DE2530501C3 - Stoßdämpfer für Bohrgestänge - Google Patents
Stoßdämpfer für BohrgestängeInfo
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- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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- F16D3/02—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions
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Description
Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer für die Benutzung in Bohrgestängen, und zwar insbesondere
einen Stoßdämpfer, der die Schiagbeanspruchungen absorbieren kann, die bei Bohrarbeiten durch die axiale
Bewegung des Bohrmeißels hervorgerufen werden.
Wenn ein Bohrmeißel auf dem Grund der Bohrung
»■Ί rotiert, bewegt er sich konstant stoßartig auf und nieder.
Eine allgemein anerkannte Erklärung für diesen Vorgang wird darin gesehen, daß der mit drei Schneiden
versehene Bohrmeißel auf der Sohle der Bohrung drei Erhebungen erzeugt und, wenn er sich über diese
in Erhebungen bewegt, bei jeweils einer Umdrehung dreimal axial bewegt wird.
Die Beschleunigung des Bohrmeißels von eier Sohle des Bohrloches hinweg bewirkt eine hohe axiale
Belastung des Bohrgestänges. Insbesondere wird die
i'i Last durch das Gewicht des Bohrgestänges ausgeübt.
Zum Beispiel kann der gesamte Strang 54 t wiegen, wobei dieses Gewicht zur Hälfte mit etwa 27 t von der
Bohranlage aufgenommen wird. Die übrige Last von 27 t würde dann auf dem 3OhTnIeJfJ1.! lasten. Wenn der
in belastete Bohrmeißel von der Sohle des Bohrloches
hinweg etwa über eine Strecke von 12 —25 mm beschleunigt wird, so wird das im wesentlichen starre
Bohrgestänge oberhalb des Bohrmeißels einer hohen Schlagbeanspruchiing ausgesetzt. Diese klingt sofort ab.
i", wenn der Bohrmeißel /u der Sohle des Bohrloches zurückkehrt. Zum Beispiel kann diese zyklische
Belastung auf den Bohrstrang zwischen 0 und 50 t oder mehr von einem Augenblick zinn nächsten Augenblick
schwanken. Das Bohrgestänge wird also nicht nur
,(i starken, sondern auch schnell wechselnden Schlagbeanspruchungen
ausgesetzt.
Durch diese beträchtlichen zyklischen Schiagbeanspruchungen, denen das Bohrgestänge ausgesetzt ist.
ergeben sich verschiedene schädliche Wirkungen. Zum
ν, Beispiel stellen diese Beanspruchungen e'nen wesentlichen
Grund für die Abnutzung und das Versagen des Bohrstranges dar. Auch wird die Bohranlage beschädigt;
bei besonders harten Borrbcdingungcn wird die
gesamte Bohranlage starken Erschütterungen ausgc-
Wi setzt. Die einzige Möglichkeit, derartige Ersdiütlcrungen
/ti verringern, besieht darin, die Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels und/oder das Gewicht auf den
Bohrmeißel zu verringern. Dadurch wird jedoch die BnIirgeschwi.idigkeil herabgesetzt.
■ · In der Bohrindiistrie ist es daher bekannt, in den
Bohrstrang oberhalb des Uohrkopfes ein Werkzeug
einzusetzen, das als Vibrationsdämpfer oder Absorber fur die Schi.inbi'ansiinichiinnen bekannt ist. Dadurch
soll erreicht werden, daß der Bohrstrang von dem Bohrmeißel für diese starken Beanspruchungen isoliert
wird.
Im allgemeinen enthält ein solcher Vibrationsdämpfer
ein Innenrohr, das an seinem oberen Ende mit dem Bohrstrang verbunden ist, und ein Außenrohr, das an
seinem unteren Ende mit dem Bohrmeißel verbunden ist oder mit den Schwerstangen, die sich direkt über dem
Bohrmeißel befinden. Das Innenrohr ist dabei verschiebbar in dem Außenrohr gelagert oder mit diesem
teleskopartig verbunden. Die beiden Rohre sind dabei über besondere Mittel wie z. B. Keile so miteinander
verbunden, daß sie sich nicht gegeneinander verdrehen, jedoch axial gegeneinander verschieben können. Außerdem
sind Mittel vorgesehen, die die Längsbewegung in Axialrichtung der Rohre begrenzen, so daß sie sich nicht
voneinander entfernen können. Bei einem bekannten Werkzeug dieser Art ist ein Teil des Innenrohres in
»einem Außendurchmesser so verringert, daß ein ringförmiger Zwischenraum, eine Kammer, zwischen
dem innenrohr und dem Außenrohr gebildet wird. An jedem Ende dieses Zwischenraumes sind zwischen den
beiden Rohren O-Ringdichtungen vorgesehen, die ein Eintreten der Bohrspülflüssigkeit in diesen Zwischenraum
verhindern. Die Rohre enthalten an ihren entgegengesetzten Enden entsprechende Druckschullern.
Diese Schultern erstrecken sich quer in den ringförmigen Zwischenraum, der sich zwischen dem
oberen und unteren Ende befindet. Zwischen den Druckschultern befindet sich in dem genannten
Zwischenraum ein deformierbares Element.
Wenn im Betrieb der Bohrmeißel nach oben beschleunigt wird, so wirkt die Druckschulter des
Rohres auf die Unterkante des deformierbaren Elementes. Dieses Element ist an einer axialen Bew egung durch
die Dmckschulter verhindert, die sich an ihrem oberen
Ende befindet. Wenn die beiden Druckschultern gegeneinander gedrückt werden, so wird das Element
verformt. Theoretisch soll das deformierbare Element die axialen Stoßlasten des Bohrmeißels absorbieren und
eine Übertragung der Schlagbeanspruchung auf das Bohrgestänge verhindern. In der Praxis ist dieses
meistens nicht der Fall, und zwar aus dem im folgenden diskutierten Grund.
Die bekannten Werkzeuge der beschriebenen Art können in drei Gruppen aufgeteilt werden.
Bei dem ersten Typ sind die O-Ringdichtungen an der
Wand des Rohres jeweils an den beiden Enden der Kammer mit dem deformierbaren Element befestigt.
Das hat zur Folge, daß der ;>uf das Werkzeug
einwirkende hydrostatische Druck des Bohrloches das Rohr nach oben gegen das deform'crbarc Flcment
drückt, und zwar mit einer Kraft, die gleich ist dem Druck multipliziert m.t der Differenz der Querschnitte
der beiden Dichtungen. Um diese Vorlast zu behcrrichen,
die bereits auftritt, wenn das Werkzeug sich vor dem eigentlichen Bohrvorgang schon in dem Bohrloch
befindet, ist es bekannt, ein sogenanntes hartes deformierbares Element in der genannten Kammer
vorzusehen, Unter einem harten Element ννίτςί dabei ein
Kleinem verstanden, das eine l'edcrkonstante von
mindestens 17 874 kg pro cm aufweist, üblicherweist aber in der Größenordnung von 26 HI I -44 bHr>
kg pro cm liegt.
