-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Kraftzangen, wie sie häufig zum
Herstellen und Brechen von Gewindeverbindungen an Ölfeld-Bohr-
und -Fördergestängen angewandt
werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte offene
Zange, die sich seitlich an ein Rohrgestänge ansetzen und von ihm abnehmen
lässt,
sowie für
eine solche eine verbesserte Tür,
die in der Schließstellung über deren
offenes Maul verläuft
und es in der Offenstellung freilegt.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Kraftzangen
werden seit Jahrzehnten zum Herstellen und Brechen von Gewindeverbindungen bzw.
Verschraubungen in Rohrgestängen
im Ölfeld verwendet.
Während
diese Zangen in diversen Ausführungen
und mit verschiedenen Mechanismen zum Ergreifen und Drehen eines
oberen Steigrohrs relativ zu einem unteren Steigrohr vorliegen,
lassen sie sich allgemein als geschlossen oder offen klassifizieren. Zangen
mit geschlossenem Maul haben einen Zangenkörper, der das Rohrgestänge vollständig umgibt, so
dass aufeinander folgende Verschraubungen axial durch eine Öffnung in
der geschlossenen Zange verlaufen.
-
Hingegen
umgreift der Körper
einer Offenmaul-Zange typischerweise den größten Teil einer Gestängeverbindung;
er enthält
jedoch ein offenes Maul, damit die Zange seitlich an das Gestänge angesetzt
und von ihm abgenommen werden kann. Entsprechend kann der größte Teil
eines Drehrings den größten Teil
des Rohrgestänges
umgeben und sich im Zangenkörper
um das Gestängerohr
drehen. Die meisten Offenmaul-Zangen sind mit einer Tür ausgerüstet, die
geöffnet
wird, um das Zangenmaul offenzulegen, wenn die Zange nicht betätigt ist.
Bei betätigter
Zange mit offenem Maul ist deren Türanordnung typischerweise geschlossen
und verriegelt, um das zuverlässige
Arbeitsdrehmoment zu erhöhen,
indem man ein "Spreizen" des offenen Mauls
verhindert, und/oder um den Rohrstrang beim Drehen sicher im Maul
zu halten. Die Türanordnung
verleiht einer Offenmaul-Zange die Fähigkeit, ein Gestängerohr
vollständig
zu umschließen,
um ein sicheres Ergreifen und Drehen desselben zu unterstützen. Ein Schließen der
Zangentür
kann auch die Sicherheit der Zange erhöhen, indem der Zangenmann daran gehindert
wird, versehentlich vor dem einwandfreien Sitz der Zange auf dem
Rohr deren Drehring in den Eingriff zu bringen; außerdem kann
es ein Blockieren des Drehrings in Folge einer Fehlausrichtung mit
der Türanordnung
verhindern.
-
Eine
zweite generelle Unterscheidung zwischen Zangen (abgesehen vom offenen/geschlossenen
Maul) liegt in der Konstruktion des Backensystems. Zangen lassen
sich generell als 2-Backen- oder 3-Backensystem klassifizieren.
Ein 2-Backen-Zangensystem
weist typischerweise zwei Sätze Greifbackensegmente
im Zangenkörper
auf, die gemeinsam einen maximalen Griffbereich von 360° (abzüglich des
Tür-Umfangsbereichs)
umgreifen. Ein 3-Backen-Zangensystem weist typischerweise ein 2-Backensystem
vermehrt um eine dritte Backe im Türsegment der Zange auf, so
dass idealerweise der Rohrstrang über eine Backenfläche von
im wesentlichen 360° ergriffen
wird.
-
Ein
Nachteil der bekannten 3-Backensysteme ist, dass Zahnbolzen erforderlich
waren, um den Zahnringabschnitt des Körpers an den der Tür anzusetzen.
