DE68921490T2

DE68921490T2 - Zusammensetzung für eine gurtzange.

Info

Publication number: DE68921490T2
Application number: DE68921490T
Authority: DE
Inventors: Joerg Er Schulze-Beckinghausen
Original assignee: Weatherford US Inc
Current assignee: Weatherford Petco Inc
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2009-11-28
Also published as: WO1990006417A1; NO178802C; ATE119235T1; US4895056A; EP0445194A1; NO911989D0; CA2004015A1; EP0445194B1; NO178802B; NO911989L; CA2004015C; DE68921490D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verwendung in einer Zange und eine mit einer solchen Einrichtung ausgerüsteten Zange.
Greifelemente oder Klemmbacken konventioneller Zangen sind konstruiert, um mit sehr hohen Lastunterschieden zwischen den führenden und folgenden Klemmessern zu arbeiten. Zum Steuern des Kontaktes und der Kraftzuführung werden Klemmbackenführungsschlitten oder Gestänge verwendet. Die Klemmbackenführungen absorbieren und verringern die Drehmomenteneinleitung. Bei Unebenheiten führt die Belastung zu Markierungen oder Beschädigung der Rohroberfläche.
Bei einigen Konstruktionen wird die Last zunehmend asymmetrisch, wenn die Rohrgröße reduziert ist. Im wesentlichen steigt die Abnutzung und die Wahrscheinlichkeit von Schäden. Eine Rohrzange sollte möglichst eine Reihe von Rohrgrößen ohne Schwierigkeiten abdecken, und wenn eine weitere Rohrgrößenänderung notwendig ist, sollte das möglichst auf ein Auswechseln von Teilen beschränkt bleiben. Die Erhaltung und Lebensdauerprobleme können ökonomisch über die Kosten der Klemmesser, sogar die der Rohre eingeschlossen, hinausgehend Bedeutung erlangen, weil die Ausfallzeit infolge des Austauschs oder der Reparatur nicht nur die Materialkosten umfaßt, sondern auch das Bohrgerüst und die Kosten der Bedienungsmannschaft sowie die fortlaufenden Belastungen für andere Spezialwerkzeuge und Ausrüstungen, die am Bohrgerüst vorhanden sind. Deshalb ist ein Kraftzangensystem, das einen laufenden Austausch von Klemmessern oder anderen Elementen erforderlich macht, oder das unnötige Schäden an Teilen von Rohrsträngen verursacht, weit weniger wünschenswert als ein Zangensystem, das ständig und gleichmäßig arbeitet.
Sowohl die Klemmbacken-/Klemmesser-Zangen als auch die Gurt-/Ketten-Zangen können mit relativ harten und steifen Metallrohren, wie Bohr- und Futterrohren, verwendet werden. Wenn diese Zangen für dünne Rohre oder solche aus relativ "weichen" Metallen oder hochwertigen Metallen wie hochlegierte Stähle oder niedrige Kohlenstoffstähle oder für Rohre aus nichtmetallischen Materialien wie Fiberglass verwendet werden, können sie die Rohre häufig schwer beschädigen.
Wenn sie mit Fiberglas verstärkten Rohren arbeiten, können geriffelte oder gezahnte Klemmesser (oder Backen mit solchen Messern) leicht Markierungen oder Schäden an den Rohren verursachen. Solche Schäden führen zur Zerstörung der verstärkenden Fasern im Rohr und können die Rohrfestigkeit erheblich herabsetzen. Wenn die äußeren Oberflächen eines Fiberglasrohres unregelmäßig sind oder die äußeren Durchmesser einzelner Verbindungen variieren, ist entweder ein unzulängliches oder extremes Eindringen der Messer zu erwarten.