Dabei beschreibt rlie I-cdcrkonstantc die Kraft, die
erforderlich ist. um das Werk/eng um einen cm
anzuheben. Bei diesen t.ekannten Werkzeugen knur sich das Werkzeug bei einer Last \on 4r>4()Okg etwa
1,9 cm zusammendrücken, drückt sich aber bei der nächsten Erhöhung der Last um weitere 45 400 kg ur.i
weniger als 0,6 cm zusammen. Das bedeutet, daß ein solches Werkzeug mit ansteigender Last außerordent-
> lieh hart und starr wird. Nach Berechnungen verliert das
deformierbare Element bei tiefen Bohrungtn seine Fähigkeit zur Absorbierung von Schlagbeanspi uchungen,
die es ursprünglich hatte, bevor noch das Werkzeug seine gesamte Tiefe erreicht hat, also noch bevor der
ίο eigentliche Bohrvorgang beginnt. Wenn z. B. ein
Werkzeug in einer Tiefe von 3658 m arbeitet und eine wirksame Differenz in den Dichtungsflächen von
193 cm; hat, würde die aufwärts wirkende Kraft auf das Rohr durch den hydrostatischen Druck etwa in der
ii Größenordnung von 136 200kg liegen. Unter diesen Umständen wäre das deformierbare Element im
wesentlichen starr und unwirksam, da das Werkzeug bereits praktisch über seinen ganzen Hub zusammengedrückt
ist. fls ist ersichtlich, daß ein Element, das an der
in Oberfläche noch verhältnismäßig ..eich ist. in der
Arbeitstiefe aufgrund der besonders rohen aut das Werkzeug einwirkenden Vorlast außerordentlich hart
wird.
Das Werkzeug vom zweiten Typ ist η der CA-PS
j-, 8 37 97Γ beschrieben. Bei diesem Werkzeug ist an der
Unterkante der Kammer mit dem deformieibaren Element eine schwimmende Dichtung vorgesehen, um
einen Druckausgleich zwischen dem Inneren dieser Kammer mit dem hydrostatischen DrucK am Grund der
in Bohrung zu ermöglichen. Dabei wird jedoch diese
vorteilhafte Wirkung mit kompressiblen Metalldrahtelementen
kombiniert, die bereits beim eigentlichen Bohrbeginn harte Elemente darstellen und während des
Einsatzes sehr schnell verdichtet werden. Dadurch
r. entstehen praktisch undeformierbare Elemente, die
geringe Fähigkeit zur Absorption von Schlagbeanspruchungen aufweisen. Dieses bekannte E'emer.i hai
außerdem den Nachteil, daß es mit beiden tVärid^ri der
Kammer in Berührung steht, wodurch ei:;e axiale
;i» Bewegung der teleskopartig ineinandergreifenden
Wi_rkzeugteiie verhindert wird, weil nämlich das
Element innerhalb der Kammer verdichtet wird.
Zu diesem Werkzeugtyp kann man ;iuch den
Gegenstand der FR-PS 14 05 898 rechnen, bei dem zur
i". Stoßdämpfung zwischen Innenrohr und Außenrohr
abwechselnd nachgiebige Elemente und feste, am Außen- bzw. Innenrohr anliegende Scheiben r,o
angeordnet sind, daß eweils ein Teil der Elemente belastet und der restliche Teil zugleich entlastet wird
in und daß die Elemente der jeweiligen Gruppen einander
praktisch parallel geschaltet sind. Dadurch ist dip Gesamtfeder ausgesprochen hart. Ähnliches gilt für die
aus <\,κηι Drahtgewebe bestehenden Federelemente
gemäß der US-PS 33 8J 126. die über die ganze Länge
r, der Gesamtfeder ii.ii den Wandungsteilen de' Rohre in
Kontakt sind und so Kräfte übertragen können. Darüber hinaus würde das Drahtgewebe dieser
bekannten Federelemente bei den auftretenden hohen Belastungen zu einer soliden Metallmasse zusammenge-
■ ii drückt werden, die keine Feuerwirkung mehr hätte.
Bei dem dritten Werkzeugtyp wird in der Kammer ein verhältnismäßig weiches Element vorgesehen, d. h.
ein Element mit einer niedrigen Federkonsianie. Dabei
sind außerdem MitlH vorgesehen, die einen Druckausgleich
/wischen der Kammer und dem Bohrloch herstellen. Ein solches Werkzeug ist in der CA-PS
H 2b ")29 beschrieben. Bei diesem Werkzeug is; ein
gedichteter Abschnitt vorgesehen, der die eigentliche
Kummer bildet und über Tage mil einem kompressiblen
Gas bei einem bestimmien Druck gefüllt uiril. Die
Kummer win.; mil einem Arhi'itsöl gefüllt und trügt ein"
Membran, die das Gas vuii dein Aibeilsöl nennt. Km
Beutel oder eine Membran, die zum Bohrloch hm offen ist. erstreckt sich in den mit Öl gefüllten Abschnitt der
kammer. Die Kammer ist an ihren beiden K ml en mit
festen O-Ringdichtungen abgedichtet, Eine Ausdehnung
ties Beutels mit der Bohrflüssigkeil set/l das Öl unter
Druck und demzufolge auch das die Schlagbeunspruchungen
absorbierende, konipressible Gas. jedoch andern sich der Druck und demzufolge die rederkonstante
des Gaspolsters beträchtlich, wenn das Werkzeug bei verschiedenen Tiefen verwendet wird.
Veröffentlichungen /eigen, daß bei einer Tiefe von 4876 m und einem Gewicht des Bohrkopfes von
Jb J20 kg die Federkonstante einer solchen Anordnung e'.wa 25 023 k" ore em be'.rä··!, während bei einer Tiefe
von 914 m bei demselben Gewicht die Federkonstantc etwa 10 724 kg pro cm beträgt. Demzufolge hai das
Werkzeug bei einer größeren Tiefe ein hartes Element mit einer hohen Federkonstante, während es bei einer
geringen Tiefe noch als relativ weich mit einer mittleren Federkonstante angesehen werden kann.
Eine Eigenart der meisten stoßabscrbierenden Elemente, bei denen durch die Stoßbeanspmchung das
Material deformiert wird, besteht in einer proportional zur Last ansteigenden Federkonstante. Bei einer
geringen Last auf das Federelement ist nämlich das Element sehr viel weicher als bei einer hohen Last. In
Fig. 15 ist die Federkonstante für drei Elemente A, R
und C dargestellt. Es is: ersichtlich, daß die Federkonstante der Elemente kontinuierlich mit wachsender Last
auf die Elemente ansteigt. Die Federkonstante ist dargestellt durch die jeweilige Steigung der Kurve.
