EP1305497B1 - Rod linkage - Google Patents
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- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
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- E21B17/046—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like with ribs, pins, or jaws, and complementary grooves or the like, e.g. bayonet catches
Definitions
- the invention relates to a rod coupling, as it is known for connecting the rod sections of equipment for trenchless laying or replacement of pipelines and takes the priority of the German utility model 200 12 524.9, to which reference is made.
- individual rod sections are lined up, connected to each other and moved by means of a feed device with a propellant head through the soil.
- the rod sections may have only a small length, so that the Bohrvortrieb, for example, to create a pilot hole, characterized by a constant connection of the rod sections to a total linkage.
- Bohrvortrieb for example, to create a pilot hole, characterized by a constant connection of the rod sections to a total linkage.
- linkage connections that meet the requirements for the transmission of torque, train, pressure, especially impact, but also bending and withstand the forces that occur without difficulty in making or breaking the connection with it .
- positive linkage compounds have been developed, as described for example in German Patent 196 08 980.
- Such linkage couplings facilitate the manufacture and release of the linkage, but have the disadvantage of an axial play, which has a negative impact especially in impact drilling.
- the axial play results in the transmission of a shock pulse to a vibration of the coupling elements, which brings with it a loss of power.
- Another form-fitting based linkage connection is the spigot connection, as known in the art.
- the linkage coupling in the form of a pin located in a blind hole on one or more radial holes, in which for establishing the connection Locking bolts are driven.
- the pins - with little play - bring in difficult and can hardly be solved from the radial bore or - in a larger game for the purpose of facilitating the connection and release of the clutch - again a vibration, especially when transmitting impact energy, is inevitable.
- the radial bore causes a significant weakening of the breaking strength of the linkage coupling under bending load, so that in practice there is a fracture of the rod coupling in the region of the radial bore.
- the invention is an object of the invention to provide a linkage connection, which allows a good impact and torque transmission, avoids axial play and yet easy to connect and disconnect.
- the invention is based on the idea to combine the advantages of backlash of the threaded connection and the advantageous torque transmission of a positive connection in a single clutch by a positive engagement is fixed by an additional threaded connection.
- Such a connection ensures easy coupling of the rod sections, for example by inserting a pin into a blind hole and a simple fixing of the connection, for example by tightening a union nut connecting the two rod sections.
- a defined and reliable torque transmission is ensured by the positive engagement of pin or nipple and blind hole, a reliable substantially backlash-free fixation of the pin in the blind hole through the nut and thus a lossless impact transmission over the end face of the pin.
- the generally compared to the impact forces considerably lower tensile forces, such as occur when retracting the linkage, are of the union nut reliably received and forwarded, without causing a change in the torque, since the rotation is transmitted through the pin connection.
- the union nut can be dimensioned differently. In any case, a striking energy or a torque need not absorb these.
- connection is preferably formed as a plug connection of a arranged at one end of the linkage nipple with a corresponding sleeve at the other end of the linkage.
- the nipple deviates from a circular cross section and is particularly preferably designed as a rounded polygon nipple with different radii.
- the corresponding polygonal sleeve corresponds to this.
- a rod section 1 with a through hole 14 for the transport of a drilling fluid has at its ends coupling means 10, 15th
- the coupling means 10, 15 consist of an end arranged coupling nipple 10 and an opposite blind hole-like coupling sleeve 15.
- the coupling nipple 10 is formed in its cross-section, as the coupling sleeve 15 polygonal.
- the polygon is formed as a combination of a total of eight circular arc segments 21, 22 with a total of two alternately arranged radii.
- the side surface of the polygon is formed by the four Kreisbogensegemente of the larger radius and the original edges of the polygon as a circular arc segment of the smaller radii. This allows an improved power flow over a conventional surface / edge polygon without sacrificing a positive engagement.
- the rod assembly has in the region of the coupling nipple a union nut 4 with an internal thread, which corresponds to an external thread on the outer surface of the connecting sleeve and the sleeve-side end of the rod section.
- the coupling is secured by a seal 3 against leakage of drilling fluid flowing in the central bore 14.
- the end face 16 is located on the bottom 17 of the blind-hole-like sleeve 15, that a thrust and in particular an impact force on these surfaces between the rod sections is forwarded.
