EP2440737B1 - Device for connecting electrical lines for boring and production installations - Google Patents

Device for connecting electrical lines for boring and production installations Download PDF

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EP2440737B1
EP2440737B1 EP20100730031 EP10730031A EP2440737B1 EP 2440737 B1 EP2440737 B1 EP 2440737B1 EP 20100730031 EP20100730031 EP 20100730031 EP 10730031 A EP10730031 A EP 10730031A EP 2440737 B1 EP2440737 B1 EP 2440737B1
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EP
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Grant
Patent type
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ring
device
characterised
according
contact
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Active
Application number
EP20100730031
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2440737A2 (en )
Inventor
Anton Scheibelmasser
Abdelrhani Lamik
Bouchra Lamik-Thonhauser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THINK AND VISION GMBH
Original Assignee
THINK AND VISION GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RLINE CONNECTORS; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00Rotary current collectors, distributors, or interrupters
    • H01R39/02Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods ; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/028Electrical or electro-magnetic connections
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RLINE CONNECTORS; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00-H01R33/00
    • H01R13/62Means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts or for holding them in engagement
    • H01R13/622Screw-ring or screw-casing

Description

  • [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von elektrischen Leitungen an miteinander verschraubbaren, im wesentlichen rohrförmigen Verbindungselementen von Gestängerohren. The invention relates to a device for connecting electrical cables to be screwed together, substantially tubular connecting elements of drill pipes. Unterschiedliche Beispiele sind in den Dokumenten Different examples are described in documents US 3,518,609 US 3,518,609 US 4,557,538 US 4,557,538 und and US 6, 123, 561 US 6, 123, 561 zu finden. to find.
  • [0002]
    Ein wesentliches Element bei modernen Erdol-, Erdgas- bzw. Geothermiebohrungen ist die Datenerfassung während des Bohrvorgangs. A key element in modern Erdol-, natural gas and geothermal drilling is the data acquisition during drilling. Das gleiche gilt aber auch für die Konstruktion des Bohrlochs bzw. die anschließende Erdöl-, Gas- bzw. Warmwasserproduktion. The same is true also for the construction of the well and the subsequent oil, gas and hot water production. Nur durch die Erfassung der jeweiligen, relevanten Messgrößen kann eine Bohrung sicher, effizient und ökonomisch betrieben werden. Only by capturing the respective relevant variables a hole can be safely operated efficiently and economically. Ein Problem entsteht allerdings bei der Echzeitdatenübertragung von Messdaten zur Oberfläche der Bohranlage. However, a problem arises with the Echzeitdatenübertragung of measurement data to the surface of the rig. Aus mehreren Kilometern Tiefe sollen die Daten mit einer hohen Datenrate (zB 200kBaud) übertragen werden. From several kilometers depth data at a high data rate (eg 200kBaud) to be transferred.
  • [0003]
    Derzeit werden an Bohranlagen zum Teil einfache Stahlrohre ohne Verkabelung verwendet. Currently, steel radiators are used without wiring of drilling rigs in part. Die Rohre werden in regelmäßigen Abständen (zB 9 Meter) verschraubt. The tubes are (for example 9 meters) screwed at regular intervals. Auf diese Weise ersteht ein mehrere Kilometer langes Bohrgestänge, an dessen Ende sich der Bohrmeißel befindet. In this way, rises a several-kilometer-long drill pipe, at the end of the drill bit is. Im Inneren der Rohre befindet sich die Spülflüssigkeit (Mud) die vielerlei Funktionen während des Bohrvorgangs erfüllt. Inside the tubes, the rinsing fluid (mud) is satisfied, the many functions during drilling. Eine dieser Funktionen ist im Stand der Technik die Übertragung von Daten mittels Druckpulsen. One of these functions is known in the art, the transmission of data by means of pressure pulses. Da diese Kommunikation sehr langsam ist (zB 10 Baud) wurden verstärkt Verfahren gesucht, die andere Übertragungsmechanismen verwenden (Sonar, Ströme über das Erdreich etc.). Since this communication is very slow (eg 10 baud) were increasingly sought methods that other transmission mechanisms use (sonar, flows through the soil, etc.). Am effizientesten haben sich Lösungen dargestellt, die mit einer Verkabelung des Bohrgestänges verbunden sind (Strom, Licht etc.). Most efficiently, solutions have shown which are connected to a wiring of the drill string (electricity, light, etc.). Sobald das Bohrgestänge mittels elektrischer Kabel oder leitfähiger Schichten verbunden ist, ist eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung möglich. Once the drill string is connected by means of electrical cable or conductive layers, a high-speed data transmission is possible.
  • [0004]
    Dabei sind prinzipiell zwei Verfahren möglich. Two methods are possible in principle. Einige Prototypen arbeiten mit galvanischen Verbindungen zwischen den einzelnen Rohren des Gestänges. Some prototypes work with galvanic connections between the individual tubes of the boom. Teilweise kommerziell verfügbare Systeme verwenden eine magnetische Kopplung zwischen den Rohren. Partial commercially available systems use a magnetic coupling between the pipes. Die derzeit eingesetzte magnetische Kopplung erlaubt nur die Datenübertragung. The currently used magnetic coupling allows only the data transmission.
  • [0005]
    Die Absicht, einen Bohrstrang zu verkabeln stößt auf mehrere Probleme gleichzeitig. The intention to wire a drillstring comes to multiple problems.
  • [0006]
    Stahlrohre müssen mit hitzebeständigen, Mud-beständigen, druckbeständigen Kabeln gefertigt bzw. nachgerüstet werden ohne dass die Tragkraft des Bohrstrangs beeinflusst und das Personal beim Verschrauben der Rohre behindert wird. Steel pipes have to be manufactured with heat-resistant, Mud resistant, pressure-resistant cables or retrofitted without the carrying capacity of the drill string influenced and the staff during the screwing of the pipes is impeded.
