EP1860275B1 - Kupplungsvorrichtung - Google Patents

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EP1860275B1
EP1860275B1 EP06008687A EP06008687A EP1860275B1 EP 1860275 B1 EP1860275 B1 EP 1860275B1 EP 06008687 A EP06008687 A EP 06008687A EP 06008687 A EP06008687 A EP 06008687A EP 1860275 B1 EP1860275 B1 EP 1860275B1
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EP
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locking
coupling device
drill
supported
receiving socket
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Erwin Stötzer
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Bauer Maschinen GmbH
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Bauer Maschinen GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/03—Couplings; joints between drilling rod or pipe and drill motor or surface drive, e.g. between drilling rod and hammer

Definitions

  • the invention relates to a coupling device for drill pipe, in particular for earth drilling apparatus, according to the preamble of claim 1.
  • a generic coupling device is from the EP-A-1 624 151 out.
  • This known coupling device has a sleeve-shaped receptacle for a tubular drilling tool, wherein cylindrical locking bolts or hook-shaped locking claws are provided on the outer circumference of the receptacle. These can engage in corresponding holes on the tubular drilling tool for locking an inserted tubular drilling tool. To lock the drilling tool to the receptacle, it is necessary to bring the drilling tool in an exact rotational position.
  • a similar locking device is the DE 100 23 467 C1 refer to.
  • a link control and an actuating rod locking bolt can be used on a recording radially into corresponding holes on an inserted drilling tool are introduced, with an axial and rotationally fixed connection is created.
  • a comparable locking device is, even from the EP-A-1 580 398 A1 forth.
  • a flat guide member for a guided introduction is provided on the outer rod.
  • the invention has for its object to provide a coupling device for drill pipe, with which a fast and reliable connection can be created.
  • the coupling device for drill pipe has a receiving sleeve for receiving a connection region of a drill string, wherein a locking device is provided with a locking element which is adjustably mounted between a release position and a locking position, in which engages the locking element in a corresponding recess of the connection area.
  • a preferred embodiment of the invention is that the locking device comprises a housing which is arranged on an outer side of the receiving sleeve, and in that a sliding element for adjusting the locking element is mounted in the housing.
  • the sliding element can be operated manually or by an actuatable actuator, such as a motor or a control cylinder.
  • the sliding element is designed as a pivotally mounted pin with a cam, which engages in a slanted backdrop in the housing.
  • a rotational movement can be converted into an axial adjusting movement. This mechanism allows good force application even with manual operation.
  • a pivot lever is provided for pivoting the bolt, which is connected to a rear portion of the bolt with this.
  • the pivoting lever can be used both for manual operation and be designed for actuation by means of a remote-controlled actuator.
  • the blocking element is slidably and resiliently mounted on the sliding element in the radial direction.
  • significant wear and tear such as notches and deformations, can arise, which only permit rough fits.
  • the special displaceable and resilient mounting of the blocking element on the displacement element itself allows a certain compensation, so that even in these cases a good locking is ensured.
  • axial webs are arranged on an inner side of the receiving sleeve, which can be brought into engagement with corresponding axial grooves of the connection region for producing a rotary connection.
  • This is a keyway profiling.
  • the locking element only has to ensure an axial securing.
  • the recess in the connection region can in this case be a circumferential groove, in particular a rectangular groove, in which a corresponding rectangular profile of the locking element engages.
  • the three locking means are provided, which are arranged evenly distributed on the outer circumference of the receiving sleeve.
  • the coupling device according to the invention is used in a drill with a drill drive for driving a drill pipe.
  • the receiving sleeve is attached to the output shaft of the drill drive.
  • the output shaft usually protrudes downwards, so that the coupling device according to the invention is arranged below the drill drive.
  • the drill drive is mounted on a carriage, which is guided displaceably on a mast.
  • the coupling device according to the invention can be adjusted with the carriage along the mast, so that the coupling device when inserting a new drill string element quickly and reliably provides a connection between the upper connection region of the newly inserted drill pipe and the drill drive.
