EP3043019A1 - Rotating clamping mechanism - Google Patents

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Publication number
EP3043019A1
EP3043019A1 EP15197669.3A EP15197669A EP3043019A1 EP 3043019 A1 EP3043019 A1 EP 3043019A1 EP 15197669 A EP15197669 A EP 15197669A EP 3043019 A1 EP3043019 A1 EP 3043019A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clamping
stroke
chuck
housing
clamping device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15197669.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Zumholz
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.)
Geotec Bohrtechnik GmbH
Original Assignee
Geotec Bohrtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Geotec Bohrtechnik GmbH filed Critical Geotec Bohrtechnik GmbH
Publication of EP3043019A1 publication Critical patent/EP3043019A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/10—Slips; Spiders ; Catching devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/16—Connecting or disconnecting pipe couplings or joints
    • E21B19/161—Connecting or disconnecting pipe couplings or joints using a wrench or a spinner adapted to engage a circular section of pipe
    • E21B19/163—Connecting or disconnecting pipe couplings or joints using a wrench or a spinner adapted to engage a circular section of pipe piston-cylinder actuated

Definitions

  • the invention relates to a rotatable clamping device according to the preamble of claim 1.
  • a generic clamping device is from the DE 89 11 481 U1 known.
  • Such clamping devices are used in casing rotary tables to clamp a typically hollow drill pipe, which is to be rotated in order to transmit the torque from the rotary drive to the drill string.
  • the drilling devices are used, for example, to take analyzes or to carry out exploration drilling or to perform well drilling. In any case, a frequent change of location is typical for such drilling rigs, so that compact dimensions as possible, for example also the clamping device to be used, are advantageous for such applications.
  • the invention has for its object to improve a generic clamping device to the effect that this allows the transmission of high torque to the drill string even with the most compact dimensions of the clamping device.
  • the invention proposes equipping the chuck with a short-stroke cylinder.
  • Such hydraulic short-stroke cylinders have been known from practice for years and have comparatively low strokes of 40 mm or less. Practical tests have shown that short-stroke cylinders with a stroke of 15 mm are sufficient to reliably grip the drill pipe on the one hand in order to transmit all-around torques to the drill pipe and, on the other hand, to be able to reliably detach the drill pipe in order to install or remove the drill pipe to be able to.
  • a particularly simple embodiment of the Kurzhubzylinder which is thus designed to save weight and allows the smallest possible structural dimensions, is proposed in that the Kurzhubzylinder are designed as a disposable, which are thus movable under application of hydraulic pressure only in a single direction, namely in the direction of its clamping position ,
  • the provision of the short-stroke cylinder is not hydraulic as in two-way cylinders, but rather as proposed by means of return springs, which push the Kurzhubzylinder from its clamping position to the release position as soon as there is no corresponding hydraulic back pressure.
  • the hydraulic pump can build up a pressure of at least 320 bar.
  • the maximum pressure stated in the technical data of the pump, which the pump can build up can be advantageous even at 500 bar or more, for example, can be used advantageously a pump that can build up a pressure of 700 bar.
  • the Kurzhubzylinder are also advantageous with correspondingly high pressures loaded, for example, with a pressure of at least 400 bar, which has shown in practice the use of Kurzhubzylindern excellent suited in the first test, in which the compressive strength is 500 bar.
  • the chuck may have a housing in which the clamping jaws are mounted.
  • the return springs can be supported directly or indirectly with their one end on this housing, while they act with their other end on a short-stroke cylinder in order to return it from its clamping position to its release position.
  • the aforementioned housing may advantageously be formed from a monolithic block of material so that it can absorb the high forces that are introduced into the housing during the tensioning of the drill pipe.
  • the mentioned housing which extends over a certain axial length of the drill string, be provided at one or both of its axial ends with a support ring which comprises the outer contour of the housing and thus contributes to the fact that the housing absorb forces and the Kurzhubzylinder can support when the Kurzhubzylinder be extended into its clamping position to tension the drill pipe.
  • the configuration of the support ring can advantageously take the form of a flat, annular disc which is attached to the housing from above or below, the support ring having a shoulder in its surface facing the housing.
  • the support ring has a radially outer portion of the support ring engages over the outer contour of the housing, so that in this way the outer contour of the housing is included and is supported against radially outward forces.
  • a support ring may be provided at both axial ends of the housing.
  • the determination of the two support rings can advantageously be such that clamping screws extend through the housing, which are referred to as clamping screws, because they clamp the two support rings together and press them to the housing, the clamping screws extend freely movable through the housing and are defined only on the two support rings.
  • An advantageously simple handling of the clamping jaws can be effected in that a clamping jaw is mounted by means of a groove and spring contour in the axial direction, ie in the longitudinal direction of the drill string, movable relative to the short-stroke cylinder, which serves for the radial adjustment of the clamping jaw.
  • the chuck surrounds the clamping jaw in the axial direction, thus preventing the axial movement of the clamping jaw.
  • this impairment of the axial mobility takes place only when the clamping jaw is in the radial direction within a range which is referred to as a clamping stroke, ie within the range in which the clamping jaw or the acting thereon Kurzhubzylinder between a radially further outward release position and the radially further provided inside clamping position is movable, in which clamping position, the clamping jaw is applied to the drill pipe.
  • the short-stroke cylinder can be moved radially further inwards and accordingly also move the clamping jaw radially inwards, so that the clamping jaw, beyond its clamping stroke, can continue to move radially inwards into a maintenance position in which it travels beyond the boundary of the clamping jaw Chuck protrudes. Consequently, in this maintenance position, the chuck does not hinder the axial mobility of the clamping jaw, so that in its maintenance position in axial direction is movable and can be pulled along its groove and spring contour of the chuck or pushed out.
  • Fig. 1 there is an exploded view of a rotatable tensioner 1 forming part of a casing turntable.
  • the clamping device 1 can be set in rotation in a conventional manner, wherein the corresponding rotary drive is not shown for reasons of clarity.
  • the tensioning device 1 has a central clearance through which a drill string 2 extends.
  • a hydraulic unit 3 has an electric hydraulic pump, wherein the power supply for the hydraulic unit in a conventional manner by means of slip rings, so that the hydraulic unit 3 can be offset with the entire clamping device 1 and the drill pipe 2 in a common rotation.
  • the hydraulic unit 3 is designed as a compact unit, which has comparatively small structural dimensions, but can build up a maximum hydraulic pressure of about 700 bar.
  • the clamping device 1 has a housing 4, which is monolithically made of a single steel part, namely as a milled part of a steel block.
  • the housing 4 has three outwardly projecting portions, in each of which a short-stroke cylinder 5 is arranged, which is arranged in a so-called receptacle 6 and acts on a clamping jaw 7, so that the Clamping jaw 7 and the hydraulic cylinder of the short-stroke cylinder 5 radially to the drill pipe 2 are movable.
  • short-stroke cylinder 5 which surrounds the actually movable, hydraulically movable cylinder, and in a similar manner in practice, so-called “telescopic cylinders” or “hydraulic cylinders” is mentioned, if not only the actual Cylinder component, but the entire assembly is meant.
  • a support ring 8 and 9 is provided in each case.
  • two holes 10 can be seen, which serve to receive the electric motor and the hydraulic pump of the hydraulic unit 3.
  • a plurality of screws are on the upper support ring 8, which are referred to as clamping screws 11, because they serve to clamp the upper and lower support ring 8 and 9 together and set at the two axial outer ends of the housing 4.
  • some of the clamping screws 11 extend through through holes 12, which extend in the axial direction through the housing 4.
  • the support rings 8 and 9 have edges 14 on their surface facing the housing 4, the area of the support ring 8, 9 extending radially outside the edge 14 being thicker than the areas of the support rings 8 and 9, which lie radially within these edges 14.
  • the edges 14 extend exactly along the outer peripheral contour of the housing 4, so that the support rings 8 and 9 surround the housing 4 radially outward virtually by the radially outer regions, where the support rings 8 and 9 have a greater material thickness, in front of the peripheral surface of the Housing 4 extend.
  • the short-stroke cylinder 5 has a stroke of 15 mm.
  • the case required for clamping or releasing the drill pipe 2 so-called clamping stroke is only about 6 to 8 mm.
  • the clamping jaws 7 are guided in the axial direction between the support rings 8 and 9.
  • the chuck which has, inter alia, the housing 4 and the two support rings 8 and 9, leads the jaws 7 in favor of their safest possible fixation not only within the clamping stroke, but also beyond when the jaws 7 are further pushed radially inward , which is always possible, for example, when there is no drill pipe 2 within the tensioning device 1.
  • This guide through the chuck can be done up to a stroke of, for example, 10 to 12 mm.
  • the Kurzhubzylinder 5 allow - as already mentioned - a stroke of 15 mm. If the short-stroke cylinder 5 is extended to the maximum, the clamping jaws 7 therefore come into a maintenance position, in which they are freely movable in the axial direction, since they are no longer overlapped in the axial direction by the chuck, in particular the support rings 8 and 9.
  • Fig. 2 illustrates the structure of a clamping jaw 7.
  • the radially inner surface of the clamping jaw 7 is profiled and as clamping surface 16 denotes.
  • the clamping jaw 7 rests with the clamping surface 16 on the drill pipe 2 and the profiling is used for optimal transmission of forces, in particular the torque on the drill string 2.
  • the jaw 7 At its radially outer end, the short-stroke cylinder 5 adjacent, the jaw 7 has two grooves 17 which extend axially parallel to the drill pipe 2 and which are associated with two springs 18 in the receptacle 6, which engage in these grooves 17, so that overall a longitudinal guide is provided, along which the clamping jaw 7 in the axial direction, ie axially parallel to the drill pipe 2 can be. If the clamping jaw 7 is in its maintenance position, it can accordingly be pushed out of the receptacle 6 without tools and pulled out and replaced, for example if the profiling of the clamping surface 16 should be worn.
  • the clamping jaws 7 can be pushed radially inwards and against the drill pipe 2.
  • the return of the clamping jaws 7 and the short-stroke cylinder 5 is effected by return springs 19, which are arranged as spring assemblies on each receptacle 6 and are supported against the housing 4.
  • the return springs 19 are configured as compression springs, which are compressed by the short-stroke cylinder 5, when this shifts the respective receptacle 6 and the guided thereon clamping jaw 7 radially inwardly.