Deshalb muß die Federkonstante als ein Durchschnittswert für eine bestimmte Wegstrecke, also Zusammendrückung
der Feder angegeben werden. Die Federkonstante wird daher festgelegt als diejenige Last, die das
Werkzeug um 2,54 cm zusammendrückt.
Das Element A kann als relativ hart bezeichnet werden, weil für den Federwcg von 2,54 cm annähernd
eine Federkonstante von 53 fc>22 kg pro cm erforderlich
ist. Wenn beim Betrieb des Ölbohrers in Arbeitstiefe das Element mit ca. 136 200 kg belastet ist, was durch den
Punkt ν in F i g. 15 angedeutet ist. so ist ersichtlicherweise
das Element in unerwünschter Weise außerordentlich hart. Die Fähigkeit zur Absorption von Stoßbeanspruchungen
ist dann ziemlich gering.
Das Element Sin Fig. 15 kann als mittelmäßig hartes
Element bezeichnet werden. Es hat eine Federkonstante von ca. 24 970 kg pro cm für die erste Wegstrecke von
2,54 cm. Wenn das Element in der Arbeitstiefe mit 136 200 kg belastet ist. was wiederum durch den Punkt χ
dargestellt is;, so wird das Federelement wiederum sichtbar sehr hart. Das bedeutet, daß für eine weitere
Verformung des Elementes eine extrem hohe Last «^forderlich wäre. Wenn das Element mit nur 13 620 kg
vorgespannt wird, was dem Arbeitspunkt y in Fig. 15
entspricht, wäre das Element mittelmäßig weich mit einer Federkonstante von ca. 10 724 kg pro cm. Es
könnte dann mit einer relativ geringen Last weiter verformt werden.
Das Element Cin Fig. 15 kann als weich bezeichnet
werden mit einer Federkonsiante von ca. 26Si kg pro cm für die erste Wegstrecke von 2,54 cm. Im
Arbeitspunkt χ in F i g. 1 5 wäre die Federkonstante sehr hoch, und das Element würde demzufolge sehr hart. Im
Arbeilspnnkt \ würde das IJcnunl eine Federkonstarili
von ei. i374 kg pro cm aufweisen.
Wie beschrieben, ist aK>
> bei bekannten Ölbohrcn
dtis /hi A bsi ii pt inn von SliiUbi-iinspi in-hiingeu dienend·,
defonnierbare I lenient bereits so stark vorbelastet. d;i
es schon außerordentlich hart und somit fur d ■ Absorption der beim Bohren auftretenden Sloßbel.istungen
kaum noch wirksam ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesel Nachteil /u beseitigen und /u erreichen, dal) das zur
Absorption der .Stoßbelastungen heim Bohren dienende
defonnierbare Element auch beim Betrieb des ölboh rers nicht in unerwünschter Weise hart, sondern noch se
weich i>:. daß es die gewünschte Absorption dei .Stoßbelastungen übernehmen kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch I beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführun
Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also in dci Kammer zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr
in der sich das deformierbare Element befindet absichtlich mittels der Arbeitsflüssigk>
it ein Druck erzeugt, der gleich dem Bohrlochsohlendruck ist. Die
Kammer ist vorzugsweise an ihrem dem Bohrmeißel zugewandten Ende von einem Dichtungsring abge
schlosse der sich axial frei bewegen kann, die
Arbeitsflüssigkeit von der .Spülflüssigkeit trennt und djrch seine axiale Verschiebung den gewünschten
Druckausgleich zwischen dem Druck in der Kammer und dem Bohrlochsohlendruck ermöglicht. Die starke
Vorbelastung des deformierbaren Elementes, die /u dem unerwünscht harten deformierbaren Element führt
wird dann vermieden. Beim Bohren ist dann das deformierbare Element in erwünschter Weise relativ
weich und kann die gewünschte Absorption der stoßförmigen Beanspruchungen durch den Bohrmeißel
übernehmen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung gestattet das verwendete, deformierbare Element eine relativ weite
teleskopartige Bewegung zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr. Das deformierbare Element hat eine
kleine Federkonstante von weniger als 17 874 kg pro cm. Der gesamte Hub kann durch zusätzliche Mittel auf
2.54 — 3,81 cm begrenzt werden, wobei jedoch bei einer Last von 36 320 kg ein Hub von 5,1 cm gewährleistet
sein sollte.
Das deformierbare Element besteht aus der Schichtung mehrerer einzelner ringförmiger Elemente und hat
z. B. eine Gesamtlänge von 102 cm. Dadurch, daß d'.* das
deformierbare Element bildenden Ringe die Rohrwandungen nicht berühren, wird eine Zerstörung in der
Kontaktzone vermieden. Durch eine Berührung dieser Ringe mit den Oberflächen der Rohre würden sich
außerdem die Kenndaten des Werkzeuges in unerwünschter Weise ändern. Die Ringe haben daher einen
Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Innenrohres und einen Außendurchmesser,
der kleiner ist als der innendurchmesser des Außenrohres, so daß die Ringe die Wände der Rohre nicht
berühren.
Durch die genaue, stramme Führung zwischen Innenrohr und Außenrohr wird eine gute Stabilität des
gesamten Werkzeuges erreicht und eine Verbiegung des gesamten Bohrgestänges vermieden. Die strammen
Lagerpunkte durch enge Passungen zwischen Innen- und Außenrohr sind vorzugsweise an drei Stellen
vorgesehen, insbesondere unmittelbar oberhalb und
ιπΐιτΙι,ιΙΙ· des (his delormici Ku c I Iciirmi! it ',igenden
Di in kriiiiiiK's. J. h. der genannten kammer. Bei der
genannten siramnun I .agerung wird nur ein Spiel um
c-iu ,1 "j 11) (KK) du /w is( heu ilen ()net'i lachen der K' 'lire
ungesehen und zusätzlich ein harter I lastomerring im
eine der ()berflachen eingebaut. Dadurch werden seitlich. Ik1UCJiUiIfJ(1M /wischen den teleskoparlig
\ersi hiehkiren Teilen an den l.agerpunkicn !nützlichst
gently gehalten. Diese strammen Lagerungen /iir
I 'holuing der Stabilität sind nut Durehfluiiil !Hingen
zum Diirchfliil.1 der Arbeitsflüssigkeit versehen. Die zur
Stabilisierung dienenden Ringe können mich aus
amlcem Material hergestellt werden, wie /. II. Phosphin
bmn/e oder Fk'rvlliumkupfer.
Die Erfindung uird im folgenden an Hand der
Zeichnung an einem Ausführungsbcispiel erliiutert.