  • the coupling device 10 has a sleeve-shaped receiving sleeve 12, on whose inner side Axialstege 28 are arranged to form a Keilnutprofiles. On the outside, three locking devices 14 are arranged offset by 120 ° to each other.
  • Each locking device 14 comprises a sleeve-shaped housing 18, in which an approximately rectangular locking element 16 is slidably mounted.
  • the front side of the rectangular locking element 16 is concave in accordance with the connection area to be locked.
  • a cylindrical, bolt-shaped sliding element 20 is mounted axially adjustable and rotatable in the housing 18.
  • an obliquely running groove is introduced, which forms a link 24.
  • a cam 22 which is fixedly arranged on the bolt-shaped sliding element 20.
  • the sliding element can be pivoted in the present embodiment by 180 °. Due to the interaction between the cam 22 and the gate 24, the sliding element is displaced axially.
  • the locking element 16 from a retracted release position, which in Fig. 1 is shown, in a locking position according to Fig. 2 adjusted.
  • the locking element 16 is resiliently mounted on the sliding element 20.
  • the locking element 16 has a central bore 30 and the sliding element 20 has a central pin 32.
  • a coil spring 34th arranged between the bore 30 and the pin 32, which pushes the sliding member 20 and the locking element 16 apart.
  • a screw bolt 36 is arranged with a stop nut.
  • connection portion 62 which can be welded to the free end of a drill string.
  • the connection region 62 has axial grooves 66, which correspond to the axial webs 28 on the inside of the receiving sleeve 12 in order to form a splined connection.
  • annular groove is formed on the connection region 62 as a recess 64.
  • the width of the groove corresponds to the width of the locking elements 16, so that they can engage in the recess 64 to form an axial securing.
  • Fig. 5 the arrangement of the coupling device 10 according to the invention is shown on a drill 70.
  • the drill 70 has a mast 78 along which a carriage 76 is slidably guided and driven.
  • a drill drive 72 is mounted, which consists of a motor and a flanged gear.
  • the receiving sleeve 12 of the coupling device 10 is welded.
  • this has the connection region 62, which in connection with Fig. 4 has been described.
  • a rotationally fixed connection is achieved by the mutually corresponding Keilnutprofile, while an axial securing is achieved by the locking elements 16 of the coupling device 10.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung für Bohrgestänge, insbesondere für Erdbohrgeräte, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist bekannt, einzelne Bohrstangen eines Bohrgestänges mittels Schraubbolzen miteinander zu verbinden. Dies sorgt für eine zuverlässige stabile Drehverbindung. In gleicher Weise wird eine Verbindung des Bohrgestänges zu einem Bohrantrieb geschaffen. Allerdings ist diese Art der Verbindung sehr zeitaufwändig.
  • Eine gattungsgemäße Kupplungsvorrichtung geht aus der EP-A-1 624 151 hervor. Diese bekannte Kupplungsvorrichtung weist eine hülsenförmige Aufnahme für ein rohrförmiges Bohrwerkzeug auf, wobei am Außenumfang der Aufnahme zylindrische Verriegelungsbolzen oder hakenförmige Verriegelungskrallen vorgesehen sind. Diese können zur Verriegelung eines eingeführten rohrförmigen Bohrwerkzeuges in entsprechende Löcher am rohrförmigen Bohrwerkzeug eingreifen. Zur Verriegelung des Bohrwerkzeuges an der Aufnahme ist es erforderlich, das Bohrwerkzeug in eine exakte Drehposition zu bringen.
  • Eine ähnliche Verriegelungseinrichtung ist der DE 100 23 467 C1 zu entnehmen. Mittels einer Kulissensteuerung und einer Betätigungsstange können Riegelbolzen an einer Aufnahme radial in entsprechende Löcher an einem eingeschobenen Bohrwerkzeug eingebracht werden, wobei eine axiale und drehfeste Verbindung geschaffen wird.