Abstract

Bei einer drehbaren Spannvorrichtung zum wahlweisen Lösen oder Erfassen eines Bohrgestänges mittels Spannbacken, wobei ein Spannfutter vorgesehen ist, welches gemeinsam mit dem Bohrgestänge drehbar ist und hydraulisch bewegliche Spannbacken aufweist, die radial zum Bohrgestänge zwischen einer das Bohrgestänge festlegenden Spannstellung und einer das Bohrgestänge freigebenden Freigabestellung hin und her beweglich sind, ein Hydraulikaggregat an dem Spannfutter vorgesehen ist eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe aufweist und an die Spannbacken hydraulisch angeschlossen ist, derart, dass diese in Abhängigkeit von den hydraulischen Druckverhältnissen wahlweise in die Spannstellung oder in die Freigabestellung verfahrbar sind, schlägt die Erfindung vor, dass das Spannfutter Kurzhubzylinder mit einem Hub von höchstens 40 mm aufweist, die Kurzhubzylinder als Einwegzylinder ausgestaltet sind, die eine maximale Druckbelastbarkeit von wenigstens 350 bar aufweisen und derart angeordnet sind, dass sie unter hydraulischem Druck in die Spannstellung verfahrbar sind, Rückholfedern vorgesehen sind, welche die Kurzhubzylinder aus ihrer Spannstellung in die Freigabestellung drängen, und das Hydraulikaggregat einen maximalen Druck von wenigstens 320 bar aufbauend ausgestaltet ist.In a rotatable clamping device for selectively releasing or detecting a drill string by means of clamping jaws, wherein a chuck is provided which is rotatable together with the drill string and has hydraulically movable jaws radially to the drill string between a drill string defining the clamping position and the drill string releasing release position and forth are movable, a hydraulic unit is provided on the chuck having an electrically driven hydraulic pump and is hydraulically connected to the jaws, such that they are movable depending on the hydraulic pressure ratios either in the cocking position or in the release position, the invention proposes in that the chuck has short-stroke cylinders with a stroke of at most 40 mm, the short-stroke cylinders are designed as one-way cylinders which have a maximum compressive strength of at least 350 bar and are such are arranged that they can be moved under hydraulic pressure in the clamping position, return springs are provided which urge the Kurzhubzylinder from its clamping position to the release position, and the hydraulic unit is designed a maximum pressure of at least 320 bar building.

