EP2252763A1 - Clamping head for an earth-drilling system - Google Patents

Clamping head for an earth-drilling system

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EP2252763A1
EP2252763A1 EP09716504A EP09716504A EP2252763A1 EP 2252763 A1 EP2252763 A1 EP 2252763A1 EP 09716504 A EP09716504 A EP 09716504A EP 09716504 A EP09716504 A EP 09716504A EP 2252763 A1 EP2252763 A1 EP 2252763A1
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EP
European Patent Office
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clamping
hollow shaft
head according
sleeve
clamping head
Prior art date
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EP09716504A
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German (de)
French (fr)
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EP2252763B1 (en
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Dietmar Scheider
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2252763B1 publication Critical patent/EP2252763B1/en
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/02Rod or cable suspensions
    • E21B19/06Elevators, i.e. rod- or tube-gripping devices
    • E21B19/07Slip-type elevators
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/16Connecting or disconnecting pipe couplings or joints
    • E21B19/161Connecting or disconnecting pipe couplings or joints using a wrench or a spinner adapted to engage a circular section of pipe

Definitions

  • the invention relates to a chuck for a Erdbohrstrom comprising a hollow shaft, through which a drill string is feasible, wherein coaxially on the hollow shaft, a sleeve is arranged displaceably to this, which has at least one, in particular downwardly flared, in particular conically widening end portion and wherein in the hollow shaft and / or on the sleeve at least two radially displaceable to the hollow shaft clamping jaws are mounted, which have at their radially outer end with the expanding end portion cooperating contact surfaces, so that by pushing the end portion of the clamping jaws they are radially inwardly pressed and form a first tensioning mechanism for a drill string.
  • the outer movable sleeve is often referred to with the widening end region as a clamping bell due to their external shape design.
  • the widening end region can here as described above, e.g. be formed cone-shaped, it may be provided that in the usual working position of such a clamping head of the expanding end portion of the sleeve is located at the lower end of this sleeve, so that the displacement of the clamping jaws takes place radially inwardly into the hollow shaft, when the sleeve on the hollow shaft is pushed down and thereby the tapered downwardly expanding end portion is pushed further and further over the ends of the clamping jaws.
  • the clamping jaws mentioned here can be in corresponding recesses in the hollow shaft eino, extending in the radial direction through the Hohlwellenwandung extend.
  • the jaws can be attached to both the hollow shaft and the sleeve movable, or on both elements.
  • the expanding region in the axial direction of the hollow shaft extending elongated holes through which pass from the outside screws, which are screwed at least in the lateral section substantially perpendicular to the contact surfaces of the clamping jaws to a loose connection to achieve between clamping jaws and sleeve.
  • the jaws loosely attached to the particular conically enlarged end portion in the sleeve and can move in the axial direction within the slots relative to the sleeve, so that it can be pushed over the jaws over.
  • clamping jaws are displaced radially inwardly into the hollow shaft with the sleeve, for example by a lowering of the sleeve relative to the hollow shaft, then the inner surfaces of the clamping jaws which apply to a drill string can come into contact with it, whereby an operative connection between clamping jaws and linkage can be achieved.
  • Such a conclusion can exist for example in a force and / or shape and / or frictional engagement.
  • the object of the invention is to provide a clamping head for a Erdbohrstrom, with which the possibility is created during a lifting movement for lifting a drill string from a borehole also carry out a torque transmission to simultaneously effect a rotation of the drill string during the lifting movement and so Lifting the drill string from the ground to simplify, as by turning the adhesion between the drill pipe and soil is reduced. It is another object of the invention to develop a clamping head so that a safe movement of the clamping jaws takes place by means of a sleeve displacement and preferably also that damage to a drill string can be avoided by the clamping jaws.
  • a clamping head of the type mentioned in which in the hollow shaft, a second clamping mechanism is provided by means of a drill string in the axial direction, at least in a lifting movement in the axial direction can be fixed.
  • the second clamping mechanism as well as the first clamping mechanism can be actuated by moving the sleeve which is displaceable on the hollow shaft. This has e.g. the advantage that only one drive must be present to move the sleeve.
  • both clamping mechanisms can be operated independently of each other, for example, one after the other or at the same time, for example by a synchronization in a higher-level control unit controlling the drives.
  • the drives can be in both versions eg each comprise at least one, preferably a plurality of evenly distributed in the hollow shaft cylinder-piston units.
  • Such a clamping head has the advantage of the invention that two different clamping mechanisms are realized in the same chuck, wherein one of the clamping mechanisms can be optimally adapted to transmit torque between the hollow shaft and drill pipe and the other clamping mechanism can be optimally adapted to a To transfer axial force optimally to the drill pipe, in particular a force to pull the drill pipe out of the ground.
  • the advantage according to the invention is furthermore achieved that both a lifting movement and a rotary movement can be exerted on the drill string simultaneously with the same clamping head. This can be done in the first alternative e.g. take place without that a special control must be provided, since both movements are coupled together.
  • the second clamping mechanism comprises at least two clamping elements preferably more clamping elements, for example three to five clamping elements, each clamping element having a radially outer guide surface which cooperates with a guide surface in the interior of the hollow shaft, so that a movement of a clamping element in the axial direction, in particular during a movement of the clamping element in the usual working position of the clamping head down a radial movement, in particular inward is effected.
  • a guide surface of a tensioning element may e.g. be formed in the shape of a portion of a truncated cone.
  • the clamping elements arranged in the hollow shaft are carried along in the same direction of movement at least in regions. According to the second alternative, the clamping elements are driven separately.
  • both alternatives is effected by a corresponding arrangement of the respective guide surfaces of the hollow shaft and the clamping elements that automatically takes place when moving in the axial direction and moving in the radial direction of the clamping elements, in particular so that they are wrapped around a form-fitting to a hollow shaft of the drill string can.
  • the kinematic implementation of an axial movement of the clamping elements in a radial movement taking place at the same time can take place, for example, in that the cooperating guide surfaces on clamping element and hollow shaft relative to the center axis of the hollow shaft have a tendency, in particular when viewed in section have an acute angle to this ,
  • a form fit between the clamping elements and a drill string can be achieved by provided on the clamping elements at their radially inner regions lying contact surfaces, which are adapted to a drill string in terms of their design, for example, to the diameter of a drill string, so that these contact surfaces, for example. have at least one cylindrical portion-shaped surface area and / or may also be adapted to a shoulder which is provided on the drill string, or a step at which the diameter of the drill string changes, in particular in the direction from top to bottom tapers.
  • Such a taper may or may occur at the shoulder or step, for example, by a right-angled step relative to the axis of the drill pipe by a conical step or possibly other shapes.
  • the contact surfaces of the clamping elements therefore also have surface areas which are adapted to such a shoulder or step, so that by a positive connection between the clamping elements and a drill pipe due to the abutment of the clamping elements on such a shoulder or step an axial lifting force on the drill string can be exercised when the contact surface rests against the shoulder / step, without the clamping elements in the axial direction relative to the drill pipe slip.
  • the contact surfaces can be arranged on a clamping element preferably at its upper or lower end.
  • a corresponding guide surface as counter surface for those guide surfaces on the respective clamping element, it may be provided in a preferred embodiment, in particular in both alternatives, that such a guide surface is formed inside the hollow shaft by a radially inwardly projecting annular region whose inner Recess forms a tapered, in particular frusto-conical lateral surface which is arranged coaxially about the center axis of the hollow shaft, in particular wherein said frustoconical surface is tapered downwards in the usual working position of the clamping head.
  • a frustoconical surface on the inner ring portion inside the hollow shaft has manufacturing advantages, since such a frustoconical surface can be achieved in a simple manner by an inner boring of a shaft.
  • this can be made of a solid material, a hollow shaft.
  • the radially outer guide surfaces of the clamping elements can furthermore be designed as outer conical surface areas corresponding to the frustoconical lateral surface. It turns out, if both the Guide surfaces on the clamping elements and the protruding annular region are frusto-conical, or form a portion of a frusto-conical lateral surface, that there is only one specific position in which the respective guide surfaces of the clamping element and ring area touching each other form fit, because outside this particular Position the respective diameter of the individual conical surfaces relative to the center axis of the hollow shaft do not match.
  • the respective guide surfaces of the clamping element and annular region are adapted to each other, that increases the positive connection between these corresponding guide surfaces with increasing positive engagement between the clamping elements and a drill pipe, ie in particular when the clamping elements by the Sleeve down and thus simultaneously pushed inward.
  • the second clamping mechanism can be designed so that in the moment when there is optimal positive engagement between the clamping elements and a drill pipe and an optimal positive connection between the corresponding guide surfaces is given. It will be optimally transferred the respective forces between the surfaces in this way while avoiding too high local pressures.
  • Such an embodiment also has the advantage that in a case when there is no positive connection between the clamping element and drill pipe or between the corresponding guide surfaces, these guide surfaces do not rest over their entire surface area but only selectively or linearly to each other, so that the friction between the guide surfaces is reduced in this position of the clamping elements.
  • the same configuration may also be provided between the guide surfaces on the clamping jaws of the first clamping mechanism and the conically widening end portion of the outer sleeve. All of the above statements regarding the construction of the guide surfaces between the clamping elements of the second clamping mechanism and the frusto-conical lateral surface of the annular region apply analogously to the clamping jaws of the first Clamping mechanism and the frusto-conical widening end portion of the sleeve.
  • the inner circumferential surface of the downwardly flared frustoconical end portion of the sleeve grooves in particular from top to bottom extending grooves having a flat groove bottom. It may be this groove bottom directly or indirectly via an intermediate element with flat contact surfaces of the clamping jaws of the first clamping mechanism in operative connection. Compared to frustoconical active surfaces, this design has the advantage that higher forces can be transmitted over the larger areas.
  • the groove bottom of a groove acts directly on a flat contact surface of a clamping jaw or in a preferred embodiment, that in a groove a guide element is fixed, in which a clamping jaw is guided with its a flat contact surface having end.
  • a guide element acting as an intermediate element may e.g. is formed as a U-profile with undercut profile legs, i. the inner free width between the profile legs is smaller in the upper area than in the lower area near the inner bottom of the U-profile.
  • the guide can then be formed by in the two side surfaces of a clamping jaw in the region of the stop surface having the end parallel to the plane stop surface formed grooves, which engage provided on a guide element projections, in particular the respective non-undercut portion of the profile legs.
  • a clamping element is displaceable in the axial direction on a bolt arranged parallel to the hollow shaft axis, which penetrates a clamping element or a radial outward-pointing projection arranged thereon.
  • a tilting of the clamping elements is avoided relative to the drill pipe.
  • a radial movement in particular inward is possible, it is preferably provided that such a bolt rests in a recess of the clamping element or its projection mentioned, which in extends in the radial direction, that is formed, for example, in the manner of a slot in the radial direction.
  • a movement of a clamping element in the axial direction of this can be performed in the axial direction of the bolt along this, but also simultaneously move perpendicular to the extension of the bolt in the radial direction.
  • the clamping elements are actuated by a movement of the outer sleeve.
  • an operative connection can be provided from the interior of the hollow shaft to the outer sleeve.
  • the clamping elements are movable by means of an arranged inside the hollow shaft actuator in the axial direction, in particular in the direction of increasing positive engagement relative to the drill string, wherein the actuating element is connected to the externally arranged on the hollow shaft sleeve by at least one radial web, which extends through a recess in the hollow shaft.
  • the clamping elements by means of at least one arranged inside the hollow shaft, actuating element in the axial direction, in particular in the direction of increasing positive engagement are movable, wherein the at least one actuating element with a pressure ring surrounding the sleeve by at least one radial web is connected, which extends through a recess in the hollow shaft, in particular wherein the at least one web is movable in a recess in the axial direction of the hollow shaft.
  • the pressure ring may preferably have a particular upper running surface, on which the second drive, in particular the hydraulic cylinder of the second drive, is supported by means of ball bearings and / or roller bearings.
  • the first drive or, in the first alternative, the single drive, in particular the hydraulic cylinder of this drive can be connected to a ring element surrounding the sleeve in the second and in particular also in the first alternative supported in the axial thrust direction via ball and / or roller bearings on the sleeve, in particular wherein the ball and / or roller bearings are enclosed between two surrounding the sleeve collar.
  • the thrust or tensile forces can be transmitted through different bearings on the sleeve, so in particular depending on a bearing or a group of bearings for the overrun phase and the traction phase can be provided.
  • a recess in the hollow shaft has a longitudinal extent in the axial direction of the hollow shaft, so that upon movement of the sleeve or a pressure ring in the axial direction, a web extending in the radial direction through such a recess in this axial direction within the recess is also movable.
  • the movement of a sleeve or a pressure ring on the outside of the hollow shaft can be transmitted into the interior of the hollow shaft characterized in that the actuator connected by the webs moves together with the sleeve.
  • the movement of the actuating element can then be transmitted to the clamping elements in various ways, for example, by an actuating element acting directly and directly on a clamping element or else by an actuating element acting indirectly via intermediate-mounted elements on a clamping element, as will be explained later.
  • an actuating element is annular, wherein the inner recess is provided to surround a drill string and wherein on the ring of this actuating element all clamping elements are movable simultaneously.
  • the aforementioned bolts, on which the clamping elements move along are fastened to the actuating element.
  • a fastening can be effected by means of a screw connection, it also being possible for the bolts to dip into guide bores which are provided on the annular region which is formed in the hollow shaft for forming the frustoconical guide surface region.
  • the bolts are arranged at a distance from the center axis around this, in particular in a uniform angular pitch, as well as the clamping elements movably attached thereto.
  • a clamping element in particular each clamping element which is provided in the hollow shaft, in the direction of increasing positive engagement and thus in particular in a downward direction relative to the usual working position against a restoring force be displaced.
  • Such a restoring force may, for example, be exerted by a compression spring, in particular one which is supported on one side, in particular on the underside, on the tensioning element and on the other side, in particular on the top of the annular area mentioned at the outset.
  • a compression spring surround a bolt also mentioned above.
  • Such a restoring force can also be generated by a compression spring whose one end is supported directly or indirectly via a ring on an inner shoulder of the hollow shaft adjacent to the particular frusto-conical outer surface and whose other end is supported directly or indirectly via a ring on a radial projecting upper portion of a clamping element, in particular supported from below.
  • the movement of the clamping elements in the direction of increasing positive locking against a restoring force has the advantage that the clamping element can be pressed by this restoring force in the axial direction to a realized on a drill string shoulder or step.
  • this causes that at the moment when the drill string a clamping element relieves this clamping element is pushed out by the restoring force from the positive connection between the guide surfaces, that is pressed, for example, based on the usual working position upwards.
  • the drill string is released from the clamping elements.
  • Such a relief between the drill pipe and the clamping element can be achieved, for example, when a drill pipe is placed after lifting by means of such a clamping head according to the invention on the ground and the clamping head moves relative to the drill string away from the shoulder of the drill string down in the axial direction of the drill string ,
  • the removal of the clamping elements in the radial direction from a drill pipe to the outside can be further supported in a development that the clamping elements, in particular at its upper end radially inwardly lying, in particular downwardly tapered truncated cone-shaped contact surfaces, by means of which in an operative connection arranged in the hollow shaft corresponding contact surfaces, a clamping element in an upward movement is radially outwardly displaceable, in particular when the respective clamping element moves axially upwards and thereby the respective contact surfaces come into operative connection.
  • the corresponding abutment surfaces arranged in the hollow shaft can be e.g. be formed by an outer lower frustoconical, in particular downwardly tapering portion of a coaxially mounted in the hollow shaft in the upper region of the tube.
  • This tube may e.g. be attached by an attached ring or collar or webs on the hollow shaft, in particular at its inner upper portion.
  • such a pressure spring is arranged directly between the actuating element and the clamping element or, in a particularly preferred embodiment, that such a compression spring is arranged between an actuating element and an intermediate element, e.g. an intermediate ring is arranged, which lies between the actuating element and the clamping element.
  • all clamping elements can be contacted simultaneously via such an intermediate ring.
  • spring elements can be arranged between the mutually facing annular surfaces of the intermediate ring and the actuating element, for example preferably at the positions at which the aforementioned bolts can extend from the actuating element through the intermediate ring and the clamping elements.
