of the pipe when the two sleeves are screwed together and clamped against the conically extending outer surface, while the inner sleeve and its connection surface moves away from the pipe end and is moved against the conically extending inner circumferential surface. If the cone tapers in the direction of the tube end, the connecting surface of the inner sleeve is moved in the direction of the tube end and clamped against the conically extending inner lateral surface while the outer sleeve and its connecting surface moves away from the tube end and moves against the conically extending outer lateral surface becomes.
Um die o.g. Verklemmung weiter zu verstärken ist es insbesondere sinnvoll, wenn die Verbindungsfläche der Außenhülse und/oder die Verbindungsfläche der Innenhülse zum Konus der jeweils zugeordneten Mantelfläche des Rohrendabschnitts passend konisch ausgebildet ist.To the o.g. It is particularly useful if the connection surface of the outer sleeve and / or the connecting surface of the inner sleeve to the cone of the respectively associated lateral surface of the pipe end portion is designed to be conically conical.
Bevorzugt beträgt der Steigungswinkel des Konus an der äußeren Mantelfläche und/oder an der inneren Mantelfläche zwischen 0,1° und 30°, insbesondere zwischen 0,5° und 5°, bezogen auf die Längsachse des Rohrs. Somit kann eine besonders zuverlässige Verbindung erreicht werden. Ein zu flacher Winkel ermöglicht keine hohe Flächenpressung und ein zu steiler Winkel reduziert die verfügbare axiale Länge der Verbindungsfläche. Dies ist insbesondere bei der erfindungsgemäßen Lösung von Vorteil, bei der eine der beiden Verbindungsflächen von Außenhülse und Innenhülse im Vergleich zur anderen der beiden Verbindungsflächen von Außenhülse und Innenhülse zumindest abschnittweise rau bzw. uneben ist.The angle of inclination of the cone on the outer lateral surface and / or on the inner lateral surface is preferably between 0.1 ° and 30 °, in particular between 0.5 ° and 5 °, relative to the longitudinal axis of the tube. Thus, a particularly reliable connection can be achieved. Too low an angle does not allow high surface pressure and too steep an angle reduces the available axial length of the interface. This is particularly advantageous in the solution according to the invention, in which one of the two connecting surfaces of outer sleeve and inner sleeve is at least partially rough or uneven in comparison to the other of the two connecting surfaces of outer sleeve and inner sleeve.
Vorzugsweise ist das Rohrverbindungsgewinde oder der Rohrverbindungsflansch in Längsrichtung des Rohrelements- und damit auch der Innen- und Außenhülsebetrachtet an einem Ende, d.h. einendständig, am Rohrelement angeordnet. Das Rohrverbindungsgewinde kann hierbei als Innengewinde oder als Außengewinde, insbesondere als konisches Innen- oder Außengewinde ausgebildet sein. Preferably, the pipe connection thread or the pipe connection flange is viewed in the longitudinal direction of the pipe element, and thus also the inner and outer sleeve, at one end, i. einständig, arranged on the pipe element. The pipe connection thread may in this case be formed as an internal thread or as an external thread, in particular as a conical internal or external thread.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an beiden Rohrenden des Rohrs jeweils ein Rohrendabschnitt vorgesehen ist an dem ein Metallverbindungselement mit jeweils einer Außenhülse und einer Innenhülse angeordnet und mit diesem verbunden ist, wobei bei jedem Metallverbindungselement eine der beiden Verbindungsflächen von Außenhülse und Innenhülse im Vergleich zur anderen der beiden Verbindungsflächen von Außenhülse und Innenhülse zumindest abschnittweise rau bzw. uneben ist. Im Fall dass an jedem Rohrende ein Metallverbindungselement – ein erstes und ein zweites Metallverbindungselement – vorgesehen ist, kann das Rohrverbindungsgewinde des einen Metallverbindungselements (ersten Metallverbindungselements) als Außengewinde und das Rohrverbindungsgewinde des anderen Metallverbindungselements (zweiten Metallverbindungselements) als Innengewinde ausgebildet sein und miteinander verschraubbar sein. Im Ergebnis können dann zwei Rohrelemente miteinander verbunden werden, indem das Außengewinde des ersten Metallverbindungselements des einen Rohrelements mit dem des zweiten Metallverbindungselements des anderen Rohrelements miteinander verschraubt werden.A further embodiment of the invention provides that in each case a Rohrendabschnitt is provided at both pipe ends of the pipe on which a metal connecting element is arranged with one outer sleeve and an inner sleeve and connected thereto, wherein in each metal connecting element one of the two connecting surfaces of outer sleeve and inner sleeve in Compared to the other of the two connecting surfaces of outer sleeve and inner sleeve at least partially rough or uneven. In the case that a metal connection element - a first and a second metal connection element - is provided at each tube end, the tube connection thread of the one metal connection element (first metal connection element) as external thread and the tube connection thread of the other metal connection element (second metal connection element) can be formed as internal thread and screwed together. As a result, two pipe members can then be connected to each other by screwing the external threads of the first metal connecting member of the one pipe member to the second metal connecting member of the other pipe member.