Dabei saß ein
Zahnbolzen scharnierseitig am Türsegment
und ein zweiter Bolzen riegelseitig am Türsegment des Zahnrings. Ein
zweiter Satz Bolzen oder eine Bolzen-Riegel-Mechanik dienten dazu,
die Türanordnung
zu schwenken und mit dem Zangenkörper
zu verriegeln. Bei jedem Öffnen
oder Schließen
des Türabschnitts
musste die Tür
riegelseitig entriegelt und/oder der Bolzen entfernt werden, jeweils
wie zutreffend. Zusätzlich
wurde auf mindestens einer Seite des Türsegments des Zahnrings der Bolzen
entfernt. Diese Arbeitsgänge
waren und sind zeitraubend und erhöhen die Komplexität und Zuverlässigkeit
der Zangen. Zusätzliche
Probleme sind u. a. die Aufrechterhaltung der richtigen Ausrichtung der
Zahnungen und der Tür,
Bolzen und Riegel und der des Gehäuses bei jedem Schließen der
Zangentür.
Bolzen erfordern typischerweise einen dicht gepassten Sitz und die
Ausrichtung der Bauteile kann kritisch für ein einwandfreies Drehen
der Zahnung und/der Arbeiten der Zange sein. Bei Fehlausrichtung
oder falschem Schließen
oder Verriegeln der Tür
kann die Zangenzahnung festfressen und die drehenden Bauteile der
Zange blockieren. Wird die Zange versehentlich bei offener Tür betrieben,
können
die drehenden Bauteile blockieren; sie müssen dann zerlegt werden, um
die Blockade zu lösen. Beim
Betrieb mit offener Tür
besteht auch die Möglichkeit,
dass das Ringsegment sich teilweise oder vollständig aus der Zange löst.
-
Die
US 6 058 811 offenbart eine
Zange mit einem Zangenkörper
mit offenem Maul, einem Teilringelement zum Drehen eines Gestängerohrs
beim Herstellen oder Brechen einer Verschraubung, mindestens zwei
Köpfen,
die mit dem Teilring drehbar sind, um sich an das Gestängerohr
greifend anzulegen, und einem Antriebsmotor, der die Kraft zum Drehen
des Teilrings liefert. Eine Tür
ist an einer Seite des offenen Mauls schwenkbar mit einem Zangenkörper verbunden,
damit die Zange seitlich an das Gestänge angesetzt und von ihm abgenommen
werden kann.
-
Die
Nachteile des Standes der Technik werden von der vorliegenden Erfindung
beseitigt. Es wird eine verbesserte Zange mit offenen Maul und einer Tür offenbart,
die im Türsegment
einen bolzenfreien Drehzahnungsabschnitt und eine drehende dritte Greifbacke
aufweist. Die erfindungsgemäße Tür kann die
Fläche,
mit der die Zange das Gestängerohr ergreift,
signifikant vergrößern, so
dass ein höheres Verschraubungs-
und/oder Brechmoment aufgebracht werden kann, ohne die Gefahr von
Schäden am
Gestänge
zu erhöhen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Eine
verbesserte Offenmaul-Kraftzange zum Herstellen und/oder Brechen
von Gestängerohrverschraubungen
im Ölfeld
weist einen Zangenkörper und
ein Teilringelement jeweils mit offenem Maul auf. Das Teilringelement
mit offenem Maul kann auf dem Zangenkörper drehbar gelagert sein,
um beim Herstellen und/oder Brechen einer Rohrverschraubung ein
Rohrelement relativ zu einem anderen zu drehen. Mindestens zwei
Köpfe können auf
dem Teilringelement angeordnet sein, die mit ihm drehbar sind, um das
obere Gestängerohr
zu ergreifen. Eine Tür
ist auf einer Seite des offenen Mauls schwenkbar mit dem Zangenkörper verbindbar
und verläuft
in der Schließstellung
mindestens teilweise über
das offene Maul und legt in der Offenstellung das offene Maul frei,
damit die Zange seitlich an das Gestängerohr angesetzt und von ihm
abgenommen werden kann. Ein Ringsegment ist vorgesehen und in der
Tür drehbar
gelagert, um mit dem Teilringelement gemeinsam zu drehen. Das Ringsegment
kann einen oder mehrere Köpfe
tragen, die in den Eingriff mit dem oberen Gestängerohr bringbar sind. Ein
hydraulischer Motor kann vorgesehen sein, um das Teilringelement,
das Ringsegment und das erste Gestängerohr in Drehung anzutreiben.