  • each of these springs can surround a bolt.
  • Such an embodiment according to the invention has the particular advantage that in the first drive alternative, a sleeve in the axial direction is movable relative to the hollow shaft, wherein initially by the indirect action of the actuating element on the compression springs, the clamping elements are movable into a positive connection with a drill string, said after Achieving this positive connection between the actuating element and clamping elements or actuator and intermediate ring an axial range of motion remains.
  • This axial movement range results here essentially by the fact that the compression springs are not fully compressed when the positive locking is reached. Accordingly, there remains an axial range of motion which is given by the compression of the compression springs obtained in positive engagement up to the maximum possible compression of the compression springs, for example when their turns abut one another or a separate stop is provided.
  • the design of the clamping head according to the invention can thus be such that due to this remaining range of motion even with existing positive connection between the clamping elements and the drill pipe, the outer sleeve in this given Movement range can be moved in the axial direction until an effective connection between the clamping jaws of the first clamping device and the drill pipe is formed. This conclusion can be given for example by a force and / or shape and / or frictional engagement between the jaws of the first clamping device and the drill pipe.
  • a particular perforated ring member is arranged which receives in its inner free diameter, the hollow shaft and which with an upstanding collar the Encompasses end area. This achieves a stabilization of the sleeve, which otherwise tends to spread when applying the compressive forces on the jaws. This spreading can be prevented by the stabilizing ring element.
  • the clamping jaws of the first clamping mechanism for example, have a surface design of cooperating with a drill string surface, which produce a good operative conclusion.
  • the surface may have a structuring and / or preferably a coating which acts as a friction lining.
  • Such a coating may, for example, have the effect of improving particles such as sand, diamonds etc .. So the force can be introduced over a large area in the drill pipe, whereby local damage fails.
  • the clamping head lowers relative to the drill string, whereby the positive connection between the drill string or the shoulder and the clamping elements is repealed and the clamping elements the spring load to be moved in the axial direction upwards and thus release the drill pipe.
  • the separate drive is to be actuated in order to produce or release the positive locking of the clamping elements.
  • the device according to the invention it is preferably provided in both drive alternatives to arrange the second clamping mechanism relative to a usual working position of the clamping head above said first clamping mechanism. It is also possible to reverse this arrangement.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a clamping head according to the invention of the first drive alternative
  • FIG. 2 shows a detail view with the spring arrangement according to FIG. 1
  • Figure 3 is a perspective view of a clamping head of the second
  • Figure 4 is a sectional view of the clamping head of Figure 3
  • Figure 5 is a representation of a clamping element Figure 6, the sole representation of the hollow shaft Figure 7, the sole representation of the sleeve Figure 8, the sole representation of a clamping jaw of the first
  • FIG. 1 shows a side sectional view of a clamping head according to the invention of the type generally described in the first drive alternatives. Visible here is a hollow shaft 3, on the coaxial and axially movable sleeve 1 is arranged, the lower end portion widens conically in the present embodiment down.
  • radial recesses 3d are provided in the vicinity of the lower end, pass through the clamping jaws 2 in the radial direction, which can enter into an operative conclusion with their inner surfaces 2a a form fit, force or frictional engagement with a drill string 9, if this Clamping jaws 2 are radially displaced maximally inwards.
  • the areas 2a may be e.g. have a toothed surface.
  • the clamping jaws 2 have radially outer contact surfaces 2b, which are formed corresponding to the inner conical surface 1b of the lower end portion of the sleeve.
  • the adjustment of the corresponding surface areas may be such that they enter into a maximum positive fit, although the effective connection between the radially inner surfaces 2a and the drill string is given, so substantially the sleeve 1 is also shifted maximum down.
  • a second clamping mechanism can also be seen in the interior of the hollow shaft above the clamping jaws 2, which for example comprises a plurality of, in particular four, clamping elements 4 which are arranged coaxially to the center axis 10 of the drill pipe 9 or the hollow shaft 3 and have radially inwardly lying contact surfaces 4b , which are designed to be positively applied to the drill pipe 9 and its shoulder 9a.
  • the drill string 9 tapers from top to bottom, in this case conical / conical.
  • the clamping elements 4 further have radially outer guide surfaces 4a, which are arranged at an acute angle to the center axis relative to this sectional view and which are further formed corresponding to guide surfaces 3a in the interior of the hollow shaft 3.
  • These guide surfaces 3a inside the hollow shaft 3 can here be formed in the form of an annular region 3b which extends radially inward from the Hohlwellenwandung the hollow shaft 3 and having a coaxial to the center axis recess which is frusto-conical and tapers towards the bottom.
  • the corresponding guide surfaces 4a and 3a on the clamping elements and the annular portion 3b of the hollow shaft 3 are adapted to each other that at the maximum fit shown here between the clamping elements 4 and the drill string 9 and a best fit between the radially outer guide surfaces 4a of the clamping elements and the inner frusto-conical surface portion 3a of the annular region 3b results.
  • the clamping elements 4 have in their upper region a projection 4c pointing radially outwards, through which guide pins 6 pass. Through these guide pins, the clamping elements are guided in the axial direction and held their position, further provided in said radial projections 4c of the clamping elements 4 here in the radial direction slots are provided so that in an axial movement of the clamping elements 4 from top to bottom and the Guide between the surfaces 3a and 4a at the same time the clamping elements 4 can be moved radially inward in the game of said slots.
  • an actuating element 5 is provided as a driver for the clamping elements 4, which is formed substantially annular and surrounds the drill string 9 and which is connected by webs through recesses 3 c with the outer sleeve 1.
  • an intermediate ring 5a is further arranged here, which simultaneously contacts all the clamping elements 4 from above.
  • a so-called closing compression spring 8 is arranged, which is provided to indirectly transmit the movement of the actuating element 5 with the sleeve 1 via the spring 8 to the intermediate ring 5a and thus to the clamping elements 4.
  • the clamping elements 4 are pressed by the spring forces acting through the compression springs 8 in the axial direction down in the direction of increasing positive engagement, but not by the forces on the sleeve, for example with a hydraulic drive device or with the sleeve on the jaws. 2 be exercised. It can also be seen here, in particular from FIG.
  • This gap 10 provides a range of motion, in which the sleeve 1, even if maximum positive engagement between the clamping elements 4 and the drill string 9 is achieved, can be moved even further down, so the jaws 2 with maximum force on the drill string 9 to press. It thus causes first the drill string 9 is fixed in the axial direction due to the achieved fit between the shoulder 9a and the Clamping elements 4 and the further also by the operative connection between the clamping jaws 2 and the drill pipe 9, a torque can be transmitted to this by a rotation of the hollow shaft 3. Thus, when lifting the drill string 9 this can also be rotated at the same time, which simplifies the lifting process.
  • FIGS 3 and 4 show a clamping head according to the invention of the second alternative, in which separate actuators, here hydraulic cylinder-piston units are used for actuating the first and second clamping mechanism.
  • separate actuators here hydraulic cylinder-piston units are used for actuating the first and second clamping mechanism.
  • the sleeve 1 has, above the widening region 1b, two spaced-apart collars 1c and 1d, of which the collar 1c is integral with the sleeve 1 and the collar 1d is formed by a ring which can be screwed onto the sleeve. Both collars enclose bearings 11a and 11b, bearing a downward force (thrust) with bearings 11a and an upward force (traction) with bearing 11b on the sleeve. This force is introduced by means of a surrounding the sleeve 1 ring member 12 through the bearings in the sleeve.
  • the first drive is hereby constituted by the cylinder-piston assemblies 13 which are mounted on the ring member 12 e.g. are attached to the piston rod and have a uniform Wtnkelverotti around the ring member around.
  • the second drive also comprises cylinder-piston assemblies 14 with uniform angular distribution around the chuck, which introduce the force generated on ball and / or roller bearings 15 on a running surface 16a of a pressure ring 16, by the not shown here recesses 17 in the hollow shaft. 3 is connected by webs with an annular actuating element 5, so that the movement of the pressure ring 16 is transmitted to the interior of the hollow shaft 3.
  • the actuating element 5 acts directly from above on the clamping elements 4, in particular on the upper radially outwardly projecting edge 4c.
  • the Clamping element 4 used here is shown in detail in FIG. 5 with the reference numerals corresponding to FIGS. 1 and 2.
  • a clamping element 4 nor a stop surface 4d at the inner upper portion which has the shape of a portion of a truncated cone and cooperates here with corresponding stop surfaces 17a at the frusto-conical lower end of a tube 17 that coaxially in the Hollow shaft 3 is attached via the ring member 17b and a drill string 9 surrounds.
  • FIG. 4 also shows a compression spring mechanism 18 for applying force to the clamping element 4 in the opening direction.
  • a spring is inserted between two rings, wherein the lower ring rests against an inner shoulder above the frusto-conical inner lateral surface 3a of the hollow shaft 3 and the upper ring at the bottom of the projecting portion 4c of a clamping element.
  • the spring mechanism is shown for the sake of clarity in the compressed position, but the clamping elements 4 in the pushed-up position.
  • FIGS. 3 and 4 furthermore show that a flange 3e is arranged on top of the hollow shaft 3, which flange can be connected by means of a clamping ring 19 to the corresponding flange 20 of a rotary drive in order to rotate the hollow shaft 3 and sleeve 1 with respect to a carrier element, not shown here. on which both drives 13 and 14 are attached.
  • a funnel-shaped insertion piece 21 to facilitate the insertion of the drill string 9.
  • This insertion piece 21 may be removably disposed below in the hollow shaft 3.
  • a stabilizing ring 22 is arranged, which surrounds the sleeve with its upstanding outer collar below and thus prevents spreading of the sleeve 1 under load.
  • FIGS. 6 and 7 show the hollow shaft 3 and the sleeve 1 as separate components.
  • Figure 7 can be seen in the sleeve 1 that these in the preferred embodiment here Groove 23 in the inner frusto-conical lateral surface 1b which extend from top to bottom and have a uniform angular pitch.
  • the grooves 23 have plane groove bases into which the guide elements 24 according to FIGS. 9 and 10 can be inserted.
  • These guide elements 24 have the shape of a U-profile with a planar inner base 24a and profile legs 24b which protrude inwardly at the outer region with a step, so that the guide element 24 forms an undercut groove.
  • the height of the guide elements 24 can decrease in relation to the subsequent positioning in a groove 23 ach upwards.
  • the guide element 24 forms a rail guide for a respective clamping jaw 2 of the first clamping mechanism, which has on its two sides in each case a groove 2c, which runs parallel to the surface thereof near the contact surface 2b which is planned here.
  • the groove 2c In the groove 2c, the non-undercut portion 24c of each profile leg 24b of a guide element 24 eino, whereby the clamping jaw 2 is guided in the sleeve safely.
  • the plane contact surface 2b bears against the planar inner base 24a, in particular so that large forces can be transmitted.

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Abstract

The invention relates to a clamping head for an earth-drilling system comprising a hollow shaft (3) through which a drill pipe (9) can be guided, wherein a sleeve (1) is arranged coaxially on the hollow shaft (3) in such a way that it can move relative thereto, said sleeve having at least one widening end region (1b), in particular a downwardly widening end region which particularly widens in a conical shape, and wherein at least two clamping jaws (2) which can move radially with respect to the hollow shaft (3) are mounted in the hollow shaft (3) and/or on the sleeve (1), said clamping jaws being provided at their radially outer end with run-on surfaces (2b) interacting with the widening end region (1b), such that the clamping jaws (2) can be pressed radially inward as a result of the end region (1b) sliding over them and form a first clamping mechanism for a drill pipe (9), in particular such that a torque can be transmitted between the hollow shaft (3) and drill pipe (9) as a result of an interaction between the clamping jaws (2) and drill pipe (9), wherein a second clamping mechanism is provided in the hollow shaft (3) and can be used to secure a drill pipe (9) in the axial direction, in particular in order to draw a drill pipe (9) from the ground in the axial direction.

Description

Spannkopf für eine Erdbohranlage Clamping head for an earth boring machine
Die Erfindung betrifft einen Spannkopf für eine Erdbohranlage umfassend eine Hohlwelle, durch die hindurch ein Bohrgestänge führbar ist, wobei koaxial auf der Hohlwelle eine Hülse verschieblich zu dieser angeordnet ist, die wenigstens einen sich, insbesondere nach unten erweiternden, insbesondere kegelförmig erweiternden Endbereich aufweist und wobei in der Hohlwelle und / oder an der Hülse wenigstens zwei radial zur Hohlwelle verschiebliche Spannbacken gelagert sind, die an Ihrem radial außenliegenden Ende mit dem sich erweiternden Endbereich zusammenwirkende Anlaufflächen aufweisen, so dass durch ein Schieben des Endbereiches über die Spannbacken diese radial nach innen drückbar sind und einen ersten Spannmechanismus für ein Bohrgestänge bilden.The invention relates to a chuck for a Erdbohranlage comprising a hollow shaft, through which a drill string is feasible, wherein coaxially on the hollow shaft, a sleeve is arranged displaceably to this, which has at least one, in particular downwardly flared, in particular conically widening end portion and wherein in the hollow shaft and / or on the sleeve at least two radially displaceable to the hollow shaft clamping jaws are mounted, which have at their radially outer end with the expanding end portion cooperating contact surfaces, so that by pushing the end portion of the clamping jaws they are radially inwardly pressed and form a first tensioning mechanism for a drill string.
Dabei ist es vorgesehen die genannte Hülse mittels eines hydraulischen Antriebs zu bewegen.It is envisaged to move said sleeve by means of a hydraulic drive.
Derartige Spannköpfe sind im Stand der Technik bekannt. Dabei wird oftmals die äußere bewegliche Hülse mit dem sich erweiterndem Endbereich auch als Spannglocke bezeichnet aufgrund Ihrer äußeren Formgestaltung. Der sich erweiternde Endbereich kann hier wie eingangs gesagt z.B. kegelförmig ausgebildet sein, wobei es vorgesehen sein kann, dass in der üblichen Arbeitsposition eines solchen Spannkopfes der sich erweiternde Endbereich der Hülse am unteren Ende dieser Hülse befindet, so dass das Verschieben der Spannbacken radial nach innen in die Hohlwelle hinein erfolgt, wenn die Hülse auf der Hohlwelle nach unten geschoben wird und hierdurch der sich kegelförmig nach unten erweiternde Endbereich immer weiter über die Enden der Spannbacken geschoben wird.Such clamping heads are known in the art. In this case, the outer movable sleeve is often referred to with the widening end region as a clamping bell due to their external shape design. The widening end region can here as described above, e.g. be formed cone-shaped, it may be provided that in the usual working position of such a clamping head of the expanding end portion of the sleeve is located at the lower end of this sleeve, so that the displacement of the clamping jaws takes place radially inwardly into the hollow shaft, when the sleeve on the hollow shaft is pushed down and thereby the tapered downwardly expanding end portion is pushed further and further over the ends of the clamping jaws.
Die hier genannten Spannbacken können dabei in korrespondierenden Ausnehmungen in der Hohlwelle einliegen, die sich in radialer Richtung durch die Hohlwellenwandung erstrecken. Die Spannbacken können dabei sowohl an der Hohlwelle als auch an der Hülse beweglich befestigt sein, bzw. an beiden Elementen. In einer Ausführung ist es dabei bekannt, dass der sich erweiternde Bereich in axialer Richtung der Hohlwelle sich erstreckende Langlöcher aufweist, durch die von außen Schrauben hindurchreichen, die zumindest im seitlichen Schnitt im wesentlichen senkrecht in die Anlaufflächen der Spannbacken eingeschraubt sind, um eine lose Verbindung zwischen Spannbacken und Hülse zu erzielen. So sind die Spannbacken am insbesondere kegelförmig erweiterten Endbereich in der Hülse lose befestigt und können sich in axialer Richtung innerhalb der Langlöcher relativ zur Hülse bewegen, so dass diese über die Spannbacken hinüber geschoben werden kann.The clamping jaws mentioned here can be in corresponding recesses in the hollow shaft einliegen, extending in the radial direction through the Hohlwellenwandung extend. The jaws can be attached to both the hollow shaft and the sleeve movable, or on both elements. In one embodiment, it is known that the expanding region in the axial direction of the hollow shaft extending elongated holes through which pass from the outside screws, which are screwed at least in the lateral section substantially perpendicular to the contact surfaces of the clamping jaws to a loose connection to achieve between clamping jaws and sleeve. Thus, the jaws loosely attached to the particular conically enlarged end portion in the sleeve and can move in the axial direction within the slots relative to the sleeve, so that it can be pushed over the jaws over.