Description

Die Erfindung betrifft eine drehbare Spannvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a rotatable clamping device according to the preamble of claim 1.

Eine gattungsgemäße Spannvorrichtung ist aus der DE 89 11 481 U1 bekannt. Derartige Spannvorrichtungen dienen in Verrohrungsdrehtischen dazu, ein typischerweise hohles Bohrgestänge einzuspannen, welches in Drehung versetzt werden soll um vom Drehantrieb das Drehmoment auf das Bohrgestänge zu übertragen. Die Bohreinrichtungen werden beispielsweise benutzt, um Analysen zu nehmen bzw. Aufschlussbohrungen durchzuführen oder um Brunnenbohrungen durchzuführen. Jedenfalls ist für derartige Bohrgeräte ein häufiger Ortswechsel typisch, so dass möglichst kompakte Abmessungen, beispielsweise auch der einzusetzenden Spannvorrichtung, für derartige Einsatzzwecke vorteilhaft sind. Hinzu kommt, dass möglichst kompakte Abmessungen der Spannvorrichtung insbesondere hinsichtlich ihrer radialen Ausdehnung erheblichen Einfluss auf die Ausgestaltung des übrigen Bohrgeschirrs hat, beispielsweise auf die Stabilität des verwendeten Bohrmastes, wobei sich dessen Stabilität wiederum in Abmessungen und Gewicht des Bohrmastes niederschlagen.A generic clamping device is from the DE 89 11 481 U1 known. Such clamping devices are used in casing rotary tables to clamp a typically hollow drill pipe, which is to be rotated in order to transmit the torque from the rotary drive to the drill string. The drilling devices are used, for example, to take analyzes or to carry out exploration drilling or to perform well drilling. In any case, a frequent change of location is typical for such drilling rigs, so that compact dimensions as possible, for example also the clamping device to be used, are advantageous for such applications. In addition, as compact as possible a dimension of the tensioning device, especially with regard to its radial extent, has a considerable influence on the design of the remaining drillings, for example, on the stability of the drilled mast, the stability of which again being reflected in the dimensions and weight of the drilled mast.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spannvorrichtung dahingehend zu verbessern, dass diese die Übertragung hoher Drehmomente auf das Bohrgestänge auch bei möglichst kompakten Abmessungen der Spannvorrichtung ermöglicht.The invention has for its object to improve a generic clamping device to the effect that this allows the transmission of high torque to the drill string even with the most compact dimensions of the clamping device.

Diese Aufgabe wird durch eine drehbare Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by a rotatable clamping device with the features of claim 1. Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, das Spannfutter mit einem Kurzhubzylinder auszustatten. Derartige hydraulische Kurzhubzylinder sind seit Jahren aus der Praxis bekannt und weisen vergleichsweise geringe Hübe auf von 40 mm oder weniger. Bei praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, dass Kurzhubzylinder mit einem Hub von 15 mm ausreichend sind, um einerseits das Bohrgestänge sicher erfassen, um rundum Drehmomente auf das Bohrgestänge übertragen zu können und andererseits das Bohrgestänge zuverlässig lösen zu können, um das Bohrgestänge ein- oder ausbauen zu können.In other words, the invention proposes equipping the chuck with a short-stroke cylinder. Such hydraulic short-stroke cylinders have been known from practice for years and have comparatively low strokes of 40 mm or less. Practical tests have shown that short-stroke cylinders with a stroke of 15 mm are sufficient to reliably grip the drill pipe on the one hand in order to transmit all-around torques to the drill pipe and, on the other hand, to be able to reliably detach the drill pipe in order to install or remove the drill pipe to be able to.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Kurzhubzylinder, die somit gewichtsparend ausgestaltet ist und möglichst kleine bauliche Abmessungen ermöglicht, liegt vorschlagsgemäß darin, dass die Kurzhubzylinder als Einwegzylinder ausgestaltet sind, die also unter Aufbringen hydraulischen Drucks lediglich in eine einzige Richtung, nämlich in Richtung ihrer Spannstellung verfahrbar sind. Die Rückstellung der Kurzhubzylinder erfolgt nicht hydraulisch wie bei Zwei-Wege-Zylindern, sondern vielmehr vorschlagsgemäß mit Hilfe von Rückholfedern, welche die Kurzhubzylinder aus ihrer Spannstellung in die Freigabestellung zurückdrängen, sobald kein entsprechender hydraulischer Gegendruck vorliegt. Dabei ist weiterhin vorschlagsgemäß vorgesehen, dass die Hydraulikpumpe einen Druck von wenigstens 320 bar aufbauen kann. Der in den technischen Daten der Pumpe angegebene Maximaldruck, den die Pumpe aufbauen kann, kann vorteilhaft sogar bei 500 bar oder mehr liegen, beispielsweise kann vorteilhaft eine Pumpe verwendet werden, die einen Druck von maximal 700 bar aufbauen kann.A particularly simple embodiment of the Kurzhubzylinder, which is thus designed to save weight and allows the smallest possible structural dimensions, is proposed in that the Kurzhubzylinder are designed as a disposable, which are thus movable under application of hydraulic pressure only in a single direction, namely in the direction of its clamping position , The provision of the short-stroke cylinder is not hydraulic as in two-way cylinders, but rather as proposed by means of return springs, which push the Kurzhubzylinder from its clamping position to the release position as soon as there is no corresponding hydraulic back pressure. It is further proposed by the provision that the hydraulic pump can build up a pressure of at least 320 bar. The maximum pressure stated in the technical data of the pump, which the pump can build up, can be advantageous even at 500 bar or more, for example, can be used advantageously a pump that can build up a pressure of 700 bar.