-
Eine
Drehlagerung wie mit Rollen und/oder Lagern kann im Zangenkörper vorgesehen
sein, um die Drehbahn für
das Teilringelement und das Ringsegment aufzuspannen. Diese Lagerung
kann auch das Spreizen der offenen Mauls im Teilringelement unter
hohen Drehmomenten verhindern, indem sie eine Radialbewegung oder
andere Auslenkung des Teilringelements oder des Ringsegments einschränkt.
-
Eine
Verriegelungsmechanik kann vorgesehen sein, um die Tür im geschlossenen
Zustand am Zangenkörper
festzulegen.
-
Die
verbesserte Offenmaul-Kraftzange stellt eine vereinfachte zuverlässige Drehmechanik
bereit, in der das Teilringelement und das Ringsegment sowohl beim Öffnen/Schließen der
Tür als
auch beim gemeinsamen Drehen des Teil ringelements und des Ringsegments
beim Herstellen und/oder Brechen einer Gestängeverbindung voneinander unabhängig sind.
Bei geschlossener Tür
kann das Ringsegment den Ooffenmaulbereich des Teilringelements
im Wesentlichen ausfüllen,
wobei der Griffbereich um das Rohrelement herum im Wesentlichen
360° beträgt. Das
Teilringelement und das Ringsegment drehen im Wesentlichen in einer
gemeinsamen Ebene und mit einem gemeinsamen Radius um eine gemeinsame Achse.
-
Beim
Drehen kann eine ebene oder konfigurierte Stirnfläche des
Ringsegments an entsprechenden Stirnflächen des Teilringelements anliegen;
das Ringsegment und das Teilringelement bleiben jedoch strukturell
unabhängig
voneinander. Um die Tür
der Kraftzange zu öffnen,
kann die Drehung unterbrochen werden, wenn das Ringsegment mit der
Tür im offenen
Maul des Zangenkörpers
im Wesentlichen fluchtet. Die Tür
lässt sich
dann öffnen;
dabei kann das Ringsegment mit der Tür zusammen aus dem offenen
Maul schwenken. Ist die Tür
geöffnet
oder entriegelt, kann ein Haltearm am Ringsegment angreifen, um
dieses in der Tür
zu sichern und es daran zu hindern, bei offener Tür sich aus
ihr zu lösen,
bis die Tür
geschlossen und der Riegel eingelegt ist, wonach der Haltearm sich
vom Ringsegment lösen
kann. Da das Ringsegment bei der Drehung strukturell vom Teilringelement
unabhängig
ist, ist nach dem Schließen
der Tür
das Ringsegment sofort drehbereit, da keine Bolzen erforderlich
sind, um das Ringsegment mit dem Teilringelement zu verbinden oder
auszurichten.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Kraftzange mit einer verbesserten
Greifmechanik mit drei oder mehr Backen bereit, um das Aufbringen
höherer Momente
beim Herstellen und Brechen von Rohrverschraubungen durch Verteilen
des Drehmoments über
einen größeren Umfang
des Rohrelements als in einem 2-Backen-Greifsystem zu erleichtern.
Eine solche verbesserte Kraftverteilung kann das Risiko eines Zerquetschens
des Rohrs verringern, aber auch das Aufbringen von zusätzlichem
Drehmoment erleichtern.
-
Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kraftzange mit hohem
Drehmoment anzugeben, die mindestens drei Greifbacken aufweist,
wobei die Anfälligkeit
der Zange gegenüber
einem Blockieren oder Festfressen des Teilringelements und/oder
des Ringsegments beim Drehen verringert ist. Das ungesicherte bzw. "schwimmende" Ringsegment der
bevorzugten Ausführungsform
ist nicht am Teilringelement festgelegt. Eine Drehführung ist
vorgesehen, die die gemeinsame Drehung sowohl des Ringsegments als
auch des Teilringelements in einer im wesentlichen gemeinsamen Ebene
und um eine gemeinsame Achse von niedrigen bis hohen Drehmomenten
auch ohne eine kritische gegenseitige Ausrichtung zwischen Tür, Zangenkörper, Teilringelement
und Ringsegment erleichtert.
-
Eine
wesentliche Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist, dass die
Kraftzange beim Öffnen
und Schließen
der Tür
Zeit und Mühe
sparen kann, da das Ringsegment und das Teilringelement keine Bolzen
oder sonstiges Verbinden erfordern. Das Ringsegment ist vom Teilringelement
strukturell unabhängig.