Das US-Patent 4,774,860, welches die Grundlage für den Gattungsbegriff des Anspruchs 1 bildet, erläutert diese Probleme und offenbart eine neue Zange, die erfolgreich für weichere Röhren wie Fiberglasrohre eingesetzt wurde.
Die vorliegende Erfindung, zumindest in ihrer bevorzugten Ausführungsform, verbessert diese Zange.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur Verwendung in einer Zange mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse drehbar befestigten Drehelement vorgesehen, bestehend aus:
a) einer Gurtverankerungsvorrichtung mit einem festen Körper;
b) einer Gurthaltevorrichtung, die an dem Drehelement befestigbar ist und
c) einem Gurt, der sich zwischen der Gurtverankerungsvorrichtung und der Gurthaltevorrichtung erstreckt,
wobei die Einrichtung weiterhin wenigstens eine Klemmbacke zum Erleichtern des Ergreifens eines Rohres enthält, der Körper der Gurtankervorrichtung mit einer Nockenbahn versehen ist, die hinter der Klemmbacke in eine sich anschließende Nockenmulde übergeht, die Gurthaltevorrichtung mit einer Kurvenrolle an einer Dreharmeinheit zur direkten drehbaren Befestigung an einem Rotor angeordnet ist, derart, daß während des Einsatzes die Drehung des Drehelementes den Gurt um ein in der Zange befindliches Rohr führt bis die Kurvenrolle an der Nockenbahn anliegt und sich an dieser in Richtung auf die sich anschließende Nockenmulde entlangbewegt und sich anschließend die Gurtverankerungsvorrichtung, die Gurthaltevorrichtung, der Gurt und das Drehelement mit dem Rohr drehen.
Vorteilhafterweise enthält die Kurvenrolle Rollen, die drehbar an einem Stift befestigt sind, mit welchem der Gurt verbunden ist und sich zwischen den Dreharmen, die drehbar an dem Drehelement befestigt sind, erstreckt.
Vorzugsweise ist die Klemmbacke an der Gurtverankerungsvorrichtung befestigt.
Vorteilhafterweise enthält die Vorrichtung obere und untere Bremsplatten, wobei die Gurtverankerungsvorrichtung an der oberen Bremsplatte befestigt ist, sowohl das Drehelement als auch die obere und untere Bremsplatte mit entsprechenden Öffnungen versehen sind, welche, wenn der Gurt am Rohr anliegt und die Kurvenrolle sich in der Nockenmulde befindet, miteinander fluchten und durch welche ein Bolzen oder eine Welle geschoben werden kann, so daß, wenn die Drehrichtung des Drehelements entgegengesetzt gerichtet wird, der Gurt in der Anlage am Rohr verbleibt.
Vorzugsweise verhindert die Nockenmulde, daß die Nockenrolle über die Nockenmulde hinaus fortschreitet.
Vorteilhafterweise weist die Gurtverankerungsvorrichtung einen Gurthalter auf, der einen
a) Gurtverankerungsstift mit einem oberen Flansch und einem unteren Flansch mit jeweils einer Keilnut umfaßt, wobei die Keilnuten im wesentlichen miteinander fluchten, so daß beim Einsatz ein Keil durch eine Endschlaufe des Gurtes und in beide Keilnuten fassen kann.
Vorzugsweise ist der Gurtverankerungsstift gegen die Gurtverankerungsvorrichtung verdrehbar, so daß nach der Positionierung des Keils in den Keilnuten der Gurtverankerungsstift zum Spannen des Gurtes und Sichern der Lage des Keils gedreht werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Zange, die mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist.
Vorzugsweise enthält die Zange Antriebsteile zum Drehen des Drehelements.