  • Eine vergleichbare Verriegelungseinrichtung geht, auch aus der EP-A-1 580 398 A1 hervor. An der Außenstange ist ein flacher Führungsteil für ein geführtes Einbringen vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsvorrichtung für Bohrgestänge anzugeben, mit welcher eine schnelle und zugleich zuverlässige Verbindung geschaffen werden kann.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Kupplungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung für Bohrgestänge weist eine Aufnahmemuffe zur Aufnahme eines Anschlussbereiches eines Bohrgestänges auf, wobei eine Verriegelungseinrichtung mit einem Riegelelement vorgesehen ist, welches zwischen einer Freigabeposition und einer Verriegelungsposition verstellbar gelagert ist, in welcher das Riegelelement in eine korrespondierende Ausnehmung des Anschlussbereiches eingreift. Mit der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung ist eine schnelle halb- oder vollautomatische Kupplung mit einem Bohrgestänge möglich. Dies vereinfacht und beschleunigt den Arbeitsvorgang beim Bohren.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Verriegelungseinrichtung ein Gehäuse aufweist, welches an einer Außenseite der Aufnahmemuffe angeordnet ist, und dass in dem Gehäuse ein Schiebeelement zum Verstellen des Riegelelementes gelagert ist. Hierdurch wird eine stabile und zuverlässige Betätigung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung erreicht.
  • Das Schiebeelement kann dabei manuell oder durch ein betätigbares Stellorgan, wie einen Motor oder einen Stellzylinder, betätigt werden.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich nach der Erfindung dadurch, dass das Schiebeelement als ein verschwenkbar gelagerter Bolzen mit einer Nocke ausgebildet ist, welche in eine schräg verlaufende Kulisse in dem Gehäuse eingreift. Durch diesen Nockenmechanismus kann eine Drehbewegung in eine axiale Stellbewegung umgesetzt werden. Dieser Mechanismus erlaubt eine gute Kraftaufbringung auch bei manueller Betätigung.
  • Hierzu ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass zum Verschwenken des Bolzens ein Schwenkhebel vorgesehen ist, der an einem hinteren Bereich des Bolzens mit diesem verbunden ist. Entsprechend der Länge des Schwenkhebels kann in einfacher Weise ein entsprechend großes Drehmoment aufgebracht werden, was für eine zuverlässige Verriegelung vorteilhaft ist. Der Schwenkhebel kann sowohl für eine manuelle Betätigung als auch für eine Betätigung mittels eines ferngesteuerten Stellorganes ausgebildet sein.
  • Nach der Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, dass das Sperrelement an dem Schiebeelement in radialer Richtung verschiebbar und federnd gelagert ist. Bei der Benutzung von Bohrgestängeelementen können erhebliche Abnutzungserscheinungen, wie Kerben und Verformungen, entstehen, welche nur grobe Passungen erlauben. Auch besteht die Gefahr, dass beispielsweise Erdmaterial und Gestein auf den Anschlussbereich des Bohrgestänges gelangen kann, so dass eine Verriegelung nur schwer möglich ist. Die spezielle verschiebbare und federnde Lagerung des Sperrelementes auf dem Verschiebeelement selbst erlaubt eine gewisse Kompensation, so dass auch in diesen Fällen eine gute Verriegelung gewährleistet ist.
  • Für eine gute Drehverbindung ist es erfindungsgemäß, dass an einer Innenseite der Aufnahmemuffe Axialstege angeordnet sind, welche zur Erzeugung einer Drehverbindung mit korrespondierenden Axialnuten des Anschlussbereiches in Eingriff bringbar sind. Dies ist eine Keilnutprofilierung. Durch ein axiales zusammenschieben wird so eine stabile hochfeste Drehverbindung geschaffen. In diesem Fall muss das Riegelelement lediglich eine Axialsicherung gewährleisten. Die Ausnehmung im Anschlussbereich kann in diesem Falle eine umlaufende Nut, insbesondere eine Rechtecknut sein, in welche ein entsprechendes Rechteckprofil des Riegelelementes eingreift.
  • Für eine besonders stabile Verbindung ist es nach der Erfindung vorteilhaft, das drei Verriegelungseinrichtungen vorgesehen sind, welche gleichmäßig verteilt am Außenumfang der Aufnahmemuffe angeordnet sind.
  • Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung bei einem Bohrgerät mit einem Bohrantrieb zum Antreiben eines Bohrgestänges eingesetzt.
  • Vorteilhafterweise ist dabei die Aufnahmemuffe an der Ausgangswelle des Bohrantriebes angebracht. Bei Erdbohrgeräten ragt die Ausgangswelle üblicherweise nach unten, so dass die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung unterhalb des Bohrantriebes angeordnet ist.
  • Weiterhin ist es erfindungsgemäß, dass der Bohrantrieb an einem Schlitten gelagert ist, welcher an einem Mast verschiebbar geführt ist. Bei dieser Anordnung kann die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung mit dem Schlitten entlang des Mastes verstellt werden, so dass die Kupplungsvorrichtung beim Einsetzen eines neuen Bohrgestängeelementes schnell und zuverlässig eine Verbindung zwischen dem oberen Anschlussbereich des neu eingesetzten Bohrgestänges und dem Bohrantrieb sorgt.
  • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargstellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine teilgeschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung in Freigabeposition;
    Fig. 2
    eine Teilansicht der Kupplungsvorrichtung gemäß Fig. 1 in Verriegelungsposition;
    Fig. 3
    eine Seitenansicht der Kupplungsvorrichtung von Fig. 1 und Fig. 2;
    Fig. 4
    einen Anschlussbereich eines Bohrgestänges und
    Fig. 5
    eine Teilansicht eines Bohrgerätes mit der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung.
  • Der Aufbau und die Funktion einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung wird anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert. Die Kupplungsvorrichtung 10 weist eine hülsenförmige Aufnahmemuffe 12 auf, an deren Innenseite Axialstege 28 zum Bilden eines Keilnutprofiles angeordnet sind. An der Außenseite sind drei Verriegelungseinrichtungen 14 um 120° zueinander versetzt angeordnet.
  • Jede Verriegelungseinrichtung 14 umfasst ein hülsenförmiges Gehäuse 18, in welchem ein etwa rechteckiges Riegelelement 16 verschiebbar gelagert ist. Die Vorderseite des rechteckigen Riegelelementes 16 ist konkav entsprechend dem zu verriegelnden Anschlussbereich ausgebildet. Weiterhin ist im Gehäuse 18 ein zylindrisches, bolzenförmiges Schiebeelement 20 axial verstellbar und verdrehbar gelagert. Im Gehäuse 18 ist eine schräg verlaufende Nut eingebracht, welche eine Kulisse 24 bildet. In die Kulisse 24 greift ein Nocken 22 ein, welcher fest an dem bolzenförmigen Schiebeelement 20 angeordnet ist. Mittels eines Schwenkhebels 26, welcher an dem aus dem Gehäuse 18 herausragenden Ende des Schiebeelementes 20 befestigt ist, kann das Schiebeelement im vorliegende Ausführungsbeispiel um 180° verschwenkt werden. Aufgrund des Zusammenwirkens zwischen der Nocke 22 und der Kulisse 24 wird das Schiebeelement axial verschoben. Hierdurch wird das Riegelelement 16 von einer rückgezogenen Freigabeposition, welche in Fig. 1 dargestellt ist, in eine Verriegelungsposition gemäß Fig. 2 verstellt.
  • Das Riegelelement 16 ist an dem Schiebeelement 20 federnd gelagert. Hierzu weist das Riegelelement 16 eine mittige Bohrung 30 und das Schiebelement 20 einen mittigen Zapfen 32 auf. Zwischen der Bohrung 30 und dem Zapfen 32 ist eine Spiralfeder 34 angeordnet, welche das Schiebeelement 20 und das Riegelelement 16 auseinanderdrückt. Zur Begrenzung des Schiebeweges ist ein Schraubbolzen 36 mit einer Anschlagsmutter angeordnet.