- a torque acting on the linkage connection is conducted via the polygonal contact surface between the blind-hole-type connecting sleeve 15 and the connecting nipple 10, while the union nut 4 merely acts as a fixing to ensure an axially play-free connection and to transmit tensile forces.
Description
Die Erfindung betrifft eine Gestängekupplung, wie sie zum Verbinden der Gestängeschüsse von Geräten zum grabenlosen Verlegen oder Ersetzen von Rohrleitungen bekannt ist und nimmt die Priorität des deutschen Gebrauchsmusters 200 12 524.9 in Anspruch, auf das inhaltlich Bezug genommen wird.The invention relates to a rod coupling, as it is known for connecting the rod sections of equipment for trenchless laying or replacement of pipelines and takes the priority of the German utility model 200 12 524.9, to which reference is made.
Hierbei werden einzelne Gestängeschüsse aneinander gereiht, miteinander verbunden und mit Hilfe eines Vorschubgerätes mit einem Vortriebskopf durch das Erdreich bewegt. Insbesondere beim Vortrieb aus kleineren Startgruben können die Gestängeschüsse eine nur geringe Baulänge aufweisen, so daß der Bohrvortrieb, beispielsweise zum Erstellen einer Pilotbohrung, durch ein ständiges Verbinden der Gestängeschüsse zu einem Gesamtgestänge gekennzeichnet ist. Gleiches gilt für das Lösen der Gestängeschüsse beim Aufweiten der Pilotbohrung, bei dem ein Aufweitkopf durch die Pilotbohrung gezogen wird, indem das Gestänge mit Hilfe eines Zuggerätes aus dem Bohrloch gezogen und durch ständiges Lösen der Gestängeschüsse fortlaufend verkürzt wird.Here, individual rod sections are lined up, connected to each other and moved by means of a feed device with a propellant head through the soil. In particular, when driving from smaller starting pits the rod sections may have only a small length, so that the Bohrvortrieb, for example, to create a pilot hole, characterized by a constant connection of the rod sections to a total linkage. The same applies to the release of the rod sections during expansion of the pilot hole, in which a widening head is pulled through the pilot hole by pulling the linkage with the aid of a pulling device from the borehole and continuously shortened by constantly loosening the rod sections.
Zum Verbinden der Gestängeschüsse stehen Bauarten zur Verfügung. Die Gewindeverbindung stellt eine verbreitete Bauart dar, die jedoch erhebliche Nachteile beim Einsatz in der Praxis mit sich bringt. Die Verbindung der Gestängeschüsse muß geeignet sein, die auf sie einwirkenden unterschiedlichen Kräfte aufzunehmen und fortzuleiten, ohne daß es zu einer Beschädigung der Verbindung oder des Gestänges kommt, und dabei möglichst einfach lösbar sein. Bei den bekannten Gewindeverbindungen kommt es auf der Baustelle bereits beim Herstellen der Verbindung zu Schwierigkeiten, da Verschmutzungen dem Verbinden des Gewindezapfens mit der Gewindebohrung im Wege stehen können.Designs are available for connecting the rod sections. The threaded connection is a common design, but it brings significant disadvantages in use in practice. The connection of the rod sections must be suitable to receive and transmit the forces acting on them, without it to a Damage to the connection or the linkage comes, and be as easy to solve. In the known threaded connections, it already comes on the construction site when making the connection to difficulties, since contamination can be the connection of the threaded pin with the threaded hole in the way.
Des weiteren wirkt sich ein Drehmomentübertragung über das Gestänge beim Bohren auf den Anzugswinkel und den Anzugsmoment der Gewindeverbindung so aus, daß die Verbindung fester angezogen wird und damit erhebliche Probleme beim Lösen der Gestängeschüsse auftreten. Aufgrund der hohen beim Lösen aufzubringenden Kräfte kommt es bisweilen zu Unfällen und Verletzungen des Personals beim Betätigen der diversen bekannten Lösevorrichtungen. Je nach Gestängegröße läßt sich die Verbindung dann nur noch maschinell lösen.Furthermore, a torque transmission via the linkage when drilling on the tightening angle and the tightening torque of the threaded connection affects so that the connection is tightened and thus considerable problems in releasing the rod sections occur. Due to the high forces to be applied during disengagement, accidents and injuries to the personnel during actuation of the various known release devices sometimes occur. Depending on the rod size, the connection can then be solved only by machine.
