EP3910161B1 - Bohrgestängekupplung - Google Patents

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EP3910161B1
EP3910161B1 EP20174448.9A EP20174448A EP3910161B1 EP 3910161 B1 EP3910161 B1 EP 3910161B1 EP 20174448 A EP20174448 A EP 20174448A EP 3910161 B1 EP3910161 B1 EP 3910161B1
Authority
EP
European Patent Office
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coupling
drill rod
locking
receptacle
actuator
Prior art date
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Active
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EP20174448.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3910161A1 (de
EP3910161C0 (de
Inventor
Ulli Wiedenmann
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.)
Bauer Spezialtiefbau GmbH
Original Assignee
Bauer Spezialtiefbau GmbH
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Publication date
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Priority to CN202180006091.8A priority patent/CN114555904A/zh
Priority to PCT/EP2021/059831 priority patent/WO2021228489A1/de
Publication of EP3910161A1 publication Critical patent/EP3910161A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3910161C0 publication Critical patent/EP3910161C0/de
Publication of EP3910161B1 publication Critical patent/EP3910161B1/de
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/03Couplings; joints between drilling rod or pipe and drill motor or surface drive, e.g. between drilling rod and hammer
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/046Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like with ribs, pins, or jaws, and complementary grooves or the like, e.g. bayonet catches
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B17/046Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like with ribs, pins, or jaws, and complementary grooves or the like, e.g. bayonet catches
    • E21B17/0465Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like with ribs, pins, or jaws, and complementary grooves or the like, e.g. bayonet catches characterised by radially inserted locking elements