Dementsprechend sind die Kurzhubzylinder vorteilhaft ebenfalls mit entsprechend hohen Drücken belastbar, beispielsweise mit einem Druck von wenigstens 400 bar, wobei in der Praxis sich die Verwendung von Kurzhubzylindern im ersten Test als hervorragend geeignet dargestellt hat, bei denen die Druckbelastbarkeit 500 bar beträgt.Accordingly, the Kurzhubzylinder are also advantageous with correspondingly high pressures loaded, for example, with a pressure of at least 400 bar, which has shown in practice the use of Kurzhubzylindern excellent suited in the first test, in which the compressive strength is 500 bar.

Vorteilhaft kann das Spannfutter ein Gehäuse aufweisen, in welchem die Spannbacken gelagert sind. An diesem Gehäuse können sich vorteilhaft die Rückholfedern direkt oder indirekt mit ihrem einen Ende abstützen, während sie mit ihrem anderen Ende auf einen Kurzhubzylinder einwirken, um diesen aus seiner Spannstellung in seine Freigabestellung zurückzuführen.Advantageously, the chuck may have a housing in which the clamping jaws are mounted. Advantageously, the return springs can be supported directly or indirectly with their one end on this housing, while they act with their other end on a short-stroke cylinder in order to return it from its clamping position to its release position.

Das erwähnte Gehäuse kann vorteilhaft aus einem monolithischen Materialblock gebildet sein, so dass es die hohen Kräfte aufnehmen kann, die beim Spannen des Bohrgestänges in das Gehäuse eingeleitet werden.The aforementioned housing may advantageously be formed from a monolithic block of material so that it can absorb the high forces that are introduced into the housing during the tensioning of the drill pipe.

Vorteilhaft kann das erwähnte Gehäuse, welches sich über eine gewisse axiale Länge des Bohrgestänges erstreckt, an einem oder beiden seiner axialen Enden mit einem Stützring versehen sein, welcher die äußere Kontur des Gehäuses umfasst und somit dazu beiträgt, dass das Gehäuse Kräfte aufnehmen und die Kurzhubzylinder abstützen kann, wenn die Kurzhubzylinder in ihre Spannstellung ausgefahren werden, um das Bohrgestänge zu spannen.Advantageously, the mentioned housing, which extends over a certain axial length of the drill string, be provided at one or both of its axial ends with a support ring which comprises the outer contour of the housing and thus contributes to the fact that the housing absorb forces and the Kurzhubzylinder can support when the Kurzhubzylinder be extended into its clamping position to tension the drill pipe.

Die Ausgestaltung des Stützrings kann vorteilhaft in Form einer flachen, ringförmigen Scheibe erfolgen, die von oben bzw. unten an das Gehäuse angesetzt wird, wobei der Stützring in seiner zum Gehäuse gerichteten Oberfläche einen Absatz aufweist. Der Absatz bewirkt, dass ein radial äußerer Anteil des Stützrings die äußere Kontur des Gehäuses übergreift, so dass auf diese Weise die äußere Kontur des Gehäuses umfasst wird und gegen radial nach außen gerichtete Kräfte abgestützt wird.The configuration of the support ring can advantageously take the form of a flat, annular disc which is attached to the housing from above or below, the support ring having a shoulder in its surface facing the housing. Of the Paragraph causes a radially outer portion of the support ring engages over the outer contour of the housing, so that in this way the outer contour of the housing is included and is supported against radially outward forces.

Vorteilhaft kann an beiden axialen Enden des Gehäuses ein Stützring vorgesehen sein. Die Festlegung der beiden Stützringe kann dabei vorteilhaft so erfolgen, dass sich Spannschrauben durch das Gehäuse erstrecken, die als Spannschrauben bezeichnet werden, weil sie die beiden Stützringe miteinander verspannen und diese an das Gehäuse pressen, wobei die Spannschrauben sich frei beweglich durch das Gehäuse erstrecken und lediglich an den beiden Stützringen festgelegt sind. Eine vorteilhaft einfache Handhabung der Spannbacken kann dadurch erfolgen, dass eine Spannbacke mittels einer Nut und Federkontur in axialer Richtung, also in Längsrichtung des Bohrgestänges, beweglich gegenüber dem Kurzhubzylinder gelagert ist, der zur radialen Verstellung der Spannbacke dient. Das Spannfutter umgibt die Spannbacke in axialer Richtung, verhindert also die axiale Bewegung der Spannbacke. Diese Beeinträchtigung der axialen Beweglichkeit erfolgt allerdings nur dann, wenn sich die Spannbacke in radialer Richtung innerhalb eines Bereiches befindet, der als Spannhub bezeichnet wird, also innerhalb des Bereiches, in dem die Spannbacke bzw. der darauf einwirkende Kurzhubzylinder zwischen einer radial weiter außen vorgesehenen Freigabestellung und der radial weiter innen vorgesehenen Spannstellung beweglich ist, in welcher Spannstellung die Spannbacke dem Bohrgestänge anliegt. Über diesen Spannhub hinaus kann allerdings der Kurzhubzylinder radial weiter nach innen bewegt werden und dementsprechend auch die Spannbacke radial weiter nach innen bewegen, so dass die Spannbacke über ihren Spannhub hinausgehend weiter radial nach innen in eine Wartungsstellung beweglich ist, in welcher sie über die Begrenzung des Spannfutters hinausragt. In dieser Wartungsstellung behindert folglich das Spannfutter die axiale Beweglichkeit der Spannbacke nicht, so dass diese in ihrer Wartungsstellung in axialer Richtung beweglich ist und entlang ihrer Nut und Federkontur aus dem Spannfutter herausgezogen bzw. herausgeschoben werden kann.Advantageously, a support ring may be provided at both axial ends of the housing. The determination of the two support rings can advantageously be such that clamping screws extend through the housing, which are referred to as clamping screws, because they clamp the two support rings together and press them to the housing, the clamping screws extend freely movable through the housing and are defined only on the two support rings. An advantageously simple handling of the clamping jaws can be effected in that a clamping jaw is mounted by means of a groove and spring contour in the axial direction, ie in the longitudinal direction of the drill string, movable relative to the short-stroke cylinder, which serves for the radial adjustment of the clamping jaw. The chuck surrounds the clamping jaw in the axial direction, thus preventing the axial movement of the clamping jaw. However, this impairment of the axial mobility takes place only when the clamping jaw is in the radial direction within a range which is referred to as a clamping stroke, ie within the range in which the clamping jaw or the acting thereon Kurzhubzylinder between a radially further outward release position and the radially further provided inside clamping position is movable, in which clamping position, the clamping jaw is applied to the drill pipe. Beyond this clamping stroke, however, the short-stroke cylinder can be moved radially further inwards and accordingly also move the clamping jaw radially inwards, so that the clamping jaw, beyond its clamping stroke, can continue to move radially inwards into a maintenance position in which it travels beyond the boundary of the clamping jaw Chuck protrudes. Consequently, in this maintenance position, the chuck does not hinder the axial mobility of the clamping jaw, so that in its maintenance position in axial direction is movable and can be pulled along its groove and spring contour of the chuck or pushed out.