Darm /eigen
dr
Asialrifh
cheii sind mn DurchHuhOlfnungcn verseilen '.lurch du
hindurch die Arbeitsllussigkcil von einer Kammer in du
,iiulere Hießen kann. Da-. Innenrolii und das Außenrohi
sind jeweils am Ende der Kammer durch l'lüssi kens
dichte Dichtmittel gegeneinander abgedichtet. 1 i.ibei is
an einem Lnde leweils ein bewegbares Dichtungsele
ment vorgesehen, um einen Lintntt der Spülflüssigkei
in das Kamniersvstem /u verhindern und die Arbeits
flüssigkeit darin vorzuspannen, um einen Druckaus gleich mit dem hydrostatischen Druck an der Bohrloch
sohle /u gewährleisten.
(•"ig. 1 zeigt ein Außenrohr 10 sowie ein Innenivhr 12
Das Innenrohr 12 befindet sich innerhalb des Außenroh
res 10 und ist in diesem axial verschiebbar.
Der obere Abschnitt 1.3 des Innenrohres 12 ist mi
einer vorspringenden, also männlichen Verzahnung versehen und enthält ein Innengewinde 14 /ui
ng aneinander gcrcihi;
Schnitte einer Ausführung des Diimpfers gemäß der
Erfindung in unbelasteter, d. h. ausgezogener Arbeitsstellung.
l-'ig. 2a. b. c entsprechend in Axialriehtung aneinander
gereihte Schnitte ähnlich Γ i g. 1 des Diimpfers in komprimierter, d. h. belasteter Arbeitsstellung.
I'ig. ja einen Längsschnitt des unteren Werk/eng
teils einer anderen Ausführung des Diimpfers in unbelasteter Arbeitsstellung.
I i g. 3b eine Ansicht der Ausführung von ja in belasteter Arbeitsstellung.
I" ig. 'a einen Längsschnitt des unteren Werkzeugteils
einer anderen Ausführung in unbelasteter Stellung des Dämpfers.
Γ i g. 4b einen Längsschnitt der Ausführung von Γ i g. 4a in unbelasteter Arbeitsstellung.
I ι g. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 55 der
Γ i g. 2a.
F" i g. 6 einen Querschnitt entlang der Linie bb der
Γ i g. 2b.
F-ι g. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 77 der
F i g. 2b.
F i g. 8 einen Querschnitt entlang der Linie 88 der F ι g. 2c.
F-" ig. 9 eine Draufsicht eines koniprimierbaren Elementes.
Fig 10 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 der
F i g. 9.
Fig. 11 eine Draufsicht einer anderen Ausführung
des komprimierbaren Elementes.
Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie 12-12 der
F i g. 11.
Fig. 13 eine Draufsicht einer anderen Ausführung
des komprimierbaren Elementes.
Fig. 14 einen Querschnitt entlang der Linie 14-14 der
Fi g. 13 und
Fig. 15 die Federkennlinien von weichen, mittelmäßig
gedämpften und harten deformierbaren Elementen.
Gemäß der Erfindung enthält der Stoßdämpfer für den Bohrstrang ein teleskopartig verschiebbares Innenrohr
und Außenrohr, zwischen denen ein deformierbares Element vorgesehen ist. Das deformierbare Element
dient dabei als Stoßabsorptionsmittel mit geringer Federkonstante. Das Außenrohr und das Innenrohr
bilden eine Vielzahl untereinander verbundener Kammern oder Zwischenräume, die mit einer relativ
inkornpressiblen Flüssigkeit gefüiit sind. Die Kammern
sind durch eng anliegende Lager voneinander getrennt,
um eine axiale Stabilität zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr zu gewährleisten. Die Lageroberflä-Hill
ÜCil
i'ii üiii'gOSiciitOii ijoiit sil ailg
Unter dem Innengewinde 14 befindet sich ein Abschnit
16 mit geringerem Durchmesser, und unterhalb diese1
Abschnittes ist über eine bestimmte Länge eiiu vorspringende, also männliche Keilverzahnung If
vorgesehen, die in die Oberfläche des Innenrohres 12
eingearbeitet ist. Die Keilverzahnung 18 ist an der Oberfläche verchromt und mit engen Toleranzen
gearbeitet. Unter der Keilverzahnung 18 isi ein Abschnitt 20 mit geringerem Durchmesser, engen
Toleranzen und einer verchromten Oberfläche vorgesehen,
in dessen Oberflächen Nuten 22 eingearbeitet sind Diese Nuten erstrecken sich in Richtung der jeueiligen
Grundflächen der männlichen Keilverzahnung. Die Nuten 22 sind geradlinig und parallel zueinander,
wenngleich auch andere Ausbildungen benutzt werden können. Am unteren Ende des die Keilverzahnung
tragenden Teiles 13 befindet sich eine Zapfenverbindung 24. Im Zentrum des Teiles 13 ist eine zentrale
Bohrung 25 vorgesehen. Diese dient dazu, die Spülflüssigkeit durch das Werkzeug hindurch zum nicht
dargestellten Bohrmeißel hirdurchtrcten zu lassen.
Das nächste nach unten folgende Teil des Innenrohres
Das nächste nach unten folgende Teil des Innenrohres
12 ist ein Dichtungsrohr 26. dessen oberes Ende mit einer Gewinde-Muffenverbindung 28 mit der Zapfenverbindung
24 des die Keilverzahnung tragenden Teiles
13 verbunden ist. Das Dichtungsrohr 26 hat einen Abschnitt 32 mit verringertem Durchmesser unterhalb
der Muffenverbindung 28. wodurch eine Druckschulter 27 gebildet wird. Die Muffenverbindung 28 ist mit einem
O-Ring 30 versehen, der eine Abdichtung mit der Zapfenverbindung des die Keilverzahnung tragenden
Teiles 13 bewirkt. Die Muffenverbindung 28 ist von dem Außenrohr 10 durch einen ringförmigen Durchflußraum
31 getrennt. Die Druckschulter 27 ist mit radial verlaufenden Nuten 110 versehen, deren Zweck später
noch erläutert wird.
Der Abschnitt 32 mit dem verringerten Durchmesser des Dichtungsrohres 26 trägt an seinem unteren Ende
ein Gewinde 34. das eine Mutter 36 aufnimmt. Der Durchmesser des Abschnittes 32 ist so gewählt, daß er
durch eine Vielzahl von deformierbaren Ringen 38 hindurchführbar ist. die das beschriebene deformierbare
Element bilden. Die Oberfläche des Abschnittes 32 ist außerdem mit gerade verlaufenden Nuten 37 versehen,
deren Zweck später erläutert wird. Der Abschnitt 32 enthält außerdem eine zentrale Bohrung 33, die mit der
Bohrung 25 in Verbindung steht und dazu dient, das Bohrspülmittel zu dem Bohrmeißel zu führen.
