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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Gewindeverbindungen zur Verwendung
bei der Verbindung rohrartiger Elemente und insbesondere Gewindeverbindungen,
die in Futterrohrsträngen
und anderem Rohrsträngen
verwendet werden, welche radial auf einen vergrößerten Innendurchmesser erweitert
werden können.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER
TECHNIK
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In
dem
U.S. Patent No. 5 348 095 sind
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum radialen Erweitern eines
Bohrlochfutterrohrs offenbart, nach dem der Futterrohrstrang in
ein Bohrloch abgesenkt wurde. Die Erweiterung des Futterrohrstrangs
wird erreicht, indem man ein überdimensioniertes
Schmiedewerkzeug oder einen "Molch" durch den Futterrohrstrang
zieht. Die Technik ermöglicht,
dass nachfolgende Futterrohrstränge
durch die zuvor erweiterten Futterrohrstrangabschnitte abgesenkt
werden und danach in ähnlicher
Weise erweitert werden. Das Ergebnis ist eine Bohrung, die von einer
Serie verbundener Abschnitte aus Futterrohren mit im Wesentlichen
denselben Innendurchmessern verrohrt ist.
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Herkömmliche
Futterrohrstränge
bestehen aus einer Serie individueller Rohrstücke, die an ihren Enden über Gewindeverbindungen
verbunden sind. Typischerweise hat ein Rohrstück eines Futterrohres eine
Länge von
etwa 12,20 m (40 feet) und besitzt eine Außengewinde- oder Zapfenverbindung
auf einem Ende und eine Innengewinde- oder Muffenverbindung an dem anderen
Ende. Jedoch kann das Rohrstück
an jedem Ende einen Zapfen haben, wobei aufeinanderfolgende Rohrstücke mittels
einer Kupplung verbunden werden, welche eine Muffe an jedem Ende
besitzt, um die Zapfen der benachbarten Rohrstücke der Kupplung aufzunehmen.
Im anderen Falle ist die Muffenverbindung integriert an einem Ende
der Futterrohrstücks
ausgebildet. Diese integrierten Muffenverbindungen können einen
größeren Außendurchmesser
(OD) als den OD des Rohrkörpers
aufweisen, oder sie können
einen OD mit derselben Abmessung wie der OD des Rohrkörpers aufweisen,
wobei der letztere Fall als eine "bündige Überlappverbindung" bezeichnet wird.
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Offensichtlich
besteht eines der Probleme in der Erweiterung von Futterrohrsträngen in
der Sicherstellung, dass die Gewindeabschnitte ihre Unversehrtheit
nach dem Erweiterungsprozess beibehalten. Insbesondere ist es in
vielen Fällen
erwünscht,
dass der Futterrohrstrang bis zu 25 Prozent erweitert wird und trotzdem
eine gasdichte Verbindung an den Gewindeabschnitten beibehält. Obwohl dieses
mit verschiedenen Gewindekonstruktionen, durch die Verwendung von
elastischen O-Ringen oder anderen elastischen Dichtungsringen erreicht werden
kann, ist es eindeutig erwünscht,
wenn nach dem Erweiterungsprozess eine gasdichte Metall-auf-Metall-Dichtung
beibehalten werden kann.
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Zusätzlich zu
erweiterbaren Futterrohrsträngen
bleibt ein Bedarf für
herkömmliche
Futterrohrstränge,
welche eine gasdichte Metall-auf-Metall-Dichtung selbst unter hohen
Biegebelastungen beibehalten.
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Das
U.S. Patent No. 6 174 001 offenbart
eine Gewinderohrverbindung mit zwei Keilgewindestufen, jede mit
einem schrägen,
internen, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Keilgewinde mit Gewindeflanken
und Lastflanken, Füßen und
Scheiteln. Jedoch besitzt die in diesem Patent offenbarte Verbindung
weder eine Zapfendrehmomentschulter noch eine Muffendrehmomentschulter,
welche axial in Eingriff stehen, wenn die Verbindung hergestellt
ist. Zusätzlich
gibt es keine radiale Metall-auf-Metall-Dichtung
zwischen dem in Eingriff stehenden Zapfen und der Muffe, wenn die
Verbindung erstellt ist, noch ist irgendeine Metall-auf-Metall-Dichtung
angrenzend an eine ringförmige
Aussparung vorhanden, welche zwischen einem Abschnitt der gewindefreien
Abschnitte des Muffenverbinders und des Zapfenverbinders ausgebildet
ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gewindeverbindung
für rohrartige Elemente,
wie z. B. Futterrohrstränge
bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Gewindeverbindung, welche die Metall-auf-Metall-Dichtung zwischen
den Zapfen- und Muffenverbindern an einem Punkt einer verstärkten radialen
Wanddicke konzentriert.