Werden mit der Hülse die Spannbacken radial nach innen in die Hohlwelle verschoben, zum Beispiel durch ein Absenken der Hülse relativ zur Hohlwelle, so können die inneren Flächen der Spannbacken, die auf ein Bohrgestänge zuweisen, mit diesem in Kontakt kommen, wodurch ein Wirkschluss zwischen Spannbacken und Gestänge erzielt werden kann. Ein solcher Wirkschluss kann zum Beispiel in einem Kraft- und / oder Form- und / oder Reibschluss bestehen. Es besteht so die Möglichkeit, zwischen der Hohlwelle und einem Bohrgestänge ein Drehmoment zu übertragen, also eine Rotation des Bohrgestänges im Erdreich dadurch zu erzielen, dass die Hohlwelle gedreht wird.If the clamping jaws are displaced radially inwardly into the hollow shaft with the sleeve, for example by a lowering of the sleeve relative to the hollow shaft, then the inner surfaces of the clamping jaws which apply to a drill string can come into contact with it, whereby an operative connection between clamping jaws and linkage can be achieved. Such a conclusion can exist for example in a force and / or shape and / or frictional engagement. There is thus the possibility of transmitting a torque between the hollow shaft and a drill pipe, that is to achieve a rotation of the drill pipe in the soil in that the hollow shaft is rotated.
Im Stand der Technik sind weiterhin separate Vorrichtungen bekannt, mittels denen die Möglichkeit besteht, ein Bohrgestänge mittels der Erdbohranlage wieder aus einer ins Erdreich eingebrachten Bohrung herauszuziehen. Im Stand der Technik ist es bekannt hierfür vorgesehene Vorrichtungen, die auch als Elevatorkopf bezeichnet werden, separat zu einem Spannkopf der eingangs genannten Art an einer Bohranlage vorzusehen.In the prior art, separate devices are still known, by means of which there is the possibility of pulling a drill pipe by means of the Erdbohranlage again from a hole introduced into the ground. In the prior art, it is known devices provided for this purpose, which are also referred to as elevator head, to provide separately to a chuck of the type mentioned in a drilling rig.
Aufgrund dieser separaten Anordnung kann daher mittels einer Erdbohranlage entweder nur ein Bohrgestänge gehoben werden oder aber ein Bohrgestänge gedreht werden. Eine Überlagerung beider Bewegungen ist mit den im Stand der Technik bekannten Erdbohranlagen nicht möglich, bzw. bedarf einen erheblichen Steuerungsaufwand, um beide eingangs genannten Köpfe in ihrer Bewegung aufeinander abzustimmen.Because of this separate arrangement can therefore be raised by means of a Erdbohranlage either only a drill pipe or a drill pipe to be rotated. A superposition of both movements is not possible with the well-known in the art Erdbohranlagen, or requires a considerable Control effort to coordinate both heads mentioned above in their movement.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spannkopf für eine Erdbohranlage bereitzustellen, mit dem die Möglichkeit geschaffen wird, bei einer Hebebewegung zum Heben eines Bohrgestänges aus einem Bohrloch auch eine Drehmomentübertragung vorzunehmen, um bei der Hebebewegung gleichzeitig eine Drehung des Bohrgestänges bewirken zu können und so das Heben des Bohrgestänges aus dem Erdreich zu vereinfachen, da durch ein Drehen die Haftung zwischen Bohrgestänge und Erdreich vermindert wird. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung einen Spannkopf so weiterzubilden, dass ein sicheres Bewegen der Spannbacken mittels einer Hülsenverschiebung erfolgt und bevorzugt auch, dass Beschädigungen an einem Bohrgestänge durch die Spannbacken vermieden werden.The object of the invention is to provide a clamping head for a Erdbohranlage, with which the possibility is created during a lifting movement for lifting a drill string from a borehole also carry out a torque transmission to simultaneously effect a rotation of the drill string during the lifting movement and so Lifting the drill string from the ground to simplify, as by turning the adhesion between the drill pipe and soil is reduced. It is another object of the invention to develop a clamping head so that a safe movement of the clamping jaws takes place by means of a sleeve displacement and preferably also that damage to a drill string can be avoided by the clamping jaws.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Spannkopf der eingangs genanten Art, bei dem in der Hohlwelle ein zweiter Spannmechanismus vorgesehen ist, mittels dem ein Bohrgestänge in axialer Richtung, zumindest bei einer Hebebewegung in axialer Richtung festlegbar ist.This object is achieved according to the invention by a clamping head of the type mentioned, in which in the hollow shaft, a second clamping mechanism is provided by means of a drill string in the axial direction, at least in a lifting movement in the axial direction can be fixed.
Dabei kann es in einer ersten möglichen Ausführung vorgesehen sein, dass der zweite Spannmechanismus ebenso wie der erste Spannmechanismus durch ein Bewegen der auf der Hohlwelle verschieblichen Hülse betätigbar ist. Dies hat z.B. den Vorteil, dass nur ein Antrieb vorhanden sein muss, um die Hülse zu bewegen.It may be provided in a first possible embodiment that the second clamping mechanism as well as the first clamping mechanism can be actuated by moving the sleeve which is displaceable on the hollow shaft. This has e.g. the advantage that only one drive must be present to move the sleeve.
In einer anderen alternativen Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass die Hülse zur Betätigung des ersten Spannmechanismus mittels eines ersten Antriebs, insbesondere hydraulischen Antriebs relativ zur Hohlwelle verschiebbar ist und der zweite Spannmechanismus mit einem vom ersten Antrieb unabhängigen zweiten Antrieb betätigbar ist, insbesondere wobei beide Antriebe mit einer Seite an einem gemeinsamen Trägerelement befestigt sind. So können beide Spannmechanismen unabhängig voneinander betrieben werden, z.B. zeitlich nacheinander oder aber auch zeitgleich, beispielsweise durch eine Synchronisation in einer die Antriebe steuernden übergeordneten Steuereinheit. Die Antriebe können dabei in beiden Ausführungen z.B. je wenigstens ein, bevorzugt mehrere gleichmäßig im die Hohlwelle verteilte Zylinder- Kolben-Aggregate umfassen.In another alternative embodiment, it can also be provided that the sleeve for actuating the first clamping mechanism by means of a first drive, in particular hydraulic drive relative to the hollow shaft is displaceable and the second clamping mechanism is actuated with a second drive independent of the first drive, in particular both Drives are fixed with one side to a common support element. Thus, both clamping mechanisms can be operated independently of each other, for example, one after the other or at the same time, for example by a synchronization in a higher-level control unit controlling the drives. The drives can be in both versions eg each comprise at least one, preferably a plurality of evenly distributed in the hollow shaft cylinder-piston units.
Ein derartiger Spannkopf gemäß beiden Alternativen hat den erfindungsgemäßen Vorteil, dass zwei verschiedene Spannmechanismen in demselben Spannkopf realisiert sind, wobei einer der Spannmechanismen optimal angepasst sein kann, um ein Drehmoment zwischen Hohlwelle und Bohrgestänge zu übertragen und der andere Spannmechanismus optimal angepasst sein kann, um eine axiale Kraftausübung optimal auf das Bohrgestänge zu übertragen, insbesondere eine Kraftausübung, um das Bohrgestänge aus dem Erdreich heraus zu ziehen.Such a clamping head according to both alternatives has the advantage of the invention that two different clamping mechanisms are realized in the same chuck, wherein one of the clamping mechanisms can be optimally adapted to transmit torque between the hollow shaft and drill pipe and the other clamping mechanism can be optimally adapted to a To transfer axial force optimally to the drill pipe, in particular a force to pull the drill pipe out of the ground.
Aufgrund der Kombination beider jeweiligen Spannmechanismen in einer Anordnung wird dabei weiterhin der erfindungsgemäße Vorteil erzielt, dass mit demselben Spannkopf sowohl eine Hubbewegung als auch eine Drehbewegung gleichzeitig auf das Bohrgestänge ausgeübt werden kann. Dies kann in der ersten Alternative z.B. erfolgen ohne dass hierfür eine besondere Steuerung vorgesehen sein muss, da beide Bewegungen aneinander gekoppelt sind.Due to the combination of both respective clamping mechanisms in one arrangement, the advantage according to the invention is furthermore achieved that both a lifting movement and a rotary movement can be exerted on the drill string simultaneously with the same clamping head. This can be done in the first alternative e.g. take place without that a special control must be provided, since both movements are coupled together.
In beiden Alternativen kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der zweite Spannmechanismus wenigstens zwei Spannelemente bevorzugt noch mehr Spannelemente, beispielsweise drei bis fünf Spannelemente umfasst, wobei jedes Spannelement eine radial außenliegende Führungsfläche aufweist, die mit einer Führungsfläche im Inneren der Hohlwelle zusammenwirkt, so dass durch ein Bewegen eines Spannelementes in axialer Richtung, insbesondere bei einer Bewegung des Spannelementes in der üblichen Arbeitsposition des Spannkopfes nach unten ein radiales Bewegen, insbesondere nach innen bewirkbar ist. Eine solche Führungsfläche eines Spannelementes kann z.B. in der Form eines Abschnitts eines Kegelstumpfes gebildet sein.In both alternatives, it may be provided according to the invention that the second clamping mechanism comprises at least two clamping elements preferably more clamping elements, for example three to five clamping elements, each clamping element having a radially outer guide surface which cooperates with a guide surface in the interior of the hollow shaft, so that a movement of a clamping element in the axial direction, in particular during a movement of the clamping element in the usual working position of the clamping head down a radial movement, in particular inward is effected. Such a guide surface of a tensioning element may e.g. be formed in the shape of a portion of a truncated cone.
Hierbei ist es in der ersten Alternative vorgesehen, wie eingangs genannt, dass die einzelnen Spannelemente des zweiten Spannmechanismus bewegt werden, wenn mittels der außen auf der Hohlwelle angeordneten Hülse eine axiale Bewegung insbesondere in der üblichen Arbeitsposition nach unten ausgeführt wird. Hierfür ist eine mechanische Wirkverbindung zwischen äußerer Hülse und inneren Spannelementen vorgesehen, die sich beispielsweise durch die Wandung der Hohlwelle erstrecken kann.Here, it is provided in the first alternative, as mentioned at the outset, that the individual clamping elements of the second clamping mechanism are moved, if by means of the sleeve arranged on the outside of the hollow shaft, an axial movement is carried out in particular in the usual working position down. For this purpose, a mechanical operative connection between outer sleeve and inner Clamping elements provided, which may extend for example through the wall of the hollow shaft.
So kann erzielt werden, dass durch das Bewegen der Hülse außen auf der Hohlwelle die in der Hohlwelle angeordneten Spannelemente in der gleichen Bewegungsrichtung zumindest bereichsweise mitgeführt werden. Gemäß der zweiten Alternative sind die Spannelemente separat angetrieben.It can thus be achieved that by moving the sleeve on the outside of the hollow shaft, the clamping elements arranged in the hollow shaft are carried along in the same direction of movement at least in regions. According to the second alternative, the clamping elements are driven separately.
In beiden Alternativen wird durch eine entsprechende Anordnung der jeweiligen Führungsflächen der Hohlwelle und der Spannelemente bewirkt, dass beim Bewegen in axialer Richtung automatisch auch ein Bewegen in radialer Richtung der Spannelemente erfolgt, insbesondere so, dass diese formschlüssig um ein von der Hohlwelle umfasstes Bohrgestänge herumgelegt werden können.In both alternatives is effected by a corresponding arrangement of the respective guide surfaces of the hollow shaft and the clamping elements that automatically takes place when moving in the axial direction and moving in the radial direction of the clamping elements, in particular so that they are wrapped around a form-fitting to a hollow shaft of the drill string can.
Die kinematische Umsetzung einer axialen Bewegung der Spannelemente in eine gleichzeitig erfolgende radiale Bewegung kann hierbei beispielsweise dadurch erfolgen, dass die miteinander zusammenwirkenden Führungsflächen an Spannelement und Hohlwelle relativ zur Mittenachse der Hohlwelle eine Neigung aufweisen, insbesondere bei einer Betrachtung im Schnitt einen spitzen Winkel zu dieser aufweisen.The kinematic implementation of an axial movement of the clamping elements in a radial movement taking place at the same time can take place, for example, in that the cooperating guide surfaces on clamping element and hollow shaft relative to the center axis of the hollow shaft have a tendency, in particular when viewed in section have an acute angle to this ,
Ein Formschluss zwischen den Spannelementen und einem Bohrgestänge kann dabei durch an den Spannelementen vorgesehenen an deren radialen inneren Bereichen liegende Anlageflächen erzielt werden, die hinsichtlich ihrer Formgestaltung an ein Bohrgestänge angepasst sind, beispielsweise also an den Durchmesser eines Bohrgestänges, so dass diese Anlageflächen z.B. zumindest einen zylinderabschnittförmigen Flächenbereich aufweisen und / oder auch an eine Schulter angepasst sein können, die am Bohrgestänge vorgesehen ist, bzw. eine Stufe an der sich der Durchmesser des Bohrgestänges ändert, insbesondere in der Richtung von oben nach unten verjüngt.A form fit between the clamping elements and a drill string can be achieved by provided on the clamping elements at their radially inner regions lying contact surfaces, which are adapted to a drill string in terms of their design, for example, to the diameter of a drill string, so that these contact surfaces, for example. have at least one cylindrical portion-shaped surface area and / or may also be adapted to a shoulder which is provided on the drill string, or a step at which the diameter of the drill string changes, in particular in the direction from top to bottom tapers.
Eine solche Verjüngung kann an der genannten Schulter bzw. Stufe beispielsweise durch eine rechtwinklige Stufe relativ zur Achse des Bohrgestänges erfolgen oder auch durch eine kegelförmige Stufe bzw. eventuelle andere Formgestaltungen. Die Anlageflächen der Spannelemente weisen demnach auch Flächenbereiche auf, die an eine derartige Schulter bzw. Stufe angepasst sind, so dass durch einen Formschluss zwischen den Spannelementen und einem Bohrgestänge aufgrund der Anlage der Spannelemente an einer derartigen Schulter bzw. Stufe eine axiale Hebekraft auf das Bohrgestänge ausgeübt werden kann, wenn die Anlagefläche an der Schulter / Stufe anliegt, ohne dass die Spannelemente in axialer Richtung relativ zum Bohrgestänge verrutschen. Die Anlageflächen können dabei an einem Spannelement bevorzugt an dessen oberen oder dessen unteren Ende angeordnet sein.Such a taper may or may occur at the shoulder or step, for example, by a right-angled step relative to the axis of the drill pipe by a conical step or possibly other shapes. The contact surfaces of the clamping elements therefore also have surface areas which are adapted to such a shoulder or step, so that by a positive connection between the clamping elements and a drill pipe due to the abutment of the clamping elements on such a shoulder or step an axial lifting force on the drill string can be exercised when the contact surface rests against the shoulder / step, without the clamping elements in the axial direction relative to the drill pipe slip. The contact surfaces can be arranged on a clamping element preferably at its upper or lower end.