  • [0007]
    Um eine Datenübertragung im Bohrstrang zu ermöglichen muss das Problem der elektrischen Verbindung zwischen den Rohren gelöst werden. In order to enable a data transmission in the drill string, the problem of the electrical connection between the pipes needs to be solved. Die elektrische Verbindung muss zuverlässig, einfach und robust bei der mechanischen Verbindung der Rohre (drehende Bewegung) hergestellt werden. The electrical connection must be reliable, simple and robust are produced in the mechanical connection of the tubes (twisting motion). Die größte Herausforderung eine elektrische Verbindung zustande zu bringen, die Strom und/oder Daten übertragen kann, ist die Schraubbewegung während des Verschraubungsprozesses der einzelnen Bohrgestänge (Rohre). The biggest challenge to make an electrical connection is established, may transfer the power and / or data, the screw movement during Verschraubungsprozesses of each drill pipe (pipes). Außerdem stellt der Bohrprozess, durch hohe Verschmutzung und Flüssigkeiten aller Art, eine raue Umgebung dar. Diese Herausforderung soll überwunden werden um ein erfolgreiches, einsatzfähiges System zu entwickeln. In addition, the drilling, high pollution and all types of liquids, a harsh environment. This challenge to be overcome in order to develop a successful, operational system.
  • [0008]
    Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung die eingangs genannten Art dadurch, dass an einem Verbindungselement ein erstes elektrisches Kontaktelement fest angeordnet ist und dass am anderen Verbindungselement ein zweites elektrisches Kontaktelement in Drehrichtung des Verbindungselementes verschiebbar angeordnet ist. This object is achieved in a device of the type mentioned above in that in a connecting element a first electrical contact element is fixed and that a second electrical contact element in the direction of rotation of the connecting element is displaceably disposed on the other connecting element.
  • [0009]
    Die Konstruktion löst das Problem, dass bei der Verschraubung der beiden Verbindungselemente zwei Bewegungskomponenten auftreten, nämlich eine in Umfangsrichtung und eine in Achsrichtung der Verbindungselemente. The construction solves the problem that two components of movement to occur during the screwing of the two connecting members, namely, a circumferential and an axial direction in the connecting elements. Aufgrund des Umstandes, dass eines der beiden Kontaktelement in Umfangsrichtung beweglich ist, kann es sich bei der Herstellung der elektrischen bzw. galvanischen Verbindungen zwischen den beiden Kontaktelement mit dem anderen Verbindungselement mitdrehen, so dass die beiden Verbindungselemente nur noch über die axiale Bewegungskomponente miteinander verbunden werden müssen. Due to the fact that one of the two contact element in circumferential direction is movable, it can rotate with the other connecting element in the production of electrical or galvanic connections between the two contact element, so that the two connecting elements are connected to each other only through the axial movement component have to.
  • [0010]
    In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das bewegliche Kontaktelement an einem am Verbindungselement drehbar angeordneten Ring angeordnet, wobei der Ring bevorzugt ein Außenring eines Schleifrings ist. In a preferred embodiment of the invention, the movable contact element is arranged on a rotatably arranged on the connecting element ring, the ring is preferably an outer ring of a slip ring. Schleifringe sind in der Elektrotechnik bewährte und robuste Bauteile, die auch im vorliegenden Fall zum Einsatz kommen können, um die drehende Bewegungskomponente während der Verbindung der beiden Verbindungselemente zu kompensieren. Slip rings are in electrical proven and robust components that can also be used in the present case, to compensate for the rotating movement component during the connection of the two connecting elements.
  • [0011]
    Die vorgestellte Lösung ist für eine Daten- und Energieübertragung im Bohrgestänge basierend auf verkabelten Rohren (zB Stahl- oder CFK- bzw. GFK-Rohre) geeignet, deren Verkabelung an den Rohrenden galvanisch verbunden ist. The solution presented is suitable for a data and power transmission in the drill string based on wired pipes (for example, steel or carbon fiber reinforced plastic or FRP pipes) whose wiring is electrically connected at the tube ends.
  • [0012]
    Die Verkabelung kann mit einem zweiadrigen, hitzebeständigen Spannungsversorgungskabel erfolgen, welches in einem Schutzrohr (chemische Beständigkeit) verlegt wird. The wiring can be carried out with a two-wire, heat-resistant voltage supply cable, which in a protective tube (chemical resistance) is laid. An der Oberfläche können in dieses Kabel sowohl elektrische Energie als auch Daten eingespeist werden. On the surface, both electrical power and data can be fed into this cable. Im Fall des drehenden Bohrstrangs erfolgt dies mit Schleifringen. In the case of the rotating drill string, this is done with slip rings. Im Rohr wird dieses Kabel zu einem Verbindungselement geleitet, welches eine gut leitfähige Verbindung zum nächsten Rohr herstellt. In the pipe, this cable is directed to a connecting element which establishes a good conductive connection to the next tube.
  • [0013]
    Für die Einspeisung der Energie kann vorzugsweise Gleichspannung im Netzspannungsbereich verwendet werden. For the supply of energy preferably DC voltage can be used in the mains voltage range. Die Anpassung an alle möglichen Versorgungsnetze erfolgt ein Mal zentral vor der Einspeisung. The adaptation to all possible distribution networks is done once centrally before feeding.
  • [0014]
    Zusätzlich zur Datenkommunikation kann auch das Problem der Energieversorgung der Datenübertragungselemente (Modem, Repeater, Transceiver etc.) auftreten. In addition to data communication, the problem of power supply of the data transfer elements can (etc. Modem, repeaters, transceivers) occur. Da das Bohrgestänge mehrere Kilometer lang werden kann (zB 20 km) ist das Problem der Datenübertragung über lange Leitungen zu lösen. Since the drill pipe can be several kilometers long (eg 20 km) is to solve the problem of data transmission over long cables. Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungen (zB Feldbussysteme) sind nur für einige 100 Meter ohne Repeater verwendbar. High speed data transfers (eg fieldbus systems) can only be used for some 100 meters without repeaters. Der Einsatz von vielen Repeatern setzt aber eine ausreichende Spannungsversorgung voraus. but the use of many repeaters requires a sufficient power supply. Diese ist aber bei großen Distanzen und vielen Repeatern auf Grund der Spannungsabfälle problematisch. but this is problematic due to the voltage drops over long distances and many repeaters. Der Einbau von Batterien in die Repeater löst zwar das Problem der Energieübertragung, führt aber zu schlecht wartbaren, unzuverlässigen Systemen (Batteriewechsel, Batterieausfall). Although the installation of batteries in the repeater solves the problem of energy transfer, but leads to poor unmaintainable, unreliable systems (battery replacement, battery failure). Durchaus problematisch ist auch der Einbau von Repeatern in das Bohrgestänge auf Grund des mangelnden Platzes. Quite problematic is also the installation of repeaters in the drill due to the lack of space.