Zum Herstellen und Brechen einer Rohrverbindung lassen sich das
Teilringelement und das Ringsegment von Zeitpunkt des Schließens der Tür an mit
der Zange und der Tür
gemeinsam drehen. Zusätzlich
kann die Tür
im Wesentlichen sofort nach dem Ende der Drehung und dem Ausrichten des
Ringsegments mit der Tür
geöffnet
werden.
-
Eine
Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist, dass sich das Teilringelement
drehen lässt, während die
Tür offen
ist und das Ringsegment sich in der Tür befindet. Obgleich bevorzugt,
muss zum Betreiben der Zange weder die Tür 40 geschlossen noch
das Ringsegment vorhanden sein.
-
Eine
weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist, dass das drehende
Teilringelement und das drehende Ringsegment nicht anfällig für ein Festfressen
und Blockieren sind, wie es geschehen kann, wenn Ringsegmente und
Teilringelement durch Bolzen oder sonstwie miteinander verbunden
sind.
-
Eine
andere Besonderheit der Erfindung ist, dass die Zangentür aus einer
einzigen Tür,
die über das
offene Maul einer Zange verläuft,
oder einem Paar Türen
bestehen kann, die mit dem Zangenkörper auf gegenüberliegenden
Seiten des offenen Zangenmauls jeweils schwenkbar verbunden sind,
wobei eine der Türen
einen Riegelanschlag trägt.
In einer derartigen Ausführungsform
kann auch eine der Türen
einen Kopf zum Greifen des Gestängerohrs
tragen.
-
Ein
anderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Tür und die Schwimmringmechanik
zuverlässig,
einfach und kostengünstig
erstellbar sind. Festfress-, Blockier- und Ausrichtprobleme lassen
sich mindern, indem man das Ringsegment sich vertikal oder sonstwie
relativ zum Teilringelement "ausbiegen" oder "schwimmen" lässt.
-
Diese
und weitere Ziele, Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, in der
Bezug genommen ist auf Figuren der beigefügten Zeichnung.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1 ist
eine Draufsicht einer Ausführungsform
der Kraftzange bei gelöster
Verriegelung, offener Tür
und teilweise abgenommener oberer Abdeckung;
-
2 ist
eine Draufsicht der Kraftzange der 1 bei geschlossener
und verriegelter Tür;
-
3 ist
eine Unteransicht eines Teils der Kraftzange bei offener Tür und gelöster Verriegelung;
-
4 ist
ein Schnitt in der Ebene 4-4 der 3;
-
5 ist
eine Unteransicht des in 3 gezeigten Tür- und Riegelteils
bei geschlossener Tür und
eingelegter Verriegelung; und
-
6 ist
eine dreidimensionale isometrische Darstellung eines Teils einer
erfindungsgemäßen Kraftzange.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die 1–6 zeigen
eine verallgemeinerte Ausführungsform
einer Offenmaul-Kraftzange 10 für hohe Drehmomente
nach vorliegender Erfindung. Eine Türanordnung 40 für Kraftzangen
kann mit einem Zangenkörper 20 mit
einem Scharnierbolzen 44 schwenkbar verbunden sein. Die
Türanordnung 40 lässt sich öffnen, wie
in 1 gezeigt, wobei man das offene Maul 25 im
Zangenkörper 20 freilegt. Nahe
der Rückseite
des Mauls kann der Zangenkörper 20 eine
im Wesentlichen kreisförmige
mittige Öffnung 27 mit
einer Zentralachse 15 enthalten. Ein unteres Ende eines
erstes Rohrelements 11 – wie bspw. ein Ölfeld-Gestängerohr,
das nahe einem zweiten Ende von einem Bohrturm-Derrick (nicht gezeigt) herab
hängen
kann – lässt sich
seitlich durch das offene Maul 25 in die zentrale Öffnung 27 einführen. Danach
lässt sich
die Tür 40 mit
dem Zangenkörper 20 in
den Schließzustand
schwenken und mit einer Verriegelung 100 versperren, so
dass das offene Maul 25 geschlossen wird. In dieser Konfiguration verläuft eine
Zentralachse des ersten Rohrelements 11 allgemein koaxial
mit der Zentralachse 15 der Zange.