Um eine entsprechende Führungsfläche als Gegenfläche für diejenigen Führungsflächen am jeweiligen Spannelement zu erhalten, kann es in einer bevorzugten Ausführung, insbesondere bei beiden Alternativen, vorgesehen sein, dass eine solche Führungsfläche im Inneren der Hohlwelle gebildet ist durch einen radialen nach innen vorspringenden Ringbereich, dessen innere Ausnehmung eine sich verjüngende, insbesondere kegelstumpfförmige Mantelfläche bildet, die koaxial um die Mittenachse der Hohlwelle angeordnet ist, insbesondere wobei diese kegelstumpfförmige Mantelfläche in der üblichen Arbeitsposition des Spannkopfes nach unten verjüngend ausgebildet ist. Gerade durch die Verjüngung nach unten wird hier erzielt, dass bei einer Abwärtsbewegung der Spannelemente innerhalb des Spannkopfes ein Verschieben dieser Spannelemente radial nach innen erfolgt, wenn die Führungsfläche am Spannelement an der kegelstumpfförmigen Mantelfläche des Ringbereiches entlang gleitet.In order to obtain a corresponding guide surface as counter surface for those guide surfaces on the respective clamping element, it may be provided in a preferred embodiment, in particular in both alternatives, that such a guide surface is formed inside the hollow shaft by a radially inwardly projecting annular region whose inner Recess forms a tapered, in particular frusto-conical lateral surface which is arranged coaxially about the center axis of the hollow shaft, in particular wherein said frustoconical surface is tapered downwards in the usual working position of the clamping head. Just by the downward taper is achieved here that during a downward movement of the clamping elements within the clamping head, a displacement of these clamping elements takes place radially inwardly when the guide surface slides on the clamping element on the frusto-conical lateral surface of the ring area along.
Die Ausbildung einer kegelstumpfförmigen Mantelfläche am inneren Ringbereich innen in der Hohlwelle hat fertigungstechnische Vorteile, da eine solche kegelstumpfförmige Mantelfläche in einfacher Weise durch ein inneres Ausdrehen einer Welle erzielt werden kann. Beispielsweise kann hierfür eine Hohlwelle aus einem Vollmaterial gefertigt werden.The formation of a frustoconical surface on the inner ring portion inside the hollow shaft has manufacturing advantages, since such a frustoconical surface can be achieved in a simple manner by an inner boring of a shaft. For example, this can be made of a solid material, a hollow shaft.
Die radial außen liegenden Führungsflächen der Spannelemente können weiterhin als zu der kegelstumpfförmigen Mantelfläche korrespondierende äußere Kegelmantelflächenbereiche ausgebildet sein. Dabei ergibt es sich, wenn sowohl die Führungsflächen an den Spannelementen als auch die an dem vorspringenden Ringbereich kegelstumpfförmig ausgebildet sind, bzw. einen Abschnitt bilden aus einer kegelstumpfförmigen Mantelfläche, dass es nur eine bestimmte Position gibt, in der die jeweiligen Führungsflächen von Spannelement und Ringbereich einander formschlüssig berühren, da außerhalb dieser bestimmten Lage die jeweiligen Durchmesser der einzelnen Kegelflächen relativ zur Mittenachse der Hohlwelle nicht zueinander passen.The radially outer guide surfaces of the clamping elements can furthermore be designed as outer conical surface areas corresponding to the frustoconical lateral surface. It turns out, if both the Guide surfaces on the clamping elements and the protruding annular region are frusto-conical, or form a portion of a frusto-conical lateral surface, that there is only one specific position in which the respective guide surfaces of the clamping element and ring area touching each other form fit, because outside this particular Position the respective diameter of the individual conical surfaces relative to the center axis of the hollow shaft do not match.
Es ist daher in einer bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass die jeweiligen Führungsflächen von Spannelement und Ringbereich so aneinander angepasst sind, dass sich der Formschluss zwischen diesen korrespondierenden Führungsflächen mit zunehmendem Formschluss zwischen den Spannelementen und einem Bohrgestänge erhöht, also insbesondere dann, wenn die Spannelemente durch die Hülse nach unten und damit gleichzeitig nach innen geschoben werden.It is therefore provided in a preferred embodiment, that the respective guide surfaces of the clamping element and annular region are adapted to each other, that increases the positive connection between these corresponding guide surfaces with increasing positive engagement between the clamping elements and a drill pipe, ie in particular when the clamping elements by the Sleeve down and thus simultaneously pushed inward.
So kann der zweite Spannmechanismus so ausgeführt sein, dass in dem Augenblick wenn optimaler Formschluss zwischen den Spannelementen und einem Bohrgestänge besteht auch ein optimaler Formschluss zwischen den korrespondierenden Führungsflächen gegeben ist. Es werden auf diese Art und Weise optimal die jeweiligen Kräfte zwischen den Flächen übertragen unter Vermeidung zu hoher lokaler Drücke. Eine derartige Ausführung hat weiterhin auch den Vorteil, das in einem Fall wenn noch kein Formschluss zwischen Spannelement und Bohrgestänge bzw. zwischen den korrespondierenden Führungsflächen besteht, diese Führungsflächen nicht über Ihren gesamten Flächenbereich sondern lediglich punktuell bzw. linienförmig aneinander anliegen, so dass die Reibung zwischen den Führungsflächen in diese Lage der Spannelemente reduziert ist.Thus, the second clamping mechanism can be designed so that in the moment when there is optimal positive engagement between the clamping elements and a drill pipe and an optimal positive connection between the corresponding guide surfaces is given. It will be optimally transferred the respective forces between the surfaces in this way while avoiding too high local pressures. Such an embodiment also has the advantage that in a case when there is no positive connection between the clamping element and drill pipe or between the corresponding guide surfaces, these guide surfaces do not rest over their entire surface area but only selectively or linearly to each other, so that the friction between the guide surfaces is reduced in this position of the clamping elements.
Dieselbe Ausgestaltung kann auch zwischen den Führungsflächen an den Spannbacken des ersten Spannmechanismus und dem sich kegelförmig erweiternden Endbereich der äußeren Hülse gegeben sein. Sämtliche vorgenannten Ausführungen bezüglich der Konstruktion der Führungsflächen zwischen den Spannelementen des zweiten Spannmechanismus und der kegelstumpfförmigen Mantelfläche des Ringbereiches gelten analog auch für die Spannbacken des ersten Spannmechanismus und dem kegelstumpfförmigen sich erweiternden Endbereich der Hülse.The same configuration may also be provided between the guide surfaces on the clamping jaws of the first clamping mechanism and the conically widening end portion of the outer sleeve. All of the above statements regarding the construction of the guide surfaces between the clamping elements of the second clamping mechanism and the frusto-conical lateral surface of the annular region apply analogously to the clamping jaws of the first Clamping mechanism and the frusto-conical widening end portion of the sleeve.
In einer anderen möglichen Ausgestaltung kann es auch bei beiden Alternativen vorgesehen sein, dass die innere Mantelfläche des sich nach unten erweiternden kegelstumpfförmigen Endbereichs der Hülse Nuten, insbesondere sich von oben nach unten erstreckende Nuten, mit einem planen Nutgrund aufweisen. Es kann so dieser Nutgrund direkt oder indirekt über ein Zwischenelement mit planen Anlaufflächen der Spannbacken des ersten Spannmechanismus in Wirkverbindung stehen. Gegenüber kegelstumpfförmigen Wirkflächen hat diese Ausführung den Vorteil, dass höhere Kräfte über die größeren Flächen übertragen werden können.In another possible embodiment, it may also be provided in both alternatives, that the inner circumferential surface of the downwardly flared frustoconical end portion of the sleeve grooves, in particular from top to bottom extending grooves having a flat groove bottom. It may be this groove bottom directly or indirectly via an intermediate element with flat contact surfaces of the clamping jaws of the first clamping mechanism in operative connection. Compared to frustoconical active surfaces, this design has the advantage that higher forces can be transmitted over the larger areas.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Nutgrund einer Nut direkt auf eine plane Anlauffläche einer Spannbacke wirkt oder aber in bevorzugter Ausgestaltung, dass in einer Nut ein Führungselement befestigt ist, in welchem eine Spannbacke mit ihrem eine plane Anlauffläche aufweisenden Ende geführt einliegt. Die Eingang zum Stand der Technik genannte Führung durch Schrauben und Langlöcher kann so entfallen und neben dem Vorteil der Führung auf höhere Kräfte übertragen werden. Ein solches Führungselement, das als Zwischenelement wirkt, kann z.B. als ein U-Profil mit hinterschnittenen Profilschenkeln ausgebildet ist, d.h. die innere freie Breite zwischen den Profilschenkeln ist im oberen Bereich kleiner als im unteren Bereich nahe dem inneren Boden des U-Profils.It may be provided that the groove bottom of a groove acts directly on a flat contact surface of a clamping jaw or in a preferred embodiment, that in a groove a guide element is fixed, in which a clamping jaw is guided with its a flat contact surface having end. The entrance to the prior art called leadership by screws and slots can be omitted and transferred in addition to the advantage of leadership to higher forces. Such a guide element acting as an intermediate element may e.g. is formed as a U-profile with undercut profile legs, i. the inner free width between the profile legs is smaller in the upper area than in the lower area near the inner bottom of the U-profile.
Die Führung kann dann ausgebildet sein durch in den beiden Seitenflächen einer Spannbacke im Bereich des die Anlauffläche aufweisenden Endes parallel zur planen Anlauffläche ausgebildete Nuten, in welche an einem Führungselement vorgesehene Vorsprünge, insbesondere der jeweilige nicht hinterschnittene Teil der Profilschenkel eingreifen.The guide can then be formed by in the two side surfaces of a clamping jaw in the region of the stop surface having the end parallel to the plane stop surface formed grooves, which engage provided on a guide element projections, in particular the respective non-undercut portion of the profile legs.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist es vorgesehen, dass ein Spannelement an einem parallel zur Hohlwellenachse angeordneten Bolzen in axialer Richtung verschieblich ist, der ein Spannelement bzw. einen daran angeordneten radialen nach außen weisenden Vorsprung durchdringt. Dies hat den Vorteil, dass beim Einsatz mehrerer einzelner Spannelemente diese jeweils eine Führung haben und sich nur entlang dieser Führung in axialer Richtung im Inneren der Hohlwelle bewegen können.In a further preferred embodiment, it is provided that a clamping element is displaceable in the axial direction on a bolt arranged parallel to the hollow shaft axis, which penetrates a clamping element or a radial outward-pointing projection arranged thereon. This has the advantage of being used several individual clamping elements these each have a guide and can only move along this guide in the axial direction in the interior of the hollow shaft.
So wird beispielsweise ein Verkannten der Spannelemente relativ zum Bohrgestänge vermieden. Um neben der geführten Bewegung in axialer Richtung gleichzeitig zu ermöglichen, dass bei einer axialen Bewegung eine radiale Bewegung insbesondere nach innen möglich ist, ist es bevorzugt vorgesehen, dass ein solcher Bolzen in einer Ausnehmung des Spannelementes bzw. dessen genannten Vorsprung einliegt, die sich in radialer Richtung erstreckt, also beispielsweise in der Art einer Langloches in radialer Richtung ausgebildet ist. So kann bei einer Bewegung eines Spannelementes in axialer Richtung dieses in axialer Richtung zum Bolzen an diesem entlang geführt werden, sich dabei aber auch gleichzeitig senkrecht zur Erstreckung des Bolzens in radialer Richtung bewegen.For example, a tilting of the clamping elements is avoided relative to the drill pipe. In order to simultaneously allow in addition to the guided movement in the axial direction that during an axial movement, a radial movement in particular inward is possible, it is preferably provided that such a bolt rests in a recess of the clamping element or its projection mentioned, which in extends in the radial direction, that is formed, for example, in the manner of a slot in the radial direction. Thus, in a movement of a clamping element in the axial direction of this can be performed in the axial direction of the bolt along this, but also simultaneously move perpendicular to the extension of the bolt in the radial direction.
Wie eingangs erwähnt ist es erfindungsgemäß in einer ersten Alternative vorgesehen, dass die Spannelemente betätigt werden durch eine Bewegung der äußeren Hülse. Hierfür kann eine Wirkverbindung vom Inneren der Hohlwelle zur außen liegenden Hülse vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführung sind dabei die Spannelemente mittels eines im Inneren der Hohlwelle angeordneten Betätigungselementes in axialer Richtung bewegbar, insbesondere in die Richtung zunehmenden Formschlusses relativ zum Bohrgestänge, wobei das Betätigungselement mit der außen auf der Hohlwelle angeordneten Hülse durch wenigstens einen radialen Steg verbunden ist, der sich durch eine Ausnehmung in der Hohlwelle erstreckt.As mentioned above, it is provided according to the invention in a first alternative that the clamping elements are actuated by a movement of the outer sleeve. For this purpose, an operative connection can be provided from the interior of the hollow shaft to the outer sleeve. In a preferred embodiment, the clamping elements are movable by means of an arranged inside the hollow shaft actuator in the axial direction, in particular in the direction of increasing positive engagement relative to the drill string, wherein the actuating element is connected to the externally arranged on the hollow shaft sleeve by at least one radial web, which extends through a recess in the hollow shaft.
In der zweiten Alternative kann es vorgesehen sein, dass die Spannelemente mittels wenigstens eines im Inneren der Hohlwelle angeordneten, Betätigungselements in axialer Richtung, insbesondere in Richtung zunehmenden Formschlusses bewegbar sind, wobei das wenigstens eine Betätigungselement mit einem die Hülse umgebenden Druckring durch wenigstens einen radialen Steg verbunden ist, der sich durch eine Ausnehmung in der Hohlwelle erstreckt, insbesondere wobei der wenigstens eine Steg in einer Ausnehmung in axialer Richtung der Hohlwelle bewegbar ist. Dabei kann bevorzugt der Druckring eine insbesondere obere Lauffläche aufweisen, auf weicher sich der zweite Antrieb, insbesondere Hydraulikzylinder des zweiten Antriebes mittels Kugel- und/oder Rollenlagern abstützt. So kann die Hohlwelle und der Druckring relativ zu einem Antrieb gedreht werden.In the second alternative, it may be provided that the clamping elements by means of at least one arranged inside the hollow shaft, actuating element in the axial direction, in particular in the direction of increasing positive engagement are movable, wherein the at least one actuating element with a pressure ring surrounding the sleeve by at least one radial web is connected, which extends through a recess in the hollow shaft, in particular wherein the at least one web is movable in a recess in the axial direction of the hollow shaft. In this case, the pressure ring may preferably have a particular upper running surface, on which the second drive, in particular the hydraulic cylinder of the second drive, is supported by means of ball bearings and / or roller bearings. Thus, the hollow shaft and the pressure ring can be rotated relative to a drive.
Um dies weiterhin zu ermöglichen kann bei der zweiten und insbesondere auch bei der ersten Alternative der erste Antrieb bzw. bei der ersten Alternative der einzige Antrieb, insbesondere Hydraulikzylinder dieses Antriebs mit einem die Hülse umgebenden Ringelement verbunden sein, welches sich sowohl in axialer Zug- als auch in axialer Schubrichtung über Kugel- und/oder Rollenlager an der Hülse abstützt, insbesondere wobei die Kugel- und/oder Rollerlager zwischen zwei die Hülse umgebende Kragen eingefasst sind. Dabei können die Schub- oder Zugkräfte durch verschiedene Lager auf die Hülse übertragen werden, also insbesondere je ein Lager bzw. eine Gruppe von Lagern für die Schubphase und die Zugphase vorgesehen sein.To make this possible, the first drive or, in the first alternative, the single drive, in particular the hydraulic cylinder of this drive, can be connected to a ring element surrounding the sleeve in the second and in particular also in the first alternative supported in the axial thrust direction via ball and / or roller bearings on the sleeve, in particular wherein the ball and / or roller bearings are enclosed between two surrounding the sleeve collar. The thrust or tensile forces can be transmitted through different bearings on the sleeve, so in particular depending on a bearing or a group of bearings for the overrun phase and the traction phase can be provided.
