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KEILGEWINDE
MIT DREHMOMENTSCHULTER
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Die
Erfindung betrifft mit Gewinde versehene Rohrverbindungen, die auf
dem Gebiet der Öl-
und Gasbohrung und -förderung
eingesetzt werden können,
wie beispielsweise Verrohrungen, Futterrohre, Leitungsrohre und
Bohrrohre, die zusammen gemeinhin als Ölfeldrohrprodukte bekannt sind.
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Die
Erfindung betrifft Keilgewinde mit einer Festanschlag-Drehmomentschulter
zum Verbinden von Einschubelementen (Bolzen) und Aufnahmeelementen
(Gehäuse).
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Die
Verwendung von mit Gewinde versehenen Rohrverbindungen zum aneinanderstoßenden Zusammenfügen von
Durchflussleitungen zur Herstellung eines kontinuierlichen Durchflussweges
zum Transport von druckbeaufschlagten Fluida ist allgemein bekannt.
Alle Ölfeldrohrprodukte
sind mit Gewindeverbindungen versehen, um benachbarte Sektionen
von Leitungen oder Rohren miteinander zu verbinden. Beispiele für derartige
Verbindungen mit Gewinde-Enden für Ölfeldrohrprodukte
sind in den US-Patenten Nr. 2,239,942, Nr. 2,992,019 und 3,359,013,
in RE 30,647 und RE 34,467 offenbart, die alle an den Abtretungsempfänger der
vorliegenden Erfindung abgetreten wurden.
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Keilgewindekonstruktionen
nach dem Stand der Technik bieten im Vergleich zu anderen Gewindekonstruktionen
klare Vorteile, wie beispielsweise hohe Torsionskraftaufnahme, hohe
Druckkraftaufnahme und zuverlässige
Druckabdichtung nach innen und außen. Es gibt allerdings ein
paar Probleme, die man genauestens im Auge behalten muss, wenn man
eine Verbindung mit Keilgewindetechnologie konstruiert. Ein erstes
Problem ist die Konstruktion von Verbindungen mit Metall-an-Metall-Dichtungszwischenflächen im
Zusammenhang mit der Keilgewindetechnologie. Ein zweites Problem
sind die inhärenten
Verschleißerscheinungen
beim wiederholten Zusammenbauen und Zerlegen, die mit der Keilgewindetechnologie
verbunden sind.
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Das
primäre
Problem, dem man begegnet, wenn man versucht, im Stand der Technik
ein Keilgewinde mit einer sich verjüngenden Metall-an-Metall-Dichtung
zu integrieren, besteht darin, dass ein sehr flacher Dichtungswinkel
erforderlich ist, um die lineare Veränderlichkeit des Keilgewindedrehmomentanschlags
auszugleichen.
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US 6,206,436 B1 offenbart
einen mit Gewinde versehenen Verbinder, der ein Gehäuseelement mit
einem sich verjüngenden
Innengewinde, das in einer zweistufigen Konfiguration ausgebildet
ist, und ein Bolzenelement mit einem sich verjüngenden Außengewinde, das in einer zweistufigen
Konfiguration ausgebildet ist, enthält. Das Keilverhältnis der
einen Stufe ist ein steiles Keilverhältnis mit einer größeren Größenordnung,
während das
Keilverhältnis
der anderen Stufe ein flaches Keilverhältnis mit einer kleineren Größenordnung
ist.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet eine Festanschlag-Drehmomentschulter
im Zusammenhang mit dem Keilgewinde, was eine bessere axiale Kontrolle
der Verbindung bei der Endmontage ermöglicht, ohne die bestehenden
Vorteile der Keilgewindetechnologie preiszugeben. Diese besser gesteuerte
axiale Positionierung der Verbindung ermöglicht einen steileren Metall-an-Metall-Dichtungswinkel,
wodurch die Dichtungseigenschaften und die Oberflächenverschleißfestigkeit
verbessert werden.
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Ein
weiteres Problem, dem man bei der Verwendung der Keilgewindetechnologie
begegnet, besteht darin, den Punkt zu bestimmen, ab dem das Keilgewinde
so weit verschlissen ist, dass die Verbindung infolge wiederholter
Montagen und Demontagen nicht länger
betriebstauglich ist. Durch das Anordnen einer sekundären Festanschlag-Drehmomentschulter
innerhalb der primären
Keilgewinde-Drehmomentanschlagkonfiguration
können
die Verschleißgrenzen
der Verbindung besser kontrolliert werden.