Ein Ausführungsbeispiel einer vorschlagsgemäßen Spannvorrichtung wird nachfolgend anhand der rein schematischen Darstellungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1
eine Spannvorrichtung in auseinander gezogener Darstellung, und
Fig. 2
eine Spannbacke der Spannvorrichtung von Fig. 1 in gegenüber Fig. 1 größerem Maßstab.
An embodiment of a proposed tensioning device will be explained in more detail with reference to the purely schematic representations. It shows
Fig. 1
a tensioning device in exploded view, and
Fig. 2
a jaw of the clamping device of Fig. 1 in opposite Fig. 1 larger scale.

In Fig. 1 ist eine drehbare Spannvorrichtung 1 in auseinander gezogener Darstellung ersichtlich, die einen Teil eines Verrohrungsdrehtisches bildet. Die Spannvorrichtung 1 kann in an sich bekannter Weise in Drehung versetzt werden, wobei der entsprechende Drehantrieb aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Die Spannvorrichtung 1 weist einen zentralen Freiraum auf, durch den sich ein Bohrgestänge 2 erstreckt. Ein Hydraulikaggregat 3 weist eine elektrische Hydraulikpumpe auf, wobei die Energieversorgung für das Hydraulikaggregat in an sich bekannter Weise mittels Schleifringen erfolgt, so dass das Hydraulikaggregat 3 mit der gesamten Spannvorrichtung 1 und dem Bohrgestänge 2 in eine gemeinsame Drehung versetzt werden kann. Das Hydraulikaggregat 3 ist als kompaktes Aggregat ausgestaltet, welches vergleichsweise kleine bauliche Abmessungen aufweist, jedoch einen maximalen hydraulischen Druck von etwa 700 bar aufbauen kann.In Fig. 1 there is an exploded view of a rotatable tensioner 1 forming part of a casing turntable. The clamping device 1 can be set in rotation in a conventional manner, wherein the corresponding rotary drive is not shown for reasons of clarity. The tensioning device 1 has a central clearance through which a drill string 2 extends. A hydraulic unit 3 has an electric hydraulic pump, wherein the power supply for the hydraulic unit in a conventional manner by means of slip rings, so that the hydraulic unit 3 can be offset with the entire clamping device 1 and the drill pipe 2 in a common rotation. The hydraulic unit 3 is designed as a compact unit, which has comparatively small structural dimensions, but can build up a maximum hydraulic pressure of about 700 bar.

Die Spannvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 4 auf, welches monolithisch aus einem einzigen Stahlteil hergestellt ist, nämlich als Frästeil aus einem Stahlblock. Das Gehäuse 4 weist drei nach außen ragende Abschnitte auf, in denen jeweils ein Kurzhubzylinder 5 angeordnet ist, der in einer so genannten Aufnahme 6 angeordnet ist und auf eine Spannbacke 7 einwirkt, so dass die Spannbacke 7 sowie der hydraulische Zylinder des Kurzhubzylinders 5 radial zum Bohrgestänge 2 beweglich sind. Vereinfachend wird in diesem Zusammenhang die gesamte Baugruppe als Kurzhubzylinder 5 bezeichnet, die den eigentlich beweglichen, hydraulisch verfahrbaren Zylinder umgibt, sowie in ähnlicher Weise in der Praxis auch von so genannten "Teleskopzylindern" oder "Hydraulikzylindern" die Rede ist, wenn nicht nur das eigentliche Zylinderbauteil, sondern die gesamte Baugruppe gemeint ist.The clamping device 1 has a housing 4, which is monolithically made of a single steel part, namely as a milled part of a steel block. The housing 4 has three outwardly projecting portions, in each of which a short-stroke cylinder 5 is arranged, which is arranged in a so-called receptacle 6 and acts on a clamping jaw 7, so that the Clamping jaw 7 and the hydraulic cylinder of the short-stroke cylinder 5 radially to the drill pipe 2 are movable. To simplify matters in this context, the entire assembly is referred to as short-stroke cylinder 5, which surrounds the actually movable, hydraulically movable cylinder, and in a similar manner in practice, so-called "telescopic cylinders" or "hydraulic cylinders" is mentioned, if not only the actual Cylinder component, but the entire assembly is meant.

