DE2613833B2 - Kupplung zur Übertragung einer Drehbewegung zwischen den Teilen eines teleskopierbaren Werkzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art.

Bei einer aus der US-PS 29 87 129 bekannten Kupplung sind die Mitnehmerkörper zylindrische Stifte, die in den gegenseitigen Längsrillen des Außenteils und des Innenteils liegen und eine relative Verdrehung zwischen den beiden Teilen verhindern. Damit das Außenteil gegenüber dem Innenteil längsverschoben werden kann, ist ein gewisses Spiel der Mitnehmerkörper erforderlich. Bei der häufig stoßartig auftretenden Belastung in Drehrichtung unterliegen die Arbeitsflächen zwischen den Mitnehmerkörpern und den Rillenwandungen einem starken Verschleiß. Das für die Teleskopierbarkeit notwendige Spiel der Mitnehmerkörper wird jeweils bei Beginn einer Drehung überwunden und führt zu einem schlagartigen Mitneh· men des anderen Teils. Die Spitzenbelastungen an den Arbeitsflächen führen zu einem starken Verschleiß und einer zunehmenden Vergrößerung des Spiels in Drehrichtung, und gleichzeitig zu einer Verschlechterung der Teleskopierbarkeit den beiden Teile.

Aus den US-PS 35 75 246, 33 23 327 und 33 83 126 sind Kupplungen bekannt, bei denen homogene Metall-Mitnehmerkörper zwischen den Teilen eingesetzt sind, die zu unzweckmäßig kurzen Standzeiten bzw, häufigen Wartungs- und Reparaturarbeiten führen. Aus den US-PS 35 39 026 und 37 16 109 sind schließlich Kupplungen bekannt, die nach Art einer Keilwelle und einem JCeilrohr aufgebaut sind. Für die Drehverbindung sind keine Mitnehmerkörper eingeordnet Auch bei dieser Art von Kupplungen tritt infolge der unmittelbar aufeinandertreffenden und gleichzeitig gleitenden

Stahlflächen ein frühzeitiger Verschleiß ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein frühzeitiger Verschleiß der Mitnehmerkörper bzw. ein zunehmend größeres Drehspiel zwischen den beiden zu kuppelnden Teilen vermieden wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst

Diese Maßnahme führt zu einem geringen Verschleiß

Μ in der Kupplung, da eine gleichmäßige Flächenberührung zwischen der verformbaren Schicht der Mitnehmerkörper und den Rillenwandbereichen eintritt Dazu kommt, daß Drehschwingungen oder Stoßbelastungen in Drehrichtung durch die verformbare Schicht gedämpft werden und keine hohen Kerbbelastungen herbeiführen können. Die Verschleißfestigkeit der elastischen Schicht sowie eine gewisse Drehelastizität der Verbindung zwischen den beiden Teilen der Kupplung wirkt sich positiv auf die Standzeit des Werkzeuges aus. Daraus resultiert auch der Vorteil, daß die Mitnehmerkösper mühelos ausgewechselt werden können und daß in den Rillen der beiden Teile nur ein sehr geringer Verschleiß auftritt der sich günstig auf die Standzeit des Außen- und Innenteils auswirkt Da die mit den verformbaren Schichten hergestellten Mitnehmerkörper in wesentlich geringerem Maße auf die Einhaltung enger Fertigungstoleranzen angewiesen sind, als stählerne Mitnehmerkörper, können bei deren Herstellung größere Toleranzen zugrundegelegt wer den. Ein weiterer positiver Effekt ergibt sich dadurch, daß das Werkzeug durch die Verwendung verschiedenartiger Mitnehmerkörper, d. h. mit unterschiedlich elastischen Schichten, an unterschiedliche Arbeits- bzw. Vorbedingungen angepaßt werden kann. Gerade bei Bohrarbeiten ist eine lange Standzeit des Bohrwerkzeugs zweckmäßig. Jede Unterbrechung des Bohrvorgangs, die auf eine Störung, z. B. im Bereich der Kupplung, zurückzuführen ist, bedeutet, daß der gesamte Bohrstrang aus dem Bohrloch herausgezogen werden muß, damit die Reparatur oder Kontrolle durchgeführt werden kann. Gerade bei tiefen Bohrlöchern ist dies ein hoher Arbeits- und Zeitaufwand. Die Drehelastizität der Kupplung ist günstig für das aktive Bohrwerkzeug bzw. Bohreinsätze, da sie sie vor stoß- oder schlagartigen Belastungen seitens des Bohrstranges abschirmt.