-
Die
Zange 10 lässt
sich antreiben, damit sie das erste Rohrelement 11 dreht,
um eine Gewindeverbindung zwischen dem ersten Rohrelement 11 und
einem zweiten Rohrelement (nicht gezeigt) herzustellen oder zu brechen.
Das zweite Rohrelement kann typischerweise in einem Bohrloch (nicht
gezeigt) unter dem ersten Rohrelement 11 hängen. Die Zangentür 40 kann
danach geöffnet
werden, um die Zange 10 seitlich vom Rohrelement 11 abzunehmen.
-
KRAFTZANGE MIT HOHEM DREHMOMENT
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform,
die die 1–6 zeigen,
kann die Kraftzangenanordnung 10 (hydraulisch oder anders)
angetrieben werden, um Drehmoment auf das erste Rohrelement 11 aufzubringen
und es so zu drehen. Die Energieübertragung
durch die Zange 10 hindurch kann ein Zahnradgetriebe 22 enthalten.
Zusätzliche
Zangenbauteile können
ein Teilring 30 und eine Vielzahl mit ihm im Eingriff stehender
Backenelemente sein, die das erste Rohrelement 11 ergreifen.
Der Zangenkörper 20 kann
ein offenes Maul enthalten, um die Zange seitlich an das Rohrelement 11 ansetzen
und von ihm abnehmen zu können.
Eine allgemein kreisförmige mittige Öffnung 27 an
der Rückseite
des offenen Mauls 25 kann vorgesehen sein, um das Rohrelement 11 in
die Solllage für
seine Drehung zu bringen. Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung 27 ist groß genug,
um das Rohrelement 11 mit dem größten Durchmesser aufzunehmen,
das die jeweilige Kraftzange 10 drehen soll, vergrößert um
einen gewissen zusätzlichen
Durchmesser, um das teleskopartige Hindurchführen der Rohrelemente 11 durch
die mittige Öffnung 27 zu
erleichtern, ohne dass ein Rohrelement 11 sich in der Zange
festfrisst.
-
Der
Zangenkörper 20 kann
eine obere Käfigplatte 17,
die im wesentlichen eine obere Abdeckung auf dem Zangenkörper bildet,
und eine untere Käfigplatte
(nicht gezeigt) aufweisen, die im wesentlichen eine untere, der
oberen gegenüber
liegende Abdeckung des Zangenkörper 20 bilden.
Ein Zangenrahmen 19 kann Teile des Umfangs des Zangenkörpers 20 – mit Ausnahme
des offenen Mauls 25 und der mittigen Öffnung 27 desselben – umgreifen.
Der Zangenrahmen 19 kann mindestens einen Teil eines Inneren
des Zangenkörpers 20 zwischen
der oberen und der unteren Zangenplatte 21 bzw. 17 umschließen. Der
Zangenrahmen 19 kann auch teilweise durch das Innere des
Zangenkörpers 20 verlaufen.
-
Der
Teilring 30 ist konstruiert, mit dem Zangenkörper 20 um
die Zentralachse 15 zu drehen. Der Teilring 30 kann
auf einem Teil seiner Außenfläche eine
Zahnung 58 tragen, die ihn in Drehverbindung mit dem Getriebe 22 bringt.
Eine oder mehrere Rollenführungsflächen 57 können auf
dem Teilring 30 bevorzugt an dessen Außenumfang vorgesehen sein,
an denen eine Vielzahl von Zangenkörper-Rollenführungen 52 anliegen.
Die Zangenkörper-Rollenführungen 52 können die
Drehung des Teilrings 30 auf einer Umlaufbahn abstützen und
haltern, die mindestens teilweise von den Rollenführungen 52 bestimmt
ist. Zu sätzlich
tragen die Rollenführungen 52 dazu
bei, ein Aufspreizen des Teilrings 30 unter hohen Drehmomenten
zu verhindern, indem sie ihn seitlich abstützen.
-
Eine
Innenfläche
des Teilrings 30 kann mindestens zwei Köpfe 36 stützen, die
wahlweise an das Rohrelement 11 anlegbar sind. Beim Drehen
des Teilrings 30 können
die Köpfe 36 radial
einwärts
zur Zentralachse 15 schwenken, so dass Zangenmesser (nicht
gezeigt) oder andere Rohrgreifelemente auf den Köpfen 36 sich an das
Rohrelement 11 anlegen und es ergreifen können. Die
Köpfe 36 können wahlweise
rückziehbar
sein, so dass sie radial auswärts zum
Teilring schwenken, um das Rohrelement 11 freizugeben.