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Noch
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Gewindeverbindung mit einer gasdichten Dichtung, in welcher
die Gewindegänge
auslaufen können,
oder sich im Wesentlichen bis zu dem axial äußersten Ende des Zapfenverbinders
und zu dem axial innersten Ende des Muffenverbinders erstrecken
können.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Gewindeverbindung für
rohrförmige
Elemente mit einer gasdichten Dichtung, die nach einer radialen
Erweiterung der rohrförmigen
Elemente auf bis zu 130 Prozent seines ursprünglichen Durchmessers erhalten bleibt.
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Die
vorstehenden und weiteren Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden
aus den Zeichnungen, der hierin gegebenen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Gewindeverbindung für rohrförmige Elemente bereitgestellt,
die einen Muffenverbinder und einen Zapfenverbinder enthält. Der
Muffenverbinder enthält
einen axial inneren Innengewindeabschnitt; einen axial äußeren Innengewindeabschnitt;
und einen gewindefreien Abschnitt zwischen den inneren und äußeren Innengewindeabschnitten.
Die axial inneren und axial äußeren Gewindeabschnitte
in dem Muffenverbinder bilden ein zweistufiges Gewinde; d. h., eine
Stufe ist zwischen dem inneren Innengewindeabschnitt und dem äußeren Innengewindeabschnitt
ausgebildet. Der Zapfenverbinder weist einen axial inneren Außengewindeabschnitt;
einen axial äußeren Außengewindeabschnitt
und einen gewindefreien Abschnitt zwischen den inneren und äußeren Außengewindeabschnitten
auf. Die Gewindeabschnitte des Zapfenverbinders sind ebenfalls stufenförmig und stehen
mit den Gewindeabschnitten des Muffenverbinders in Eingriff. Die
in Eingriff stehenden Gewindegänge
des Zapfen- und Muffenverbinders können praktisch jede Form aufweisen.
Die Gewindeverbindung enthält
ferner wenigstens eine ringförmige
Aussparung in dem gewindefreien Abschnitt von wenigstens einem von
dem Zapfen- und Muffenverbinder. Eine axial zeigende sich ringförmig erstreckende Zapfendrehmomentschulter
ist auf dem Zapfenverbinder ausgebildet, während eine axial zeigende sich ringförmig erstreckende
Muffendrehmomentschulter in dem Muffenverbinder ausgebildet ist.
Eine Metall-auf-Metall-Dichtung wird zwischen den gewindefreien
Abschnitten des Muffenverbinders und des Zapfenverbinders ausgebildet,
wenn die Zapfendrehmomentschulter und die Muffendrehmomentschulter miteinander
in Eingriff gebracht werden, wobei die ringförmige Aussparung auf jeder
Seite der Metall-auf-Metall-Dichtung angrenzt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Viertelquerschnittsansicht einer Ausführungsform der Gewindeverbindung
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Viertelquerschnittsansicht einer Ausführungsform der Gewindeverbindung
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
welche eine mittige Drehmomentschulter, zwei axial beabstandete
Metall-auf-Metall-Dichtungen und zwei axial beabstandete sich ringförmig erstreckende Aussparungen
darstellt, die durch Ausrichtungsnuten gebildet werden;
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
welche eine mittige Drehmomentschulter, eine Metall-auf-Metall-Dichtung
und eine sich ringförmig erstreckende
Aussparung darstellt, die durch Ausrichtungsnuten gebildet wird;
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht ähnlich der
von 3, welche aber die ringförmige Nut als im Wesentlichen
rechteckig im quer verlaufenden Querschnitt darstellt;
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6 ist
eine Ansicht ähnlich
der von 3, welche aber nur die Metall-auf-Metall-Dichtung darstellt;
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7 ist
eine Viertelquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform
der Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht ähnlich der
von 6, welche aber die Verwendung von tiefen ringförmigen Nuten
darstellt;
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9 ist
eine Viertelquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform
der Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung;
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10 ist
eine Viertelquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform
der Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine Viertelquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform
der Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung; und
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12 ist
eine Viertelquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform
der Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß 1 enthält ein insgesamt
als 10 dargestellte Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung
eine Kupplung 11, welche einen ersten Muffenverbinder 12 und
einen zweiten Muffenverbinder 14 ausbildet, in welchem
Gewindezapfenverbinder 16 bzw. 18 aufgenommen
sind. Wie zu sehen, sind Zapfenverbinder 16, 18 an
Endabschnitten 17a, 19a von rohrförmigen Elementen 17 bzw. 19 ausgebildet,
wobei die Endabschnitte 17a, 19a eine vergrößerte Wanddicke
in Bezug auf die Wanddicken der rohrförmigen Elemente 17 bzw. 19 aufweisen.