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Die
Erfindung stellt eine mit Gewinde versehene Rohrverbindung gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch
10 bereit. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Einzelheiten
der Erfindung gehen aus den abhängigen
Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Gemäß einem
Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine mit Gewinde versehene
Rohrverbindung, die Folgendes beinhaltet: ein Bolzenelement mit
einem Außengewinde,
das sich in einer Richtung verbreitert, wobei das Außengewinde
Last- und Führungsflanken
enthält;
ein Gehäuseelement
mit einem Innengewinde, das sich in die andere Richtung verbreitert,
dergestalt, dass komplementäre
Innen- und Außengewinde
beim Herstellen der Verbindung ineinander greifen, wobei das Innengewinde
Last- und Führungsflanken
umfasst; eine Festanschlag-Drehmomentschulter;
und wobei die Breite des Innengewindes und die Breite des Außengewindes
so gewählt
werden, dass zu Beginn der Eingriffnahme der Festanschlag-Drehmomentschulter
ein ausgewähltes
Spiel wenigstens zwischen den Last- und Führungsflanken des Innengewindes
und den Last- und Führungsflanken
des Außengewindes
vorhanden ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht einer einstufigen Keilgewindeform gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine Seitenansicht einer zweistufigen Keilgewindeform gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung.
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3 ist
eine Seitenansicht einer zweistufigen Keilgewindeform gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung.
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4a zeigt
eine Drehmomentschulter gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4b zeigt
eine Drehmomentschulter gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4c zeigt
eine Drehmomentschulter gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4d zeigt
eine Drehmomentschulter gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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5a zeigt
eine Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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5b zeigt
eine Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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5c zeigt
eine Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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5d zeigt
eine Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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5e zeigt
eine Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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6a zeigt
eine Kombination einer Drehmomentschulter mit einer Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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6b zeigt
eine Kombination einer Drehmomentschulter mit einer Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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6c zeigt
eine Kombination einer Drehmomentschulter mit einer Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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6d zeigt
eine Kombination einer Drehmomentschulter mit einer Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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6e zeigt
eine Kombination einer Drehmomentschulter mit einer Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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6f zeigt
eine Kombination einer Drehmomentschulter mit einer Metall-an-Metall-Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Wenden
wir uns den Zeichnungen zu, wobei in all den verschiedenen Ansichten
gleiche Bezugszahlen gleiche Teile bezeichnen. 1–3 veranschaulichen
einen Querschnitt durch das Keilgewinde eines Bolzenelements und
eines Gehäuseelements
gemäß Ausführungsformen
der Erfindung. Wie in 1 gezeigt, handelt es sich bei
einer Ausführungsform
der Erfindung um eine einstufige Keilgewindeform mit einer Festanschlag-Drehmomentschulter.
Die Festanschlag-Drehmomentschulter kann an der Zwischenfläche der
Bolzennase und der Schulter am Innendurchmesser des Gehäuses, wie in 1 gezeigt,
oder an der Zwischenfläche
der Gehäusefläche und
der Schulter am Außendurchmesser
des Bolzens angeordnet sein.
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Die
Verbindung 8 enthält
ein Gehäuseelement 10 und
ein Bolzenelement 12. Das Gehäuseelement 10 weist
eine sich verjüngende,
innenliegende, allgemein schwalbenschwanzförmige Gewindestruktur auf,
die dafür
konfiguriert ist, eine komplementär geformte, sich verjüngende,
außenliegende,
allgemein schwalbenschwanzförmige
Gewindestruktur, die auf dem Bolzenelement 12 ausgebildet
ist, in Eingriff zu nehmen, um das Gehäuseelement und das Bolzenelement
auf mechanischem Wege lösbar
miteinander zu verbinden.