Das Außenrohr 10 enthält an seinem oberen Ende eine Dichturcgsmuffe 42 mit einer axialen Bohrung oder
l.agerfläche 44. die den Abschnitt 16 dc1- die
Keilverzahnung trügenden Teiles I? eng iirnfal.lt. wobei
eine Toleranz '.on ungefähr 0.005 cm vorgesehen ist.
Die innere Oberfläche, der Kugelfläche 44 lsi mit vier
umlaufenden Nuten 45 versehen, in die Flüssigkeitsdiehtungen
45,7 iinu harte Stahilisaiorringc 45/' eingesetzt
%ind. Die Dichtungsmuffc 42 bewirkt eine flüssigkeitsdiehte
Abdieh!ung mit dem Abschnitt 16 des die
Keilverzahming tragenden leiles und stabilisiert außerdem
das Außenrohr 10 arl dem Inneiirohr 12.
Aiil.ierdem ist noch ein Absireifring 45c'vorgesehen. Der
Abschnitt 16 ruht mit einer engen Passung in den .Stabilisatorringen 45/λ Das unlere linde der Dichtlings
muffe 42 trägt eine Zapfenverbindung 46. (lic in eine
Muffenverbindung 48 am oberen linde des die weibliche
Keilverzahniing tragenden Aul.ienrohrcs 10 im Abschnitt
50 eingeschraubt ist. Kin O-Ring 52 dichtet diese .Schraubverbindung ab. Der die weibliche Verzahnung
tragende Abschnitt 50 enthält eine innere Bohrung 54. in
deren Oberfläche weibliche Nuten 5h eingeschnitten sind. Die Nuten 56 sind so bemessen, daß sie mit der
männlichen Keilverzahnung 18 des Teiles Π zusammenpassen.
Gemäß l: i g. 5 sind die weiblichen Nuten 5d mit einem
Stahlkcrn 56,·/ versehen, auf den ein synthetischer Überzug 58 aufgebracht ist. der eine große Verschleißfestigkeit
und Abriebfestigkeit und außerdem eine Dämpfungswirkung für den Torsionseingriff der feile
bildet. Kin geeigneter Überzug 58 wird z. IJ. gebildet aus einer mit Molybdändisulfid gefüllten Urethankomposition
mit einer Shore-D-I lärte von elwa 50. Dieses
Material wird in einer 0,64 cm dicken Lage 60 auf die
antreibenden Kanten der Vorsprünge der Keilverzahniing aufgebracht. Kine Schicht 62 von etwa 0.J2 cm
Dicke wird auf die rückläufigen, also ablaufenden Kanten gemäß F ι g. 5 aufgebracht.
Das untere Knde des Aiißenrohres 10 ist im Abschnitt
50 mit einer Zapfenverbindung 64 versehen, die zur
sicheren Abdichtung einen O-Ring 65 trägt. Das untere
linde 66 der Bohrung 54 enthüll einen verringerten
Durchmesser, der eine Schulter 68 bildet. Dadurch wird
untere Knde oder die entsprechender. Lagerflächen des
die männliche Keilverzahnung tragenden Teiles 13 fest
in sich aufnimmt. In der Bohrung des Teiles 66 sind einige Stabilisatorringe 67 vorgesehen, die eine
Stabilisierung zwischen Innenrohr und Außenrohr bewirken.
Die Zapfenverbindung 64 des Abschnittes 50 des Aiißenrohres 10 ist über eine Muffenverbindung 70 am
oberen Knde mit dem Abschnitt 72 des Aiißenrohres 10 verschraubt, die das deformierbare Klement trägt. In
dem Abschnitt 72 des Außenrohres 10 ist eine innere Bohrung 74 vorgesehen. Die Bohrung 74 erstreckt sich
nahezu bis zum unteren Knde des Abschnittes 72. wo eine Bohrung 76 mit verringertem Durchmesser
vorgesehen ist. um eine Gegendruckschulter 77 zu bilden. Die Bohrung 76 ist so bemessen, daß sie das
untere Knde des Abschnittes 32 des Dichtungsrohrcs in stabilisierter Lage an der Lagerfläche 76a aufnimmt.
Stabilisatorringe 78 sind in Nuten angeordnet, die in die Wandung des Außenrohres 10 im Bereich des
Abschnittes 72 eingeschnitten sind, um einen flüssigkeitsdichten und festen Sitz zwischen Außenrohr und
Innenrohr zu gewährleisten.
Das untere Knde des Abschnittes 72 des Auße.irohres
10 endet in einer Zapfenverbindung 80, die in eine Muffenverbindung 82 am oberen Knde des Druckrohres
84 eingreift. Ki ■ O-King 86 ist in tier Zapfenverbindung
80 vorgesehen, um die Gewindedichtung einwandfrei
abzudichten.
Das Druckrohr 84 isl mil einer verchromten axialen Bohrung 88 versehen, deren Durchmesser größer ist als
der des unteren Kndcs des Dichtlingsrohres 26. Kine Ringdichtung 90 ist mit O-Ringen 92 und 94 versehen,
die eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der Oberfläche der Rohn,ng 88 ties Druckrohres 84 und der
äu;.leren Oberfläche ties im Durchmesser verringerten
leiles .32 des Dichtungsrohres 26 gewährleisten. Der Ring 90 wird an dem Dichtlingsrohr 26 durch die Mutter
36 gehalten. Das untere Knde des Druckrohres 84 ist mil einer Zapfciivi-ibindung 96 versehen, die zum Ankuppein
des Werkzeuges an das untere Knde des Bohrstranges dient. Die Bohrung 88 hai am unteren
Finde des Druckrohres 84 einen Abschnitt 98 mii verringertem Durchmesser, dessen Zweck später noch
erläutert wird.
In tier Wandung des Abschnitt.■>. 72. der das
deformierbare Klement enthält, ist eine Bohrung 97 vorgesehen. Die Bohrung 97 ist mit einem Stöpsel 99
verschlossen. Dieser kann entfernt werden, um eine hydraulische Flüssigkeit oder ähnliches in das Innere des
Werkzeuges einzufüllen, wie später näher erläutert wird. Kine ähnliche Bohrung 101 und ein Stöpsel 103
sind in dem oberen Knde der weiblichen Keilverzah nung des Aiißenrohres im Abschnitt 50 vorgesehen.
Gemäß K i g. 5 verläuft jeweils in jeder zweiten Keilnut eine Nut 22. die auch in F i g. b ersichtlich ist.