Zur Abkürzung
wird nur die Verbindung zwischen dem Muffenverbinder 12 und
dem Zapfenverbinder 16 beschrieben, wobei sich verstehen
dürfte,
dass der Zapfenverbinder 18 und der Muffenverbinder 14 vom Aufbau
her dieselben wie der Zapfenverbinder 16 bzw. Muffenverbinder 12 sind.
Der Muffenverbinder 12 enthält einen axial inneren Innengewindeabschnitt 20;
einen axial äußeren Innengewindeabschnitt 22; und
einen gewindefreien Abschnitt 24 zwischen den axial inneren
und axial äußeren Gewindeabschnitten 20 bzw. 22.
Die Gewindeabschnitte 20 und 22 bilden ein zweistufiges
Gewinde, wie es allgemein im Fachgebiet bekannt ist. Der Zapfenverbinder 16 weist
einen axial inneren Außengewindeabschnitt 26;
einen axial äußeren Außengewindeabschnitt 28;
und einen gewindefreien Abschnitt 30 dazwischen auf. Die
Gewindeabschnitte 20 und 22 in dem Muffenverbinder 10 sind
zu den Gewindeabschnitten 28 bzw. 26 auf dem Zapfenverbinder 16 komplementär oder passend.
Wie es hierin nachstehend detaillierter beschrieben wird, stehen
Drehmomentschultern auf dem Zapfenverbinder 16 und dem
Muffenverbinder 10 gemäß Darstellung
bei 32 in Eingriff, wobei ringförmige Aussparungen 34 und 36 auf
gegenüberliegenden
axialen Seiten der in Eingriff stehenden Drehmomentschultern angeordnet
sind. Ferner ist, wie es hierin nachstehend vollständiger beschrieben wird,
wenigstens eine Metall-auf-Metall-Dichtung zwischen dem gewindefreien
Abschnitt des Muffenverbinders 10 bzw. des Zapfenverbinders 16 ausgebildet.
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In 2 ist
eine integrierte Gewindeverbindung 40 bestehend aus einem
Muffenverbinder 42, der auf einem Stauchende eines Rohrabschnittes 44 ausgebildet
ist, und einem Zapfenverbinder 46, der auf einem Stauchende
eines Rohrabschnittes 48 ausgebildet ist, dargestellt.
Der Muffenverbinder 42 und der Zapfenverbinder 46 sind
ansonsten mit dem Muffenverbinder 12 und Zapfenverbinder 16 identisch,
die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben
wurden.
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In 7 ist
eine aus einem Muffenverbinder 52 und einem Zapfenverbinder 54 bestehende
integrierte Gewindeverbindung 50 dargestellt, wobei der Muffenverbinder 52 und
der Zapfenverbinder 54 auf den Enden der Rohrabschnitte 56 bzw. 58 ausgebildet
sind. Die Gewindeverbindung 50 wird üblicherweise als eine bündige Verbindung
dahingehend bezeichnet, dass der OD der Muffen- und Zapfenverbinder 52, 54 derselbe
OD wie der der Rohrabschnitte 56 bzw. 58 ist.
Der Eingriff zwischen dem Muffenverbinder 52 und dem Zapfenverbinder 54 ist
im Wesentlichen derselbe wie der vorstehend unter Bezugnahme auf
die in 1 dargestellte Gewindeverbindung 10 beschriebene
und wie er hierin nachstehend vollständiger beschrieben wird.
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In 11 ist
eine weitere Gewindeverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Die in 11 dargestellte Verbindung 60 ähnelt der Gewindeverbindung 10 dahingehend,
dass sie eine Kupplungsverbindung ist. Sie unterscheidet sich jedoch
von der Kupplungsgewindeverbindung 10 hauptsächlich darin,
dass die in der Kupplung 60 aufgenommenen Zapfenverbinder 64 und 66 durch Stauchen
der Enden der rohrförmigen
Verbinder 68 bzw. 70 ausgebildet werden. Jedoch
ist der Gewindeeingriff zwischen der Kupplung 62 und den
Zapfenverbindern 64 und 66 im Wesentlichen derselbe
wie der unter Bezugnahme auf die Gewindeverbindung 10 beschriebene.
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In 12 ist
eine Gewindeverbindung 70 dargestellt, die ähnlich zu
der in 2 dargestellten Gewindeverbindung 40 ist;
d. h., die Verbindung 70 ist eine integrierte Überlappungsverbindung
und weist einen Muffenverbinder 72 und einen Zapfenverbinder 74 auf,
wobei der Muffenverbinder 72 durch Stauchen des Endes eines
rohrförmigen
Elementes oder Rohrabschnittes 76 ausgebildet wird, während der
Zapfenverbinder 74 durch Stauchen eines Endabschnittes
eines rohrförmigen
Elementes oder Rohrabschnittes 78 ausgebildet wird. In
allen anderen Gesichtspunkten ist der Gewindeeingriff zwischen dem
Muffenverbinder 72 und dem Zapfenverbinder 74 im
Wesentlichen derselbe, wie der, der vorstehend unter Bezugnahme
auf den in 2 dargestellten Gewindeabschnitt 40 beschrieben
wurde.