Oberhalb und unterhalb des Gehäuses 4 ist jeweils ein Stützring 8 und 9 vorgesehen. Im oberen Stützring 8 sind zwei Bohrungen 10 erkennbar, die zur Aufnahme des Elektromotors und der Hydraulikpumpe des Hydraulikaggregats 3 dienen. Weiterhin sind am oberen Stützring 8 eine Vielzahl von Schrauben ersichtlich, die als Spannschrauben 11 bezeichnet werden, weil sie dazu dienen, den oberen und unteren Stützring 8 und 9 miteinander zu verspannen und an den beiden axialen äußeren Enden des Gehäuses 4 festzulegen. Hierzu strecken sich einige der Spannschrauben 11 durch Durchgangsbohrungen 12, die in axialer Richtung durch das Gehäuse 4 verlaufen.Above and below the housing 4, a support ring 8 and 9 is provided in each case. In the upper support ring 8 two holes 10 can be seen, which serve to receive the electric motor and the hydraulic pump of the hydraulic unit 3. Furthermore, a plurality of screws are on the upper support ring 8, which are referred to as clamping screws 11, because they serve to clamp the upper and lower support ring 8 and 9 together and set at the two axial outer ends of the housing 4. For this purpose, some of the clamping screws 11 extend through through holes 12, which extend in the axial direction through the housing 4.

Anhand des unteren Stützrings 9 ist erkennbar, dass die Stützringe 8 und 9 an ihrer zum Gehäuse 4 ausgerichteten Oberfläche Kanten 14 aufweisen, wobei der Bereich des Stützrings 8, 9, der sich radial außerhalb der Kante 14 erstreckt, dicker ist als die Bereiche der Stützringe 8 und 9, die radial innerhalb dieser Kanten 14 liegen. Die Kanten 14 verlaufen exakt entlang der äußeren Umfangskontur des Gehäuses 4, so dass die Stützringe 8 und 9 das Gehäuse 4 radial außen regelrecht umgreifen, indem sich die radial äußeren Bereiche, wo die Stützringe 8 und 9 eine größere Materialstärke aufweisen, vor die Umfangsfläche des Gehäuses 4 erstrecken.It can be seen from the lower support ring 9 that the support rings 8 and 9 have edges 14 on their surface facing the housing 4, the area of the support ring 8, 9 extending radially outside the edge 14 being thicker than the areas of the support rings 8 and 9, which lie radially within these edges 14. The edges 14 extend exactly along the outer peripheral contour of the housing 4, so that the support rings 8 and 9 surround the housing 4 radially outward virtually by the radially outer regions, where the support rings 8 and 9 have a greater material thickness, in front of the peripheral surface of the Housing 4 extend.

Zwischen den drei erwähnten, nach außen ragenden Bereichen, wo das Gehäuse 4 die Kurzhubzylinder 5 und die Spannbacken 7 aufnimmt, ergeben sich drei radial nach innen eingezogene Bereiche des Gehäuses 4. Zwischen den beiden Stützringen 8 und 9 wird somit in den drei Bereichen zwischen den Kurzhubzylindern 5 jeweils ein Freiraum geschaffen, in welchem beispielsweise das Hydraulikaggregat 3, ein Hydraulikspeicher 15 und eine in Fig. 1 nicht dargestellte hydraulische Steuereinheit angeordnet werden kann. Diese Elemente, die sich sämtlich mitsamt der Spannvorrichtung 1 und dem Bohrgestänge 2 mitdrehen, werden also radial möglichst weit innen angeordnet, so dass insgesamt sehr kompakte Abmessungen der Spannvorrichtung 1 ermöglicht werden.Between the three mentioned, outwardly projecting areas, where the housing 4, the short-stroke cylinder 5 and the clamping jaws 7 results in three radially inwardly retracted areas of the housing 4. Between the two support rings 8 and 9 is thus created in the three areas between the Kurzhubzylindern 5 each have a free space in which, for example, the hydraulic unit 3, a hydraulic accumulator 15 and a in Fig. 1 not shown hydraulic control unit can be arranged. These elements, all rotate together with the clamping device 1 and the drill pipe 2, so radially as far as possible inside, so that a total of very compact dimensions of the clamping device 1 are possible.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Kurzhubzylinder 5 einen Hub von 15 mm auf. Der dabei zum Spannen bzw. Freigeben des Bohrgestänges 2 erforderliche so genannte Spannhub beträgt dabei lediglich etwa 6 bis 8 mm. Innerhalb dieses Spannhubs sind die Spannbacken 7 in axialer Richtung zwischen den Stützringen 8 und 9 geführt. Das Spannfutter, welches unter anderem das Gehäuse 4 und die beiden Stützringe 8 und 9 aufweist, führt die Spannbacken 7 zu Gunsten deren möglichst sicherer Festlegung nicht nur innerhalb des Spannhubs, sondern auch noch darüber hinaus, wenn die Spannbacken 7 weiter radial nach innen geschoben werden, was beispielsweise stets dann möglich ist, wenn sich kein Bohrgestänge 2 innerhalb der Spannvorrichtung 1 befindet. Diese Führung durch das Spannfutter kann bis zu einem Hub von beispielsweise 10 bis 12 mm erfolgen. Die Kurzhubzylinder 5 ermöglichen jedoch - wie bereits erwähnt - einen Hub von 15 mm. Werden die Kurzhubzylinder 5 maximal ausgefahren, geraten die Spannbacken 7 daher in eine Wartungsstellung, in welcher sie in axialer Richtung frei beweglich sind, da sie in axialer Richtung nicht mehr von dem Spannfutter, insbesondere den Stützringen 8 und 9 übergriffen werden.In the illustrated embodiment, the short-stroke cylinder 5 has a stroke of 15 mm. The case required for clamping or releasing the drill pipe 2 so-called clamping stroke is only about 6 to 8 mm. Within this clamping stroke, the clamping jaws 7 are guided in the axial direction between the support rings 8 and 9. The chuck, which has, inter alia, the housing 4 and the two support rings 8 and 9, leads the jaws 7 in favor of their safest possible fixation not only within the clamping stroke, but also beyond when the jaws 7 are further pushed radially inward , which is always possible, for example, when there is no drill pipe 2 within the tensioning device 1. This guide through the chuck can be done up to a stroke of, for example, 10 to 12 mm. However, the Kurzhubzylinder 5 allow - as already mentioned - a stroke of 15 mm. If the short-stroke cylinder 5 is extended to the maximum, the clamping jaws 7 therefore come into a maintenance position, in which they are freely movable in the axial direction, since they are no longer overlapped in the axial direction by the chuck, in particular the support rings 8 and 9.