F" ig. 6 zeigt außerdem Öldurchflußöffnungen 108. die siel" durch tlie Zapfenverbindung 64 der weiblichen
Keilverzahniing erstrecken. In F i g. 7 sind Nuten 110
tiargestellt, die sich durch die Driickschulter tier
Muffenverbindung des Dichtungsrohres 26 erstrecken. Ks ist ersichtlich, daß die Ringe 45;) zwischen dem
Abschnitt 16 und der Dichtungsmuffe 42 ein .Stabilisatorpaar bilden. Die Stabilisatorringe 67 zwischen dem
Abschnitt 50 des mit tier Keilverzahnung versehenen Auücnrohres und dem Abschnitt 13 der männlichen
Keilverzahnung bilden ein weiteres Stabilisatorpaar. Diu οι.ιυϋΐΛ,ιιοι ι iiigL· 78/wischen dem adsciiuik /^t des
unteren (indes des Aiißenrohres und dem Dichtungsrohr 26 bilden eine dritte .Stabilisierungszone, während
der Ring 90 noch einen weiteren Stabilisator zwischen dem Druckrohr 84 und dem unteren Knde des
Dichtungsrohrcs 26 bildet. Diese Stabilisierungsmittel wirken derart, daß sie das Außenrohr 10 und tlas
Innenrohr 12 seitlich miteinander verbinden und auf diese Weise das Werkzeug versteifen.
Zwischen der äußeren Oberfläche des Innenrohres 12 und der inneren Oberfläche des Außenrohres 10 ist ein
ringförmiger Zwischenraum 107a gebildet. Die Enden dieses Zwischenraumes 107a sind durch Flüssigke.tsdichtungen
45a und die O-Ringe 92 und 94 abgeschlossen. Die Stabilisatorringe 67 und 78 unterteilen den
Zwischenraum 107;) in eine die Keilverzahniing tragende Kammer 10/. in eine die deformierbaren
Kiemente tragende Kammer 109 und eine Kammer 111.
die die bewegliche Dichtung 90 enthält. Der Zwischenraum 107a enthält die deformierbaren Ringe 38 und die
Arbeitsflüssigkeit. Die Flüssigkeit kann sich zwischen den Kammern 107 und 109 über die Nuten 22,
Öldurchflußöffnungen 108 und den Durchflußraum 31 rrei bewegen. Außerdem kann sie zwischen den
Kammern 109 und 111 über den Durchilußraum 31
sowie die Nuten 110 und 37 fließen.
F i g. 9 und 10 zeigen in Draufsicht und im Schnitt eine
mögliche Ausführungsform der tkformierbaren Ringe
!8. Der de!\>rmicrbare King 38 getrau I·" i g. 4. 10 einhält
einen abgesetzten Metallring 100. der ein paar hochstehende, umlaufende Stege 102 und 104 ,anweist.
I )icse bilden /wischen sich eine ringförmige Vertiefung
112. Ein elastischer King 114, dessen Dicke großer ist als
die nach oben gerichtete Abmessung der Stege 102 und 104. ist in tier Vertiefung 112 angeordnet. Der elastische
Ring 114 verformt sich unter Druck, nimmt aber
elastisch wieder seine ursprüngliche Eorm ein. wenn der in
Druck nachlaßt.
Der deformierbare Ring gemäß den I'ig. II, 12
enthält einen flachen Mctallring 116. auf den durch
geeignete Mittel ein elastischer Ring 118 aufgesetzt ist. der einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, dessen r>
größere Kontaktflache mit dem Metallring 116 verbunden ist.
Die deformierbaren Srgmrnif· in Γ ig Ii. !4 enthalten
Metallririje 120, 121, von denen jeder jeweils eine
äußere Ripp :. 122 und eine innere Rippe 126 aufweist. :n
Diese bilden jeweils ringförmige Aussparungen IJO und
132. Min Elastomerring 134 ist jeweils in einer
Aussparung vorgesehen und zwischen zwei aufeinanderliegender! Ringen eingefaßt. Die Seitenflächen der
Elastomerringe 134 haben eine konkave |·οιτ.ι. wodurch :~.
ein einwandfreier Sitz, zwischen den Aussparungen der Ringe gewährleistet wird.
ledes deformierbarc Kiemen· ist so ausgebildet, daß
die Auslenkung des Werkzeuges bei geringer Belastung größer ist als bei hoher Belastung. Die Kennlinien der >
<' deformierbaren Elemente liegen vorzugsweise innerhalb
des in F-" i g. 15 dargestellten Bereiches.
Für das defonnierbare f-'lcment können auch andere
Elastomere verwendet werden. wie (iumnii. Silikongummi. Neopren oder Urethan. Ebenso kann ein
harter nicht metallischer Ring an Stelle der Metallringe verwendet werden oder auch ein einzelner del'ormierbarer
Körper an Stelle der Schichtung um abwechselnden Metallelementen und Elaslomerelementen.
['ig. Ib läßt erkennen, daß die Schulter der ■"·
Muffenverbindung 28 am Innenrohr 12 die Schulter der
/.aplenverbindung 64 des Außenrohres 10 berührt, so
daß die leleskopartige Bewegung zwischen Innenrohr
12 und Außenrohr 10 begrenzt ist und diese beulen Rohre nicht auseinander gezogen werden können. l ■
Beim Einsatz des Dämpfers isl die Zapfenverbindung % des Druckrohres 84 in den Bohrmeißel eingeschraubt,
wobei das Innengewinde 14 des Αΐτ-chtiitis 16
in die Sehwerslangen oder Stabilisatoren am Ende des Bohrstranges eingeschraubt ist. Das Werkzeug ist für ">
< Arbeitsbedingungen entworfen, wie sie in der Bohrir.dustrie üblich sind, und /war für flache oder tiefe
Bohrungen und rauh.:« oder vibrationsfreies Bohren.
Beispielsweise arbeitet das Werkzeug, wenn der Dämpfer direkt oberhalb des Bohrmeißels in einem "'"
tiefen Bohrloch bei rauhen Bohrbedingungen eingesetzt wird, unter folgenden Bedingungen:
Hydrostatischer Kopfdnick = 700 kg.'cnv
Druckabfall am Bohrwerkzeug = 70 kg/cm:
Last auf den Bohrmeißel = 24 970 kg oi
G jsamies Stranggewicht = 47 670 kg
Axiale Meißelbewegung = ±1.27 cm
Drehzahl = 60 Umdre
hungen
pro Minute. '
pro Minute. '
Das Werkzeug wird am Bohrstrang in voll ausgezogener
Position in das Bohrloch herabgelassen, bis dei Bohrmeißel die Floh lochsohle erreicht. Der Innendruck
in dem Zwischenraim IO7,i ist dabei gleich dem Dm.-k
an ovr Bohrlochsohle von 700 ; ,· cm-\ der durch iiie
Sank der Spülfiüssigkeu innerhalb des Bohrloches
verursacht wird. Dabei wird durch den HnhHochsohlentlruck
die freibewegliche Ringdichtung 90 aufwärt'.hewcgt.
Anschließend wird von oben Druck auf den Meißel ausgeübt, wodurch das Werkzeug belastet wird.