Bei beiden Alternativen Antriebsarten ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine Ausnehmung in der Hohlwelle eine Längserstreckung in axialer Richtung der Hohlwelle aufweist, damit bei einer Bewegung der Hülse oder eines Druckringes in axialer Richtung sich ein Steg der sich in radialer Richtung durch eine solche Ausnehmung erstreckt in dieser axialen Richtung innerhalb der Ausnehmung ebenso bewegbar ist. So kann die Bewegung einer Hülse oder eines Druckringes außen auf der Hohlwelle dadurch in das Innere der Hohlwelle übertragen werden, dass sich das durch die Stege verbundene Betätigungselement zusammen mit der Hülse bewegt. Die Bewegung des Betätigungselementes kann so dann auf verschiedene Arten auf die Spannelemente übertragen werden beispielsweise dadurch, dass ein Betätigungselement direkt und unmittelbar auf ein Spannelement einwirkt oder aber auch dadurch, dass ein Betätigungselement mittelbar über zwischengelagerte Elemente auf ein Spannelement einwirkt, wie später ausgeführt wird.In both alternative types of drive, it is preferably provided that a recess in the hollow shaft has a longitudinal extent in the axial direction of the hollow shaft, so that upon movement of the sleeve or a pressure ring in the axial direction, a web extending in the radial direction through such a recess in this axial direction within the recess is also movable. Thus, the movement of a sleeve or a pressure ring on the outside of the hollow shaft can be transmitted into the interior of the hollow shaft characterized in that the actuator connected by the webs moves together with the sleeve. The movement of the actuating element can then be transmitted to the clamping elements in various ways, for example, by an actuating element acting directly and directly on a clamping element or else by an actuating element acting indirectly via intermediate-mounted elements on a clamping element, as will be explained later.
Dabei kann es in besonders bevorzugter Ausführung unabhängig von der Art der Einwirkung vorgesehen sein, dass ein Betätigungselement ringförmig ausgebildet ist wobei dessen innere Ausnehmung vorgesehen ist, um ein Bohrgestänge zu umgeben und wobei über den Ring dieses Betätigungselementes alle Spannelemente gleichzeitig bewegbar sind. Weiterhin kann es auch vorgesehen sein, dass die eingangs genannten Bolzen, an denen sich die Spannelemente entlang bewegen, am Betätigungselement befestigt sind. Beispielsweise kann eine Befestigung mittels einer Schraubverbindung erfolgen, wobei ebenso weiterhin es vorgesehen sein kann, dass die Bolzen in Führungsbohrungen eintauchen, die am Ringbereich vorgesehen sind der in der Hohlwelle zur Ausbildung des kegelstumpfförmigen Führungsflächenbereiches gebildet ist. Die Bolzen sind dabei in einem Abstand zur Mittenachse um diese herum angeordnet, insbesondere in einer gleichmäßigen Winkelteilung, ebenso wie die daran beweglich befestigten Spannelemente.It may be provided in a particularly preferred embodiment, regardless of the nature of the action, that an actuating element is annular, wherein the inner recess is provided to surround a drill string and wherein on the ring of this actuating element all clamping elements are movable simultaneously. Furthermore, it can also be provided that the aforementioned bolts, on which the clamping elements move along, are fastened to the actuating element. For example, a fastening can be effected by means of a screw connection, it also being possible for the bolts to dip into guide bores which are provided on the annular region which is formed in the hollow shaft for forming the frustoconical guide surface region. The bolts are arranged at a distance from the center axis around this, in particular in a uniform angular pitch, as well as the clamping elements movably attached thereto.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführung kann ein Spannelement, insbesondere jedes Spannelement, welches in der Hohlwelle vorgesehen ist, in Richtung zunehmenden Formschlusses und somit insbesondere in einer Richtung nach unten bezüglich der üblichen Arbeitsposition gegen eine rückstellende Kraft verschieblich sein.In a further preferred embodiment, a clamping element, in particular each clamping element which is provided in the hollow shaft, in the direction of increasing positive engagement and thus in particular in a downward direction relative to the usual working position against a restoring force be displaced.
Eine solche rückstellende Kraft kann beispielsweise durch eine Druckfeder ausgeübt sein, insbesondere eine solche, die sich einseitig, insbesondere unterseitig am Spannelement und mit Ihrer anderen Seite, insbesondere oben am ringförmigen eingangs genannten Bereich abstützen. Dabei kann eine solche Druckfeder einen ebenso eingangs genannten Bolzen umgeben.Such a restoring force may, for example, be exerted by a compression spring, in particular one which is supported on one side, in particular on the underside, on the tensioning element and on the other side, in particular on the top of the annular area mentioned at the outset. In this case, such a compression spring surround a bolt also mentioned above.
Eine solche rückstellende Kraft kann auch erzeugt sein durch eine Druckfeder, deren eines Ende sich direkt oder mittelbar über einen Ring an einer an die insbesondere kegelstumpffö rmige Mantelfläche angrenzende innere Schulter der Hohlwelle abstützt und deren anderes Ende sich direkt oder mittelbar über einen Ring an einem radial auskragenden oberen Bereich eines Spannelements, insbesondere von unten abstützt.Such a restoring force can also be generated by a compression spring whose one end is supported directly or indirectly via a ring on an inner shoulder of the hollow shaft adjacent to the particular frusto-conical outer surface and whose other end is supported directly or indirectly via a ring on a radial projecting upper portion of a clamping element, in particular supported from below.
Die Bewegung der Spannelemente in Richtung zunehmenden Formschlusses gegen eine rückstellende Kraft hat den Vorteil, dass das Spannelement durch diese rückstellende Kraft in axialer Richtung auf eine an einem Bohrgestänge realisierte Schulter bzw. Stufe zugedrückt werden kann. So wird hierdurch bewirkt, dass in dem Augenblick, wenn das Bohrgestänge ein Spannelement entlastet dieses Spannelement durch die rückstellende Kraft aus dem Formschluss zwischen den Führungsflächen herausgedrückt wird, also beispielsweise bezogen auf die übliche Arbeitsposition nach oben gedrückt wird. Hierdurch wird das Bohrgestänge aus den Spannelementen freigegeben. Eine derartige Entlastung zwischen Bohrgestänge und dem Spannelement kann beispielsweise erzielt werden, wenn ein Bohrgestänge nach dem Heben mittels eines solches erfindungsgemäßen Spannkopfes auf dem Erdreich aufgestellt wird und der Spannkopf sich relativ zum Bohrgestänge von der Schulter des Bohrgestänges weg nach unten bewegt in axialer Richtung des Bohrgestänges.The movement of the clamping elements in the direction of increasing positive locking against a restoring force has the advantage that the clamping element can be pressed by this restoring force in the axial direction to a realized on a drill string shoulder or step. Thus, this causes that at the moment when the drill string a clamping element relieves this clamping element is pushed out by the restoring force from the positive connection between the guide surfaces, that is pressed, for example, based on the usual working position upwards. As a result, the drill string is released from the clamping elements. Such a relief between the drill pipe and the clamping element can be achieved, for example, when a drill pipe is placed after lifting by means of such a clamping head according to the invention on the ground and the clamping head moves relative to the drill string away from the shoulder of the drill string down in the axial direction of the drill string ,
Das Entfernen der Spannelemente in radialer Richtung von einem Bohrgestänge weg nach außen kann in einer Weiterbildung noch dadurch unterstützt sein, dass die Spannelemente, insbesondere an ihrem oberen Ende jeweils radial innen liegende, insbesondere sich nach unten verjüngende kegelstumpfabschnittsförmige Anlaufflächen aufweisen, mittels denen in einer Wirkverbindung zu in der Hohlwelle angeordneten korrespondierenden Anlaufflächen ein Spannelement bei einer Aufwärtsbewegung radial nach außen verschiebbar ist, insbesondere wenn sich das jeweilige Spannelement axial nach oben bewegt und dabei die jeweiligen Anlaufflächen in Wirkverbindung treten.The removal of the clamping elements in the radial direction from a drill pipe to the outside can be further supported in a development that the clamping elements, in particular at its upper end radially inwardly lying, in particular downwardly tapered truncated cone-shaped contact surfaces, by means of which in an operative connection arranged in the hollow shaft corresponding contact surfaces, a clamping element in an upward movement is radially outwardly displaceable, in particular when the respective clamping element moves axially upwards and thereby the respective contact surfaces come into operative connection.
Die in der Hohlwelle angeordneten korrespondierenden Anlaufflächen können z.B. ausgebildet sein durch einen äußeren unteren kegelstumpfförmigen, insbesondere sich nach unten verjüngenden Abschnitt eines koaxial in der Hohlwelle im oberen Bereich befestigten Rohres. Dieses Rohr kann z.B. durch einen daran befestigten Ring oder Kragen oder auch Stege an der Hohlwelle insbesondere an deren inneren oberen Bereich befestigt sein.The corresponding abutment surfaces arranged in the hollow shaft can be e.g. be formed by an outer lower frustoconical, in particular downwardly tapering portion of a coaxially mounted in the hollow shaft in the upper region of the tube. This tube may e.g. be attached by an attached ring or collar or webs on the hollow shaft, in particular at its inner upper portion.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführung, besonders bei der ersten Antriebsalternative, ist es vorgesehen, eine mittelbare Einwirkung des Betätigungselementes auf die jeweiligen Spannelemente vorzunehmen mittels wenigstens einer Druckfeder die zwischen Betätigungselement und jedem Spannelement vorgesehen ist. Hierdurch wird erzielt, dass eine Kraft nicht unmittelbar zwischen Betätigungs- und Spannelement wirkt, sondern dass die Kraft jeweils durch die Druckfeder aufgebracht wird. Dies hat darüber hinaus den Vorteil, dass über einen bestimmten vorgegebenen axialen Bewegungsweg im Wesentlichen immer dieselbe Kraft auf das Spannelement ausgeübt wird, die sich durch die Federkonstante der Druckfeder in Abhängigkeit vom Einfederweg ergibt.In a further preferred embodiment, especially in the case of the first drive alternative, it is provided to make an indirect action of the actuating element on the respective clamping elements by means of at least one compression spring which is provided between the actuating element and each clamping element. This ensures that a force does not act directly between the actuating and clamping element, but that the force is applied in each case by the compression spring. This has the additional advantage that over a certain predetermined axial path of movement substantially always the same Force is exerted on the clamping element, which results from the spring constant of the compression spring in dependence on the compression travel.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass eine solche Druckfeder unmittelbar zwischen Betätigungselement und Spannelement angeordnet ist oder aber in einer besonders bevorzugten Ausführung, dass eine solche Druckfeder zwischen einem Betätigungselement und einem zwischengelagerten Element, z.B. einem Zwischenring angeordnet ist, der zwischen Betätigungselement und Spannelement liegt. Über einen solchen Zwischenring können wiederum alle Spannelemente gleichzeitig kontaktiert sein. Federelemente können demnach zwischen den aufeinander zuweisenden Ringflächen von Zwischenring und Betätigungselement angeordnet sein, beispielsweise bevorzugt an den Positionen, an denen die eingangs genannten Bolzen sich vom Betätigungselement aus durch den Zwischenring und die Spannelemente hindurch erstrecken können. So kann jede dieser Federn beispielsweise einen Bolzen umgeben.In this case, it may be provided that such a pressure spring is arranged directly between the actuating element and the clamping element or, in a particularly preferred embodiment, that such a compression spring is arranged between an actuating element and an intermediate element, e.g. an intermediate ring is arranged, which lies between the actuating element and the clamping element. In turn, all clamping elements can be contacted simultaneously via such an intermediate ring. Accordingly, spring elements can be arranged between the mutually facing annular surfaces of the intermediate ring and the actuating element, for example preferably at the positions at which the aforementioned bolts can extend from the actuating element through the intermediate ring and the clamping elements. For example, each of these springs can surround a bolt.
Eine derartige Ausführung hat erfindungsgemäß den besonderen Vorteil, dass bei der ersten Antriebsalternative eine Hülse in axialer Richtung relativ zur Hohlwelle bewegbar ist, wobei zunächst durch die mittelbare Wirkung des Betätigungselementes über die Druckfedern die Spannelemente in ein Formschluss mit einem Bohrgestänge bewegbar sind, wobei nach dem Erreichen dieses Formschlusses zwischen Betätigungselement und Spannelementen bzw. Betätigungselement und Zwischenring ein axialer Bewegungsbereich verbleibt.Such an embodiment according to the invention has the particular advantage that in the first drive alternative, a sleeve in the axial direction is movable relative to the hollow shaft, wherein initially by the indirect action of the actuating element on the compression springs, the clamping elements are movable into a positive connection with a drill string, said after Achieving this positive connection between the actuating element and clamping elements or actuator and intermediate ring an axial range of motion remains.
Dieser axialer Bewegungsbereich ergibt sich hierbei im Wesentlichen dadurch, dass bei Erreichen des Formschlusses die Druckfedern noch nicht vollständig komprimiert sind. Es verbleibt demnach ein axialer Bewegungsbereich der gegeben ist durch die bei Formschluss erzielte Kompression der Druckfedern bis zur maximal möglichen Kompression der Druckfedern, z.B. wenn deren Windungen aneinander anliegen oder ein separater Anschlag vorgesehen ist. Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Spannkopfes kann demnach derart sein, dass aufgrund dieses verbliebenen Bewegungsbereiches selbst bei schon vorliegendem Formschluss zwischen den Spannelementen und dem Bohrgestänge die äußere Hülse in diesem gegeben Bewegungsbereich in axialer Richtung weiterbewegt werden kann, bis das ein Wirkschluss zwischen den Spannbacken der ersten Spannvorrichtung und dem Bohrgestänge entsteht. Dieser Wirkschluss kann beispielsweise gegeben sein durch einen Kraft- und / oder Form- und / oder Reibschluss zwischen den Spannbacken der ersten Spannvorrichtung und dem Bohrgestänge.This axial movement range results here essentially by the fact that the compression springs are not fully compressed when the positive locking is reached. Accordingly, there remains an axial range of motion which is given by the compression of the compression springs obtained in positive engagement up to the maximum possible compression of the compression springs, for example when their turns abut one another or a separate stop is provided. The design of the clamping head according to the invention can thus be such that due to this remaining range of motion even with existing positive connection between the clamping elements and the drill pipe, the outer sleeve in this given Movement range can be moved in the axial direction until an effective connection between the clamping jaws of the first clamping device and the drill pipe is formed. This conclusion can be given for example by a force and / or shape and / or frictional engagement between the jaws of the first clamping device and the drill pipe.
Es wird also in der ersten Antriebsalternativen bei einer Bewegung der Hülse insbesondere bezogen auf die übliche Arbeitsposition in axialer Richtung nach unten zunächst ein Formschluss zur axialen Festlegung des Bohrgestänges mit dem zweiten Spannmechanismus erzielt und nachdem dieser erreicht ist, durch ein Weiterbewegen der Hülse der Wirkschluss zwischen den Spannbacken der ersten Spannvorrichtung und dem Bohrgestänge, um hierdurch ein Drehmoment übertragen zu können.It is thus in the first alternative drive at a movement of the sleeve in particular based on the usual working position in the axial direction down initially achieved a positive connection for axial fixing of the drill string with the second clamping mechanism and after this is achieved, by moving on the sleeve of the operative closure between the jaws of the first tensioning device and the drill pipe to thereby transmit a torque can.
Bei beiden Antriebsalternativen kann es weiterhin vorgesehen sein, dass am unteren Ende des sich nach unten erweiternden, insbesondere kegelförmig erweiternden Endbereichs der Hülse ein insbesondere gelochtes Ringelement angeordnet ist, welches in seinem inneren freien Durchmesser die Hohlwelle aufnimmt und welches mit einem nach oben aufstehenden Kragen den Endbereich umgreift. Hierdurch eine Stabilisierung der Hülse erreicht, die ansonsten dazu tendieren kann beim Aufbringen der Druckkräfte über die Spannbacken aufzuspreizen. Dieses Aufspreizen kann durch das stabilisierende Ringelement verhindert werden.In both drive alternatives, it may further be provided that at the lower end of the downwardly widening, in particular conically widening end portion of the sleeve a particular perforated ring member is arranged which receives in its inner free diameter, the hollow shaft and which with an upstanding collar the Encompasses end area. This achieves a stabilization of the sleeve, which otherwise tends to spread when applying the compressive forces on the jaws. This spreading can be prevented by the stabilizing ring element.