Die Unteransprüche sind auf zweckmäßige Ausführungsformen des Anmeldungsgegenstandes gerichtet. Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. I einen Längsschnitt durch eine Kupplung in einem Bohrgestänge,

F i g. 2 einen Querschnitt in der Ebene 2-2 in F i g. I,

Fig.3 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 4 eine vergrößerte Ansicht des Schnittes von F i κ. 3.

F i g. 5 einen Querschnitt in der Ebene 5-5 in F i g. 4,

F i g. 6 einen teilweisen Schnitt einer ersten Ausführungsform eines Mitnehmerkörpers,

F i g. 7a bis 7d Querschnitte verschiedener Ausführungsformen von Mitnehmerkörpern,

Fig.8a bis 8c Längsschnitte von Mitnehmerkörpern, und

Fig.9a bis 9c zugehörige Querschnitte zu den F ig. 8a bis 8a

Eine in F i g. 1 und 2 gezeigte Kupplung 1 zur Übertragung von Drehbewegungen zwischen den Teilen eines teleskopierbaren Werkzeugs ist in einen Schwingungsdämpfer 2 für ein Bohrgestänge eingebaut. Dieser weist einen Inner.- und einen relativ dazu axial verschieblichen Außenteil 3 bzw. 4 auf. Der Außenteil 4 setzt sich zusammen aus einem unteren Anschlußteil 5, einem Mittelstück 6, einer Muffe 7 mit Längsrillen und einem Deckelteil 8. Der Innenteil 3 ist aus einem Führungsteil 9 und einer Welle 10 mit Längsrillen zusammengesetzt Die Teile von Außen- und Innenteil sind über Gewinde miteinander verschraubt. Der Innenteil 3 ist mit einem oberen Teil U Jes Bohrgestänges verschraubt. Am Außenteil 4 ist der untere Teil 12 des Bohrgestänges, vorzugsweise ein Bohrwerkzeug, angeschraubt.

Die Welle 10 und die Muffe 7 bilden mit dem Deckelteil 8 ein Innen- und ein Außenrohr der Kupplung 1. Die Welle 10 ist mit Mitnehmerkörpern 20 mit der Muffe 7 verbunden, so daß die Teile gemeinsam drehbar und relativ zueinander längsverschieblich sind. Ein Endstück 13 ohne Längsrillen trägt eine Dichtung 14, z. B. eine schwimmende Dichtung, die mit einer Innenfläche 15 des äußeren Teils 4 eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung bildet. Eine fest im Deckelteil 8 sitzende Dichtung 16 bildet mit einer Außenfläche 17 der Welle 10 eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung. Eine durch die Dichtungen 14 und 16 begrenzte Ringkammer 18 ist mit einer Schmierflüssigkeit, etwa einem leichten Öl gefüllt. Gemäß Fig.2 sind in der Welle 10 Durchlässe 21 ausgebildet, in denen das Ul von einer Pingkammer 22 oberhalb der Mitnehmerkörper 20 in eine Ringkammer 23 unterhalb der Mitnehmerkörper und umgekehrt fließen kann.