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Das
Innengewinde des Gehäuseelements 10 hat
Führungsflanken,
Lastflanken, Gründe
und Spitzen. Das Gewinde verbreitert sich allmählich mit einer gleichmäßigen Rate
in einer Richtung über
im Wesentlichen die gesamte schraubenförmige Länge des Gewindes. Das Außengewinde
des Bolzenelements 12 hat Führungsflanken, Lastflanken,
Gründe und
Spitzen. Das Gewinde verbreitert sich allmählich mit einer gleichmäßigen Rate
in der anderen Richtung über
im Wesentlichen die gesamte schraubenförmige Länge des Gewindes. Die einander
entgegengesetzt zunehmenden Gewindebreiten und die Verjüngung der
Gewinde bewirken, dass sich die komplementären Gründe und Spitzen der jeweiligen Gewinde
bei Herstellung der Verbindung in gegenseitigen Eingriff bewegen.
Auf den Eingriff von Gründen
und Spitzen folgt, dass komplementäre Führungs- und Lastflanken sich
bei Herstellung der Verbindung in gegenseitigen Eingriff bewegen.
Dadurch, dass sich komplementäre
Flanken, Gründe
und Spitzen in Eingriffnahme bewegen, werden Dichtflächen gebildet,
die verhindern, dass Fluid zwischen den Gewinden entlang strömen kann.
Eine Festanschlag-Drehmomentschulter
befindet sich entweder an der Zwischenfläche 20 der Gehäusefläche und der
Schulter am Außendurchmesser
des Bolzens oder an der Zwischenfläche 22 der Bolzennase
und der Schulter am Innendurchmesser des Gehäuses. Die Art der verwendeten
Drehmomentschulter und die zu der Verbindung gehörenden Dichtungsmechanismen
werden weiter unten anhand der 4a–d, 5a–e und 6a–f näher besprochen.
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Die
Festanschlag-Drehmomentschulter kann sich bei Herstellung der Verbindung
in Eingriff bewegen. Die Eingriffnahme der Festanschlag-Drehmomentschulter
kann im selben Moment erfolgen, da sich die Führungs- und Lastflanken in
Eingriffnahme bewegen. Alternativ können sich die Führungs-
und Lastflanken in Eingriffnahme bewegen, nachdem Gründe und
Spitzen während
der Herstellung der Verbindung in Eingriff gelangt sind, woran sich
die Eingriffnahme der Festanschlag-Drehmomentschulter bei Herstellung der
Verbindung anschließt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Breite des Innengewindes und die Breite des Außengewindes
so gewählt,
dass bei Eingriffnahme der Festanschlag-Drehmomentschulter ein ausgewähltes Spiel wenigstens
zwischen den Last- und Führungsflanken des
Innengewindes und den Last- und Führungsflanken des Außengewindes
vorhanden ist. Bei dieser Konfiguration kann an die Festanschlag-Drehmomentschulter
vor dem endgültigen
Zusammenbau ein Drehmoment angelegt werden, ohne eine irreversible
plastische Verformung zu verursachen.
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Das
Bolzenelement 12 oder das Gehäuseelement 10 definiert
die Längsachse
der hergestellten Verbindung. Die Gründe und Spitzen des Bolzenelements
und des Gehäuseelements sind
flach und parallel zur Längsachse
der Verbindung und sind ausreichend breit, um jegliche dauerhafte
Verformung der Gewinde zu verhindern, wenn die Verbindung hergestellt
wird.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung handelt es sich um eine zweistufige Keilgewindeform mit
einer Festanschlag-Drehmomentschulter. Wie in den 2 und 3 zu
sehen, kann die Festanschlag-Drehmomentschulter an der Zwischenfläche 24 der
Gehäusefläche und
der Schulter am Außendurchmesser
des Bolzens, an der Zwischenfläche 26 zwischen
den beiden Gewindestufen oder an der Zwischenfläche 28 der Bolzennase
und der Schulter am Innendurchmesser des Gehäuses angeordnet sein.
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Wie
in 2 zu sehen, enthält die Verbindung 8 ein Gehäuseelement 14 und
ein Bolzenelement 16. Das Gehäuseelement 14 hat
zwei Gewindestufen, die jeweils eine sich verjüngende, innenliegende, allgemein
schwalbenschwanzförmige
Gewindestruktur aufweisen, die dafür konfiguriert ist, eine komplementär geformte,
sich verjüngende,
außenliegende,
allgemein schwalbenschwanzförmige
Gewindestruktur, die auf den beiden Gewindestufen des Bolzenelements 16 ausgebildet
sind, in Eingriff zu nehmen, um das Gehäuseelement und das Bolzenelement
auf mechanischem Wege lösbar
miteinander zu verbinden.