  • [0015]
    Zur Lösung des Problems wird bei der Erfindung vorgeschlagen, dass an die elektrischen Leitungen eine Trägerfrequenzanlage angeschlossen ist. To solve the problem, it is proposed in the invention that the electric lines, a power-line communication is connected.
  • [0016]
    Für die Einspeisung der Daten mit Hilfe einer Trägerfrequenzanlage kann ein Narrow-Band OFDM (orthogonal frequency divison multiplex, multi carrier) Verfahren verwendet werden. For the feeding of the data using a power-line communication, a narrow-band OFDM can (orthogonal frequency divison multiplexed, multi-carrier) can be used methods. Dieses Verfahren ist auch unter "Power Line Communication (PLC)" bekannt. This process is also known as "Power Line Communication (PLC)". Modems, die dieses Verfahren verwenden werden zur Zeit in elektrischen Energienetzen zur Fernwartung oder Zählerfernauslesung verwendet (Distributed Line Communication, DLC). Modems use this technique currently used in electric power networks for remote maintenance or remote meter reading (Distributed Line Communication, DLC). Es gelingt damit über herkömmliche Energieversorgungsleitungen ohne Zusatzverkabelung Informationen über mehrere Kilometer ohne Repeater mit Datenraten von einigen hundert Kilobaud auszutauschen. Is successful in over conventional power lines without additional cabling information for several kilometers without repeaters with data rates of several hundred Kilobaud exchange.
  • [0017]
    Mit einem solchen Modem werden die Daten auf die Spannungsversorgung in mehreren Trägerfrequenzen aufmoduliert, mit Schleifringen in den Bohrstrang eingespeist und im drehenden Bohrstrang über die Verbindungselemente an den Rohrenden zur Empfangsstelle (Verbraucher, elektronisches Messsystem) im Bohrloch übertragen. With such a modem, the data is modulated onto the power supply in a plurality of carrier frequencies, is fed with slip rings in the drill string and transmitted in the rotating drill string by the connecting elements at the pipe ends to the receiving point (consumer electronic measuring system) in the borehole. Mehrere solcher Modems können durch die angeschlossene Spannungsversorgung nicht nur Energie, sondern auch Daten empfangen bzw. senden. Several such modems can receive not only energy but also data by the connected power supply or send.
  • [0018]
    Vorteile dieser Problemlösung liegen unter anderem darin, dass durch die Verwendung der PLC Modulation keine getrennte Verkabelung für die Datenkommunikation notwendig ist. Advantages of this solve problems include the fact that modulation is required no separate wiring for data communication by using the PLC. Diese Lösung ist daher ökonomisch. This solution is therefore economically. Für die erwünschte Bohrstranglänge (ca. 20km) sind keine Repeater notwendig, was Platz- bzw. Energieprobleme löst. no repeaters are necessary for the desired Bohrstranglänge (about 20km), which solves space and energy problems. Da keine getrennte Datenverkabelung notwendig ist, entfallen zusätzliche galvanische Kontakte an den Rohrverbindungen. Since no separate data cabling is necessary, no need for additional electrical contacts on the pipe joints. Da keine Repeater notwendig sind, wird die notwendige Menge an Energie derart reduziert, dass bei einer ökonomischen Wahl des notwendigen Leiterquerschnitts (zB 4-6mm 2 ) eine Netzspannung (zB 400V) ausreicht um die geforderte Energie (zB 200W) an einen ca. 20km entfernten Verbraucher zu bringen. Since no repeaters are needed, the necessary amount of energy is reduced so that an economic choice of the required conductor cross section (eg 4-6mm 2) a mains voltage (eg 400V) is sufficient to provide the required energy (for example, 200W) to a 20km to bring distant consumers.
  • [0019]
    Das Vorhandensein einer permanenten Energieversorgung ermöglicht die Kühlung von elektronischen Systemen im Bohrstrang und ermöglicht dadurch eine größere Bohrtiefe (Temperaturkoeffizient in der Bohrung ca. 3.3°C/100m) bzw. längere Aufenthaltsdauer. The presence of a permanent power supply enables the cooling of electronic systems in the drill string and thereby enables a greater depth (temperature coefficient in the bore of approximately 3.3 ° C / 100 m) and longer length of stay. Energie und Datenversorgung ermöglicht eine Reihe neuer Anwendungen. Energy and data supply allows a range of new applications. Eine Begrenzung der Versorgungsspannung auf zB 400V ermöglicht die Wahl eines Standardkabels (zB 240/400V) und reduziert die benötigten Isolationsabstände im mechanischen Design der Systemkomponenten im Vergleich zu Hochspannungssystemen. A limitation of the supply voltage, for example 400V allows the choice of a standard cable (such as 240 / 400V), and reduces the required insulation distances in the mechanical design of the system components as compared to high-voltage systems.
  • [0020]
    Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche. Further preferred embodiments of the invention are subject of the remaining dependent claims.
  • [0021]
    Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawings.