Gemäß Fig.3 ist eine Kupplung 31 mit einem Stoßoder Schlagbohrwerkzeug 32 mit einem Innen- und einem rela-'iv zu diesem axial versch'eblichen Außenteil 33 bzw. 34 kombiniert. Der Außenteil 34 besteht aus einem unteren Anschlußstück 35, einem Mittelstück 36, einer Muffe 37 mit Längsrillen und einem Deckelteil 38, die mit Gewinden verschraubt sind. Die Muffe 37 und der Deckelteil 38 bilden zusammen den Außenteil. Der Innenteil 3λ besteht aus einem Führungsteil 39 und einer Welle 40 mit Längsrillen, die mit dem Führungsteil verschraubt ist. Die Welle 40 ist über Mitnehmerkörper 50 mit der Muffe 17 gekuppelt, so daß die beiden Teile gemeinsam drehbar und relativ zueinander längsverschieblich sind. Ein unterer Teil 41 der Welle 40 trägt eine schwimmende Dichtung 42, die mit einer Innenfläche 43 der Muffe37 eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung bildet. Eine weitere Dichtung 44 bildet mil einer AuGenfläehe 45 der Welle 40 eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung. Eine durch die Flächen 43 bzw. 45 und die Dichtungen 42, 44 begrenzte Ringkammer 46 ist mit einem Schmieröl gefüllt. Die relative Axialverschiebung der Teile 33 und 34 ist durch eine Verbreiterung 47 am inneren Teil 33 und einen Verschraubungsansatz -W» am oberen Ende der Welle 40 begrenzt.

Fig.4 und 5 zeigen, daß die Muffe 37 ein rohrförmiges Gebilde aus Stahl mit einen; Innengewinde 51 an beiden Enden ist Im unteren Teil ist die Wand der Muffe 37 von Bohrungen 52 durchsetzt, über welche

s eine Bohrflüssigkeit oder ein Bohrschlamm in eine Ringkammer 74 ein- und aus ihr ausströmen kann. Die Größe und Anzahl der Bohrungen 52 ist so gewählt, daß die Bohrflüssigkeit sie durchströmen kann, ohne dabei die Axialbewegung des Werkzeugs zu behindern.

ίο An der Innenseite der Muffe 37 ist (F i g. 5) eine Anzahl von in gegenseitigen Umfangsabständen verlaufenden Längsrillen 53 gebildet, welche sich von einem oberen Anschlußgewinde 51 abwärts eistrecken. Die übrige Innenfläche 43 der Muffe 37 ist für die Dichtung 42 glatt belassen.

Der Deckelteil 38 ist ebenfalls rohrörmig aus Stahl mit einem Außengewinde 54 am unteren Ende und über ein Innengewinde 51 an der Muffe befestigt. In Umfangsrichtung verlaufende Nuten 55 sind in die Innenfläche 56 des Deckelteüs 38 ge*rhnitten, in denen jeweils eine O-Ringdichtung 57 angeordnet ist. Die den Deckelteil 38 in Axialrichtung durchsetzende Bohrung hat im wesentlichen konstanten Durchmesser.

Die Welle 40 ist rohrförmig aus Stahl mit einem Innengewinde 58 am oberen Ende, einem glatten oberen Teil 59, einem mit Längsrillen versehenen Mittelstück 60 und einem unteren Teil 41. Das Mittelstück 60 hat an seiner Außenseite eine Anzahl von in gegenseitigen Umfangsabständen verlaufenden Längsrillen 61, welche sich zwischen dem glatten oberen Teil 59 erstrecken. Die Längsrillen 61stehen den Längsrillen 63 der Muffe 37 gegenüber und bilden zusammen mit diesen Sitze 62. Ferner hat die Welle in der Außenfläche des mittleren Teils 60 eine Anzahl von in gegenseitigen Umfangsabständen in Längsrichtung verlaufenden Kanäle 63. entlang denen das Schmieröl strömen kann. Andere Ausführungsformen der Kanäle sind in Fig. 8 und 9 dargestellt. Der glatte untere Teil 41 trägt eine schwimmende Dichtung 42 mit entlang dem inneren und dem äußeren Umfang verlaufenden Nuten 72 bzw. 70 und in diese eingesetzten O-Ringdichiungen 73 bzw. 71.