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Das
Innengewinde auf jeder Stufe des Gehäuseelements 14 hat
Führungsflanken,
Lastflanken, Gründe
und Spitzen. Das Gewinde verbreitert sich allmählich mit einer gleichmäßigen Rate
in einer Richtung über
im Wesentlichen die gesamte schraubenförmige Länge des Gewindes. Das Außengewinde
auf jeder Stufe des Bolzenelements 16 hat Führungsflanken,
Lastflanken, Gründe
und Spitzen. Das Gewinde verbreitert sich allmählich mit einer gleichmäßigen Rate
in der anderen Richtung über
im Wesentlichen die gesamte schraubenförmige Länge des Gewindes. Die einander
entgegengesetzt zunehmenden Gewindebreiten und die Verjüngung der
Gewinde bewirken, dass sich die komplementären Gründe und Spitzen der jeweiligen
Gewinde bei Herstellung der Verbindung in gegenseitigen Eingriff
bewegen. Auf den Eingriff von Gründen
und Spitzen folgt, dass komplementäre Führungs- und Lastflanken sich bei Herstellung
der Verbindung in gegenseitigen Eingriff bewegen. Dadurch, dass
sich komplementäre
Flanken, Gründe
und Spitzen in Eingriffnahme bewegen, werden Dichtflächen gebildet,
die verhindern, dass Fluid zwischen den Gewinden entlang strömen kann.
Eine oder mehrere Festanschlag-Drehmomentschultern
können
sich an der Zwischenfläche 24 der
Gehäusefläche und
des Außendurchmessers
des Bolzens, an der Bolzen-Gehäuse-Zwischenfläche 26 zwischen
den beiden Gewindestufen oder an der Zwischenfläche 28 der Bolzennase
und des Innendurchmessers des Gehäuses befinden.
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Die
eine oder mehreren Festanschlag-Drehmomentschultern können sich
bei Herstellung der Verbindung in Eingriff bewegen. Die Eingriffnahme der
Festanschlag-Drehmomentschulter
kann im selben Moment erfolgen, da sich die Führungs- und Lastflanken in
Eingriffnahme bewegen. Alternativ können sich die Führungs-
und Lastflanken in Eingriffnahme bewegen, nachdem Gründe und
Spitzen während
der Herstellung der Verbindung in Eingriff gelangt sind, woran sich
die Eingriffnahme der Festanschlag-Drehmomentschulter bei Herstellung
der Verbindung anschließt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Breite des Innengewindes und die Breite des Außengewindes
so gewählt,
dass bei Eingriffnahme der Festanschlag-Drehmomentschulter ein ausgewähltes Spiel
wenigstens zwischen den Last- und Führungsflanken des Innengewindes
und den Last- und Führungsflanken
des Außengewindes
vorhanden ist. Bei dieser Konfiguration kann an die Festanschlag-Drehmomentschulter
vor dem endgültigen
Zusammenbau ein Drehmoment angelegt werden, ohne eine irreversible
plastische Verformung zu verursachen.
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Das
Bolzenelement 16 oder das Gehäuseelement 14 definiert
die Längsachse
der hergestellten Verbindung. Die Gründe und Spitzen des Bolzenelements
und des Gehäuseelements
sind flach und parallel zur Längsachse
der Verbindung und sind ausreichend breit, um jegliche dauerhafte
Verformung der Gewindegänge
zu verhindern, wenn die Verbindung hergestellt wird.
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Dem
Fachmann ist klar, dass weitere Ausführungsformen mit Kombinationen
mehrerer Festanschlag-Drehmomentschultern, wie oben beschrieben,
konfiguriert werden können.
Es versteht sich des Weiteren, dass weitere Ausführungsformen mit konischen
Metall-an-Metall-Dichtungen
oder Kombinationen von konischen Metall-an-Metall-Dichtungen an der Zwischenfläche zwischen
Bolzennase und Innendurchmesser des Gehäuses, der Zwischenfläche in der
mittleren Sektion von Bolzen und Gehäuse und der Zwischenfläche zwischen
Gehäusefläche und Außendurchmesser
des Bolzens in Kombination mit allen anwendbaren Keilgewinde- und
Festanschlag- Drehmomentschulteroptionen
konfiguriert werden können.