  • [0022]
    Es zeigt: It shows:
  • Fig. 1 Fig. 1
    eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer explosionsartigen-Darstellung, an embodiment of a device according to the invention in an exploded representation,
    Fig. 2 Fig. 2
    die Vorrichtung im zusammengebauten Zustand im Schnitt, the device in the assembled state in cross section,
    Fig. 3 Fig. 3
    ein Detail der Vorrichtung vom a detail of the apparatus Fig. 2 Fig. 2 in vergrößertem Maßstab, on an enlarged scale,
    Fig. 4 Fig. 4
    einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung part of the device according to the invention
    Fig. 5 Fig. 5
    ein Detail vom a detail from Fig. 4 Fig. 4 in vergrößertem Maßstab, on an enlarged scale,
    Fig. 6 Fig. 6
    einen weitern Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, a farther part of the device according to the invention,
    Fig. 7 Fig. 7
    einen anderen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung another part of the apparatus of the invention
    Fig. 8 Fig. 8
    einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer explosionsartigen Darstellung, part of the device according to the invention in an exploded view,
    Fig. 9 Fig. 9
    einen Schnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, a section through a part of the device according to the invention,
    Fig. 10 Fig. 10
    einen Schnitt durch anderen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, a section through another part of the device according to the invention,
    Fig. 11 Fig. 11
    ein Gestängerohr mit einer Box und einem Pin und a drill pipe with a box and a pin and
    Fig. 12 Fig. 12
    ein Detail der Box am Gestängerohr von a detail of the box on drill pipe from Fig. 11 Fig. 11 . ,
  • [0023]
    In In Fig. 1 Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die zum Verbinden von Gestängerohren 32, zum Beispiel von Bohrsträngen bei Bohranlagen, dient. an embodiment of a device according to the invention is shown, which serves for connecting drill pipes 32, for example drill strings for drilling rigs. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein erstes Verbindungselement 1, das in der Folge als "Pin" bezeichnet wird, und ein zweites Verbindungselement 2, das in der Folge als "Box" bezeichnet wird, auf. The inventive device comprises a first connecting element 1, which is referred to as "pin", and a second connecting member 2, which is referred to as "Box" on. Der Pin 1 und die Box 2 werden auf nicht dargestellte Weise mit Gestängerohren 32 verbunden, die beispielsweise aus Stahl, CFK oder GFK hergestellt sein können. The pin 1 and the box 2 are connected on a manner not shown with drill pipes 32, which may be made for example of steel, carbon fiber or fiberglass. Der Innendurchmesser des Pin 1 und der Box 2 entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Gestängerohre 32, wogegen der Außendurchmesser des Pin 1 und der Box 2 größer als der Außendurchmesser der Gestängerohre 32 ist. The inner diameter of the pin 1 and the box 2 corresponds substantially to the inner diameter of the drill pipe 32, while the outer diameter of the pin 1 and the box 2 is larger than the outer diameter of the drill pipe 32 is.
  • [0024]
    Am Pin 1 sind ein Schleifring 3 und ein Fangring 4 drehbar aufgenommen, die im zusammengebauten Zustand von einem Außenring 5 umgeben sind. At pin 1 a slip ring 3 and a capture ring 4 are rotatably accommodated, which are surrounded in the assembled state of an outer ring. 5 Der Durchmesser des Außenrings 5 ist geringfügig größer als der Durchmesser von Pin 1 und Box 2 und aus einem verschleißfesten Material hergestellt, so dass er als Verschleißteil dienen kann, der problemlos ausgewechselt werden kann und den Pin 1 und die Box 2 vor einem übermäßigen Verschleiß schützt. The diameter of the outer ring 5 is slightly larger than the diameter of pin 1 and box 2 and made from a wear-resistant material so that it can serve as a wear part that can be easily replaced and the pin 1 and the box 2 protects against excessive wear , An seinem der Box 2 zugewandten Ende 6 weist der Pin 1 einen sich konisch verjüngenden Außendurchmesser mit einem Außengewinde auf. at its end facing the box 2 end 6, the pin 1 has a conically tapered outer diameter with an outer thread. Die Box 2 weist demgegenüber an ihren dem Pin 1 zugewandten Ende 7 einen sich konisch erweiternden Innendurchmesser mit dem gleichen Kegelwinkel und einem Innengewinde auf. In contrast, the box 2 has a conically widening inner diameter with the same cone angle and an inner thread on its pin 1 end facing. 7 Der Pin 1 und die Box 2 können auf diese Weise durch wenige Drehungen über eine relativ große Länge miteinander verschraubt werden. The pin 1 and the box 2 can be screwed in this way by a few turns over a relatively long length with each other.
  • [0025]
    Der Schleifring 3 besteht, wie The slip ring 3 consists, as Fig. 8 Fig. 8 im Detail zeigt, aus einem Innenring 8, der am Pin 1 angeordnet ist, und einem Außenring 9, der gegenüber dem Innenring 8 in Umfangsrichtung verdrehbar ist. shows in detail, of an inner ring 8 which is arranged on the pin 1, and an outer ring 9, which is rotatable relative to the inner ring 8 in the circumferential direction. In Achsrichtung ist der Außenring 9 gegenüber dem Innenring 8 fixiert. In the axial direction of the outer ring 9 is fixed relative to the inner ring. 8 Der Schleifring 3 ist - abgesehen von nachfolgend noch erläuterten Details - im Übrigen wie an sich aus dem Stand Technik bekannt aufgebaut. The slip ring 3 is - aside from following yet explained details - built otherwise known as per se from the prior art.
  • [0026]
    Am Außenring 9 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei elektrische Kontaktelemente in Form von Kontaktstiften 10 angeordnet, welche mit Bürsten des Außenrings 9 elektrisch verbunden sind. At the outer ring 9, two electrical contact elements are arranged in the form of contact pins 10 which are electrically connected to the brush of the outer ring 9 in the illustrated embodiment. Es können gleich viele Kontaktstifte 10 wie Schleifkontakte am Schleifring 3 vorhanden sein. It may be the same number of contact pins 10 as sliding contacts on the slip ring 3 may be present. Es ist aber auch möglich, um eine besonders sichere elektrische Verbindung zu schaffen, je Schleifkontakte auch beispielsweise zwei Kontaktstifte 10 vorzusehen. but it is also possible to create a particularly reliable electrical connection, the sliding contacts to also provide for example two pins 10th Alternativ ist es auch möglich, standardmäßig mehr Schleifkontakte als Kontaktstifte 10 vorzusehen, um bei Bedarf die Möglichkeit weiterer elektrischer Verbindungen zwischen dem Pin 1 und der Box 2 zur Verfügung zu stellen. Alternatively, it is also possible to provide more standard sliding contacts of contact pins 10 to provide the possibility of further electrical connections between the pin 1 and the box 2 is available when needed.