Es besteht somit ein ständiges Bemühen, Gestängeverbindungen zu entwickeln, die den Anforderungen an die Übertragung von Drehmoment, Zug, Druck, insbesondere Schlag, aber auch Biegung gerecht werden und den auftretenden Kräften standhalten, ohne Schwierigkeiten beim Herstellen oder Lösen der Verbindung mit sich zu bringen. So wurden formschlüssige Gestängeverbindungen entwickelt, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift 196 08 980 beschrieben sind. Derartige Gestängekupplungen erleichtern das Herstellen und Lösen der Gestängeverbindung, besitzen aber den Nachteil eines axialen Spiels, welches sich insbesondere beim Schlagbohren negativ auswirkt. Das axiale Spiel führt beim Übertragen eines Schlagimpulses zu einer Vibration der Kupplungselemente, die einen Kraftverlust mit sich bringt.There is thus a constant effort to develop linkage connections that meet the requirements for the transmission of torque, train, pressure, especially impact, but also bending and withstand the forces that occur without difficulty in making or breaking the connection with it , Thus, positive linkage compounds have been developed, as described for example in German Patent 196 08 980. Such linkage couplings facilitate the manufacture and release of the linkage, but have the disadvantage of an axial play, which has a negative impact especially in impact drilling. The axial play results in the transmission of a shock pulse to a vibration of the coupling elements, which brings with it a loss of power.
Eine weitere auf Formschluß basierende Gestängeverbindung stellt die Zapfenverbindung dar, wie sie aus der Praxis bekannt ist. Bei einer solchen Verbindung weist die Gestängekupplung in Form eines in einem Sackloch befindlichen Zapfens eine oder mehrere radiale Bohrungen auf, in die zum Herstellen der Verbindung Sicherungsbolzen eingetrieben werden. Bei diesen Verbindungen besteht der Nachteil, daß sich die Zapfen - bei geringem Spiel - nur schwer einbringen und kaum aus der Radialbohrung lösen lassen oder - bei größerem Spiel zwecks Erleichtern des Verbindens und Lösens der Kupplung - wiederum eine Vibration, insbesondere beim Übertragen von Schlagenergie, unvermeidbar ist. Des weiteren bewirkt die Radialbohrung eine erhebliche Schwächung der Bruchfestigkeit der Gestängekupplung bei Biegebelastung, so daß es in der Praxis zu einem Bruch der Gestängekupplung im Bereich der Radialbohrung kommt.Another form-fitting based linkage connection is the spigot connection, as known in the art. In such a connection, the linkage coupling in the form of a pin located in a blind hole on one or more radial holes, in which for establishing the connection Locking bolts are driven. In these compounds, there is the disadvantage that the pins - with little play - bring in difficult and can hardly be solved from the radial bore or - in a larger game for the purpose of facilitating the connection and release of the clutch - again a vibration, especially when transmitting impact energy, is inevitable. Furthermore, the radial bore causes a significant weakening of the breaking strength of the linkage coupling under bending load, so that in practice there is a fracture of the rod coupling in the region of the radial bore.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gestängeverbindung zu schaffen, die eine gute Schlag- und Drehmomentübertragung erlaubt, ein axiales Spiel vermeidet und dennoch leicht zu verbinden und zu lösen ist.The invention is an object of the invention to provide a linkage connection, which allows a good impact and torque transmission, avoids axial play and yet easy to connect and disconnect.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Vorteile der Spielfreiheit der Gewindeverbindung und der vorteilhaften Drehmomentübertragung einer formschlüssigen Verbindung in einer einzigen Kupplung zu vereinen, indem ein Formschluß über eine zusätzliche Gewindeverbindung fixiert wird.The invention is based on the idea to combine the advantages of backlash of the threaded connection and the advantageous torque transmission of a positive connection in a single clutch by a positive engagement is fixed by an additional threaded connection.