Im Folgenden werden beispielhafte detaillierte Ausführungsformen
anhand der 4a–d, 5a–e und 6a–f beschrieben.
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Gewindeformen
gemäß Ausführungsformen der
Erfindung können
Drehmomentschultern, Metall-an-Metall-Dichtungen oder Kombinationen
dieser beiden enthalten. 4a–d zeigen
einige denkbare Drehmomentschulterkonfigurationen gemäß der Erfindung. 4A zeigt
eine quadratische Drehmomentschulter, oder eine, bei der das Bolzen-
und das Gehäuseelement
jeweils eine 90°-Drehmomentschulter
haben. 4b zeigt eine gewinkelte Drehmomentschulter,
oder eine, bei der das Bolzen- und das Gehäuseelement jeweils eine Drehmomentschulter
haben, die einen anderen Winkel als 90° aufweist, der so an den anderen
Winkel angepasst ist, dass die Flächen der Drehmomentschulter
in parallelem Kontakt stehen.
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4c und 4d zeigen
Drehmomentschulterkonfigurationen mit nicht-passenden Winkeln. Bei
Drehmomentschultern mit nicht-passenden Winkeln ist es so, dass
entweder das Bolzen- oder das Gehäuseelement eine Drehmomentschulter
mit einem größeren Winkel
aufweist als die komplementäre
Drehmomentschulter, dergestalt, dass die Flächen der Drehmomentschulter
in keinem parallelen Kontakt stehen. 4c zeigt
eine Konfiguration, wobei das Bolzenelement eine Drehmomentschulter
mit einem größeren Winkel
aufweist als die Drehmomentschulter am Gehäuseelement. 4d zeigt eine
Konfiguration, wobei das Gehäuseelement
eine Drehmomentschulter mit einem größeren Winkel aufweist als die
Drehmomentschulter am Bolzenelement.
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5a–e zeigen
Metall-an-Metall-Dichtungen gemäß Ausführungsformen
der Erfindung. Eine Metall-an-Metall-Dichtung kann zwischen der Bolzennase
und dem Innendurchmesser des Gehäuses, zwischen
der Gehäusefläche und
dem Außendurchmesser
des Bolzens oder bei einer Zweistufengewindeform an der Zwischenfläche zwischen
den beiden Stufen bestehen. Die Metall-an-Metall-Dichtungen können passend
oder nicht-passend sein. Passende Metall-an-Metall-Dichtungen haben Kontaktflächen, die
parallel zueinander liegen, während
nicht-passende Metall-an-Metall-Dichtungen
Kontaktflächen haben,
die nicht parallel zueinander liegen. 5a zeigt
eine passende Metall-an-Metall-Dichtung mit einer Schulter am Innendurchmesser,
die an der Zwischenfläche
zwischen der Bolzennase und dem Innendurchmesser des Gehäuses angeordnet
ist. 5c zeigt eine nicht-passende Metall-an-Metall-Dichtung
mit einer offenen Bohrung an der Zwischenfläche zwischen der Bolzennase
und dem Innendurchmesser des Gehäuses. 5d zeigt
eine passende Metall-an-Metall-Dichtung ohne eine Schulter am Außendurchmesser
an der Zwischenfläche
zwischen der Gehäusefläche und
dem Außendurchmesser
des Bolzens. 5e zeigt eine passende Metall-an-Metall-Dichtung
an einer Zweistufengewindeform an der Zwischenfläche zwischen den beiden Stufen.
Dem Fachmann ist klar, dass eine passende oder nicht-passende Metall-an-Metall-Dichtung
sich an jeder der gezeigten Stellen befinden kann. Es versteht sich
des Weiteren, dass es eine Frage der konstruktiven Gestaltung ist,
ob eine Schulter am Innendurchmesser oder eine Schulter am Außendurchmesser
angeordnet wird.