  • [0027]
    In den In the Fig. 5 Fig. 5 und and 6 6 ist der Fangring 4 detaillierter dargestellt. the catch ring 4 is shown in more detail. Er weist im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Durchtrittsöffnungen 11 für Kontaktstifte 10 auf. He has in the illustrated embodiment four through openings 11 for contact pins 10th Außerdem weist er auf der dem Schleifring 3 zugewandten Seite Aufnahmen 12 (im dargestellten Ausführungsbeispiel elf Aufnahmen 12) für Druckfedern 13 auf, die sich an der Stirnfläche 14 des Außenrings 9 abstützen. He also has the slip ring 3 side facing seats 12 (in the illustrated embodiment, eleven receptacles 12) for compression springs 13 which are supported on the end face 14 of the outer ring. 9 Die Druckfedern 13 werden im zusammengedrückten Zustand vollständig in den Aufnahmen 12 aufgenommen. The compression springs 13 are fully received in the receptacles 12 in the compressed state. Auf der den Aufnahmen 12 bzw. Druckfedern 13 gegenüberliegenden Seite ist am Fangring 4 ein Fangstift 15 in Achsrichtung gegen eine nicht dargestellte Druckfeder verschiebbar gelagert. On the opposite the seats 12 and compression springs 13 side is mounted on the catch ring 4 a catch pin 15 in the axial direction against a non-illustrated compression spring slidably. Auf der gleichen Seite, auf der sich der Fangstift 15 befindet, sind die Durchtrittsöffnungen 11 von einer Abdichtung 16 verschlossen, die allerdings von den Kontaktstiften 10 durchdrungen werden kann und nach dem Zurückziehen der Kontaktstifte 10 die Durchtrittsöffnungen 11 auch wieder verschließt. On the same side on which the pilot pin 15 is located, the passage openings are closed by a seal 16 11, which can be penetrated by the contact pins 10, however, and after retraction of the pins 10, the passage openings 11 also closes again.
  • [0028]
    Am Außenumfang des Fangrings 4 ist auf der dem Schleifring 3 zugewandten Seite auf einem Wulst 17 ein Dichtungsring 18, beispielsweise ein O-Ring, angeordnet. On the outer circumference of the catch ring 4 is on the slip ring 3 side facing a bead 17, a sealing ring 18, for example an O-ring is arranged. Der Außenring 5 ist über ein Gewinde 21 mit dem Pin 1 verschraubt und der Fangring 4 liegt mit seinem Dichtungsring 18 an der Innenseite des Außenrings 5 dichtend an. The outer ring 5 is screwed via a thread 21 with the pin 1 and the catch ring 4 is located with its sealing ring 18 on the inner side of the outer ring 5 sealingly engages. Am Pin 1 ist des weiteren noch eine Nut 19 im Bereich unter dem Fangring 4 angeordnet, in welcher ein Dichtungsring 20, beispielsweise ein O-Ring, liegt, der außerdem an der Innenseite des Fangrings 4 dichtend anliegt. At pin 1 is still further a groove 19 arranged in the area under the capture ring 4, in which a sealing ring 20, for example an O-ring, is located, which also rests sealingly against the inside of the catch ring. 4 Durch das Gewinde 21 und die Dichtungsringe 18 und 20 kann der Raum, in welchem der Schleifring 3 liegt, dicht abgeschlossen werden. Through the thread 21 and the sealing rings 18 and 20 of the space in which the slip ring is 3 can be tightly sealed.
  • [0029]
    Auf der dem Fangring 4 zugewandten Seite weist die Box 2 einerseits eine Fangöffnung 22 für den Fangstift 15 und andererseits Kontaktelemente in Form von zwei Kontaktbuchsen 23 auf. On the catch ring 4 side facing the box 2 has on one hand a catch opening 22 for the catching pin 15 and the other contact elements in the form of two contact sockets 23rd Da im in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel nur zwei Kontaktstifte 10 verwendet werden, sind auch nur zwei Kontaktbuchsen 23 vorhanden. Since only two pins 10 are used in the illustrated embodiment in the drawings, only two contact sockets 23 are present. Neben den beiden Kontaktbuchsen 23 sind noch zwei weitere Aufnahmen 24 angeordnet, welche bei Bedarf mit Kontaktbuchsen 23 ausgestattet werden können. In addition to the two contact sockets 23 two further seats 24 are still arranged, which can be equipped as needed with contact sockets 23rd In In Fig. 3 Fig. 3 ist zu sehen, dass die Kontaktbuchsen 23 und die Aufnahmen 24 ebenfalls von einer Abdichtung 25 verschlossen sind, die ebenfalls von den Kontaktstiften 10 durchdrungen werden können und nach dem Zurückziehen der Kontaktstifte 10 die Kontaktbuchsen 23 wieder verschließen. It can be seen that the contact sockets 23 and the receptacles 24 are also closed by a seal 25, which can also be penetrated by the contact pins 10 and 23 close the contact sockets again after the withdrawal of the contact pins 10 degrees. Die Abdichtung 25 ist in The seal 25 is in Fig. 7 Fig. 7 nicht dargestellt. not shown.