-
Der
Zangenkörper 20 kann
die Zangentür 40 tragen.
Die Tür 40 kann
auf einer Seite des offenen Mauls 25 schwenkbar mit dem
Zangenkörper 20 so gelagert
sein, dass sie sich, wenn geschlossen, mindestens teilweise über das
offene Maul erstreckt. In der Offenlage legt die Tür 40 das
Maul 25 frei, so dass die Zange 10 seitlich an
das Rohrelement 11 angesetzt und von ihm abgenommen werden
kann. Im Schließzustand
kann das angelenkte Ende der Tür 40 mit
dem Schwenkbolzen 44 am Zangenkörper 20 festgelegt
sein, während
das Verriegelungsende der Tür 40 am
Zangenkörper 20 mittels
einer Riegelmechanik 100 festgelegt wird, die an einem
Anschlag 114 am Zangenkörper 20 angreift.
-
Die
Türanordnung 40 kann
allgemein das Maul 25 fest verschließen und bei deren Drehung den
Teilring 30 und ein Ringsegment 150 führen. Befindet
die Tür
sich im geöffneten
Zustand, kann die Tür 40 das
Ringsegment 150 abstützen.
Das Ringsegment 150 kann mindestens ein zusätzliches
Backenelement 160 zum Ergeifen des Rohrelements 11 tragen.
Bei geschlossener Tür 40 können das
Ringsegment 150 und der Teilring 30 mindestens
teilweise im Zangenkörper 20 sowie
in der Tür 40 drehen.
-
Die
Türanordnung 40 kann
einen oberen Rahmenteil 154, einen unteren Rahmenteil 164,
der im Wesentlichen dem oberen Rahmenteil 154 gegenüber liegt,
und eine Außenwand 163 aufweisen,
die allgemein ein Türinneres
bildet. Eine Türkäfigplatte 148 kann
ebenfalls vorgesehen sein, um einen Teil des Inneren der Türanordnung 40 abzudecken.
-
Das
Ringsegment 150 kann konstruiert sein, um im Zangenkörper 20 und
der geschlossenen Türanordnung 40 auf
einer definierten Bahn um die Zentralachse 15 zu drehen.
Eine radial auswärts
gerichtete Fläche
des Ringsegments 150 kann eine Zahnung 168 tragen,
um das Ringsegment 150 mit dem Getriebe 22 zu
verbinden. Eine oder mehrere Rollenführungsflächen 157 können ebenfalls
auf dem Ringsegment 150 – vorzugsweise auf dessen Außenumfangsfläche – vorgesehen
sein, an die eine Vielzahl von Tür-Rollenführungen 152 anlegbar
ist. Die Tür-Rollenführungen
können
das Ringsegment 150 und den Teilring 30 in der
Türanordnung 40 und
im Zangenkörper 20 auf
einer Drehbahn stützen
und haltern, die mindestens teilweise von den Rollenführungen 52, 152 bestimmt
ist. Zusätzlich
können
die Rollenführungen 152 dazu
beitragen, ein Aufspreizen des Teilrings 30 unter hohen
Drehmomenten zu verhindern, indem sie ihn seitlich abstützen.
-
Eine
Innenfläche
des Ringsegments 150 kann mindestens einen Kopf 160 tragen,
der an ein Rohrelement 11 anlegbar ist. Der Kopf 160 kann
bei der Drehung des Ringsegments 150 und des Teilrings 30 zur
Zentralachse 15 einschwenken, so dass Zangenmesser (nicht
gezeigt) oder andere Rohrgreifelemente auf den Köpfen 36 sich an das
Rohrelement 11 anlegen und es ergreifen können. Der
Kopf 160 kann auch rückziehbar
sein, so dass er auswärts zum
Ringsegment 150 schwenkt, um das Rohrelement 11 freizugeben.