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6a–f zeigen
Metall-an-Metall-Dichtungen, die in Verbindung mit Drehmomentschultern
gemäß Ausführungsformen
der Erfindung implementiert sind. 6a zeigt
eine passende Metall-an-Metall-Dichtung mit einer angrenzenden quadratischen Drehmomentschulter
an der Zwischenfläche
zwischen der Bolzennase und dem Innendurchmesser des Gehäuses. 6b zeigt
eine passende Metall-an-Metall-Dichtung an der Zwischenfläche zwischen
der Bolzennase und dem Innendurchmesser des Gehäuses mit einer angrenzenden
Drehmomentschulter mit rückspringendem
Winkel. 6c zeigt eine passende Metall-an-Metall-Dichtung
an der Zwischenfläche
zwischen der Gehäusefläche und
dem Außendurchmesser
des Bolzens mit einer angrenzenden Drehmomentschulter mit rückspringendem
Winkel. 6d zeigt eine Zweistufengewindeform
mit einer passenden Metall-an-Metall-Dichtung
an der kleineren Stufe mit einer angrenzenden Drehmomentschulter
mit rückspringendem
Winkel an der Zwischenfläche
zwischen den beiden Stufen. 6e zeigt
eine Zweistufengewindeform mit einer passenden Metall-an-Metall-Dichtung
an der größeren Stufe
mit einer angrenzenden Drehmomentschulter mit rückspringendem Winkel an der
Zwischenfläche
zwischen den beiden Stufen. 6f zeigt
eine Zweistufengewindeform mit einer Reihe von passenden Metall-an-Metall-Dichtungen
in einer S-förmigen Konfiguration
mit angrenzenden quadratischen Drehmomentschultern und Drehmomentschultern
mit rückspringenden
Winkeln an der Zwischenfläche
zwischen den beiden Stufen. Dem Fachmann ist klar, dass die oben
beschriebenen Konfigurationen nur beispielhaft sind und dass die
dort gezeigten Merkmale in verschiedenen Variationen kombiniert
werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Des weiteren ist dem
Fachmann klar, dass es eine Frage der konstruktiven Gestaltung ist,
ob die Metall-an-Metall-Dichtung passend oder nicht-passend ist
und ob die Drehmomentschulter quadratisch ist, einen rückspringenden
Winkel aufweist oder anderweitig ausgebildet ist.
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Die
offenbarten Drehmomentschultern können verschiedene Arten von
Dichtungsmechanismen beinhalten: eine typische Metall-an-Metall-Dichtung, Hakenschulter,
quadratische Schulter mit Kegelstumpf (konisch oder Linienkontakt)
und ringförmige Schulterdichtungen;
verriegelte Metall-an-Metall-Dichtungen
mit Doppelschulter, die in die Drehmomentschulter integriert sind;
elastomere Dichtungen, insbesondere mit einer Elastomerdichtung
in der Nut einer Doppelschulterdichtungskonfiguration, wobei die
Geometrien der Elastomerdichtung und der Nut so gestaltet werden,
dass die Extrusion des Dichtungsmaterials beim Zusammenbau gewährleistet
ist; und doppelschultrige Dichtungen aus härtbarem Harz (wie unten beschrieben).
Bestimmte Arten von Dichtungen, insbesondere die verriegelte Metall-an-Metall-Dichtung
mit Doppelschulter, die an der Drehmomentschulter angeordnet ist,
erfordern ein hohes Maß an
Zentrierungsaufwand, um eine ordnungsgemäße Eingriffnahme und eine effektive
Dichtung zu bewerkstelligen. Die Eigenschaft der allmählichen
Eingriffnahme des Keilgewindes (Grund/Spitze, dann beide Flanken,
in einer vorgeschriebenen Reihenfolge) ist ein effektives Mittel
zur Zentrierung der Verbindung bei diesen Arten von Dichtungsmechanismen.
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Bei
einer oder mehreren Ausführungsformen befindet
sich für
bestimmte Anwendungen ein schraubenförmiger Freistich an der Zwischenfläche von
Grund und Spitze, um zu gewährleisten,
dass Dichtungskitteinschlüsse
nicht während
des betriebsdichten Zusammenbaus die Verbindung dauerhaft verformen.
Beim betriebsdichten Zusammenbau kann die verriegelte Metall-an-Metall-Dichtung
mit Doppelschulter aufgrund der Reihenfolge der Abdichtung von Metall-an-Metall-Dichtungen
Dichtungskitt in den Lückenräumen der
Dichtung einschließen
und extrem hohe hydraulische Drücke
entwickeln. Erfahrungen mit einer ähnlichen Konfiguration bei
einem Zweistufenkeilgewinde haben gezeigt, dass irgend ein Mittel
zum Entlasten des hydraulischen Drucks erforderlich ist, um in einer
solchen Situation schädliche
plastische Verformungen zu vermeiden.