Um das Wickeln des Rohres bei der Herstellung zu vereinfachen, kann ein Innenrohr vorhanden sein, insbesondere aus Metall oder faserverstärktem Kunststoff oder thermoplastischem Kunststoff und bevorzugt mit einer Beschichtung auf der Innenseite versehen sein, die aus einem gegen Öl oder Bohrflüssigkeit oder andere Chemikalien resistenteren Material als das Innenrohr besteht, wobei das Faserverbundrohr auf das Innenrohr aufgewickelt ist, um so die gesamte Rohrstruktur zu bilden, und wobei das Innenrohr eine geringere Wandstärke als das Faserverbundrohr hat. Alternativ zur Beschichtung kann das Innenrohr aus einem gegen Öl oder Bohrflüssigkeit oder andere Chemikalien resistenteren Werkstoff hergestellt sein.In order to facilitate the winding of the tube during manufacture, an inner tube may be present, in particular made of metal or fiber-reinforced plastic or thermoplastic, and preferably provided with a coating on the inside, which consists of a material more resistant to oil or drilling fluid or other chemicals the inner tube is made, wherein the fiber composite tube is wound on the inner tube so as to form the entire tube structure, and wherein the inner tube has a smaller wall thickness than the fiber composite tube. As an alternative to the coating, the inner tube can be made of a material which is more resistant to oil or drilling fluid or other chemicals.
Bei manchen Anwendungen, wie zum Beispiel bei Bohrgestängen sollen Daten oder elektrische Energie über die Rohrelemente übertragen werden. Dazu kann in der Wand des Rohres oder zwischen Innenrohr und Rohr ein Kabel vorhanden sein, das sich von einem Rohrende zum anderen Rohrende erstreckt und das mit einem Stecker verbunden, der sich innerhalb des Metallverbinders befindet und der geeignet ist, eine elektrische Verbindung zu einem anderen Stecker oder Kabel in einem weiterem Rohrelemente herzustellen, wenn das Rohrelement mit dem weiteren Rohrelement über das insbesondere konische Gewinde verschraubt ist. Ein Vorteil ist, dass das Kabel in der Wand des Rohres geschützt ist. Der Stecker kann insbesondere ringförmig gestaltet sein. Unter Stecker wird hier allgemein ein Bauteil verstanden, das geeignet ist eine elektrische Verbindung herzustellen, mit der Daten oder Energie übertragen werden kann. Die elektrische Verbindung zwischen den Rohrelementen kann durch physischen Kontakt des Steckers mit einem Gegenkontakt hergestellt werden oder durch elektromagnetische Kopplung des Steckers an ein Gegenstück also drahtlos erfolgen. Dabei können auch mehrere Kabel und/oder mehrere Stecker an einem Rohrelement vorhanden sein.In some applications, such as with drill pipes, data or electrical energy is to be transmitted through the pipe members. For this purpose, in the wall of the pipe or between the inner pipe and pipe, a cable may be present, which extends from one pipe end to the other pipe end and which is connected to a plug which is located within the metal connector and which is capable of an electrical connection to another Produce plug or cable in a further pipe elements when the pipe element is screwed to the other pipe element via the particular conical thread. An advantage is that the cable is protected in the wall of the pipe. The plug can be designed in particular annular. Plug is generally understood here to mean a component which is suitable for producing an electrical connection with which data or energy can be transmitted. The electrical connection between the tubular elements can be made by physical contact of the plug with a mating contact or by electromagnetic coupling of the plug to a counterpart so wireless. In this case, a plurality of cables and / or a plurality of plugs may be present on a pipe element.
Um den Stecker gegenüber dem Innenraum, in dem Öl oder ein anderes Medium fließt, zu schützen, kann die Innenhülse ein an dem zum Verbindungsbereich gegenüberliegenden Ende der Innenhülse angeordnetes Schutzschild aufweisen, welches derart ausgeführt ist, dass der Stecker in radialer Richtung gesehen vollständig zwischen Außenhülse und Innenhülse liegt, wenn das Rohrelement montiert ist.In order to protect the plug relative to the interior, in which oil or another medium flows, the inner sleeve may have a protective shield arranged at the end of the inner sleeve opposite the connection region, which is designed in such a way that the plug is completely between the outer sleeve in the radial direction and inner sleeve is located when the tube member is mounted.
Die Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen dieThe invention will be further explained with reference to schematic drawings. It show the
Die
Das Rohrelement
Durch das Metallverbindungselement
Das Metallverbindungselement
Die Außenhülse
Vorliegend ist die Verbindungsfläche
Die aufgeraute Verbindungsfläche
Das Rohr
Die äußere Mantelfläche
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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