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In 3 ist
detaillierter im Wesentlichen der Abschnitt des durch einen Kreis
A in 1 umgebenen Gewindeabschnittes 10 dargestellt,
wobei sich verstehen dürfte,
dass das in 3 dargestellte Detail auch auf
die die in den 2, 7, 11 bzw. 12 dargestellten
Gewindeverbindungen 40, 50, 60 und 70 anwendbar
wäre. Wie
vorstehend erwähnt, weist
der in der Kupplung 11 ausgebildete Muffenverbinder 12 einen
gewindefreien Abschnitt 24 auf, der sich von dem axial äußeren Innengewindeabschnitt 22 zu
dem axial inneren Innengewindeabschnitt 20 erstreckt, während der
Zapfenverbinder 16 einen gewindefreien Abschnitt 30 aufweist,
der sich von dem axial inneren Außengewindeabschnitt 26 zu
dem axial äußeren Außengewindeabschnitt 28 erstreckt.
Der Muffenverbinder 12 besitzt eine Drehmomentschulter 32a,
während
der Zapfenverbinder 16 eine Drehmomentschulter 32b besitzt,
welche beide in der in 3 dargestellten Ausführungsform
im Wesentlichen ringförmige
kegelstumpfförmige
parallele Schultern sind, wobei die Schultern einen Druckzwischensitz
aufweisen und Schwalbenschwänze
in axialen, radialen Ebenen definieren. Die Schwalbenschwanzwinkelstellung
kann vorteilhafterweise positiv, gemessen aus einer Ebene oder Ebenen
senkrecht zur Achse des Gewindeabschnittes 10 sein, wobei
die Schultern 32a und 32b dadurch dazu dienen,
eine radiale und axiale Trennung der Muffen- und Zapfenverbinder 12 bzw. 16 zu
blockieren. Der Muffenverbinder 11 besitzt eine kegelstumpfförmige gewindefreie
Oberfläche 24a,
die in einem Metall-auf-Metall-Dichtungseingriff, wie bei 24,
mit der kegelstumpfförmigen
Oberfläche 24b steht,
die auf einem Zapfenverbinder 16 ausgebildet ist, wenn
die Drehmomentschultern 32a und 32b in Eingriff
stehen. Eine zweite Metall-auf-Metall-Dichtung 30 wird zwischen
kegelstumpfförmigen
Oberflächen 30a in dem
Muffenverbinder 11 und der kegelstumpfförmigen Oberfläche 30b in
dem Zapfenverbinder 16 ausgebildet, wenn die Drehmomentschultern 32a und 32b in
Eingriff stehen. Es wird eine erste ringförmige Aussparung 34 durch
Ausrichtungsnuten 34a und 34b in dem Muffenverbinder 11 bzw.
in dem Zapfenverbinder 16 ausgebildet. Es wird auch eine
zweite ringförmige
Aussparung 36 durch ringförmige Nuten 36a und 36b ausgebildet,
die in dem Muffenverbinder 11 bzw. auf dem Zapfenverbinder 16 ausgebildet sind.
Die Aussparungen 34 und 36 dienen dem doppelten
Zweck, dass sie als ein Reservoir für überschüssiges Gewindedichtmittel dienen,
welches sich aufbauen könnte
und zu einem Trennen der Metall-auf-Metall-Dichtungen 24 und 30 führen könnte, und
zusätzlich
dazu, um der Gewindeverbindung während
irgendeines Expansionsprozesses, oder wenn die Gewindeverbindung
einer hohen Biegebelastung unterworfen wird, Flexibilität zu verleihen.
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In 6 ist
eine Variante der in 3 dargestellten Konfiguration
dahingehend dargestellt, dass, obwohl die Drehmomentschultern 32a und 32b in 3 schwalbenschwanzförmig mit
einer positiven Winkelstellung sind, in dem Muffenverbinder 11 bzw. Zapfenverbinder 16 ausgebildete
Drehmomentschultern 32c und 32d im Wesentlichen
senkrecht zur Achse der Gewindeverbindung 10 sind.