Eine derartige Verbindung gewährleistet ein einfaches Verkuppeln der Gestängeschüsse, beispielsweise durch Einschieben eines Zapfens in ein Sackloch und ein einfaches Fixieren der Verbindung, beispielsweise durch Anziehen einer die beiden Gestängeschüsse verbindenen Überwurfmutter. Im Ergebnis ist eine definierte und zuverlässige Drehmomentübertragung durch den Formschluß von Zapfen oder Nippel und Sackloch, eine zuverlässige im wesentlichen spielfreie Fixierung des Zapfens in dem Sackloch durch die Überwurfmutter und damit eine verlustfreie Schlagübertragung über die Stirnfläche des Zapfens gewährleistet. Die in der Regel gegenüber den Schlagkräften erheblich geringeren Zugkräfte, wie sie beispielsweise beim Zurückziehen des Gestänges auftreten, werden von der Überwurfmutter zuverlässig aufgenommen und weitergeleitet, ohne daß es zu einer Veränderung des Anzugsmoments kommt, da die Rotation über die Zapfenverbindung übertragen wird. Je nach der erforderlichen Maximalzugkraft kann die Überwurfmutter unterschiedlich dimensioniert sein. Eine Schlagenergie oder ein Drehmoment muß diese jedenfalls nicht aufnehmen.Such a connection ensures easy coupling of the rod sections, for example by inserting a pin into a blind hole and a simple fixing of the connection, for example by tightening a union nut connecting the two rod sections. As a result, a defined and reliable torque transmission is ensured by the positive engagement of pin or nipple and blind hole, a reliable substantially backlash-free fixation of the pin in the blind hole through the nut and thus a lossless impact transmission over the end face of the pin. The generally compared to the impact forces considerably lower tensile forces, such as occur when retracting the linkage, are of the union nut reliably received and forwarded, without causing a change in the torque, since the rotation is transmitted through the pin connection. Depending on the required maximum tensile force, the union nut can be dimensioned differently. In any case, a striking energy or a torque need not absorb these.
Daraus ergibt sich nicht nur eine verbesserte Bruchfestigkeit der Verbindung, sondern auch ein definiertes und nicht übermäßig großes Anzugsmoment des Gewindeanteils der Verbindung, welches aufgrund der geringeren wirkenden Kräfte gering bleiben kann und damit zu einer erleichterten Lösbarkeit der Verbindung führt.This results in not only an improved breaking strength of the compound, but also a defined and not excessively large tightening torque of the threaded portion of the compound, which may remain low due to the lower acting forces and thus leads to a facilitated solubility of the compound.
Die Verbindung ist vorzugsweise als Steckverbindung eines an einem Ende des Gestänges angeordneten Nippels mit einer korrespondierenden Muffe am anderen Ende des Gestänges ausgebildet. Zur Ausbildung des Formschlusses weicht der Nippel von einem kreisrunden Querschnitt ab und ist besonders bevorzugt als gerundeter Polygonnippel mit unterschiedlichen Radien ausgebildet. Die entsprechende Polygonmuffe korrespondiert hierzu. Über die Interaktion zwischen Nippel und Muffe wird das Drehmoment über die gekrümmten Seitenwandflächen übertragen, während die Schlagenergie über die Stirnfläche des Nippels muffenseitig in das angeschlossene Gestänge einfließt.The connection is preferably formed as a plug connection of a arranged at one end of the linkage nipple with a corresponding sleeve at the other end of the linkage. To form the positive connection, the nipple deviates from a circular cross section and is particularly preferably designed as a rounded polygon nipple with different radii. The corresponding polygonal sleeve corresponds to this. Through the interaction between nipple and sleeve, the torque is transmitted through the curved side wall surfaces, while the impact energy flows through the end face of the nipple on the sleeve side in the connected linkage.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing of the closer.
In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- eine verbundene erfindungsgemäße Kupplung;
- Fig.2
- eine Ansicht des Kupplungsnippels;
- Fig. 3
- einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2;
- Fig. 4
- eine Ansicht der erfindungsgemäßen Muffe und
- Fig. 5
- ein Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4.