Fig. 2 verdeutlicht den Aufbau einer Spannbacke 7. Die radial innere Fläche der Spannbacke 7 ist profiliert und als Spannfläche 16 bezeichnet. Die Spannbacke 7 liegt mit der Spannfläche 16 dem Bohrgestänge 2 an und die Profilierung dient zur optimalen Übertragung der Kräfte, insbesondere des Drehmoments, auf das Bohrgestänge 2. An ihrem radial äußeren Ende, dem Kurzhubzylinder 5 benachbart, weist die Spannbacke 7 zwei Nuten 17 auf, die sich achsparallel zum Bohrgestänge 2 erstrecken und denen in der Aufnahme 6 zwei Federn 18 zugeordnet sind, die in diese Nuten 17 eingreifen, so dass insgesamt eine Längsführung geschaffen ist, entlang welcher die Spannbacke 7 in axialer Richtung, also achsparallel zum Bohrgestänge 2 verschoben werden kann. Wenn sich die Spannbacke 7 in ihrer Wartungsstellung befindet, kann sie dementsprechend werkzeuglos aus der Aufnahme 6 herausgeschoben bzw. herausgezogen werden und ausgewechselt werden, beispielsweise wenn die Profilierung der Spannfläche 16 verschlissen sein sollte. Fig. 2 illustrates the structure of a clamping jaw 7. The radially inner surface of the clamping jaw 7 is profiled and as clamping surface 16 denotes. The clamping jaw 7 rests with the clamping surface 16 on the drill pipe 2 and the profiling is used for optimal transmission of forces, in particular the torque on the drill string 2. At its radially outer end, the short-stroke cylinder 5 adjacent, the jaw 7 has two grooves 17 which extend axially parallel to the drill pipe 2 and which are associated with two springs 18 in the receptacle 6, which engage in these grooves 17, so that overall a longitudinal guide is provided, along which the clamping jaw 7 in the axial direction, ie axially parallel to the drill pipe 2 can be. If the clamping jaw 7 is in its maintenance position, it can accordingly be pushed out of the receptacle 6 without tools and pulled out and replaced, for example if the profiling of the clamping surface 16 should be worn.

Die besonders kompakten Abmessungen der Spannvorrichtung 1 werden u. a. auch durch die kleinen baulichen Abmessungen des Kurzhubzylinders 5 ermöglicht, da dieser als lediglich in einer Richtung wirkender Hydraulikzylinder ausgestaltet ist. Durch entsprechende hydraulische Beaufschlagung können die Spannbacken 7 radial nach innen und gegen das Bohrgestänge 2 geschoben werden. Die Rückführung der Spannbacken 7 und des Kurzhubzylinders 5 erfolgt durch Rückholfedern 19, die als Federpakete an jeder Aufnahme 6 angeordnet sind und sich gegen das Gehäuse 4 abstützen. Die Rückholfedern 19 sind als Druckfedern ausgestaltet, die durch den Kurzhubzylinder 5 komprimiert werden, wenn dieser die jeweilige Aufnahme 6 und die daran geführte Spannbacke 7 radial nach innen verschiebt.The particularly compact dimensions of the clamping device 1 u. a. Also made possible by the small structural dimensions of the Kurzhubzylinders 5, since this is designed as acting only in one direction hydraulic cylinder. By appropriate hydraulic loading, the clamping jaws 7 can be pushed radially inwards and against the drill pipe 2. The return of the clamping jaws 7 and the short-stroke cylinder 5 is effected by return springs 19, which are arranged as spring assemblies on each receptacle 6 and are supported against the housing 4. The return springs 19 are configured as compression springs, which are compressed by the short-stroke cylinder 5, when this shifts the respective receptacle 6 and the guided thereon clamping jaw 7 radially inwardly.

Claims (11)