So ermöglicht ein solcher erfindungsgemäßer Spannkopf beim Heben des Bohrgestänges neben den hierfür ausgeübten Zugkräften aus dem Erdreich heraus auch gleichzeitig das Rohrgestänge aufgrund der Möglichkeit zur Drehmomentübertragung zu drehen und so die Haftung zwischen Bohrgestänge und Erdreich zu verringern, was den Hebevorgang wesentlich vereinfacht. Dabei können die Spannbacken des ersten Spannmechanismus z.B. eine Oberflächengestaltung der mit einem Bohrgestänge zusammenwirkenden Fläche aufweisen, die einen guten Wirkschluß erzeugen. Beispielsweise kann die Oberfläche eine Strukturierung und/oder bevorzugt eine Beschichtung aufweisen, die als Reibbelag wirkt. Eine solche Beschichtung kann z.B. den Wirkschluß verbessernde Partikel, z.B. Sand, Diamanten etc aufweisen. So kann die Kraft über eine große Fläche in das Bohrgestänge eingeleitet werden, wodurch lokale Beschädigungen ausbleiben. Bei umgekehrter Bewegung der Hülse, d.h. bezogen auf eine normale Arbeitsposition von unten nach oben löst sich bei der ersten Antriebsalternativen somit in umgekehrter Reihenfolge zunächst der Wirkschluss zwischen den Spannbacken und dem Bohrgestänge wobei in dem Fall wenn das Bohrgestänge im Spannkopf hängt der Formschluss zwischen den Spannelementen der zweiten Spannvorrichtung und dem Bohrgestänge zunächst erhalten bleibt, da das Bohrgestänge über seine Schulter/ Stufe, die eingangs beschrieben wurde mit seiner Gewichtskraft auf den Spannelementen aufliegt und somit diese nun statt durch die Hülse / Betätigungselement über das Bohrgestänge in axialer Richtung nach unten und somit in Schwerkraftrichtung belastet sind, so dass der Formschluss selbsthemmend erhalten bleibt.Thus, such an inventive clamping head when lifting the drill string in addition to the tensile forces exerted from the soil out at the same time allows the pipe linkage to rotate due to the ability to transmit torque and so reduce the adhesion between the drill pipe and soil, which greatly simplifies the lifting process. In this case, the clamping jaws of the first clamping mechanism, for example, have a surface design of cooperating with a drill string surface, which produce a good operative conclusion. For example, the surface may have a structuring and / or preferably a coating which acts as a friction lining. Such a coating may, for example, have the effect of improving particles such as sand, diamonds etc .. So the force can be introduced over a large area in the drill pipe, whereby local damage fails. In reverse movement of the sleeve, ie based on a normal working position from bottom to top dissolves in the first alternative drive thus in reverse order first the effective connection between the jaws and the drill pipe in which case when the drill string in the chuck hangs the positive connection between the clamping elements the second tensioning device and the drill pipe is initially maintained, since the drill pipe rests on his shoulder / stage, which was initially described with its weight on the clamping elements and thus this now instead of the sleeve / actuator on the drill pipe in the axial direction downwards and thus loaded in the direction of gravity, so that the positive locking remains self-locking.
Erst wie eingangs genannt in dem Fall, wenn das Bohrgestänge die Spannelemente entlastet, beispielsweise auf dem Erdreich aufgestellt wird, senkt sich der Spannkopf relativ zum Bohrgestänge ab, wodurch der Formschluss zwischen dem Bohrgestänge bzw. der Schulter und den Spannelementen aufgehoben wird und die Spannelemente durch die Federbelastung in axialer Richtung nach oben verschoben werden und somit das Bohrgestänge freigeben. Bei der zweiten Antriebsalternativen ist der separate Antrieb zu betätigen, um den Formschluß der Spannelemente zu erzeugen bzw. zu lösen.Only as mentioned in the beginning, in the case when the drill pipe relieves the clamping elements, for example, placed on the ground, the clamping head lowers relative to the drill string, whereby the positive connection between the drill string or the shoulder and the clamping elements is repealed and the clamping elements the spring load to be moved in the axial direction upwards and thus release the drill pipe. In the case of the second drive alternative, the separate drive is to be actuated in order to produce or release the positive locking of the clamping elements.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es bevorzugt bei beiden Antriebsalternativen vorgesehen, den zweiten Spannmechanismus bezogen auf eine übliche Arbeitsposition des Spannkopfes oberhalb des genannten ersten Spannmechanismus anzuordnen. Ebenso ist es möglich, diese Anordnung umzukehren.In the device according to the invention, it is preferably provided in both drive alternatives to arrange the second clamping mechanism relative to a usual working position of the clamping head above said first clamping mechanism. It is also possible to reverse this arrangement.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention is shown in the following figures. Show it:
Figur 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Spannkopf der ersten Antriebsalternative Figur 2 eine Ausschnittdarstellung mit der Federanordnung nach Figur 11 shows a sectional view through a clamping head according to the invention of the first drive alternative FIG. 2 shows a detail view with the spring arrangement according to FIG. 1
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Spannkopfes der zweitenFigure 3 is a perspective view of a clamping head of the second
Antriebsalternativealternative drive
Figur 4 eine Schnittdarstellung des Spannkopfes nach Figur 3 Figur 5 eine Darstellung eines Spannelements Figur 6 die alleinige Darstellung der Hohlwelle Figur 7 die alleinige Darstellung der Hülse Figur 8 die alleinige Darstellung eine Spannbacke des erstenFigure 4 is a sectional view of the clamping head of Figure 3 Figure 5 is a representation of a clamping element Figure 6, the sole representation of the hollow shaft Figure 7, the sole representation of the sleeve Figure 8, the sole representation of a clamping jaw of the first
Spannmechanismus Figur 9 und 10 die Darstellung eines Führungselementes zum Führen einerClamping mechanism Figure 9 and 10, the representation of a guide element for guiding a
Spannbacke gemäß Figur 8Clamping jaw according to FIG. 8
Die Figur 1 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung einen erfindungsgemäßen Spannkopf der eingangs allgemein beschriebenen Art in der ersten Antriebsalternativen. Erkennbar ist hier eine Hohlwelle 3, auf der koaxial und in axialer Richtung beweglich eine Hülse 1 angeordnet ist, deren unterer Endbereich sich bei der vorliegenden Ausführungsform kegelförmig nach unten erweitert.1 shows a side sectional view of a clamping head according to the invention of the type generally described in the first drive alternatives. Visible here is a hollow shaft 3, on the coaxial and axially movable sleeve 1 is arranged, the lower end portion widens conically in the present embodiment down.
In der Hohlwelle sind in der Nähe des unteren Endes radiale Ausnehmungen 3d vorgesehen, durch die in radialer Richtung Spannbacken 2 hindurchreichen, die mit Ihren inneren Flächen 2a einen Wirkschluss beispielsweise einen Form-, Kraft- oder Reibschluss mit einem Bohrgestänge 9 eingehen können, wenn diese Spannbacken 2 radial maximal nach innen verschoben sind. Die Flächen 2a können z.B. eine gezahnte Oberfläche aufweisen.In the hollow shaft radial recesses 3d are provided in the vicinity of the lower end, pass through the clamping jaws 2 in the radial direction, which can enter into an operative conclusion with their inner surfaces 2a a form fit, force or frictional engagement with a drill string 9, if this Clamping jaws 2 are radially displaced maximally inwards. The areas 2a may be e.g. have a toothed surface.
Um dieses radiale nach innen Verschieben zu erzielen, weisen die Spannbacken 2 radial außenliegende Anlaufflächen 2b auf, die korrespondierend ausgebildet sind zu der inneren Kegelfläche 1b des unteren Endbereiches der Hülse. Hierbei kann die Anpassung der korrespondierenden Flächenbereiche derart sein, das diese einen maximalen Formschluss eingehen, wenn auch der Wirkschluss zwischen den radial inneren Flächen 2a und dem Bohrgestänge gegeben ist, also im wesentlichen die Hülse 1 auch maximal nach unten verschoben ist. Erkennbar ist hier des Weiteren ein zweiter Spannmechanismus im Inneren der Hohlwelle oberhalb der Spannbacken 2, der vorliegend beispielsweise mehrere, hier insbesondere vier Spannelemente 4 umfasst die koaxial zur Mittenachse 10 des Bohrgestänges 9 bzw. der Hohlwelle 3 angeordnet sind und radial innen liegende Anlageflächen 4b aufweisen, die ausgebildet sind, um formschlüssig an das Bohrgestänge 9 bzw. dessen Schulter 9a angelegt zu werden. An dieser Schulter 9a verjüngt sich das Bohrgestänge 9 von oben nach unten, in diesem Fall kegelartig / konisch.In order to achieve this radial inward displacement, the clamping jaws 2 have radially outer contact surfaces 2b, which are formed corresponding to the inner conical surface 1b of the lower end portion of the sleeve. Here, the adjustment of the corresponding surface areas may be such that they enter into a maximum positive fit, although the effective connection between the radially inner surfaces 2a and the drill string is given, so substantially the sleeve 1 is also shifted maximum down. A second clamping mechanism can also be seen in the interior of the hollow shaft above the clamping jaws 2, which for example comprises a plurality of, in particular four, clamping elements 4 which are arranged coaxially to the center axis 10 of the drill pipe 9 or the hollow shaft 3 and have radially inwardly lying contact surfaces 4b , which are designed to be positively applied to the drill pipe 9 and its shoulder 9a. At this shoulder 9a, the drill string 9 tapers from top to bottom, in this case conical / conical.
Die Spannelemente 4 weisen weiterhin radial außenliegende Führungsflächen 4a auf, die in einem spitzen Winkel zur Mittenachse bezogen auf diese Schnittdarstellung angeordnet sind und die weiterhin korrespondierend ausgebildet sind, zu Führungsflächen 3a im Inneren der Holwelle 3. Diese Führungsflächen 3a im Inneren der Hohlwelle 3 können hier ausgebildet sein in Form eines ringförmigen Bereiches 3b der sich von der Hohlwellenwandung der Hohlwelle 3 radial nach innen erstreckt und der eine zur Mittenachse koaxiale Ausnehmung aufweist, die kegelstumpfförmig ausgebildet ist und sich nach unten hin verjüngt. Hierbei sind die korrespondierenden Führungsflächen 4a und 3a an den Spannelementen und dem Ringbereich 3b der Hohlwelle 3 so aneinander angepasst, dass bei dem hier dargestellten maximalen Formschluss zwischen den Spannelementen 4 und dem Bohrgestänge 9 auch ein bestmöglicher Formschluss zwischen den radial außenliegenden Führungsflächen 4a der Spannelemente und dem inneren kegelstumpfförmigen Flächenbereich 3a des Ringbereiches 3b ergibt.The clamping elements 4 further have radially outer guide surfaces 4a, which are arranged at an acute angle to the center axis relative to this sectional view and which are further formed corresponding to guide surfaces 3a in the interior of the hollow shaft 3. These guide surfaces 3a inside the hollow shaft 3 can here be formed in the form of an annular region 3b which extends radially inward from the Hohlwellenwandung the hollow shaft 3 and having a coaxial to the center axis recess which is frusto-conical and tapers towards the bottom. Here, the corresponding guide surfaces 4a and 3a on the clamping elements and the annular portion 3b of the hollow shaft 3 are adapted to each other that at the maximum fit shown here between the clamping elements 4 and the drill string 9 and a best fit between the radially outer guide surfaces 4a of the clamping elements and the inner frusto-conical surface portion 3a of the annular region 3b results.
Erkennbar ist hier weiterhin, dass die Spannelemente 4 in ihrem oberen Bereich ein radial nach außen weisenden Vorsprung 4c aufweisen, durch den Führungsbolzen 6 hindurchreichen. Durch diese Führungsbolzen werden die Spannelemente in axialer Richtung geführt und Ihrer Lage gehalten, wobei weiterhin in den genannten radialen Vorsprüngen 4c der Spannelemente 4 hier in radialer Richtung angeordnete Langlöcher vorgesehen sind, so dass bei einer axialen Bewegung der Spannelemente 4 von oben nach unten und der Führung zwischen den Flächen 3a und 4a gleichzeitig auch die Spannelemente 4 im Spiel der genannten Langlöcher radial nach innen bewegt werden können. Erkennbar ist hier insbesondere mit Bezug auf die Figur 2 eine besondere Federkonstruktion, bei der die jeweiligen Spannelemente 4 entgegen einer Federkraft die durch so genannte Öffnungsfedern 7 aufgebraucht werden nach unten in Richtung zunehmenden Formschlusses zwischen Spannelement und Bohrgestänge verschoben werden. Hierbei sind die Öffnungsfedern 7 zwischen den radialen Vorsprüngen 4c der Spannelemente 4 und dem Ringbereich 3b abgestützt, wofür der Rindbereich 3b eine Sackbohrung aufweist.It can also be seen here that the clamping elements 4 have in their upper region a projection 4c pointing radially outwards, through which guide pins 6 pass. Through these guide pins, the clamping elements are guided in the axial direction and held their position, further provided in said radial projections 4c of the clamping elements 4 here in the radial direction slots are provided so that in an axial movement of the clamping elements 4 from top to bottom and the Guide between the surfaces 3a and 4a at the same time the clamping elements 4 can be moved radially inward in the game of said slots. Recognizable here in particular with reference to Figure 2 is a special spring construction in which the respective clamping elements 4 against a spring force which are used up by so-called opening springs 7 are moved down in the direction of increasing positive engagement between the clamping element and drill pipe. In this case, the opening springs 7 are supported between the radial projections 4c of the clamping elements 4 and the annular region 3b, for which purpose the cattle region 3b has a blind bore.
Erkennbar ist in dieser Konstruktion weiterhin, dass ein Betätigungselement 5 als Mitnehmer für die Spannelemente 4 vorgesehen ist, welches im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und das Bohrgestänge 9 umgibt und welches mit Stegen durch Ausnehmungen 3c mit der äußeren Hülse 1 verbunden ist. Zwischen dem Betätigungselement 5 und den Spannelementen 4 ist hier weiterhin ein Zwischenring 5a angeordnet, der gleichzeitig alle Spannelemente 4 von oben kontaktiert.It can be seen in this construction further that an actuating element 5 is provided as a driver for the clamping elements 4, which is formed substantially annular and surrounds the drill string 9 and which is connected by webs through recesses 3 c with the outer sleeve 1. Between the actuating element 5 and the clamping elements 4, an intermediate ring 5a is further arranged here, which simultaneously contacts all the clamping elements 4 from above.
Zwischen dem Zwischenring 5a und dem Betätigungselement 5 ist hier eine so genannte Schließ-Druckfeder 8 angeordnet die vorgesehen ist, um die Bewegung des Betätigungselementes 5 mit der Hülse 1 mittelbar über die Feder 8 auf den Zwischenring 5a und so auf die Spannelemente 4 zu übertragen. Somit werden die Spannelemente 4 im wesentlichen durch die Federkräfte die durch die Druckfedern 8 wirken in axialer Richtung nach unten in Richtung zunehmenden Formschlusses gedrückt, nicht jedoch durch die Kräfte die auf die Hülse z.B. mit einer hydraulische Antriebsvorrichtung bzw. mit der Hülse auf die Spannbacken 2 ausgeübt werden. Es ist hier insbesondere aus der Figur 2 auch ersichtlich, dass bei Erreichen maximalen Formschlusses zwischen Spannbacken 4 und Gestänge 9, wie es die Figur 1 zeigt, ein Spalt 10 zwischen Betätigungselement 5 und Zwischenring 5a verbleibt. Dieser Spalt 10 stellt ein Bewegungsbereich da, in dem die Hülse 1 selbst dann, wenn schon maximaler Formschluss zwischen den Spannelementen 4 und dem Bohrgestänge 9 erzielt ist, noch weiter nach unten bewegt werden kann, um so die Spannbacken 2 mit maximaler Kraft auf das Bohrgestänge 9 zu drücken. Es wir somit bewirkt, dass zunächst durch den erzielten Formschluss das Bohrgestänge 9 in axialer Richtung festgelegt wird aufgrund der Anlage zwischen der Schulter 9a und den Spannelementen 4 sowie das weiterhin auch durch den Wirkschluss zwischen den Spannbacken 2 und dem Bohrgestänge 9 ein Drehmoment auf dieses durch eine Drehung der Hohlwelle 3 übertragen werden kann. So kann beim Heben des Bohrgestänges 9 dieses gleichzeitig auch gedreht werden, was den Hebevorgang vereinfacht.Between the intermediate ring 5a and the actuating element 5, a so-called closing compression spring 8 is arranged, which is provided to indirectly transmit the movement of the actuating element 5 with the sleeve 1 via the spring 8 to the intermediate ring 5a and thus to the clamping elements 4. Thus, the clamping elements 4 are pressed by the spring forces acting through the compression springs 8 in the axial direction down in the direction of increasing positive engagement, but not by the forces on the sleeve, for example with a hydraulic drive device or with the sleeve on the jaws. 2 be exercised. It can also be seen here, in particular from FIG. 2, that a gap 10 remains between the actuating element 5 and the intermediate ring 5 a upon reaching maximum positive locking between clamping jaws 4 and linkage 9, as FIG. 1 shows. This gap 10 provides a range of motion, in which the sleeve 1, even if maximum positive engagement between the clamping elements 4 and the drill string 9 is achieved, can be moved even further down, so the jaws 2 with maximum force on the drill string 9 to press. It thus causes first the drill string 9 is fixed in the axial direction due to the achieved fit between the shoulder 9a and the Clamping elements 4 and the further also by the operative connection between the clamping jaws 2 and the drill pipe 9, a torque can be transmitted to this by a rotation of the hollow shaft 3. Thus, when lifting the drill string 9 this can also be rotated at the same time, which simplifies the lifting process.