  • In Fig. 4 ist schematisch ein Anschlussbereich 62 dargestellt, welcher am freien Ende eines Bohrgestänges angeschweißt werden kann. Der Anschlussbereich 62 weist Axialnuten 66 auf, welche zur Bildung einer Keilnutverbindung mit den Axialstegen 28 an der Innenseite der Aufnahmemuffe 12 korrespondieren. Zum Eingriff in das Riegelelement 16 ist als eine Ausnehmung 64 eine ringförmige Nut am Anschlussbereich 62 ausgebildet. Die Breite der Nut entspricht der Breite der Riegelelemente 16, so dass diese zur Bildung einer Axialsicherung in die Ausnehmung 64 eingreifen können.
  • In Fig. 5 ist die Anordnung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 10 an einem Bohrgerät 70 dargestellt. Das Bohrgerät 70 weist einen Mast 78 auf, entlang welchem ein Schlitten 76 verschiebbar geführt und angetrieben ist. An dem Schlitten ist ein Bohrantrieb 72 gelagert, welcher aus einem Motor und einem angeflanschten Getriebe besteht. An einer Ausgangswelle 74 des Bohrantriebes 72 ist die Aufnahmemuffe 12 der Kupplungsvorrichtung 10 angeschweißt. Zum Kuppeln eines Bohrgestänges 60 weist dieses den Anschlussbereich 62 auf, welcher vorausgehend im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben worden ist. Eine drehfeste Verbindung wird durch die miteinander korrespondierenden Keilnutprofile erreicht, während eine Axialsicherung durch die Riegelelemente 16 der Kupplungsvorrichtung 10 erreicht wird.

Claims (9)

  1. Kupplungsvorrichtung für Bohrgestänge (60) mit einer Aufnahmemuffe (12) zum Aufnehmen eines Anschlussbereiches (62) des Bohrgestänges (60), wobei mindestens eine Verriegelungseinrichtung (14) mit einem Riegelelement (16) vorgesehen ist, welches zwischen einer Freigabeposition und einer Verriegelungsposition verstellbar gelagert ist, in welcher das Riegelelement (16) in eine korrespondierende Ausnehmung (64) des Anschlussbereiches (62) eingreift,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass zur Axialsicherung die Ausnehmung (64) des Anschlussbereiches (62) als eine ringförmige Nut ausgebildet ist und
    - dass zum Bilden eines Keilnutprofiles an einer Innenseite der Aufnahmemuffe (12) Axialstege (28) angeordnet sind, welche zur Erzeugung einer Drehverbindung mit korrespondierenden Axialnuten (66) des Anschlussbereiches (62) in Eingriff bringbar sind.
  2. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verriegelungseinrichtung (14) ein Gehäuse (18) aufweist, welches an der Außenseite der Aufnahmemuffe (12) angeordnet ist, und
    dass in dem Gehäuse (18) ein Schiebeelement (20) zum Verstellen des Riegelelementes (16) gelagert ist.
  3. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schiebeelement (20) als ein schwenkbar gelagerter Bolzen mit einer Nocke (22) ausgebildet ist, welche in eine schräg verlaufende Kulisse (24) in dem Gehäuse (18) eingreift.
  4. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Verschwenken des Bolzens ein Schwenkhebel (26) vorgesehen ist, der an einem hinteren Bereich des Bolzens mit diesem verbunden ist.
  5. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Riegelelement (16) an dem Schiebeelement (20) in radialer Richtung verschiebbar und federnd gelagert ist.
  6. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass drei Verriegelungseinrichtungen (14) vorgesehen sind, welche gleichmäßig verteilt am Außenumfang der Aufnahmemuffe (12) angeordnet sind.
  7. Bohrgerät mit einem Bohrantrieb (72) zum Antreiben eines Bohrgestänges (60),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist.
  8. Bohrgerät nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Aufnahmemuffe (12) an der Ausgangswelle (74) des Bohrantriebes (72) angebracht ist.
  9. Bohrgerät nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bohrantrieb (72) an einem Schlitten (76) gelagert ist, welcher an einem Mast (78) verschiebbar geführt ist.
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