  • [0030]
    Die Abdichtungen 16 und 25 sind perforierbare Dichtungen und können beispielsweise aus Gummi hergestellt und von Anfang an mit einer Perforation versehen sein, welche das Durchdringen und das Herausziehen der Kontaktstifte 10 erleichtert, wobei allerdings gewährleistet sein muss, dass die Abdichtungen 16 und 25 auch ohne Kontaktstifte 10 so dicht sind, dass kein Funke oder Lichtbogen überspringen oder gezündet werden kann, wenn die Kontaktstifte 10 oder Kontaktbuchsen 23 unter Spannung stehen, um eine allfällige Explosionsgefahr zu minimieren. The seals 16 and 25 are pierceable seals and may for example be made of rubber and is provided from the outset with a perforation which facilitates the penetration and the pulling out of the contact pins 10, which must be ensured, however, that the seals 16 and 25, even if contact pins 10 are so dense that no spark or arc skip or can be ignited, when the contact pins 10 or contact sockets 23 are under tension in order to minimize a possible explosion hazard. Außerdem muss die Abdichtung die Gefahr von Verschmutzung und das Eindringen von verschiedensten Flüssigkeiten unter den rauen Bedingungen eines Bohrprozesses verhindern. In addition, the seal must prevent the risk of contamination and the penetration of various liquids under the harsh conditions of a drilling process.
  • [0031]
    In In Fig. 9 Fig. 9 ist ein Schnitt der Box 2 dargestellt, in dem eine vom Inneren der Box 2 zunächst schräg nach außen führende Bohrung 26 und weiters eine davon abzweigende, in Achsrichtung ausgerichteten Bohrung 27 zu sehen sind, die zu einer Ausnehmungen 28 führen, in der die Kontaktbuchsen 23 aufgenommen sind. a section of the box 2 is shown in which a first slanted leading from the interior of the box 2 to the outside bore 26 and a branching therefrom, aligned in the axial direction of bore 27 to see further, leading to a recesses 28 in which the contact sockets 23 are added. Durch diese Bohrungen 26 und 27 und gegebenenfalls ein nicht dargestelltes Kniestück können die Kontaktbuchsen 23 mit einer im Inneren der Gestängerohre 32 angeordneten Leitung verbunden werden. Through these holes 26 and 27 and, optionally, an unillustrated knuckle, the contact sockets 23 can be connected to a linkage arranged in the interior of the tubes 32 line. In In Fig. 10 Fig. 10 ist ein Schnitt durch den Pin 1 dargestellt, in dem eine Bohrung 29 zu sehen ist, die vom Inneren des Pin 1 zum dem in dieser Zeichnung nicht dargestellten Schleifring führt. shows a section through the pin 1, in which a bore 29 is seen, which leads from the interior of the pin 1 to the not shown in this drawing slip ring. Auf diese Weise kann eine im Inneren eines Gestängerohres 32 angeordnete Leitung, gegebenenfalls über ein im Inneren des Pin 1 an die Bohrung 28 anschließendes, nicht dargestelltes Kniestück, auch mit den Schleifkontakten des Innenrings 8 verbunden werden. In this way, a arranged in the interior of a drill pipe 32 line can be optionally connected via a subsequent inside the pin 1 to the bore 28, not shown, elbow, with the sliding contacts of the inner ring. 8
  • [0032]
    In der Regel wird an einem Gestängerohr 32 an einem Ende ein Pin 1 und am anderen Ende eine Box 2 angeordnet sein, wobei die jeweiligen Kontaktelemente (Kontaktstifte 10 und Kontaktbuchsen 23) über die im Inneren des Gestängerohres 32 verlaufende elektrische Leitung miteinander verbunden sind. Typically, a pin 1 and at the other end a box 2 will be disposed on a drill pipe 32 at one end, with the respective contact elements (pins 10 and female contacts 23) are connected to each other via the running in the interior of the drill pipe 32 electrical line. Durch Zusammenschrauben von Gestängerohren 32 über jeweils einen Pin 1 und eine Box 2 kann somit eine entlang des gesamten Bohrstranges verlaufende, durchgehende elektrische Leitung hergestellt werden. By screwing of drill pipes 32 in each case via a pin 1 and a box 2 thus extending along the entire drill string, continuous electrical conduction can be established.
  • [0033]
    Das Zusammenschrauben von Pin 1 und Box 2 erfolgt erfindungsgemäß wie folgt. The screwing together pin 1 and Box 2 is inventively as follows. In getrennten Zustand von Pin 1 und Box 2 wird der Fangring 4 von den Druckfedern 13 so weit vom Außenring 9 weg gedrückt, dass sein Wulst 17 bzw. dessen Dichtungsring 18 an einem nach innen ragenden Vorsprung 30 des Außenrings 5 anliegt. In the disconnected state of pin 1 and box 2, the catch ring 4 is pressed by the compression springs 13 so far from the outer ring 9 away that its bead 17 and the sealing ring 18 rests against an inwardly protruding projection 30 of the outer ring. 5 Da der Außenring 9 axial nicht verschiebbar ist, sind die Spitzen der Kontaktstifte 10 so weit im Fangring 4 nach innen gezogen, dass sie hinter der Abdichtung 16 liegen und diese nicht durchdringen. Since the outer ring 9 is not axially displaceable, the tips of the contact pins 10 are pulled so far in the catch ring 4 inside, and that they are located behind the seal 16, these do not penetrate. Wird die Box 2 über das konische Ende 6 des Pin 1 gesteckt und dabei verdreht, um die Box 2 auf den Pin 1 zu schrauben, kommt die Box 2 mit ihrer Stirnfläche 31 zunächst in Anlage an den Fangstift 15, der gegen die Kraft seiner Druckfeder nach hinten in den Fangring 4 gedrückt wird und spätestens nach einer vollständigen Umdrehung der Box 2 in die Fangbohrung 22 einrastet. When the box 2 placed over the tapered end 6 of the pin 1 and thereby rotated to screw the box 2 to pin 1, the box 2 comes with its end face 31 is first in contact with the catch pin 15 against the force of its compression spring is pushed backwards in the catch ring 4 and snaps at the latest after one complete revolution of the box 2 in the fishing hole 22nd
  • [0034]