Vorteilhafterweise ist die Gurtverankerungsvorrichtung wenigstens an einer Bremsplatte gesichert, die an der Bewegung durch eine Bremse gehindert ist.
Der Gurt kann beispielsweise aus Metall, Kunststoff, Nylon, gewebtem Material, Azetalharz (Delrin) oder Aramidfasermaterialien wie KEVLAR (eingetragenes Warenzeichen) gefertigt sein.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beigefügten Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels Bezug genommen. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine Zange gemäß der Erfindung, teilweise geschnitten, mit abgenommener Deckplatte und Gehäuse und Getriebe in Umrissen;
Figur 2 eine Seitenansicht der Zange gemäß Figur 1, teilweise im Querschnitt,
Figuren 3 bis 6 Draufsichten mit Antriebsteilen der Zange gemäß Figur 1 während verschiedener Rotationsstufen um eine Rohr,
Figur 7 die Draufsicht auf einen Gurthalter (wie in den Figuren 1 und 2) entsprechend vorliegender Erfindung und
Figur 8 eine Seitenansicht der Backenbefestigung in der Zange gemäß Figur 1 im Querschnitt.
Gemäß Figur 1 hat die Zange 2 ein Gehäuse 3 (gezeigt im Grundriß) und einen Antriebszug mit lose mitgenommenen Getrieberädern 4, einem Getrieberad 5 und einem Antriebsritzel 6. Eine Öffnung 7 in dem Gehäuse 3 ist zur Aufnahme eines Rohres 5, das zu drehen ist, versehen. Das Rohr 8 ist zentral in der Zange 2 gezeigt. Die lose mitgenommenen Zahnräder 4 stehen zum Drehen mit einem Drehelement 16 in Eingriff. Konventionelle, nicht dargestellte Antriebsmittel treiben das Antriebsritzel 6 an.
Eine Verschlußklappe 13 ist drehbar vor die Öffnung 7 gesetzt, um diese während des Betriebes zu verschließen.
Eine Gurtverankerungsvorrichtung 21, ein Gurt 32 und eine Gurthalteanordnung 31 sind innerhalb der Zange 2 angeordnet.
Die Gurtverankerungsvorrichtung 21, besser in Figur 2 zu sehen, ist mit unteren und oberen Bremsplatten 18, 20, auf welche ihrerseits auf Bremsgeräte, wie konventionelle Bandbremsen 77, 79 einwirken. Es ist diese Bremskraft, die von dem Drehelement 16 überwunden werden muß, um die Gurtverankerungsvorrichtung 21 zu bewegen. Sobald diese Kraft überwunden ist, werden das Drehelement 16, der Gurt 32, die Gurthaltevorrichtung 31 und die Gurtverankerungsvorrichtung 21 gemeinsam mitgebewegt und führen zur Drehung des Rohres 8.
Das Drehelement 16 besteht aus einer oberen Drehführung 55, einem Drehelement 17 und einer unteren Drehführung 57, die in üblicher Weise zusammengebolzt sind. Die unteren und oberen Bremsplatten 18, 20 bewegen sich relativ zu den oberen und unteren Drehführungen 55, 57 und tragen mit diesen die Gurtverankerungsgruppe 21. Eine obere Verankerungsplatte 22 ist mit der oberen Bremsplatte 20 verbolzt. Eine untere Verankerungsplatte 24 ist mit der unteren Bremsplatte 18 verbolzt.
Eine Klauenbacke 30 mit einem Teil 29 für den Gurt 32 ist über Schrauben 90 mit einem Abstandbolzen 58 verschraubt, der durch Öffnungen 66 in den oberen und unteren Verankerungsplatten 22 und 24 greift. Eine Ausnehmung 84 (Figur 3) nimmt das rückwärtige Gehäuse 35 der Klauenbacke 30 auf. Ein oder mehrere Stücke oder ein Mantel aus Gummi, Kunststoffgranulat oder anderen Materialien 64 mit hoher Reibung befinden sich im Inneren der Klauenbacke 30 zum besseren Halten des Rohres 8.