Die Figur 3 und 4 zeigen einen erfindungsgemäßen Spannkopf der zweiten Alternativen, bei welcher zum Betätigen des ersten und zweiten Spannmechanismus separate Antriebe, hier hydraulische Zylinder-Kolben-Aggregate eingesetzt sind. Dabei werden nachfolgend im Wesentlichen nur bei den Figuren 1 und 2 nicht vorgesehen oder nicht genannte Merkmale beschrieben.Figures 3 and 4 show a clamping head according to the invention of the second alternative, in which separate actuators, here hydraulic cylinder-piston units are used for actuating the first and second clamping mechanism. In this case, substantially not provided in the figures 1 and 2 or not mentioned features described below.
Die Hülse 1 weist hier oberhalb des sich erweiternden Bereichs 1b zwei beabstandete Kragen 1c und 1d auf, von denen der Kragen 1c einstückig ist mit der Hülse 1 und der Kragen 1d durch einen auf die Hülse schraubbaren Ring gebildet wird. Beide Kragen umschließen Lager 11a und 11b, wobei mit Lager 11a eine nach unten gerichtete Kraft (Schubkraft) und mit Lager 11b eine nach oben gerichtete Kraft (Zugkraft) auf die Hülse ausgeübt wird. Diese Kraft wird mittels eines die Hülse 1 umgebenden Ringelementes 12 durch die Lager in die Hülse eingeleitet. So kann die Hülse 1 mit der Hohlwelle 3 gedreht werden, wobei das mit dem ersten Antrieb gekoppelte Ringelement 12 unrotiert stillsteht. Der erste Antrieb wird hier gebildet durch die Zylinder-Kolben- Aggregate 13, die am Ringelement 12 z.B. mit der Kolbenstange befestigt sind und eine gleichmäßige Wtnkelverteilung um das Ringelement herum aufweisen.Here, the sleeve 1 has, above the widening region 1b, two spaced-apart collars 1c and 1d, of which the collar 1c is integral with the sleeve 1 and the collar 1d is formed by a ring which can be screwed onto the sleeve. Both collars enclose bearings 11a and 11b, bearing a downward force (thrust) with bearings 11a and an upward force (traction) with bearing 11b on the sleeve. This force is introduced by means of a surrounding the sleeve 1 ring member 12 through the bearings in the sleeve. Thus, the sleeve 1 can be rotated with the hollow shaft 3, wherein the coupled with the first drive ring member 12 is stopped unrotated. The first drive is hereby constituted by the cylinder-piston assemblies 13 which are mounted on the ring member 12 e.g. are attached to the piston rod and have a uniform Wtnkelverteilung around the ring member around.
Der zweite Antrieb umfasst ebenfalls Zylinder-Kolben-Aggregate 14 mit gleichmäßiger Winkelverteilung um den Spannkopf, die über Kugel- und/oder Rollenlager 15 die erzeugte Kraft auf eine Lauffläche 16a eines Druckringes 16 einleiten, der durch hier nicht gezeigte Ausnehmungen 17 in der Hohlwelle 3 mittels Stegen mit einem ringförmigen Betätigungselement 5 verbunden ist, so dass die Bewegung des Druckringes 16 in das Innere der Hohlwelle 3 übertragen wird.The second drive also comprises cylinder-piston assemblies 14 with uniform angular distribution around the chuck, which introduce the force generated on ball and / or roller bearings 15 on a running surface 16a of a pressure ring 16, by the not shown here recesses 17 in the hollow shaft. 3 is connected by webs with an annular actuating element 5, so that the movement of the pressure ring 16 is transmitted to the interior of the hollow shaft 3.
Dabei wirkt hier das Betätigungselement 5 direkt von oben auf die Spannelemente 4, hier insbesondere auf deren oberen radial nach aussen auskragenden Rand 4c. Das hier eingesetzte Spannelement 4 ist in der Figur 5 im Detail dargestellt mit den mit Figuren 1 und 2 übereinstimmenden Bezugszeichen.Here, the actuating element 5 acts directly from above on the clamping elements 4, in particular on the upper radially outwardly projecting edge 4c. The Clamping element 4 used here is shown in detail in FIG. 5 with the reference numerals corresponding to FIGS. 1 and 2.
Gegenüber der Ausführung nach Figuren 1 und 2 weist hier ein Spannelement 4 noch eine Anlauffläche 4d am inneren oberen Bereich auf, die die Form eines Abschnitts eines Kegelstumpfes aufweist und hier zusammenwirkt mit korrespondierenden Anlaufflächen 17a am kegelstumpfförmigen unteren Ende eines Rohres 17, dass koaxial in der Hohlwelle 3 befestigt ist über das Ringelement 17b und ein Bohrgestänge 9 umgibt.Compared to the embodiment according to Figures 1 and 2 here has a clamping element 4 nor a stop surface 4d at the inner upper portion which has the shape of a portion of a truncated cone and cooperates here with corresponding stop surfaces 17a at the frusto-conical lower end of a tube 17 that coaxially in the Hollow shaft 3 is attached via the ring member 17b and a drill string 9 surrounds.
Die Figur 4 zeigt weiterhin einen Druckfedermechanismus 18 zur Kraftbeaufschlagung der Spannelement 4 in Öffnungsrichtung. Hier ist eine Feder zwischen zwei Ringen eingelegt, wobei der untere Ring an einer inneren Schulter oberhalb der kegelstumpfförmigen inneren Mantelfläche 3a der Hohlwelle 3 anliegt und der obere Ring unten am auskragenden Bereich 4c eines Spannelementes. Hier ist der Federmechanismus aus Gründen der Übersichtlichkeit in der komprimierten Stellung gezeigt, jedoch die Spannelemente 4 in der nach oben geschobenen Stellung.4 also shows a compression spring mechanism 18 for applying force to the clamping element 4 in the opening direction. Here, a spring is inserted between two rings, wherein the lower ring rests against an inner shoulder above the frusto-conical inner lateral surface 3a of the hollow shaft 3 and the upper ring at the bottom of the projecting portion 4c of a clamping element. Here, the spring mechanism is shown for the sake of clarity in the compressed position, but the clamping elements 4 in the pushed-up position.
Die Figuren 3 und 4 zeigen darüber hinaus dass oben an der Hohlwelle 3 ein Flansch 3e angeordnet ist, der mittels eines Spannringes 19 mit dem korrespondierenden Flansch 20 eines Drehantriebes verbindbar ist, um Hohlwelle 3 und Hülse 1 zu rotieren gegenüber einem hier nicht gezeigten Trägerelement, an welchem beide Antriebe 13 und 14 befestigt sind.FIGS. 3 and 4 furthermore show that a flange 3e is arranged on top of the hollow shaft 3, which flange can be connected by means of a clamping ring 19 to the corresponding flange 20 of a rotary drive in order to rotate the hollow shaft 3 and sleeve 1 with respect to a carrier element, not shown here. on which both drives 13 and 14 are attached.
Unten an der Hohlwelle 3 befindet sich ein trichterförmiges Einführstück 21 , um das Einführen des Bohrgestänges 9 zu erleichtern. Dieses Einführstück 21 kann entfernbar unten in der Hohlwelle 3 angeordnet sein.At the bottom of the hollow shaft 3 is a funnel-shaped insertion piece 21 to facilitate the insertion of the drill string 9. This insertion piece 21 may be removably disposed below in the hollow shaft 3.
Am unteren Ende des sich nach unten erweiternden Bereiches 1b der Hülse 1 ist ein Stabilisationsring 22 angeordnet, der mit seinem aufstehenden äußeren Kragen die Hülse unten umgibt und so ein Aufspreizen der Hülse 1 bei Belastung verhindert.At the lower end of the downwardly widening region 1b of the sleeve 1, a stabilizing ring 22 is arranged, which surrounds the sleeve with its upstanding outer collar below and thus prevents spreading of the sleeve 1 under load.
Die Figuren 6 und 7 zeigen die Hohlwelle 3 und die Hülse 1 als separate Bauteile. In Figur 7 ist bei der Hülse 1 zu erkennen, dass diese in der hier bevorzugten Ausführung Nute 23 in der inneren kegelstumpfförmigen Mantelfläche 1b aufweist, die von oben nach unten verlaufen und eine gleichmäßige Winkelteilung haben. Die Nuten 23 haben plane Nutgründe, in welche die Führungselemente 24 gemäß Figuren 9 und 10 eingesetzt werden können.FIGS. 6 and 7 show the hollow shaft 3 and the sleeve 1 as separate components. In Figure 7 can be seen in the sleeve 1 that these in the preferred embodiment here Groove 23 in the inner frusto-conical lateral surface 1b which extend from top to bottom and have a uniform angular pitch. The grooves 23 have plane groove bases into which the guide elements 24 according to FIGS. 9 and 10 can be inserted.
Diese Führungselemente 24 weisen die Form eines U-Profils auf mit einer planen inneren Basis 24a und Profilschenkel 24b die am äußeren Bereich mit einer Stufung nach innen vorstehen, so dass das Führungselement 24 eine hinterschnittene Nut ausbildet. Hier kann die Höhe der Führungselemente 24 bezogen auf die spätere Positionierung in einer Nut 23 ach oben hin abnehmen.These guide elements 24 have the shape of a U-profile with a planar inner base 24a and profile legs 24b which protrude inwardly at the outer region with a step, so that the guide element 24 forms an undercut groove. Here, the height of the guide elements 24 can decrease in relation to the subsequent positioning in a groove 23 ach upwards.
Das Führungselement 24 bildet eine Schienenführung für eine jeweilige Spannbacke 2 des ersten Spannmechanismus, die an ihren beiden Seiten jeweils eine Nut 2c aufweist, die nahe der hier planen Anlauffläche 2b parallel zu deren Oberfläche verläuft. In die Nut 2c kann der nicht hinterschnittene Bereich 24c eines jeden Profilschenkels 24b eines Führungselementes 24 einliegen, wodurch die Spannbacke 2 in der Hülse sicher geführt wird. Dabei liegt die plane Anlauffläche 2b an der planen inneren Basis 24a an, insbesondere so dass große Kräfte übertragen werden können.The guide element 24 forms a rail guide for a respective clamping jaw 2 of the first clamping mechanism, which has on its two sides in each case a groove 2c, which runs parallel to the surface thereof near the contact surface 2b which is planned here. In the groove 2c, the non-undercut portion 24c of each profile leg 24b of a guide element 24 einliegen, whereby the clamping jaw 2 is guided in the sleeve safely. In this case, the plane contact surface 2b bears against the planar inner base 24a, in particular so that large forces can be transmitted.
Bezüglich sämtlicher Ausführungen ist festzustellen, dass die in Verbindung mit einer Ausführung genannten technischen Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetzt werden können oder eingesetzt sind, sondern auch bei den jeweils anderen Ausführungen. Sämtliche offenbarten technischen Merkmale dieser Erfindungsbeschreibung und der Figuren sind als erfindungswesentlich einzustufen und beliebig miteinander kombinierbar oder in Alleinstellung einsetzbar. Dabei wird in der gesamten Offenbarung unter der Erwähnung, dass ein Merkmal vorgesehen sein kann oder ein Verfahrenschritt durchgeführt werden kann auch eine Ausführung der Erfindung verstanden, in der das betreffende Merkmal vorgesehen ist bzw. ein betreffender Verfahrensschritt durchgeführt wird. With regard to all embodiments, it should be noted that the technical features mentioned in connection with an embodiment can not only be used or are used in the specific embodiment, but also in the respective other embodiments. All disclosed technical features of this description of the invention and the figures are to be classified as essential to the invention and can be combined with each other or used alone. It is understood throughout the disclosure with the mention that a feature may be provided or a process step can be performed also an embodiment of the invention in which the feature in question is provided or a respective process step is performed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Spannkopf für eine Erdbohranlage umfassend eine Hohlwelle (3), durch die hindurch ein Bohrgestänge (9) führbar ist, wobei koaxial auf der Hohlwelle (3) eine Hülse (1) verschieblich zu dieser angeordnet ist, die wenigstens einen sich, insbesondere nach unten erweiternden, insbesondere kegelförmig erweiternden Endbereich (1b) aufweist und wobei in der Hohlwelle (3) und/oder an der Hülse (1) wenigstens zwei radial zur Hohlwelle (3) verschiebliche Spannbacken (2) gelagert sind, die an ihrem radial außen liegenden Ende mit dem sich erweiternden Endbereich (1b) zusammenwirkende Anlaufflächen (2b) aufweisen, so dass durch ein Schieben des Endbereichs (1 b) über die Spannbacken (2) diese radial nach innen drückbar sind und einen ersten Spannmechanismus für ein Bohrgestänge (9) bilden, insbesondere so dass durch ein Zusammenwirken zwischen Spannbacken (2) und Bohrgestänge (9) ein Drehmoment zwischen Hohlwelle (3) und Bohrgestänge (9) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hohlwelle (3) ein zweiter Spannmechanismus vorgesehen ist, mittels dem ein Bohrgestänge (9) in axialen Richtung festlegbar ist, insbesondere um ein Bohrgestänge (9) in axialer Richtung aus dem Erdreich zu ziehen.1. Clamping head for a Erdbohranlage comprising a hollow shaft (3), through which a drill pipe (9) is feasible, wherein coaxially on the hollow shaft (3) a sleeve (1) is arranged displaceably to this, at least one, in particular after at the bottom, in particular widening conically widening end portion (1b) and wherein in the hollow shaft (3) and / or on the sleeve (1) at least two radially to the hollow shaft (3) displaceable clamping jaws (2) are mounted, which at its radially outer Have end with the widening end portion (1b) cooperating thrust surfaces (2b), so that by pushing the end portion (1 b) on the clamping jaws (2) they are radially inwardly pressed and form a first clamping mechanism for a drill string (9) , In particular so that a torque between the hollow shaft (3) and drill string (9) can be transmitted by an interaction between clamping jaws (2) and drill pipe (9), characterized in that A second clamping mechanism is provided in the hollow shaft (3), by means of which a drill pipe (9) can be fixed in the axial direction, in particular in order to pull a drill pipe (9) out of the ground in the axial direction.
2. Spannkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannmechanismus durch das Bewegen der Hülse (1) betätigbar ist.2. Clamping head according to claim 1, characterized in that the second clamping mechanism by moving the sleeve (1) is actuated.
3. Spannkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) zur Betätigung des ersten Spannmechanismus mittels eines ersten Antriebs (13), insbesondere hydraulischen Antriebs relativ zur Hohlwelle (3) verschiebbar ist und der zweite Spannmechanismus mit einem vom ersten Antrieb (13) unabhängigen zweiten Antrieb (14) betätigbar ist, insbesondere wobei beide Antriebe (13,14) an einem gemeinsamen Trägerelement befestigt sind.3. Clamping head according to claim 1, characterized in that the sleeve (1) for actuating the first clamping mechanism by means of a first drive (13), in particular hydraulic drive relative to the hollow shaft (3) is displaceable and the second clamping mechanism with one of the first drive ( 13) independent second drive (14) is actuated, in particular wherein both drives (13, 14) are fastened to a common carrier element.
4. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannmechanismus wenigstens zwei Spannelemente (4) umfasst, wobei jedes Spannelement (4) eine radial außen liegende Führungsfläche (4a) umfasst, die mit einer Führungsfläche (3a) im Inneren der Hohlwelle (3) zusammenwirkt, so dass durch ein Bewegen eines Spannelementes (4) in axialer Richtung, insbesondere nach unten, ein radiales Bewegen, insbesondere nach innen, bewirkbar ist.4. Clamping head according to one of the preceding claims, characterized in that the second clamping mechanism comprises at least two clamping elements (4), wherein each clamping element (4) comprises a radially outer guide surface (4a) with a guide surface (3a) inside the Hollow shaft (3) cooperates, so that by moving a clamping element (4) in the axial direction, in particular downwards, a radial movement, in particular inwardly, is effected.
5. Spannkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die5. Clamping head according to claim 4, characterized in that the
Spannelemente (4) jeweils radial innen liegende, insbesondere kegelstumpfförmige Anlageflächen (4b) aufweisen, mittels denen diese jeweils formschlüssig an ein Bohrgestänge (9), insbesondere an eine an einem Bohrgestänge (9) ausgebildete Schulter / Stufe (9a) im Durchmesser anlegbar sind.Clamping elements (4) each radially inwardly lying, in particular frusto-conical bearing surfaces (4b) by means of which these each form-fitting manner to a drill string (9), in particular on a drill string (9) formed shoulder / step (9a) in diameter can be applied.
6. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsfläche (3a) im Inneren der Hohlwelle (3) gebildet ist durch einen radial nach innen vorspringenden Ringbereich (3b), dessen innere Ausnehmung eine sich verjüngende, insbesondere kegelstumpfförmig verjüngende Mantelfläche (3a) bildet, die koaxial um die Mittenachse (10) der Hohlwelle (3) angeordnet ist, insbesondere die nach unten verjüngend ausgebildet ist.6. Clamping head according to one of the preceding claims 4 or 5, characterized in that a guide surface (3a) in the interior of the hollow shaft (3) is formed by a radially inwardly projecting annular region (3b), the inner recess is a tapered, in particular frusto-conical forms a tapered lateral surface (3a), which is arranged coaxially about the center axis (10) of the hollow shaft (3), in particular which is formed tapering downwards.
7. Spannkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außen liegenden Führungsflächen (4a) der Spannelemente (4) als zu der kegelstumpfförmigen Mantelfläche (3a) korrespondierende äußere Kegelmantelflächenbereiche ausgebildet sind, insbesondere wobei sich der Formschluß zwischen den korrespondierenden Führungsflächen (3a, 4a) mit zunehmendem Formschluß zwischen den Spannelementen (4) und einem Bohrgestänge (9) erhöht. 7. Clamping head according to claim 6, characterized in that the radially outer guide surfaces (4a) of the clamping elements (4) as to the frusto-conical lateral surface (3a) corresponding outer conical surface areas are formed, in particular wherein the positive engagement between the corresponding guide surfaces (3a, 4a) increases with increasing positive engagement between the clamping elements (4) and a drill pipe (9).
8. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannelement (4) an einem parallel zur Hohlwellenachse (10) angeordneten Bolzen (6) in axialer Richtung verschieblich ist, insbesondere wobei der Bolzen (6) in einer in radialer Richtung sich erstreckenden Ausnehmung des Spannelements (4) oder eines daran angeordneten radialen Vorsprunges (4c) einliegt.8. Clamping head according to one of the preceding claims 4 to 7, characterized in that a clamping element (4) on a parallel to the hollow shaft axis (10) arranged bolt (6) is displaceable in the axial direction, in particular wherein the bolt (6) in an in Radial direction extending recess of the clamping element (4) or disposed thereon radial projection (4c) rests.
9. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (4) mittels eines im Inneren der Hohlwelle (3) angeordneten Betätigungselements (5) in axialer Richtung, insbesondere in Richtung zunehmenden Formschlusses bewegbar sind, wobei das Betätigungselement (5) mit der Hülse (1) durch wenigstens einen radialen Steg verbunden ist, der sich durch eine Ausnehmung (3c) in der Hohlwelle (3) erstreckt, insbesondere wobei der wenigstens eine Steg in einer Ausnehmung (3c) in axialer Richtung der Hohlwelle (3) bewegbar ist.9. Clamping head according to one of the preceding claims 4 to 8, characterized in that the clamping elements (4) by means of an inside of the hollow shaft (3) arranged actuating element (5) in the axial direction, in particular in the direction of increasing positive engagement are movable, wherein the actuating element (5) is connected to the sleeve (1) by at least one radial web extending through a recess (3c) in the hollow shaft (3), in particular wherein the at least one web in a recess (3c) in the axial direction of the hollow shaft (3) is movable.
10. Spannkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein10. Clamping head according to claim 9, characterized in that a
Betätigungselement (5) ringförmig ausgebildet ist und mit ihm alle Spannelemente (4) gleichzeitig bewegbar sind.Actuating element (5) is annular and with it all clamping elements (4) are simultaneously movable.
11. Spannkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen (6) am Betätigungselement (5) befestigt sind, insbesondere wobei die Bolzen (6) in Führungsbohrungen am Ringbereich (3b) eintauchen.11. Clamping head according to one of claims 8 to 10, characterized in that the bolts (6) on the actuating element (5) are fastened, in particular wherein the bolts (6) in guide bores on the annular region (3b) dive.
12. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannelement (4) in Richtung zunehmenden Formschlusses gegen eine rückstellende Kraft, insbesondere eine durch eine Druckfeder (7) aufgebrachte Kraft verschieblich ist.12. Clamping head according to one of the preceding claims 4 to 11, characterized in that a clamping element (4) in the direction of increasing positive engagement against a restoring force, in particular by a compression spring (7) applied force is displaceable.
13. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (5) mittelbar zumindest über wenigstens eine Druckfeder (8) auf ein Spannelement (4) wirkt. 13. Clamping head according to one of the preceding claims 4 to 12, characterized in that the actuating element (5) acts indirectly at least via at least one compression spring (8) on a clamping element (4).
14. Spannkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die14. Clamping head according to claim 13, characterized in that the
Druckfedern (8) zwischen einem Betätigungselement (5) und einem Zwischenring (5a) angeordnet sind, wobei der Zwischenring (5a) alle Spannelemente (4) gleichzeitig kontaktiert.Compression springs (8) between an actuating element (5) and an intermediate ring (5a) are arranged, wherein the intermediate ring (5a) contacts all the clamping elements (4) simultaneously.
15. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (1) in axialer Richtung relativ zur Hohlwelle (3) bewegbar ist, wobei zunächst durch die mittelbare Wirkung des Betätigungselements (5) über Druckfedern (8) die Spannelemente (4) in einen Formschluß mit einem Bohrgestänge (9) bewegbar sind und nach Erreichen dieses Formschlusses zwischen Betätigungselement (5) und Spannelementen (4) oder zwischen Betätigungselement (5) und einem Zwischenring (5a) eine axialer Bewegungsbereich (10) verbleibt, insbesondere durch ein Bewegungsspiel in den Druckfedern (8), wobei durch eine weitere axiale Bewegung in diesem Bewegungsbereich (10) ein Wirkschluß, insbesondere Kraft- und/oder Form- und/oder Reibschluß zwischen den Spannbacken (2) der ersten Spannvorrichtung und einem Bohrgestänge (9) bewirkbar ist.15. Clamping head according to one of the preceding claims 13 or 14, characterized in that the sleeve (1) in the axial direction relative to the hollow shaft (3) is movable, wherein first by the indirect action of the actuating element (5) via compression springs (8) Clamping elements (4) in a positive engagement with a drill string (9) are movable and after reaching this positive connection between the actuating element (5) and clamping elements (4) or between the actuating element (5) and an intermediate ring (5a) an axial range of motion (10) remains in particular by a movement play in the compression springs (8), wherein by a further axial movement in this movement range (10) an operative closure, in particular force and / or shape and / or frictional engagement between the clamping jaws (2) of the first clamping device and a drill pipe (9) is feasible.
16. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8 und/oder 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (4) mittels wenigstens eines im Inneren der Hohlwelle (3) angeordneten, insbesondere ringförmigen Betätigungselements (5) in axialer Richtung, insbesondere in Richtung zunehmenden Formschlusses bewegbar sind, wobei das wenigstens eine Betätigungselement (5) mit einem die Hülse (1) umgebenden Druckring durch wenigstens einen radialen Steg verbunden ist, der sich durch eine Ausnehmung (3c) in der Hohlwelle (3) erstreckt, insbesondere wobei der wenigstens eine Steg in einer Ausnehmung (3c) in axialer Richtung der Hohlwelle (3) bewegbar ist.16. Clamping head according to one of the preceding claims 1 to 8 and / or 10 to 15, characterized in that the clamping elements (4) by means of at least one inside the hollow shaft (3) arranged, in particular annular actuating element (5) in the axial direction, in particular in the direction of increasing positive engagement are movable, wherein the at least one actuating element (5) with a sleeve (1) surrounding pressure ring is connected by at least one radial web extending through a recess (3c) in the hollow shaft (3), in particular the at least one web is movable in a recess (3c) in the axial direction of the hollow shaft (3).
17. Spannkopf nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der17. Clamping head according to claim 16, characterized in that the
Druckring (16) eine insbesondere obere Lauffläche aufweist, auf weicher sich der zweite Antrieb (14), insbesondere Hydraulikzylinder (14) des zweiten Antriebes mittels Kugel- und/oder Rollenlagern (15) abstützt. Pressure ring (16) has a particular upper tread on soft the second drive (14), in particular hydraulic cylinder (14) of the second drive by means of ball and / or roller bearings (15) is supported.
18. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb (13), insbesondere Hydraulikzylinder (13) des ersten Antriebs mit einem die Hülse (1) umgebenden Ringelement (12) verbunden sind, welches sich sowohl in axialer Zug- als auch in axialer Schubrichtung über Kugel- und/oder Rollenlager (11a, 11b) an der Hülse (1) abstützt, insbesondere wobei die Kugel- und/oder Rollerlager (11a, 11b) zwischen zwei die Hülse (1) umgebende Kragen (1c, 1d) eingefasst sind.18. Clamping head according to one of the preceding claims, characterized in that the first drive (13), in particular hydraulic cylinder (13) of the first drive with a sleeve (1) surrounding ring element (12) are connected, which in both axial Zug- and in the axial thrust direction via ball and / or roller bearings (11a, 11b) on the sleeve (1) is supported, in particular wherein the ball and / or roller bearings (11a, 11b) between two sleeve (1) surrounding the collar (1c , 1d).
19. Spannkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die rückstellende Kraft erzeugt ist durch eine Druckfeder, deren eines Ende sich direkt oder mittelbar über einen Ring an einer an die insbesondere kegelstumpfförmige Mantelfläche (3a) angrenzende innere Schulter der Hohlwelle (3) abstützt und deren anderes Ende sich direkt oder mittelbar über einen Ring an einem radial auskragenden oberen Bereich( 4c) eines Spannelements (4) abstützt.19. A chuck according to claim 12, characterized in that the restoring force is generated by a compression spring whose one end is supported directly or indirectly via a ring on a particular frusto-conical lateral surface (3a) adjacent inner shoulder of the hollow shaft (3) and whose other end is supported directly or indirectly via a ring on a radially projecting upper portion (4c) of a clamping element (4).
20. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (4), insbesondere an ihrem oberen Ende jeweils radial innen liegende, insbesondere sich nach unten verjüngende kegelstumpfabschnittsförmige Anlaufflächen (4d) aufweisen, mittels denen in einer Wirkverbindung zu in der Hohlwelle (3) angeordneten korrespondierenden Anlaufflächen (17a) ein Spannelement (4) bei einer Aufwärtsbewegung radial nach außen verschiebbar ist.20. Clamping head according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping elements (4), in particular at its upper end in each case radially inwardly, in particular downwardly tapering truncated cone-shaped contact surfaces (4d), by means of which in an operative connection to in the hollow shaft (3) arranged corresponding contact surfaces (17 a) a clamping element (4) is displaceable radially upward during an upward movement.
21. Spannkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die in der21. Clamping head according to claim 20, characterized in that in the
Hohlwelle (3) angeordneten korrespondierenden Anlaufflächen (17a) ausgebildet sind durch ein koaxial in der Hohlwelle (3) im oberen Bereich befestigtes Rohr (17), welches einen äußeren unteren kegelstumpfförmigen Abschnitt (17a) aufweist.Hollow shaft (3) arranged corresponding contact surfaces (17a) are formed by a coaxially in the hollow shaft (3) in the upper region fixed pipe (17) having an outer lower frusto-conical portion (17a).
22. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende des sich nach unten erweiternden, insbesondere kegelförmig erweiternden Endbereichs (1b) der Hülse (1) ein insbesondere gelochtes Ringelement (22) angeordnet ist, welches in seinem inneren freien Durchmesser die Hohlwelle (3) aufnimmt und welches mit einem nach oben aufstehenden Kragen den Endbereich umgreift.22. Clamping head according to one of the preceding claims, characterized in that at the lower end of the downwardly widening, in particular conically widening end region (1 b) of Sleeve (1) a particular perforated ring member (22) is arranged, which receives the hollow shaft (3) in its inner free diameter and which surrounds the end region with an upwardly projecting collar.
23. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Mantelfläche des sich nach unten erweiternden kegelstumpfförmigen Endbereichs (1b) der Hülse (1) Nuten (23) , insbesondere sich von oben nach unten erstreckende Nuten (23) mit einem planen Nutgrund aufweisen, insbesondere die direkt oder indirekt über ein Zwischenelement (24) mit planen Anlaufflächen (2b) der Spannbacken (2) des ersten Spannmechanismus in Wirkverbindung stehen.23. Clamping head according to one of the preceding claims, characterized in that the inner circumferential surface of the downwardly flared frustoconical end portion (1b) of the sleeve (1) grooves (23), in particular from top to bottom extending grooves (23) with a plan Have groove base, in particular directly or indirectly via an intermediate element (24) with flat contact surfaces (2b) of the clamping jaws (2) of the first clamping mechanism are in operative connection.
24. Spannkopf nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Nut (23) ein Führungselement (24) befestigt ist, in welchem eine Spannbacke (2) mit ihrem eine plane Anlauffläche (2b) aufweisenden Ende geführt einliegt, insbesondere wobei ein Führungselement (24) als ein U- Profil mit hinterschnittenen Profilschenkeln (24b) ausgebildet ist.24. A clamping head according to claim 23, characterized in that in a groove (23) a guide element (24) is fixed, in which a clamping jaw (2) with its a flat contact surface (2b) having the end rests, in particular wherein a guide element ( 24) is formed as a U-profile with undercut profile legs (24b).
25. Spannkopf nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die25. Clamping head according to claim 23 or 24, characterized in that the
Führung ausgebildet ist durch in den beiden Seitenflächen einer Spannbacke (2) im Bereich des die Anlauffläche (2b) aufweisenden Endes parallel zur planen Anlauffläche ausgebildete Nuten (2c), in welche an einem Führungselement (24) vorgesehene Vorsprünge (24c), insbesondere der jeweilige nicht hinterschnittene Teil (24c) der Profilschenkel (24b) eingreifen.Guide is formed by in the two side surfaces of a clamping jaw (2) in the region of the stop surface (2b) end having parallel to the flat contact surface formed grooves (2c), in which provided on a guide element (24) projections (24c), in particular the respective non-undercut part (24c) of the profile legs (24b) engage.
26. Spannkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (2) des ersten Spannmechanismus mit einem Bohrgestänge in Wirkverbindung tretende jeweilige Flächen (2a) aufweisen, die eine als Reibbelag wirkende Beschichtung aufweist. 26. Clamping head according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping jaws (2) of the first clamping mechanism with a drill string in operative connection passing respective surfaces (2a) having a coating acting as a friction lining.
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