    Von diesem Moment an werden mit der Box 2 auch der Fangring 4 und über die Kontaktstifte 10 der Außenring 9 mit gedreht. From that moment, also the catch ring 4 and the contact pins 10 of the outer ring 9 are rotated with the box. 2 Sobald das Gewinde zwischen Pin 1 und Box 2 zu greifen beginnt, wird der Fangring 4 immer weiter gegen den Außenring 9 gedrückt bis er vollständig an ihm anliegt. Once the thread between pin 1 and box 2 starts to engage, the catch ring 4 is increasingly pressed against the outer ring 9 until it completely rests on it. Während dieser Bewegung beginnen die spitzen Fangstifte 10 zunächst die Abdichtung 16 und in weiterer Folge die Abdichtung 25 zu durchdringen, bis sie in die Kontaktbuchsen 23 eindringen und eine elektrische Verbindung herstellen. During this movement the sharp catch pins 10 begin the first seal 16 and to penetrate in Subsequently, the seal 25, until they penetrate into the contact sockets 23 and provide an electrical connection. Da der Fangring 4 und die Box 2 durch den Fangstift 15 in Umfangsrichtung exakt zueinander ausgerichtet sind, ist auch ein exaktes Eintreten der Kontaktstifte 10 in die Kontaktbuchsen 23 gewährleistet. Since the catching ring 4 and the box 2 are precisely aligned in the circumferential direction by the catching pin 15, an exact occurrence of the contact pins 10 is also ensured in the contact sockets 23rd
  • [0035]
    Wenn die Verbindung zwischen Pin 1 und Box 2 wieder getrennt wird, wird beim Auseinanderschrauben von Pin 1 und Box 2 der Fangring 4 durch die Druckfedern 13 vom Außenring 9 weg gedrückt, so dass die Kontaktstifte 10 aus den Kontaktbuchsen 23 herausgezogen werden. If the connection between the pin 1 and box 2 is separated again, is pressed away during unscrewing of pin 1 and box 2, the catch ring 4 by the compression springs 13 from the outer ring 9, so that the contact pins are pulled out of the female contacts 23 10th Die Druckkraft der Druckfedern 13 muss daher so groß sein, dass sowohl die Reibung der Kontaktstifte 10 in den Kontaktbuchsen 23 und den Abdichtungen 16, 25 als auch die Reibung der Dichtungsringe 18, 20 sicher überwunden werden kann. Therefore, the urging force of the compression springs 13 must be so large that both the friction of the contact pins 10 in the contact socket 23 and the seals 16, 25 as well as the friction of the seal rings 18, 20 can be securely overcome. Die Länge der Kontaktstifte 10 und der Federweg des Fangrings 4 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich der Fangring 4 erst dann von der Stirnfläche 30 der Box 2 löst, wenn die Kontaktstifte 10 so weit zurückgezogen sind, dass sie die Abdichtungen 16, 25 nicht mehr durchdringen, so dass ein sicheres Trennen von Pin 1 und Box 2 gewährleistet ist. The length of the contact pins 10 and the spring travel of the catching ring 4 are coordinated so that the capture ring 4 only then released from the end face 30 of the box 2 when the contact pins 10 are retracted so far as to the seals 16, 25 no longer penetrate, so that a safe cutting of pin 1 and box 2 ensured.
  • [0036]
    Die Konstruktion löst das Problem, dass bei der Verschraubung der beiden Verbindungselemente zwei Bewegungskomponenten auftreten, nämlich eine in Umfangsrichtung und eine in Achsrichtung der Verbindungselemente. The construction solves the problem that two components of movement to occur during the screwing of the two connecting members, namely, a circumferential and an axial direction in the connecting elements. Aufgrund des Umstandes, dass eines der beiden Kontaktelement in Umfangsrichtung beweglich ist, kann es sich bei der Herstellung der elektrischen bzw. galvanischen Verbindungen zwischen den beiden Kontaktelement mit dem anderen Verbindungselement mitdrehen, so dass die beiden Verbindungselemente nur noch über die axiale Bewegungskomponente miteinander verbunden werden müssen. Due to the fact that one of the two contact element in circumferential direction is movable, it can rotate with the other connecting element in the production of electrical or galvanic connections between the two contact element, so that the two connecting elements are connected to each other only through the axial movement component have to.
  • [0037]
    Die Kompensation der Relativbewegung des Pins 1 und der Box 2 zur Herstellung der elektrischen Verbindung während des Verschraubungsprozess kann auch auf andere Weise erfolgen. The compensation of the relative movement of the pin 1 and the box 2 for the production of the electrical connection during the tightening process can also be performed in other ways. Wesentlich ist die Auflösung der Freiheitsgrade der Bewegung zwischen dem Pin 1 bzw. der Box 2 bei der Verschraubung in Umfangsrichtung und in Axialrichtung. Essential is the resolution of the degrees of freedom of movement between the pin 1 and the box 2 during the screwing in the circumferential direction and in the axial direction. Es muss durch eine Einrichtung die Position des einen Kontaktelementes 10, zB die Steckerposition im Pin 1, mit der Position des anderen Kontaktelementes 23, zB der Buchsenposition in der Box 2, während der Verschraubung so ausgerichtet werden, dass die elektrischen Kontaktstifte in die elektrischen Buchsen treffen. It must by a device the position of a contact element 10, such as the connector position in the pin 1, with the position of the other contact element 23, eg of the bushing position in the box 2, while the screw are aligned so that the electrical contact pins in the electrical connectors to meet. Dies kann bevorzugt aber nicht zwingend über gefederte oder elektrische oder magnetisch aktivierte Fangstifte 15 erfolgen, die am Pin 1 oder and der Box 2 platziert sind und für eine Positionierung der Kontaktstifte während des Verschraubprozesses in Umfangsrichtung sorgen. This may not necessarily take place over sprung or electrical or magnetic activated pilot pins 15, which are placed on pin 1 or 2 and the box and provide a positioning of the contact pins during Verschraubprozesses in the circumferential direction but preferred.