Die Gurthaltevorrichtung 31 hat obere und untere Dreharme 34, 36, die beweglich mit dem Drehteil 16 durch den sich durch ein Loch 74 erstreckenden Drehzapfen 38 verbunden sind. Sie haben einen Abstand voneinander, so daß der Gurt 32 zwischen ihnen hindurchgehen kann. An den Enden eines Stiftes 32 sind Nockenrollen 40 drehbar befestigt. Der Stift 42 erstreckt sich durch die oberen und unteren Dreharme 34, 36.
Eine Gurtwelle 44 greift durch die oberen und unteren Verankerungsplatten 22, 24. Sie besteht aus der Welle 46 mit oberen und unteren Flanschen 50, 48, zwischen welchen der Gurt 32 hindurchlaufen kann und die zur korrekten Positionierung des Gurtes 32 dienen. Jeder Flansch 50, 48 hat eine Kerbnut 45, 52 zur Aufnahme eines Splints 56 zum Halten einer Schlaufe des Gurtes 32. Eine Führungswelle 62 sorgt für einen größeren Umschlingungswinkel des Gurtes am Rohr 8.
Die Gurtwelle 44 dient zum Halten und Spannen des Gurts 32. Wie die Figur 7 zeigt, wird die Beibehaltung einer Gurtschlaufe 32 in der Verankerung durch die Kerbnut 54, 52 erreicht, in welche der Splint (Feder) 56 eingesetzt ist. Die Gurtwelle sitzt in einer Öffnung 53 der Gurtverankerungseinrichtung 21. Ein schnelles Austauschen des Gurtes 32 wird durch Drehen des Drehelements 16 vereinfacht, so daß die Öffnung 82 des Drehelements 16 den Splint 56 und den Gurt 32 freigibt. Der Gurt 32 wird dann von der Gurtankerwelle 46 abgewickelt und die Gurtankerwelle 46 gedreht, so daß die Kerbnuten 52, 54 zur Öffnung 82 zeigen. Das Gurtende und der Splint 56 werden dann herausgenommen. Ein neuer Gurt wird eingesetzt, indem der Splint 56 in die Endschlaufe des Gurtes 32 gesetzt wird. Dann gleitet der Splint 56 (mit dem angefügten Gurt) in die Kerbnuten 52, 54. Die Gurtankerwelle 46 wird gedreht, so daß der Splint 56 am Umfang durch die Kerbnut 52, 54 und radial durch den Öffnungsausschnitt 53 gehalten wird. Das gegenüberliegende Ende des Gurtes 32 wird durch das Herausziehen des Drehzapfen 38 von der Gurthalteeinrichtung 31 freigesetzt, wodurch die Entfernung der Gurthaltevorrichtung 31 und dadurch ein leichtes Abnehmen und Ersetzen des Gurtes 32 ermöglicht wird.
Verschiedene Betriebsstufen der Zange 2 werden nachstehend beschrieben.
Wie die Figur 3 zeigt, ist der Gurt 32 relativ lose und schlaff.
Die Figur 4 zeigt den Gurt nach einer leichten Drehung des Drehelements 16 in Uhrzeigerrichtung. Die Gurtverankerungsvorrichtung 21 bleibt unter der Steuerung der Bandbremsen 77, 79 stationär. Trotz der Drehung der Gurthaltevorrichtung 31 im Uhrzeigersinne gelangt der Gurt 32 noch nicht in Kontakt mit der Außenfläche des Rohres 8.
Die Figur 5 zeigt, daß das Drehelement 16 sich weiter in Richtung des Uhrzeigers gedreht hat, aber der Gurt 32 das Rohr noch nicht berührt. Die Nockenrollen 40 berühren die Nockenbahnen 26 der oberen und unteren Verankerungsplatten 22, 24 und haben begonnen, diesen zu folgen.
Gemäß Figur 6 haben die Nockenrollen 40 nach weiteren Drehung des Drehelements 16 in Uhrzeigerrichtung die Nockenmulden 78 erreicht und gelangen darin zur Ruhe. Der Gurt 32 ist dicht um das Rohr 8 geschlungen und die oberen und unteren Dreharme 34, 36 haben sich entsprechend der Spannungszunahme des Gurtes 32 gedreht. Das Drehelement 16 kann sich nicht weiterdrehen, es sei denn, es bewegt die Gurthaltevorrichtung 31 und die Gurtverankerungsvorrichtung 21 mit sich, wodurch das Rohr 8 gedreht wird, um welches der Gurt 32 geschlungen ist.