Drehbare Spannvorrichtung (1) zum wahlweisen Lösen oder Erfassen eines Bohrgestänges (2) mittels Spannbacken (7), wobei
ein Spannfutter vorgesehen ist, welches • gemeinsam mit dem Bohrgestänge (2) drehbar ist • und hydraulisch bewegliche Spannbacken (7) aufweist, die radial zum Bohrgestänge (2) zwischen einer das Bohrgestänge (2) festlegenden Spannstellung und einer das Bohrgestänge (2) freigebenden Freigabestellung hin und her beweglich sind, ein Hydraulikaggregat (3) • an dem Spannfutter vorgesehen ist • eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe aufweist • und an die Spannbacken (7) hydraulisch angeschlossen ist,
derart, dass diese in Abhängigkeit von den hydraulischen Druckverhältnissen wahlweise in die Spannstellung oder in die Freigabestellung verfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet,
dass das Spannfutter Kurzhubzylinder (5) mit einem Hub von höchstens 40 mm aufweist,
die Kurzhubzylinder (5) als Einwegzylinder ausgestaltet sind,
die eine maximale Druckbelastbarkeit von wenigstens 350 bar aufweisen
und derart angeordnet sind, dass sie unter hydraulischem Druck in die Spannstellung verfahrbar sind, Rückholfedern (19) vorgesehen sind, welche die Kurzhubzylinder (5) aus ihrer Spannstellung in die Freigabestellung drängen,
und das Hydraulikaggregat (3) einen maximalen Druck von wenigstens 320 bar aufbauend ausgestaltet ist.Rotatable clamping device (1) for selectively releasing or detecting a drill string (2) by means of clamping jaws (7), wherein
a chuck is provided which • is rotatable together with the drill pipe (2) And hydraulically movable clamping jaws (7) which are movable radially to the drill string (2) between a clamping position defining the drill string (2) and a release position releasing the drill string (2), a hydraulic unit (3) • is provided on the chuck • has an electrically driven hydraulic pump • and is hydraulically connected to the clamping jaws (7),
in such a way that they can be moved optionally into the clamping position or into the release position as a function of the hydraulic pressure ratios, characterized,
that the chuck has short-stroke cylinders (5) with a maximum stroke of 40 mm,
the short-stroke cylinders (5) are designed as a disposable cylinder,
which have a maximum compressive strength of at least 350 bar
and are arranged such that they can be moved into the clamping position under hydraulic pressure, return springs (19) are provided which urge the short-stroke cylinders (5) out of their clamping position into the release position,
and the hydraulic unit (3) is configured to build up a maximum pressure of at least 320 bar. Spannvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kurzhubzylinder (5) einen Hub von höchstens 20 mm aufweisen.Clamping device according to claim 1,
characterized,
that the short-stroke cylinder (5) have a stroke of at most 20 mm. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Hydraulikaggregat (3) einen maximalen Druck von wenigstens 500 bar aufbauend ausgestaltet ist und die Kurzhubzylinder (5) eine Druckbelastbarkeit von wenigstens 400 bar aufweisen.Clamping device according to claim 1 or 2,
characterized,
in that the hydraulic unit (3) is designed to build up a maximum pressure of at least 500 bar and the short-stroke cylinders (5) have a pressure capacity of at least 400 bar. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Spannfutter ein Gehäuse (4) aufweist, in welchem die Spannbacken (7) gelagert sind.Clamping device according to one of the preceding claims,
characterized,
in that the chuck has a housing (4) in which the clamping jaws (7) are mounted. Spannvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass Rückholfedern (19) vorgesehen sind, die sich einenendes an dem Gehäuse (4) des Spannfutters abstützen und anderenendes auf einen Kurzhubzylinder (5) einwirken.Clamping device according to claim 4,
characterized,
in that return springs (19) are provided which support one end on the housing (4) of the chuck and on the other end act on a short-stroke cylinder (5). Spannvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (4) aus einem monolithischen Materialblock gebildet ist.Clamping device according to claim 4,
characterized,
that the housing (4) is formed from a monolithic block of material. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (4) an einem oder beiden seiner axialen Enden mit einem Stützring (8, 9) versehen ist, welcher die äußere Kontur des Gehäuses (4) umfasst.Clamping device according to one of claims 4 to 6, characterized
in that the housing (4) is provided at one or both of its axial ends with a support ring (8, 9) which comprises the outer contour of the housing (4). Spannvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stützring (8, 9) als ringförmige Scheibe ausgestaltet ist, in deren zum Gehäuse (4) gerichteter Oberfläche eine Kante (14) vorgesehen ist, welche an der äußeren Kontur des Gehäuses (4) entlang verläuft.Clamping device according to claim 7,
characterized,
in that the support ring (8, 9) is designed as an annular disc in whose surface directed towards the housing (4) an edge (14) is provided which runs along the outer contour of the housing (4). Spannvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass an beiden axialen Enden des Gehäuses (4) jeweils ein Stützring (8, 9) vorgesehen ist,
wobei sich Spannschrauben (11) durch das Gehäuse (4) erstrecken und an den beiden Stützringen (8, 9) festgelegt sind.Clamping device according to claim 7 or 8,
characterized,
in that a respective support ring (8, 9) is provided at both axial ends of the housing (4),
wherein clamping screws (11) extend through the housing (4) and are fixed to the two support rings (8, 9). Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Spannbacke (7) mittels einer Nut-und-Feder-Kontur in axialer Richtung beweglich gegenüber ihrem Kurzhubzylinder (5) gelagert ist,
und dass das Spannfutter die Spannbacke (7) in axialer Richtung umgibt,
derart, dass es die axiale Beweglichkeit der Spannbacke (7) begrenzt, wenn sich diese in radialer Richtung innerhalb ihres Spannhubs befindet,
und wobei die Spannbacke (7) über ihren Spannhub und über die Begrenzung des Spannfutters hinausgehend weiter radial nach innen in eine Wartungsstellung beweglich ist,
derart, dass sie aus ihrer Wartungsstellung in axialer Richtung beweglich und aus dem Spannfutter entnehmbar ist.Clamping device according to one of the preceding claims,
characterized,
that a clamping jaw (7) is movably mounted by means of a groove-and-groove contour in the axial direction relative to its short-stroke cylinder (5),
and that the chuck surrounds the clamping jaw (7) in the axial direction,
such that it limits the axial mobility of the clamping jaw (7) when it is in the radial direction within its clamping stroke,
and wherein the clamping jaw (7) is movable beyond its clamping stroke and beyond the boundary of the chuck further radially inwards into a maintenance position,
such that it is movable from its maintenance position in the axial direction and can be removed from the chuck. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Übertragungsmittel zur Übertragung elektrischer Energie von einer ortsfesten Energiequelle zu dem mit dem Spannfutter und dem Bohrgestänge (2) drehbaren Hydraulikaggregat (3) vorgesehen sind.Clamping device according to one of the preceding claims,
characterized,
in that transmission means are provided for transmitting electrical energy from a stationary power source to the hydraulic unit (3) rotatable with the chuck and the drill pipe (2).
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8911481U1 (en) 1989-09-27 1991-01-24 Delmag Maschinenfabrik Reinhold Dornfeld Gmbh & Co, 7300 Esslingen, De
EP1357253B1 (en) * 1999-07-29 2006-08-30 Weatherford/Lamb, Inc. An apparatus and method for facilitating the connection of pipes

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