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In 4 ist
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dargestellt, welche nur eine einzige Metall-auf-Metall-Dichtung
und nur eine ringförmige
Aussparung verwendet. Der Muffenverbinder 11a weist einen
axial inneren Innengewindeabschnitt 20a, einen axial äußeren Innengewindeabschnitt 22a und
einen gewindefreien Abschnitt zwischen den Gewindeabschnitten 20a und 22a auf.
Wie bei der un ter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Gewindeverbindung
gibt es eine Schwalbenschwanzdrehmomentschulter 32c, die
in dem Muffenverbinder 11a ausgebildet ist, und eine Schwalbenschwanzdrehmomentschulter 32f,
die auf dem Zapfenverbinder 16a ausgebildet ist. Der Muffenverbinder 11a weist
eine kegelstumpfförmige
Oberfläche 24e auf,
die mit einer kegelstumpfförmigen
Oberfläche 24d auf
dem Zapfenverbinder 16a in einer Metall-auf-Metall-Dichtungsbeziehung
in Eingriff steht, und Drehmomentschultern 32e und 32f stehen
in Eingriff. Eine ringförmige
Aussparung wird durch die Ausrichtung der ringförmigen Nuten 34c und 34d in den
Muffen- und Zapfenverbindern 11a bzw. 16a ausgebildet.
Man wird erkennen, dass, obwohl die in der Ausführungsform von 4 dargestellte
Metall-auf-Metall-Dichtung axial von dem Muffenverbinder 11a nach
außen
gerichtet ist und axial von dem Zapfenverbinder 16a nach
innen gerichtet ist, wobei eine derartige Metall-auf-Metall-Dichtung
ebenso erreicht werden könnte,
indem sie an dem Muffenverbinder 11a axial nach innen gerichtet
und an dem Zapfenverbinder 16a axial nach außen gerichtet
ist. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erzeugt die Ausrichtung
der ringförmigen
Nuten 34c und 34d ringförmige Aussparungen, welche dem
doppelten Zweck der Bereitstellung eines Reservoirs für ein Gewindedichtmittel,
dass so wirken könnte,
dass es den Metall-auf-Metall-Dichtungseingriff zwischen den Oberflächen 24c und 24d trennt, wenn
die Verbindung hergestellt wird, sowie zum Bereitstellen von Flexibilität der Gewindeverbindung während des
Ausdehnungsprozesses, oder wenn die Gewindeverbindung einer lateralen
Belastung unterworfen wird, dienen könnte.
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In 5 ist
noch eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt, in welcher die ringförmige Aussparung,
statt dass sie im Wesentlichen kreisförmig ist, wenn sie in einem
quer verlaufenden Querschnitt betrachtet wird, rechteckig ist, wenn
sie im quer verlaufenden Querschnitt betrachtet wird. Der Muffenverbinder 11d ist
mit einem axial inneren Gewindeabschnitt 20b, einem axial äußeren Gewindeabschnitt 22b und
einem gewindefreien Abschnitt dazwischen versehen. Der Zapfenverbinder 16b weist
einen axial inneren Gewindeabschnitt 26b, einen axial äußeren Gewindeabschnitt 28b und
einen gewindefreien Abschnitt dazwischen auf. Der Muffenverbinder 11b weist
eine kegelstumpfförmige
Oberfläche 24c auf,
die in einem Metall-auf-Metall-Dichtungseingriff mit einer gegenüberliegenden
kegelstumpfförmigen
Oberfläche 24f auf dem
Zapfenverbinder 16b in Eingriff steht, wenn die Drehmomentschultern 32g und 32h auf
dem Muffenverbinder 11b bzw. Zapfenverbinder 16b in
Eingriff stehen. In gleicher Weise ist eine zweite Metall-auf-Metall-Dichtung
zwischen kegelstumpfförmigen
Oberflächen 30c in
dem Muffenverbinder 11b und 30d auf dem Zapfenverbinder 16b ausgebildet. Der
Muffenverbinder 11b weist eine im Wesentli chen rechteckige
ringförmig
sich erstreckende Nut 80 auf, die zu einer sich ringförmig erstreckenden
rechteckigen Nut 82 auf dem Zapfenverbinder 16b ausgerichtet
ist, wodurch sie eine ringförmige
Aussparung bilden, wenn die Drehmomentschultern 32g und 32h in Eingriff
stehen. Der Muffenverbinder 11b weist ferner eine zweite
sich ringförmig
erstreckende rechteckige Nut 84 auf, die zu einer sich
ringförmig
erstreckenden rechteckigen Nut 86 auf dem Zapfenverbinder 16b ausgerichtet
ist, und dadurch einen zweite ringförmige Aussparung ausbildet,
wenn die Drehmomentschultern 32g und 32h in Eingriff
stehen. Es ist anzumerken, dass die Tiefe der rechteckigen Nuten 80–86 so
verändert
wird, dass die Tiefe der Nut direkt mit der Wanddicke des Verbinders
variiert, in welcher sie ausgebildet ist. Somit ist die Nut 80 flacher
als die Nut 82 und die Nut 86 ist flacher als
die Nut 84. Wiederum dienen die Nuten als Gewindedichtungsmittelreservoire
und verleihen, wie vorstehend beschrieben, der Verbindung zusätzliche
Flexibilität.