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Ein
schraubenförmiger
Freistich kann an der Zwischenfläche
von Grund und Spitze angeordnet werden und sich in die Doppelschulterdichtung
hinein erstrecken, um einen Pfad zu bilden, über den eingeschlossener Dichtungskitt
entweichen kann. Außerdem
kann die Abdichtungsreihenfolge beim betriebsdichten Zusammenbau
dergestalt geändert
werden, dass die Dichtungen von der axialen Mittelachse der Verbindung
aus beginnend nach außen
hin in Eingriff gelangen. Ein Abdichten in dieser Weise gewährleistet,
dass eingeschlossener Dichtungskitt radial auswärts in Richtung des schraubenförmigen Druckentlastungsfreistichs
abwandert.
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Eine
doppelschultrige Dichtung aus härtbarem
Harz kann mit lose sitzenden Doppelschulternuten erreicht werden,
von denen eine mit bei niedrigen Temperaturen härtendem Harz (wie beispielsweise Epoxid-
oder Phenolharze) befüllt
wird, abgedeckt wird und durch einen Ring aus einem dünnen Thermoplastrohr,
das mit einem schnellreagierenden Katalysator gefüllt ist,
in der Nut gehalten wird. Wenn die Verbindung betriebsdicht zusammengebaut
wird, greifen die Elemente der Doppelschulterdichtung axial ineinander,
wodurch der Katalysatorring aufbricht und ein Härten des Harzes bewirkt wird.
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Die
Erfindung hat zahlreiche klare Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.
Es wird eine Keilgewindekonstruktion offenbart, welche die grundlegenden
Funktionen eines Keilgewindes nach dem Stand der Technik beinhaltet,
das mit einer Festanschlag-Drehmomentschulter konfiguriert ist.
Diese Erfindung wird üblicherweise
im Zusammenhang mit einer konischen Metall-an-Metall-Dichtung verwendet,
ist aber nicht darauf beschränkt.
Bei einer Ausführungsform
bietet die Erfindung gemäß einem
Aspekt eine Festanschlag-Drehmomentschulter, die zusammen mit dem
Keilgewinde-Drehmomentanschlag als eine primäre Drehmomentschulter fungieren kann.
Bei einer Ausführungsform
bietet die Erfindung gemäß einem
Aspekt eine Festanschlag-Drehmomentschulter, die zusammen mit dem
Keilgewinde-Drehmomentanschlag als eine sekundäre Drehmomentschulter fungieren
kann. Bei einer Ausführungsform
bietet die Erfindung gemäß einem
Aspekt eine Festanschlag-Drehmomentschulter, die unabhängig von
dem Keilgewinde als eine Drehmomentschulter fungieren kann, wenn
die Verbindung hergestellt wird.
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Im
Sinne des vorliegenden Textes, und gemäß allgemeinem Verständnis, wo
Rohrverbindungen in einer vertikalen Position hergestellt werden, wie
beispielsweise beim Zusammenbau eines Bohrgestänges zum Hinablassen in ein
Bohrloch, meint der Begriff "Lastflanke" die Seitenwandfläche eines Gewindes,
die von dem äußeren Ende
des jeweiligen Bolzen- oder Gehäuseelements,
an dem das Gewinde ausgebildet ist, fort weist und das Gewicht des
unteren Rohrelements trägt,
das in dem Bohrloch hängt.
Der Begriff "Führungsflanke" bezeichnet jene Seitenwandfläche des
Gewindes, die zu dem äußeren Ende
des jeweiligen Bolzen- oder Gehäuseelements
hin weist und das Gewicht des oberen Rohrelements während des
ursprünglichen
Zusammenbaus der Verbindung trägt.
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Weil
zahlreiche denkbare Ausführungsformen
aus der Erfindung hervorgehen können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, versteht es sich, dass
die gesamte Beschreibung im vorliegenden Text und alle Darstellungen
in den begleitenden Zeichnungen als lediglich veranschaulichend
und nicht in einem einschränkenden
Sinne zu interpretieren sind. Obgleich die vorliegende Erfindung
anhand einer beschränkten
Anzahl bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde, fallen dem Fachmann zahlreiche Modifikationen
und Variationen ein. Aus diesem Grund sollen nur die angehängten Ansprüche die
vorliegende Erfindung definieren.