In den Sitzen 62 angeordnete Mitnehmerkörper 50

sind von dem das Außengewinde 54 aufweisenden unteren Endstück des Deckelteüs 38 in den Liingsrillen 53 der Muffe 37 festgehalten. Zum Auswechseln der Mitnehmerkörper 50 läßt sich das Deckelteil 38 abschrauben und entlang der Welle 40 aufwärts schieben. Anschließend wird diese aus der Muffe 37 gezogen, um die Mitnehmerkörper 50 freizugeben. Wie Fig.5 zeigt, greifen die Mitnehmerkörper 50 in die Längsrillen 61 der Welle 40.

Da die Milnehmerkörper 50 unverrückbar in der Muffe 37 festgehalten sind, tritt ein nennenswerter Vjrsciilsiß nur an einer durch Druck und Reibung beanspruchten Seitenfläche 83 auf (Fi^. 6). Jeder Mitnahmekörper 50 hat einen Kern 84, dessen Seitenfläche 83 mit einer vorzugsweise stoffschlüssig darauf befestigten Schicht 85 aus einem verformbaren, elastischen und abriebfesten Material bedeckt ist.

Vorzugsweise hat der Kern 84 des Mitnahmekörpers 50 an einer anderen, ebenfalls in den Längsrillen 61 der Welle 40 gleitenden und einem gewissen Verschleiß unterworfenen Seitenfläche 86 ebenfalls eine solche Schicht. Verschiedene Ausführungsformen von Mitnahmekörpern 50 sind in F i g. 7a bis 7c dargestellt.

Die Schicht 85 ist vorzugsweise aus Urethan mit einer Shore-D-Härte im Bereich zwischen 50 und 70.

In einer bevorzugten Au*,führunesform sind in Her

Schicht 85 querverlaufende Schmierflüssigkeitskanälc 87 gebildet, die eine ausreichende Schmierung der Flächen 83 und 86 gewährleisten.

Aufgrund der Ausbildung der Welle und der Muffe können die Anschlußeinrichtungen des Werkzeugs sehr groß bemessen sein, so daß das Werkzeug sehr steif wird. Dadurch lassen sich Richtungsabweichungen beim Bohren verringern. Die sichere Abdichtung am inneren Ende der Welle gewährleistet den sicheren Ausstoß des Bohrschlamms durch die Durchlässe des Bohrwerkzeugs und verhindert damit das Festsetzen von Schiefer und anderen Feststoffen in der ringförmigen Kammer. Dadurch kann das Werkzeug kontinuierlich arbeiten, ohne daß die ringförmige Kammer durch Ansammlungen von Feststoffen verstopft wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   1, Kupplung zur Übertragung einer Drehbewegung zwischen den Teilen eines teleskopierbaren Werkzeugs, insbesondere eines in einen Tiefbohrstrang eingebauten Werkzeugs, bestehend aus einem rohrförmigen Außenteil und einem darin Iängsverschieblichen, rohrförmigen Innenteil, die innen- bzw. außenseitig Längsrillen aufweisen, in die keilartige Mitnehmerkörper eingreifen, mittels derer der Außenteil undrehbar mit dem Innenteil gekuppelt ist und von denen jeder zumindest eine Arbeitsfläche aufweist, die mit dem angetriebenen der beiden Teile in gleitendem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche von einer mit dem aus hartem Werkstoff bestehenden Mitnehmerkörper (50) stoffschlQssig verbundenen Schicht (85) eines verformbaren, elastischen und verschleißfesten Materials gebildet ist.
2. 2. KuppEang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmerkörper (50) aus Stahl und die Schicht (85) aus einem Urethan bestehen, wobei zwischen der Schicht und dem Mitnehmerkörper eine Haftverbindung besteht.
3. 2. Kupplung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Urethan mit einer zwischen 50 und 70 liegenden Shore-D-Härte.
4. 4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, für Werkzeuge, bei denen die Kupplung in einer geschlossenen, eine Schmierflüssigkeit enthaltenden Kammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mitnehmerkörperr.(50)oder im zwischen den Mitnehmerkörpem liegenden Umfangsbereich des angetriebenen der beir'^n Teile (33; 34) längsverlaufende Schmierflüssigkeitskanäle (63) ausgebildet sind.
5. 5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsfläche quer zur Längsrichtung verlaufende Schmierflüssigkeitskanäle (87) ausgebildet sind.