Mit den Figuren 3 bis 6 ist gezeigt, daß die Gurthaltevorrichtung 31 so ausgebildet und so in dem Gehäuse positioniert ist, daß sein Ende 96 das Gehäuse 3 berührt, um eine Einwärtsbewegung des Endes der Gurthaltevorrichtung 31 zu verhindern, welche die Nockenlager 42 aufweist. Die Spannung des Gurtes 32 dient dem Verriegeln des Splints 56 zwischen den Kerbnuten 52, 54.
Sobald die Zange 3 die in Figur 6 gezeigte Lage erreicht hat, kann ein Bolzen oder eine Welle durch ein Loch 68 eingesetzt werden, daß sich durch das Drehelement 16 in entsprechende Löcher (nicht gezeigt) in den unteren und oberen Bremsplatten 18, 20 erstreckt und dadurch einen Rücklauf der Zangen ermöglicht, um das Rohr 8 in die zur ursprünglichen Richtung entgegengesetzte Richtung drehen zu können. Das ist effizienter, als die Abnahme der Gurthaltevorrichtung 31 von ihrer Befestigung mit dem Drehzapfen 38 durch das Loch 74 und das Ausrichten über dem Loch 68 und Einsetzen des Stiftes 38 (obgleich dieses Verfahren möglich ist).
Es ist zu schätzen, daß die Abstimmung der Bremsbänder 77, 79 und die Abstimmung der Länge des Bandes 32 den Punkt bestimmen, an dem die Zange 3 zuerst das Rohr 8 zu drehen beginnt. D. h. in Abhängigkeit von diesen Abstimmungen kann die Rohrdrehung bewirkt werden, z. B. wenn die Nockenrollen 40 jeden gewünschten Teil der Nockenbahnen 26 berühren, wenn die Gurthaltevorrichtung 31 jeden gewünschten Punkt bei seiner Drehung um das Rohr 8 erreicht, oder wenn die Nockenrollen 40 sich in die Nokkenbahnmulde 78 eingefügt hat. Es sollte ebenso beachtet werden, daß der Eintritt der Nockenrollen 40 in die Nockenmulde 78 nicht zu einer Lockerung des Gurtes 32 führt, da der Gurt 32 weiter um das Rohr 8 und die Abstandsbolzen 58 gespannt ist, wenn die Nockenrollen 40 in die Nockenmulden 78 eintreten.
Die Klauenbacke 30 kann, wie gezeigt, direkt auf der Gurtverankerungsvorrichtung befestigt werden. Alternativ kann sie auf der oberen Bremsplatte 20 montiert sein und sich von dieser aufwärts und/oder abwärts erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann sie an der unteren Bremsplatte 18 befestigt sein und sich von-dieser aufwärts oder abwärts erstrecken.
Der Gurt 32 kann aus Aramidfasern oder KEVLAR (registriertes Warenzeichen), die günstig sind für Qualitätsrohre, weichere Metalle und weichere Materialien, wie Fiberglas. Wie auch immer, Gurte aus Metallkettengliedern können für z. B. harte Metallrohre oder Futterrohre verwendet werden.
Falls gewünscht, kann das hohe Friktionsmaterial 64 sich aus der Klauenbacke 30 heraus erstrecken, um das Rohr 8 weiter zu umfassen. Bei einer solchen Ausführung kann das Material mit hoher Reibung zwischen dem Rohr 8 und dem Gurt 32 angeordnet werden, wenn der Gurt 32 sich um das Rohr 8 wickelt. Ferner kann, wie in Figur 6 gezeigt, wenn sich der Gurt 32 nicht vollständig um das Rohr 8 wickelt, mit einer geeigneten Anordnung von Führungswellen, beispielsweise der Welle 62, mehr (oder weniger) vom Gurt 32 zur Verfügung gestellt werden, um das Rohr 8 (oder ein Zwischenfriktionsglied) zu erfassen.