- Fig. 1
- a connected coupling according to the invention;
- Fig.2
- a view of the coupling nipple;
- Fig. 3
- a section along the line III-III of Fig. 2;
- Fig. 4
- a view of the sleeve according to the invention and
- Fig. 5
- a section along the line VV of Fig. 4th
Ein Gestängeschuß 1 mit einer Durchgangsbohrung 14 für den Transport einer Bohrflüssigkeit besitzt an seinen Enden Kupplungsmittel 10, 15.A rod section 1 with a
Die Kupplungsmittel 10, 15 bestehen aus einem endseitig angeordneten Kupplungsnippel 10 und einer gegenüberliegenden sacklochartig ausgebildeten Kupplungsmuffe 15. Der Kupplungsnippel 10 ist in seinem Querschnitt, wie die Kupplungsmuffe 15 polygonförmig ausgebildet. Das Polygon ist als Kombination von insgesamt acht Kreisbogensegmenten 21, 22 mit insgesamt zwei wechselweise angeordneten Radien ausgebildet. Die Seitenfläche des Polygons wird dabei durch die vier Kreisbogensegemente des größeren Radius und die originären Kanten des Polygons als Kreisbogensegment der kleineren Radien gebildet. Dies erlaubt einen verbesserten Kraftfluß gegenüber einem herkömmlichen Flächen-/Kantenpolygon ohne Verzicht auf einen Formschluß.The coupling means 10, 15 consist of an end arranged
Zum Verbinden der Gestängeschüsse wird der Nippel 10 in die sacklochartige Muffe 15 eingeschoben, bis die Stirnfläche 16 des Nippels gegen die Bodenfläche 17 der sacklochartigen Polygonmuffe 15 mit Hilfe einer Nippelzentrierung 11 und einer Bundzentrierung 8 konzentrisch zum Liegen kommt. Der Gestängeschuß besitzt im Bereich des Kupplungsnippels eine Überwurfmutter 4 mit einem Innengewinde, welches zu einem Außengewinde an der Außenfläche der Verbindungsmuffe bzw. des muffenseitigen Endes des Gestängeschusses korrespondiert.To connect the rod sections of the
Zur Fixierung der Verbindung wird die Überwurfmutter 4 axial auf die sacklochartige Kupplungsmuffe 15 aufgeschoben und mit deren Gewinde verschraubt. Dabei entsteht eine spielfreie Verbindung bereits ohne Einsatz von Werkzeug über eine Schulter 20 im Bereich des Nippels 10 des Gestängeschusses 1.To fix the connection, the
Des weiteren ist die Kupplung durch eine Dichtung 3 gegen Austreten von in der zentralen Bohrung 14 fließender Bohrflüssigkeit gesichert.Furthermore, the coupling is secured by a
In der endgültigen Anordnung der verbundenen Kupplung liegt die Stirnfläche 16 so auf dem Boden 17 der sacklochartigen Muffe 15 auf, daß eine Schub- und insbesondere eine Schlagkraft über diese Flächen zwischen den Gestängeschüssen weitergeleitet wird. Ein auf die Gestängeverbindung wirkendes Drehmoment wird demgegenüber über die polygonale Anlagefläche zwischen der sacklochartigen Verbindungsmuffe 15 und dem Verbindungsnippel 10 geleitet, während die Überwurfmutter 4 lediglich eine Fixierung zur Gewährleistung einer axialspielfreien Verbindung und zur Übertragung von Zugkräften fungiert.In the final arrangement of the connected coupling, the
Claims (7)
- Drill string having string sections and a drill-string coupling for connecting string sections having interfitting connecting means, characterised in that the interfitting connecting means (10, 15) are of a threadless design and the string sections can be connected in such a way as to be free of axial play by means of an additional threaded connection.
- Drill string according to claim 1, characterised in that the interfitting connecting means are in the form of a nipple (10) and a socket (15) of a blind-hole type.
- Drill string according to claim 1 or 2, characterised in that the interfitting connecting means are of a polygonal shape in cross-section.
- Drill string according to one of the preceding claims, characterised in that the polygonal shape has rounded faces and rounded edges, the rounded edges on the one hand and the rounded faces on the other hand constituting segments (21, 22) of arcs of circles of different radii.
- Drill string according to one of the preceding claims, characterised in that the radii of the rounded edges are selected to be between 10 and 20 mm and the radii of the rounded faces between 85 and 175 mm.
- Drill string according to one of the preceding claims, characterised in that the threaded connection is in the form of a ring nut (4).
- Drill string according to one of the preceding claims, characterised by a nipple locating means (11).
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