-
Das
Ringsegment 150 kann einen Krümmungsradius und eine allgemeine
Gestalt im Wesentlichen gleich denen des Teilrings 30 aufweisen, außer dass
die Bogenlänge
des Ringsegments 150 kleiner sein kann als die des Teilrings 30.
Das Ringsegment 150 kann eine Bogenlänge haben, die sich über einen
Teil des Mauls 25 erstreckt, in dem der Teilring 30 drehen
kann. Bei geschlossener Tür 40 umgreifen
folglich das Ringsegment 150 und der Teilring 30 das
Rohrelement 11 über
einen Bogen von im Wesentlichen 360°.
-
Der
offene Maulteil des Teilrings 30 kann Endflächen 91, 92,
das Ringsegment 150 Endflächen 81, 82 aufweisen.
Bei geschlossener Tür 40 liegen die
Endflächen 81, 82 des
Ringsegments im Wesentlichen an den Endflächen 91 bzw. 92 an.
Das Ringsegment 150 kann auch Endflächen 83, 84, 85 und 86 aufweisen,
das Teilring 30 Endflächen 93, 94, 95 und 96.
Die Endflächen 81, 82 können gegenüber den
angrenzenden Endflächen 83 und 85 bzw. 84 und 86 versetzt
sein, entsprechend die Endflächen 91, 92 gegenüber den
angrenzenden Endflächen 93 und 95 bzw. 94 und 96.
Die versetzte Anordnung der Endflächen, wie in den 1 und 2 und
anderswo gezeigt, kann einen gegenseitigen Eingriff des Segments 150 mit
dem Teilring 30 ermöglichen,
ohne die beiden Bauteile – bspw.
mit Bolzen – miteinander verbinden
zu müssen.
Die Enden des Teilrings 30 können im Wesentlichen koplanar
mit einem zugehörigen
Ende des Ringsegments 30 liegen. Folglich bewirken bei
der Drehung des Ringsegments 150 und des Teilrings 30 die
Berührungspunkte
zwischen Endflächen
der beiden Bauteile eine relative planare Verschiebung und/oder
ein "Ausbiegen" zwischen den beiden
Bauteilen an deren Verbindungspunkten. Daher lassen Festfress-,
Blockier- und Fehlausrichtungsprobleme sich abschwächen, während sie
ein Mittel darstellen, einen mindestens teilweisen gegenseitigen
Eingriff der beiden Bauteile zuzulassen.
-
In
alternativen Ausführungsformen
können die
Endflächen 91, 93 und 95 des
Teilrings 30 mit zugehörigen
Endflächen 92, 94 und 96 des
Teilrings 30 koplanar oder zu ihnen winklig liegen; entsprechend können die
Endflächen 81, 83 und 85 des
Ringsegments 30 mit zugehörigen Endflächen 82, 84 und 86 koplanar
oder zu ihnen winklig liegen. Der Fachmann wird einsehen, dass die
gegenseitige Zuordnung von Tür,
Körper
und Ring zahlreiche Varianten zulässt.
-
ARBEITSWEISE DER KRAFTZANGE
-
Eine
Kraftzange für
hohe Drehmomente, wie in der bevorzugten Ausführungsform offenbart, kann eine
hydraulische Kraftquelle und eine hydraulische Steuerung (nicht
gezeigt) aufweisen. Im Zustand mit offener Tür und offenem Maul lässt die
Kraftzange sich seitlich an ein Rohrelement 11 ansetzen
und wird dieses durch das offene Maul 25 in die mittige Öffnung 27 auf
der Rückseite
des Mauls 25 geführt. Die
Tür 40 lässt sich
nun so in den Schließzustand schwenken,
dass das Ringsegment 150 mit dem Umfang an einen Maulteil
des Teilrings 30 angelegt wird. Eine Ausnehmung 123 in
der Riegelkupplung 122 kann sich um einen Riegelanschlag 114 legen,
während
dieser gleichzeitig von einer Ausnehmung 125 im inneren
Riegelkopf 120 umgriffen wird.