  • [0038]
    In In Fig. 11 Fig. 11 ist ein Gestängerohr 32 dargestellt, an dem an einem Ende ein Pin 1 und am anderen Ende eine Box 2 angeordnet sind. a drill pipe 32 is shown, are arranged on the at one end a pin 1 and a box at the other end. 2 Im in Im in Fig. 11 Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Gestängerohr 32, der Pin 1 und die Box 2 einstückig ausgeführt, was eine mögliche Ausführungsform ist. Embodiment shown, the drill pipe 32, the pin 1 and the box 2 are made in one piece, which is a possible embodiment. In der Regel werden das Gestängerohr 32, der Pin 1 und die Box 2 aber separate Bauteile sein, welche fest miteinander verbunden sind. In general, the drill pipe 32, the pin 1 and the box 2 but be separate components which are fixedly connected to each other.
  • [0039]
    Um eine elektrische Leitungen innerhalb des Gestängerohrs 32 verlegen zu können kann in einer Ausführungsform der Erfindung innerhalb des Gestängerohrs 32 ein Kabelrohr 33 angeordnet sein, welches über Kniestücke 34, 35 an den Pin 1 und der Box 2 bzw. die darin vorgesehenen Bohrungen 26, 29 angeschlossen sind. In order to lay an electrical lines within the drill pipe 32, a conduit 33 may be arranged in an embodiment of the invention within the drill pipe 32, which by knee pieces 34, 35 to the pin 1 and the box 2 or the provided therein holes 26, 29 are connected. In die Bohrungen 26, 29 sind Fittinge 36 eingesetzt, welche die Bohrungen 26, 29 über konusförmige Schultern 37 gegenüber dem Inneren des Gestängerohrs 32 abdichten. In the bores 26, 29 fittings 36 are used which seal the holes 26, 29 on tapered shoulders 37 relative to the interior of the drill pipe 32nd In diese Fittinge 36 sind die Kniestücke 34, 35 dicht eingeschraubt. In these fittings 36, the elbows 34, screwed tightly 35th
  • [0040]
    Eine oder mehrere elektrische Leitungen können auf diese Weise vom Pin 1 zur Box 2 verlegt werden, ohne mit der im Inneren der Gestängerohre 32 befindlichen Spülflüssigkeit in Kontakt zu kommen. One or more electrical cables can be routed in this manner from pin 1 to the box 2, without coming into contact with the located inside the drill pipes 32 rinsing liquid.
  • [0041]
    Die elektrische Verbindung kann zB mittels Schleifringen hergestellt werden, wobei die elektrische Übertragung zwischen den Außenring und Innenring mittels Kugeln (wie ein Kugellager), oder mittels zwei auf einander schleifenden Metallringen (wie ein Gleitlager) oder mittels elektrischer Bürsten erfolgen kann. The electrical connection can be produced by means of slip rings, for example, wherein the electrical transmission between the outer ring and inner ring by means of balls (such as a ball bearing) or on each abrasive metal rings by means of two (such as a bearing) or can be done by means of electrical brushes.
  • [0042]
    Es ist aber auch möglich, zur Kompensation der Drehbewegung ein Kabel zu verwenden, das zB auf einer Kabeltrommel, die mit einer Spiral- oder Schraubenfeder versehen ist, aufgewickelt ist. It is also possible to use for compensation of the rotational movement of a cable, for example, is wound on a cable drum, which is provided with a spiral or helical spring. Es wäre beispielsweise aber auch möglich, eine Spiral- oder Schraubenfeder selbst als elektrischen Leiter zu verwenden, welche die Relativbewegung zwischen dem beweglichen Kontaktelement und dem Pin 1 oder der Box2 kompensiert. It would for example also possible to use a spiral or coil spring itself as the electrical conductor, which compensates for the relative movement between the movable contact member and the pin 1 or the Box2.

Claims (16)

  1. Device for connecting electrical lines on essentially tubular connecting elements (1, 2) of drill pipes (32) that can be screwed together, characterised in that on one connecting element (1) a first electrical contact element (10) is arranged and movable in a direction of rotation of the connecting element (1), and in that on the other connecting element (2) a second electrical contact element (23) is arranged in a fixed manner.
  2. Device according to Claim 1, characterised in that the movable contact element (10) is arranged on a ring (9) that is rotatable on the connecting element.
  3. Device according to Claim 2, characterised in that the ring (9) is an outer ring of a slip ring (3).
  4. Device according to one of the Claims 1 to 3, characterised in that the contact element (10) on the ring (9) is at least one contact pin protruding from the ring (9) in an axial direction.
  5. Device according to Claims 2 and 4, characterised in that in the axial direction ahead of the ring (9) a capture ring (4) is arranged, which has a passage opening (11) for the contact pin (10).
  6. Device according to Claim 5, characterised in that the capture ring (4) has a preferably spring mounted capture pin (15) which can engage in a capture opening (22) on the other connecting element (2).
  7. Device according to Claim 5 or 6, characterised in that the capture ring (4) is movable in a longitudinal direction of the contact pin (15) relative to the slip ring (2).
  8. Device according to Claim 7, characterised in that the capture ring (4) can be moved from a first position, in which the tip of the contact pin (10) lies within the capture ring (4), into a second position, in which the tip of the contact pin (10) lies outside the capture ring (4).
  9. Device according to Claim 7 or 8, characterised in that the capture ring (4) is pushed by at least one spring (13) from its first position in the direction towards the second position.
  10. Device according to one of the Claims 5 to 9, characterised in that the passage opening (11) has a seal (16) on the side facing away from the slip ring (2).
  11. Device according to one of the Claims 4 to 10, characterised in that the contact element (23) arranged in a fixed manner is a contact bush, which has a seal (25) on the side facing towards the other contact element (10).
  12. Device according to Claim 10 or 11, characterised in that the seal (16, 25) is a seal that can be perforated, e.g. a rubber seal.
  13. Device according to one of the Claims 2 to 12, characterised in that the ring (9) and the capture ring (4) are surrounded by an outer ring (5).
  14. Device according to Claim 13, characterised in that the outer ring (5) has an outer diameter that is larger than the outer diameter of the connecting elements (1, 2).
  15. Device according to one of the Claims 1 to 14, characterised in that holes (26, 27; 29) are arranged in the connecting elements (1, 2), through which the electrical lines lead.
  16. Device according to one of the Claims 1 to 15, characterised in that a carrier frequency system is connected onto the electrical lines.
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