Die Ringe 38 werden dabei durch die Dn,. kschultern 27, 77 deformiert, ei., sich Innenrohr 12 und Aulienrohr K)
teleskop.irtig ineinanderschieben. Nach Anschalten tier
Spülungspumpe tier Bohranlage steigt der Innendruck des Bohrstranges im Werkzeug um ca. 70 kg cm-'. Went:
dieses erreicht ist. verringert sich diese Belastung tk Ringe 38 durch den erhöhter, Innendruck entsprechend
dem Pumpendruck, tier auf die Querschnittflache des
Dichtungsrohres 26 und ties Abschnittes Π einwirkt. Dieser Druck verv.:cht. t!;ir. Werkzeug wieder auscm.intler
zu pumpen. Bei einem tspischen Ein.sat/fall mit einer
!•"lache von 193.bein-' beträgt these Pumpkraft annähernd
13 620 kg für die oben beschriebenen Bedingun
gen. Datkirch wird die Last auf die Elemente von 24 J7')
auf I I 3:50 kg verringert, obwohl der Bohrmeißel immer
noch mi: 24 470 kg belastet ist.
Anschließend wird tier Bohrstrang in Rotationsbewegung
versetzt. Durch diese Rotationsbewegung bewegt sich der Bohrmeißel senkrecht mit einer Amplitude ν ■
etwa ±1.27 cm um einen Mittelpunkt mit eiii.r
(•'rec|iienz von 3 Hz. wobei tier deformierbare S'apel 40
mit dieser l;requen/ um etwa 3.81 cm komprimiert und ausgedehnt wird, bezogen auf eine (iesamtbewegung
von 2.34cm. Insbesondere werden die Ringe 114
deformiert und drücken die Arbeitsllüssigkci! durch die
Nuten 37 des Dichtungsrohres in den Abschnitt i2 mn verringertem Durchmesser des Dichtungsrohres und in
tlie Kammer 111. w odurch sich die Dichtung 90 abvv ans
bewegt. Da die Eederkoiistante des l'.ler.ientes bei
dieser Belastung vorzugsweise ca. 3174 kg η ro cm
betragt, ändert sich die l.asi auf den Stapel 40 /wischen
6810 und 15 890 kg. Das Ergennis ist. dal.1 die Belastung
ties Bohrmeißels sich /wischen 20 430 und 2° ϊ'ι>
kir ändert. Wenn das Werkzeug komprimiert und *\panüiert
wird, wird das Arbei'.soi zwischen der, Druckkammern
hin- und hergepumpt und verzehrt demzufolge
Energie.
Der Vibrationsdämpfer nach der Erfindung i-; so
ausgebildet, daß folgendes erreicht u irj.
ι. Is wird ein Druckausgleich /wische'1 Jen" R.ku"
der deformierbaren Elemente und Jen? hvdiv.iatisehen
Bohrlochsohlendruck errcitl·,;. um Ja*
Problem der Vorbelastung, wie eingargs ?c^"iben.
zu beseitigen
2. Es wird eine gedichiete Differenzfiacne vorgeseh
d ß f J Wk kd
hen
,.^,i. derart daß der aiii Jas Werkzeug wirkende
Pumpendruck so wirk;, daß l-nenrohr ::rJ
Außenrohr auseinander gopump; v\ erden, wodurch
der größte -\nieil Jer Werkzeughubes zur
Absorption von axialen Lasten des Bohrmeißels zur Verfugung sieht.
3. Es w ird ein vv eicher. acU
>rr:iierbarcr i-.lementen<·;.!-
pel vorgesehen, mit einer solchen, Federkonstante.
daß das Werkzeug bei einer Belastung von. 36 320 kg sich wenigstens um 5.08 cm 'neinander
verschiebt, und nicht mehr als 5.08 cm bei einer Belastung von 4540kg. Dadurch wird vorteiihafterweise
erreicht, daß der größte Teil der zyklischen Belastungen durch die Bcwesuns Jes
Bohrmeißels von dem Werkzeug aufgenommen wird.
4. Es wird eine gute Stabilisierung des gesamten Werkzeuges erreicht, so daß minimale Abweichungen
vom gewünschten Bohrloch auftre;en.
5. Es sind defo.mierbare Elemente vorgesehen, die
einen hinreichenden Abstand von den Wandungen des Raumes haben, in den sie eingebaut sind.
Dadurch wird eine Deformation der Urethannnge ohne Berührung der Wandungen ermöglicht.
6. Es wird eine Dämpfung der teleskopartigen Bewegung der Teiie ineinander dadurch vorgesehen,
daß das Arbeitsöl beim Vor- und Rückwärtsfließen durch die flüssigkeitsdichten Lagerzonen
über Nuten mit verengtem Querschnitt fließen muß. die nur einen begrenzten Querschnitt
aufw"Hcen.
7. Es ist eine verbesserte Keilverzahnung vorgesehen,
die die Arbeitsbedingungen für einen relativ langen Werkzeu.ghub und hohe Frequenzen in der
Verschiebung des Werkzeuges ermöglichen.
F i g. 3a. 3b /eigen eine andere Ausführung, bei cer die
unteren Enden des Dichtungsrohres 26 und des Druckrohres f$4 anders ausgebildet sind. Die Bohrung 88
des Druckrohres 84 geht in eine Bohrung 140 über. Diese hat einen solchen Durchmesser, daß sie den
Abschnitt 32 mit dem verringerten Durchmesser des D jhtungsrohres 26 in enger Passung aufnehmen kann.
Am oberen Ende der Bohrung 140 ist ein Paar von Dichtungen 142 vorgesehen. In den Seitenwänden des
Druckrohres f(4 sind eine oder mehrere öffnungen 144
vorgesehen, die den umgebenden Außenraum mit dem unteren Ende der Bohrung 88 verbinden. Das Gewinde
34 und die Mutter am unteren Ende des Dichtungsrohres 26 sind weggelassen. Der Abschnitt 32 ist mit einer
Verlängerung 145 versehen, die in die Bohrung 140 hineinreicht und durch Dichtungen 142 im unbelasteten
Zustand abgedichtet ist. F i g. 3b zeigt den Dämpfer in der belasteten Stellung. In dieser Stellung ist der Ring 90
dem Bohrlochdruck ausgesetzt und nicht dem Innendruck des Bohrstranges. Das Ergebnis ist. daß die
Flüssigkeit in der inneren Kammer des Dämpfers in der Höhe des Bohrlochdruckes gehalten wird, so daß sich
der Druckabfall oberhalb des Meißels nur auf den Querschnitt der Verlängerung 145 des Dichtungsrohres
auswirkt. Demzufolge ist die Kraft, die den Stoßdämpfer auseinanderpumpt, gegenüber der Anordnung gemäß
Fig. 1. 2 beträchtlich verringert, wobei jedoch der beschriebene Druckausgleich erhalten bleibt. Fine
solche Anordnung ist besonders nützlich bei Werkzeugen mit großem Durchmesser, die bei flachet
Bohrungen eingesetzt werden, wo die Kraft auf det Meißel nicht wesentlich größer ist als die Kraft, die
durch den Dilferentialdruck auf die Druckringflächi verursacht wird.