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In 8 ist
eine weitere Ausführungsform der
Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die in 8 dargestellte
Gewindeverbindung ist ähnlich
der in 4 dargestellten dahingehend, dass nur ein einzige
ringförmige
Aussparung durch die gegenüberliegenden
Nuten in den Zapfen- und Muffenverbindern gebildet wird. Sie unterscheidet
sich jedoch von der Ausführungsform
in 4 dahingehend, dass die Querschnittsform der Nut
unterschiedlich ist. Gemäß 8 weist
der Muffenverbinder 11c einen ersten Gewindeabschnitt 22c,
einen zweiten axial beabstandeten Gewindeabschnitt 20c und
einen gewindefreien Abschnitt dazwischen auf, während der Zapfenverbinder 16c eine
ersten Gewindeabschnitt 26c und einen zweiten axial beabstandeten
Gewindeabschnitt 28c und eine dazwischen ausgebildeten
gewindefreien Abschnitt aufweist. Wie in dem Falle der in 4 dargestellten Ausführungsform
wird eine Metall-auf-Metall-Dichtung zwischen den kegelstumpfförmigen Oberflächen 24g und 24h erzeugt,
wenn die Drehmomentschultern 32i und 32j in Eingriff
stehen. Der Muffenverbinder 11c besitzt eine ringförmige Nut 23,
während
der Zapfenverbinder 11c eine ringförmige Nut 25 besitzt,
wobei die Nuten 23 und 25 zueinander ausgerichtet
sind, wenn die Drehmomentschultern 32i und 32j in
Eingriff stehen, um eine ringförmige Aussparung
auszubilden. Im Vergleich zu den in 4 dargestellten
Nuten 34c und 34d kann man sehen, dass die Nuten 23 und 25 eine
wesentlich größere radiale
Tiefe aufweisen, während
sie eine schmälere
axiale Breite aufweisen.
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In 13 ist
eine weitere Ausführungsform der
Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die in 13 dargestellte
Gewindeverbindung ist in gewisser Hinsicht zu der in 3 dargestellten
Gewindeverbindung dahingehend ähnlich, dass
die Zapfen- und Muffenverbinder ihre Drehmomentschultern in den
gewindefreien Abschnitten der Zapfen- und Muffenverbinder haben,
und dass zwei Metall-auf-Metall-Dichtungen
vorhanden sind, wobei eine axial benachbart zu den axial innersten
bzw. äußersten
in Eingriff stehenden Gewindegängen
des Zapfen- und Muffenverbinders steht, während die andere Metall-auf-Metall-Dichtung
an die axial äußersten
bzw. axial innersten in Eingriff stehenden Gewindegänge des
Muffen- bzw. Zapfenverbinders angrenzt. Der Muffenverbinder 11d besitzt
einen axial inneren Gewindeabschnitt 20d, einen axial äußeren Gewindeabschnitt 22c und
eine Drehmomentschulter 32k. Der Zapfenverbinder 16d besitzt
einen axial inneren Gewindeabschnitt 26d, der gegenüberliegend
mit dem Gewindeabschnitt 22c in Eingriff steht und einen
axial äußeren Gewindeabschnitt 28d,
der gegenüberliegend
mit dem Gewindeabschnitt 20d in Eingriff steht. Der Zapfenverbinder 16d weist
ferner eine Drehmomentschulter 321 auf, die mit der Drehmomentschulter 32k in
dem Muffenverbinder 11d in Eingriff gebracht werden kann.
Die Zapfen- bzw. Muffenverbinder 11d bzw. 16d besitzen
zwei Metall-auf-Metall-Dichtungen,
die bei den in Eingriff stehenden kegelstumpfförmigen Oberflächen 24i, 24j bzw. 30c, 30f ausgebildet
werden, wenn die Drehmomentschultern 32k und 32l in
Eingriff stehen. Der Zapfenverbinder 11d weist eine erste
ringförmige
Nut 300 und eine axial nach innen gerichtet beabstandete zweite
ringförmige
Nut 302 auf, während
der Zapfenverbinder 16d eine erste ringförmige Nut 304 und eine
axial nach außen
gerichtet beabstandete zweite ringförmige Nut 306 aufweist.
Wie man sehen kann, sind, wenn die Muffen- und Zapfenverbinder 11d und 16d gemäß Darstellung
in 13 zusammengefügt sind,
die Nuten 300 und 302 auf dem Muffenverbinder 11d nicht
zu den Nuten 304 und 306 auf dem Zapfenverbinder 16d ausgerichtet.