Claims

1. Einrichtung zur Verwendung in einer Zange (2), mit einem Gehäuse (3) und einem in dem Gehäuse (3) drehbar befestigten Drehelement (16), bestehend aus:

a) einer Gurtverankerungsvorrichtung (21) mit einem festen Körper,

b) einer Gurthaltevorrichtung (31), die an dem Drehelement (16) befestigbar ist und

c) einem Gurt (32), der sich zwischen der Gurtverankerungsvorrichtung (21) und der Gurthaltevorrichtung (31) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung weiterhin wenigstens eine Klemmbacke (30) zum Erleichtern des Ergreifens eines Rohres (8) enthält, daß der Körper der Gurtankervorrichtung (21) mit einer Nockenbahn (26) versehen ist, die hinter der Klemmbacke (30) in eine sich anschließende Nockenmulde (78) übergeht, daß die Gurthaltevorrichtung (31) mit einer Kurvenrolle (40) an einer Dreharmeinheit (34, 36) zur direkten drehbaren Befestigung an einem Rotor angeordnet ist derart, daß während des Einsatzes die Drehung des Drehelementes (16) den Gurt (32) um ein in der Zange befindliches Rohr (8) führt, bis die Kurvenrolle (40) an der Nockenbahn (26) anliegt und sich an dieser in Richtung auf die sich anschließende Nockenmulde (78) entlangbewegt, und daß sich anschließend die Gurtverankerungsvorrichtung (21), die Gurthaltevorrichtung (31), der Gurt (32) und das Drehelement (16) mit dem Rohr (8) drehen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenrolle (40) drehbar an einem Stift (42), mit dem der Gurt (32) verbunden ist, befestigt ist und daß der Stift (42) sich zwischen den Dreharmen (34, 36) erstreckt, die drehbar an dem Drehelement (16) befestigt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacke (30) an der Gurtverankerungsvorrichtung (21) befestigt ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie obere und untere Bremsplatten (18, 20) aufweist, daß die Gurtverankerungsvorrichtung (21) an der oberen Bremsplatte (20) und daß sowohl das Drehelement (16) als auch die obere und untere Bremsplatte (18, 20) mit entsprechenden Öffnungen (68) versehen sind, welche, wenn der Gurt (32) am Rohr (8) anliegt und die Kurvenrolle (40) sich in der Nockenmulde (78) befindet, miteinander fluchten, und durch welche ein Bolzen oder eine Welle geschoben werden kann, so daß, wenn die Drehrichtung des Drehelements (16) entgegengesetzt gerichtet wird, der Gurt (32) in Anlage am Rohr (8) verbleibt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtverankerungsvorrichtung (21) einen Gurthalter aufweist, gekennzeichnet durch

a) einen Gurtverankerungsstift (46) mit einem oberen Flansch (50) und einem unteren Flansch (48) mit jeweils einer Keilnut (54, 52), wobei die Keilnuten (54, 52) im wesentlichen miteinander fluchten, so daß beim Einsatz ein Keil (56) durch eine Endschlaufe des Gurtes (32) und in beide Keilnuten (54, 52) fassen kann.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gurtverankerungsstift (46) gegen die Gurtverankerungsvorrichtung (21) verdrehbar ist, so daß nach der Positionierung des Keils (56) in den Keilnuten (52, 54) der Gurtverankerungsstift (46) zum Spannen des Gurtes (32) und Sichern der Lage des Keils (56) gedreht werden kann.

7. Zange, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist.

8. Zange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Antriebsmitteln (4, 5, 6) zum Drehen des Drehelements (16) ausgerüstet ist.

9. Zange nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtverankerungsvorrichtung (21) an wenigstens einer Bremsplatte (18, 20) gesichert ist, die an der Bewegung durch eine Bremse (77, 79) gehindert ist.