F i g. 4a, b zeigen eine Ausführung ohne Ringdichtung
90 und Nuten 37. die keinen inneren und äußerer Druckausgleich ermöglicht. Bei einer solchen Werk
zpugausführung wird der Dämpfer niciit völlig mit ö
ίο gefüllt und ist besonders nützlich in flachen Bohrunger
mit großem Durchmesser. Eine zusätzliche Stabilisierung wird durch Stabilisatorringe 78 oberhalb unc
unterhalb der Dichtungen 79 erreicht.
In Fig. 1. 2 bewirkt die Ringdichtung 90 der
Ausgleich des Flüssigkeitsdruckes zwischen der innerer Kammer mit dem Spülungsdruck. Es wurde auch
gezeigt, daß der Differentialdruck des Bohrmeißels gegen die frei bewegliche Ringdichtung 90 und da.·
Innenteil wirkt, um den Stoßdämpfer in die ausgezogene
Stellung zu pumpen mit einer Kraft, die gleich ist diesem Differenzdruck multipliziert mit der Fläche, die durch
den Außendurchmesser der Druckmenge umschrieben wird.
In der Praxis kann es vorkommen, daß der Wert der
r> durch den Außendurchmesser des Druckringes umschlossenen Fläche multipliziert mit dem Ditferenzdruck
die Last überschreitet, mit der der Bohrmeißel belastet wird. In diesem Fall würde der Dämpfer in der
offen gepumpten Stellung verbleiben und nicht die
i" beabsichtigte Funktion ausüben. In diesem Fall darf sich
die Ringdichtung 90 nicht frei bewegen. Dies wird erreicht durch die Anordnung eines Elastomerringes
K€. der gestrichelt eingezeichnet ist zwischen der
Ringdichtung 90 und der Zapfenverbindung 80 des
3Ί Abschnittes 72. Zusätzlich wird der Dämpfer teilweise
mit Öl aufgefüllt. Auf diese Weise drückt der hydrostatische Druck die Ringdichtung gegen den
Elastomerring 146. während sich das Dichtungsrohr axial durch die O-Ringe 92 bewegt. So findet kein
■ίο Druckausgleich im Ringraum des Dämpfers statt,
wodurch infolge des hydrostatischen Druckes der Dämpfer in die geschlossene Stellung gepumpt wird.
Der Druckabfall entlang des Bohrmeißels w irkt jedoch auf die Fläche des Abschnittes 32 und versucht, das
Ί5 Werkzeug offenzupumpcn. Deshalb kann gemäß einer
Ausführung der Erfindung der beschriebene Dämpfer für eine Benutzung in flachen Bohrlöchern abgeändert
werden, und zwar durch nachträgliches Einzigen des Elnstomerringes 146 und nicht vollständiges Auffüllen
"in der inneren Druckkammer.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. StoUdämpfer für Bohrgestänge zum Tiefbohren mit einer Spülflüssigkeit, aus einem Innen- und
einem Außenrohr, die teleskopartig und drehfest miteinander verbunden sowie an jedem Ende mit
einem Anschluß an das Bohrgestänge bzw. einen Bohrmeißel versehen sind, Einrichtungen zur Begrenzung
der Axialverschiebung aufweisen und zwischen sich eine Kammer einschließen, in der im
wesentlichen über deren gesamte Länge ein Stapel mit einzelnen, federnd nachgiebigen, deformierbaren
Elementen aus Festkörpern angeordnet ist, der durch eine vom Außen- und eine vom Innenrohr
getragene Einrichtung komprimierbar ist, welche gegen die Enden des Stapels andrückbar sind, wobei
die Kammer mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllt sowie zwischen Außen- und Innenrohr an einem
Ende mit iUssigkeitsdichten festen Abdichtungen
gegen die Spüifiüssigkeit und am anderen Ende mit einer flüssigkeitsdichten beweglichen Abdichtung
gegen die Spülflüssigkeit und zum Druckausgleich zwischen der Arbeitsflüssigkeit in der Kammer und
dein Bohrlochdruck versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ieformierbaren Elemente
(38) mit Abstand von der Wand der Kammer (109) angeordnet sind und der Stapel (40) eine
Federkonaiante von weniger als 17 858 kg pro
Zentimeter aufweist.
2. Stoßd;: npfer nach Anspruch 1, dadjrch
gekennzeichnet, daß am Außenrohr (10) in Längsrichtung des Rohres (10) voneinander getrennte
erste und zweite Lagerflächen (44, 68.7,/ vorgesehen
sind, die mit entsprechenden Lagerflächen des Innenrohres (12) erste und zweite Radiallager enger
Passung bilden, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Lager im Außenrohr (10) und im Innenrohr
(12) eine axiale Keilverzahnung (18) mit Nuten (56) vorgesehen ist. daß die Kammer (109) für den Stapel
(40) zwischen dem zweiten Lager und der beweglichen Dichtung (90) angeordnet ist, und daß dv
zweile Lager eine geringe Durchlässigkeit für die Arbeitsflüssigkeit aufweist.
3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siapel (40) eine Fcderkonstante
aufweist, gemäß der bei einer axialen Werkzeugbelastung von 36 288 kg eine telcskopartige
Bewegung der beiden Rohre (10, 12) zueinander um wenigstens 5.08 cm und bei einer Wcrkzcugbela
slung von 4536 kg eine Bewegung um nicht mehr als 5,08 cm erfolgt.
4. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die deformierbaren Elemente des Stapels (40) im wesentlichen nichtmetallisch
sind.
5. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, dall die Kammer (109)
ringförmig ausgebildet ist und der Stapel (40) abwechselnd Ringe (114) aus Urethan und McIaII
/.wischenringe (100) enthält.
h. Stoßdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mctallzwischeriring (120,
121) an seinem inneren und äußeren Umfang zwei
hervorstehende uml.nifende Kippen (122, 12h)
aufweist, zwischen el· neu die Urethanringe (114)
gehalten sind.
7. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis h,
dadurch gekennzeichnet, daß am Außenrohr (10) und am Innenrohr (12) dritte Lagerflächen (76a) zur
Bildung eines dritten Radiallagers enger Passung vorgesehen sind, das zwischen der Kammer (109)
und der beweglichen Dichtung (90) angeordnet ist, und daß längs des dritten Lagers Nuten (37) geringer
Durchlässigkeit für die Arbeitsflüssigkeit vorgesehen sind.
8. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (10) an
seiner inneren Oberfläche an jeder der ersten, zweiten und dritten Lagerflächen (44, fi8a, 76a)
Stabilisierungsringe '45b, 67, 78) für das Innenrohr (12) enthält.
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