Diesbezüglich
sei angemerkt, dass die Nut 300 axial von der Nut 304 beabstandet
ist, während
die Nut 302 axial von der Nut 306 beabstandet
ist. Es ist ferner zu beobachten, dass die Tiefe der Nuten proportional
zu der radialen Wanddicke des Abschnittes des entsprechenden Verbinders
ist, in welchem sie ausgebildet sind. So hat gemäß dem Muffenverbinder 11d die
Nut 302, die sich bei einem dickeren radialen Abschnitt
des Muffenverbinders 11d befindet, eine tiefere radiale
Tiefe als die Nut 300. In gleicher Weise hat die Nut 304 und der
Zapfenverbinder 16d eine tiefere radiale Tiefe als die
Nut 306.
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In
Bezug auf die 9 und 10 sind
alternative Ausführungsformen
der Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung dargestellt, in
welchen die Drehmomentschultern, statt dass sie zwischen den axial
inneren und äußeren Gewindeabschnitten angeordnet
sind, sich radial innerhalb des Zapfenverbinders und außerhalb
des Muffenverbinders (9) oder außerhalb des Zapfenverbinders
und innerhalb des Muffenverbinders (10) befinden.
Gemäß 9 weist
eine Gewindeverbindung 90 dann einen Muffenverbinder 92 mit
einem axial äußeren Innengewindeabschnitt 94,
einem axial inneren Innengewindeabschnitt 96 und einem
gewindefreien Abschnitt dazwischen auf, und ein Zapfenverbinder 98 mit
einem axial inneren Außengewindeabschnitt 100 und
einem axial äußeren Außengewindeabschnitt 102 mit
einem gewindefreien Abschnitt dazwischen. Wie in den vorstehend
beschriebenen Fällen
vereinen sich die Gewindeabschnitte 94 und 92 mit
Gewindeabschnitten 100 bzw. 102. In dem gewindefreien
Abschnitt zwischen den Gewindeabschnitten 94 und 96 im
Muffenverbinder 92 befindet sich eine erste ringförmige Nut 104 und
eine zweite axial beabstandete ringförmige Nut 106. Auf
dem Zapfenverbinder 98 ist eine erste ringförmige Nut 108 und
eine zweite axial beabstandete ringförmige Nut 110 angeordnet.
Der Muffenverbinder 92 besitzt eine axial zeigende ringförmig sich
erstreckende Drehmomentschulter 112, während der Zapfenverbinder 98 eine axial
zeigende ringförmig
sich erstreckende Drehmomentschulter 114 besitzt. In dem
gewindefreien Abschnitt zwischen den Gewindeabschnitten 94 und 96 im
Muffenverbinder 92 ist eine kegelstumpfförmige Oberfläche 116 ausgebildet,
die in einem Metall-auf-Metall-Dichtungseingriff mit einer kegelstumpfförmigen Oberfläche 118 steht,
die auf dem Zapfenverbinder 98 zwischen den Gewindeabschnitten 100 und 102 ausgebildet
ist. Man sieht somit, dass, wenn die Drehmomentschultern 112 und 114 in Eingriff
stehen, die Nuten 104 und 108 zueinander ausgerichtet
sind, wie die Nuten 106 und 110 und die Oberflächen 116 und 118 in
einem Metall-auf-Metall-Dichtungseingriff
stehen.
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Gemäß 10 weist
die Gewindeverbindung 200 einen Muffenverbinder 202 mit
einem axial inneren Innengewindeabschnitt 104, einem axial äußeren Innengewindeabschnitt 106 und
einem gewindefreien Abschnitt dazwischen auf. Der Zapfenverbinder 202 besitzt
auch eine axial zeigende axial innerste Drehmomentschulter 208.
Der Zapfenverbinder 210 besitzt einen axial inneren Außengewindeabschnitt 212;
einen axial äußeren Außengewindeabschnitt 214;
und einen gewindefreien Abschnitt dazwischen, wobei der Zapfenverbinder 210 ebenfalls eine
axial zeigende axial äußerste Drehmomentschulter 216 aufweist.