-
Die
Kraftzange 10 kann nun hydraulisch beaufschlagt werden,
damit sich das ergriffene Rohrelement 11 relativ zu einem
zweiten Rohrelement (nicht gezeigt) in einer gewählten Richtung dreht, um zwischen
dem ersten Rohrelement 11 und dem zweiten Rohrelement eine
Verschraubung herzustellen oder zu brechen. Die Kraftzange 10 kann
betrieblich auch mehr als eine Verschraubung von Rohrelementen 11 drehen – bspw.
einen vollständigen
Strang verschraubter Rohrelemente beim Bohren oder beim Führen von
Bohrlochwerkzeugen. Die Antriebskraft kann über das Getriebe 22 vorzugsweise
an einen oder mehrere Punkte am Außenumfang des Teilrings 30 und
des Ringsegments 150 übertragen
werden, während
der Teilring 30 und das Ringsegment 150 im Zangenkörper 20 und
in der Tür 40 gedreht
werden. Bei der Drehung beider können
die Backenelemente 36, 38, 160 radial
einwärts
auf das Rohrelement 11 schwenken und es ergreifen, so dass
das Rohrelement 11 mit dem Teilring 30 und dem
Ringsegment 150 mitdreht. Das Drehmoment kann vermindert oder
in der Drehrichtung umgekehrt werden, so dass die Backen 36, 38, 160 vom
Rohrelement 11 abheben und sich von diesem radial auswärts zurückziehen.
Das Rohrelement lässt
sich dann in der mittigen Öffnung 25 teleskopartig
heben und senken. Weitere Verbindungen lassen sich danach wahlweise
herstellen, brechen und/oder drehen.
-
Um
die Kraftzange 10 seitlich aus der Anlage an einem Rohrelement 11 zu
lösen,
das sich in der zentralen Öffnung 27 befindet,
lassen der Teilring 30 und das Ringsegment 150 sich
drehen, bis das Ringsegment 150 im Wesentlichen in der
Tür 40 liegt
und die Eingriffsöffnung 151 mit
dem Haltearm 141 ausgerich tet ist. Die Verriegelung 100 wird
dann gelöst, die
Tür 40 geöffnet und
die Zange seitlich vom Rohrelement abgenommen. Gleichzeitig bewirkt
der Haltearm-Verbindungswinkel 138, dass der Haltearm 141 teilweise
in die Haltearm-Eingriffsöffnung 151 einfährt, um
das Ringsegment 150 in der Tür 40 zu sichern, während diese
sich in ihrer Offenstellung befindet.
-
Danach
lässt sich
die Tür 40 aus
dem Schließzustand
im Maul 25 in einen Offenzustand schwenken, in dem sie
das Maul 25 freigibt. Die Zange 25 kann nun seitlich
vom Rohrelement 11 abgehoben werden. Da der Teilring 30 am
Ringsegment 150 nicht festgelegt ist, lassen an Stelle
des oder vor dem Abheben der Zange vom Rohrelement 11 der
Teilring 30 und das Rohrelement 11 sich bei offener
Tür 40 und
abgeschwenktem Ringsegment drehen. In diesem Fall kann der Teilring 30 im
Verlauf der Drehung ohne Vorhandensein der oder Unterstützung durch die
Tür 40 die
Maulöffnung überqueren.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
einer Offenmaul-Zangenanordnung 10 mit schwimmendem Ringsegment 150 in
der Tür 40 kann
der innere Riegelkopf 120 schwenkbar auf der Riegelkupplung 122 gelagert
sein. Auch kann in alternativen Ausführungsformen die Haltearmmechanik 138, 141, 142, 151 und 174 anders
als oben diskutiert ausgeführt sein – bspw.
als Friktionsmechanik, als Variante der offenbarten Bolzenanordnung,
mit Magneten oder Einspannungen. Bei einigen Ausführungsformen
einer Kraftzange 10 kann die Haltemechanik völlig entfallen
und das Ringsegment 150 durch enger toleriert passende
Bauelemente – oder
auf andere Art und Weise – in
der Tür
gehalten werden.
-
Es
ist einzusehen, dass die Einzelheiten der dargestellten Ausführungsformen
und der hier offenbarten Systeme verschiedene Änderungen zulassen. Während bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
beschrieben und dargestellt sind, liegen für den Fachmann weitere Modifikationen
und Anpassungen der bevorzugten und alternativer Ausführungsformen
auf der Hand. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen,
dass derartige Modifikationen und Anpassungen im Umfang der vorliegenden
Erfindung liegen, wie sie in den folgenden Ansprüchen niedergelegt ist.