Der Zapfenverbinder 202 besitzt eine kegelstumpfförmige Oberfläche 218,
die in dem gewindefreien Abschnitt zwischen den Gewindeabschnitten 206 und 204 ausgebildet
ist, während der
Zapfenverbinder 210 eine kegelstumpfförmige Oberfläche 220 besitzt,
die in dem gewindefreien Abschnitt zwischen den Gewindeabschnitten 214 und 216 ausgebildet
ist. In dem Zapfenverbinder 202 ist eine erste ringförmige Nut 222 und
eine zweite ringförmige
Nut 224 ausgebildet, wobei die Nuten 222 und 224 axial
voneinander beabstandet sind. Wenn die Muffendrehmomentschulter 206 und
die Zapfendrehmomentschulter 216 miteinander in Eingriff
stehen, die Nuten 222 und 226 zueinander ausgerichtet sind,
und die Nuten 224 und 228 zueinan der ausgerichtet
sind, um ringförmige
Aussparungen zu bilden, wird eine Metall-auf-Metall-Dichtung zwischen den kegelstumpfförmigen Oberflächen 218 und 220 ausgebildet.
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Ein
wichtiges Merkmal der Gewindeverbindung der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass eine Metall-auf-Metall-Dichtung zwischen dem
Muffen- und Zapfenverbinder im Wesentlichen mittig in der Verbindung
und demzufolge an einem Punkt mit verstärkter radialer Dicke konzentriert
ist. Dieses vermeidet die Notwendigkeit, eine Metall-auf-Metall-Dichtung
entweder an dem axial innersten Ende des Muffenverbinders oder an
dem axial äußersten Ende
des Muffenverbinders auszubilden und lässt einen vollständigen Gewindeauslauf
zu, d. h., die Gewindeabschnitte auf den Muffen- und Zapfenverbindern können sich
im Wesentlichen bis zu ihrem axial innersten bzw. axial äußersten
Ende erstrecken und somit die Spannungsfestigkeit der Gewindeverbindung
der vorliegenden Erfindung maximieren. Man wird erkennen, dass mehrere
Metall-auf-Metall-Dichtungen vorhanden sein könnten, welche zwischen mehreren
Aussparungen angeordnet sein könnten, d.
h., es könnten
mehrere axial beabstandete Aussparungen und mehrere axial beabstandete
Metall-auf-Metall-Dichtungen vorhanden sein, wobei sich wenigstens
einige von den Metall-auf-Metall-Dichtungen zwischen ringförmige Aussparungen befinden.
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Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, das nicht nur ideal
für erweiterbare
Futterrohrstränge
ist, sondern für
alle Futterrohrstränge,
die einer lateralen Belastung oder Biegung unterworfen sind, besteht
darin, dass die Flexibilität
der Verbindungen unter Verwendung der ringförmigen Aussparungen angepasst
werden kann. Beispielsweise kann man die Flexibilität des Muffenverbinders
und des Zapfenverbinders durch geeignete Auswahl der Größe, wie
z. B. der Tiefe und Breite der Nuten, deren Form und deren Lage
abgleichen. Beispielsweise und gemäß 13 erzeugt
eine Staffelung der Nuten anstelle ihrer Ausrichtung, sowie eine
Veränderung ihrer
radialen Tiefe eine größere axiale
Länge, über welche
die durch die Aussparungen verliehene verbesserte Flexibilität verteilt
wird. Tatsächlich
wird man erkennen, dass es praktisch endlose Möglichkeiten in Bezug auf die
Größe, Lage
und die Anzahl der Aussparungen in den gewindefreien Abschnitten zwischen
den axial inneren und axial äußeren Gewindeabschnitten
der Muffen- und Zapfenverbinder gibt.
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Wie
man ferner erkennen wird, und wie es insbesondere in den 9 und 10 dargestellt
ist, muss der Schultereingriff zwischen den Drehmomentschultern
nicht in den gewindefreien Abschnitten der Muffen- und Zapfenverbinder
erfolgen, sondern kann stattdessen an dem axial innersten Punkt des
Muffenverbinders (10) oder axial außersten Punkt
des Muffenverbinders (9) stattfinden, was ferner die
spezifische Anpassung der Gewindeverbindung für spezielle Anwendungen ermöglicht.
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Obwohl
die Erfindung, wie in den Zeichnungen dargestellt, unter Bezugnahme
auf konische Gewindeabschnitte beschrieben wurde, dürfte es
sich verstehen, dass sie nicht diesbezüglich eingeschränkt ist.
Beispielsweise können
die Gewinde gerade statt konisch sein, wie es beispielsweise in
dem
U.S. Patent No. 4 192 533 beschrieben
ist, welches hierin durch Bezugnahme für alle Zwecke beinhaltet ist.
Ferner kann praktisch jede Gewindeform eingesetzt werden, einschließlich so
genannter Hakengewinde oder Keilgewinde, wobei Hakengewinde üblicherweise
als Halb-Schwalbenschwanz, Keilgewinde üblicherweise als Schwalbenschwanz
bezeichnet werden. Die Gewindeverbindungen der vorliegenden Erfindung
könnten
auch mehrere Startgewindegänge für einen
schnellen Verbindungsaufbau enthalten.