Definitions

  • the invention relates to a drill pipe coupling with a sleeve-shaped coupling receptacle, a pin-shaped coupling member, which can be inserted axially into the coupling receptacle to form a rotationally fixed connection, and at least one locking bolt, which is directed transversely to the axial coupling direction, and is in a locked coupling position from the coupling receptacle a locking recess extends on the coupling member, according to the preamble of claim 1.
  • Such a drill pipe coupling is, for example, from DE 3 642 387 A1 known, in which an actuating ring on the drill pipe slides down due to its weight and secures the locking bolts in their locked position.
  • all locking elements are to be held in their locked position via the single actuating ring, so that if the actuating ring is blocked, for example due to contamination or tilting, the locking is no longer secure.
  • Another drill pipe coupling is, for example, from the DE 10 2011 109 001 A1 known.
  • This drill pipe coupling is often referred to as a so-called Kelly box.
  • axial locking is effected by inserting a transversely directed locking bolt into the coupling receptacle and the coupling member, so that a positive connection is achieved.
  • the invention is based on the object of specifying a drill pipe coupling which is particularly easy to operate.
  • the drill pipe coupling according to the invention is characterized in that the locking bolt is mounted on the sleeve-shaped coupling receptacle in a radially adjustable manner between an unlocking position and a locking position by means of a gravity-dependent adjustment mechanism, that the adjustment mechanism has at least one movable actuator, which is between a lower insertion position in which the locking bolt is in the Locking position is pushed, and an upper retraction position is movable, in which the locking bolt is retracted from the locking receptacle into the unlocking position, and that the actuator is held by gravity in the lower insertion position.
  • a basic idea of the invention can be seen in providing an at least semi-automatic drill pipe coupling, in which the locking bolt on the outer coupling receptacle can be adjusted between an unlocking position and a locking position by a gravity-dependent adjustment mechanism.
  • the adjustment mechanism has at least one movable actuator, which is pulled downwards by gravity, the locking bolt being pushed into an insertion position and held therein by the adjustment mechanism.
  • At least one external actuator To unlock it is therefore only necessary for at least one external actuator to be moved against gravity into an upper retraction position, with the locking bolt being retracted from the locking position into the unlocking position by the adjustment mechanism. To lock again, all you have to do is remove the holding force that holds the at least one actuator in the upper retraction position. If this holding force is no longer present, the actuator is moved back into the lower insertion position, with the locking bolt being pushed again into the unlocking position.
  • a drill pipe with the coupling receptacle or the coupling member can be easily coupled axially with an associated coupling member or a coupling receptacle of another drill pipe element, the locking bolt with the actuator being briefly displaced against the force of gravity by the axial insertion force until the locking bolt is pushed through the Gravity-dependent adjustment mechanism is pushed back into the locking position in order to lock the two drill pipe elements.
  • the coupling member and the locking bolt can be beveled at their free end.
  • a desired actuating force on the at least one actuator is achieved in that a load weight is arranged on the at least one actuator.
  • the load weight is detachably attached to the actuator.
  • a particularly reliable connection is achieved in that several locking bolts are provided, which are arranged, preferably evenly, distributed over the circumference of the sleeve-shaped coupling receptacle.
  • two to four locking bolts can be arranged distributed around the circumference of the coupling receptacle.
  • the locking recess can be designed as a blind hole or a through hole in the coupling member.
  • the locking recess is designed as an annular groove which extends along the circumference of the pin-shaped coupling member.
  • a cross-sectional contour of the groove corresponds to part of the outer circumferential contour of the locking bolt.
  • the groove has a semicircular cross section.
  • an unlocking device is arranged on the adjustment mechanism, with which the at least one actuator can be moved into the upper retraction position.
  • the unlocking device can be energy-operated.
  • an unlocking device can be provided on a drill drive, for example, on which an energy supply is basically already provided.
  • the unlocking device can be operated electrically, hydraulically or pneumatically.
  • the unlocking device can be actuated with an actuating rod.
  • the unlocking device can be a simple hook element or another receptacle for such a mechanical actuation or a simple handle.
  • the unlocking device has a ring member to which one or more actuators are articulated.
  • the ring member can surround the coupling receptacle in a ring, so that, for example when actuated with an actuating rod, the unlocking device can be actuated from any circumferential position.
  • the coupling receptacle and the coupling member have a polygonal cross-sectional shape, in particular a square cross-section.
  • a triangular or other polygonal cross-section is also possible, which enables torque transmission between the coupling receptacle and the coupling member.
  • the corresponding plug-in areas of the coupling receptacle and coupling member are designed as a clearance fit.
  • the invention further comprises a drill pipe arrangement with the drill pipe coupling described above. It is preferred that the drill pipe coupling is arranged between two drill pipe elements.
  • the drill pipe elements can be purely cylindrical on their outside with a conveyor spiral, stirring elements or without any elements.
  • a drill pipe arrangement with such a drill pipe coupling is provided, the drill pipe coupling being provided between a drill pipe element and a drilling tool or a drilling drive is.
  • the pin-shaped coupling member is preferably arranged at the top, while the sleeve-shaped coupling receptacle is arranged at the bottom relative to the associated coupling member.
  • a drilling auger, a box drill, a displacement drill or another drilling tool that is driven in rotation can be provided as the drilling tool.
  • a further advantageous embodiment of the invention results from the fact that the coupling receptacle and/or the coupling member are detachably attached to a drill rod element, a drilling tool or a drilling drive.
  • the coupling receptacle and/or the coupling member can thus be designed as a type of adapter between the drill pipe coupling according to the invention and conventional coupling elements, such as a Kelly box or a Kelly plug member. This also enables existing elements to be easily retrofitted.
  • a drill pipe coupling 10 has a pin-shaped coupling member 20, which is attached to a drill pipe element 2, which is only partially shown.
  • the coupling member 20 can in principle be firmly welded to the drill pipe element 2 or even formed in one piece thereon.
  • a retrofitting option is shown, wherein the drill pipe element 2 has a connecting section 3.
  • the connecting section 3 can be a conventional Kelly connection with a square area.
  • the pin-shaped coupling member 20 has a cylindrical front section 22 and a sleeve-shaped rear section 26.
  • the connecting section 3 of the drill pipe element 2 can be inserted in a fitting and non-rotatable manner into the sleeve-shaped rear section 26 of the coupling member 20 and axially fixed therein by transversely directed bolts.
  • An annular groove 25 is introduced as a locking recess 24 along the outer circumference of the peg-shaped front section 22 of the coupling member 20.
  • the groove 25 has an approximately semicircular shape in cross section.
  • a tapering head 23 with a diameter that decreases downwards is formed at the free end of the front section 22.
  • the sleeve-shaped coupling receptacle 30 is attached to a drilling tool 7 in the embodiment shown.
  • the drilling tool 7 has a schematically shown base body 8, on the top of which a sleeve-shaped connection region 9 is attached centrally to a longitudinal axis.
  • the drilling tool 7 can, for example, be a drilling bucket with a corresponding removal device for removing soil material.
  • the sleeve-shaped coupling receptacle 30 can also be firmly attached to the drilling tool 7, for example by welding.
  • the coupling receptacle 30 has a peripheral sleeve 32 with a central stepped receiving hole 33, which preferably has a square cross section corresponding to an outer contour of the pin-shaped coupling member 20.
  • An underside of the circumferential sleeve 32 is closed with a plate-shaped base 34, on the underside of which a peg-shaped connecting element 36 protrudes downwards.
  • the connecting element 36 is preferably designed in the same way as the connecting section 3 on the drill pipe element 2, so that the coupling receptacle 30 can also be easily used as a retrofit part for existing Kelly connections.
  • the peg-shaped connecting element 36 which is preferably designed as a square, can be inserted axially into the sleeve-shaped connecting region 9 on the drilling tool 7. Here it can be axially fixed by appropriate transverse bolts, so that a rotationally fixed and axially secured connection is formed between the drilling tool 7 and the coupling receptacle 30.
  • An adjusting mechanism 40 is arranged on the coupling receptacle 30, which in the exemplary embodiment shown has two lever-like actuators 42, each of which is pivotally mounted via a pivot axis 43 on a passage on the peripheral sleeve 32 of the coupling receptacle 30.
  • a locking bolt 50 is formed in one piece with the lever-shaped actuator 42 at a free end which projects inwards into the receiving hole 33.
  • a load weight 44 at the outer end of each actuator 42 presses it downward into an insertion position, in which the locking bolt 50 is pressed or pushed radially inwards into the receiving hole 33 into a locking position.
  • a recess 62 of an unlocking device 60 is formed on each of the load weights 44.
  • An actuating rod can be inserted into the recess 62, with which the load weight 44 and thus the actuator 42 can be moved upwards into a retraction position.
  • the locking bolt 50 is pushed radially outwards into an unlocking position in which the locking bolt 50 no longer engages in a locking recess 24 of an axially inserted coupling member 20. In this unlocking position, a coupling member 20 can be pulled out of the coupling receptacle 30 again.
  • Fig. 2 is again shown schematically how a coupling member 20 attached to the drill pipe element 2 can be inserted axially into the sleeve-shaped coupling receptacle 30 on the drilling tool 7 in the direction of the arrow shown.
  • the two locking bolts 50 can be pushed back radially outwards into their unlocking position from the locking position shown against the gravitational effect of the adjustment mechanism 40 when a predetermined axial force is applied.
  • the locking bolts 50 can be moved back radially inwards into their locking position by the gravitational effect of the adjusting mechanism 40, the locking bolts 50 extending into the locking recess 24 on the coupling member 20.
  • the coupling member 20 is now axially secured in the sleeve-shaped coupling receptacle 30.
  • FIG. 3 An alternative embodiment of the adjustment mechanism 40 is shown schematically in Fig. 3 shown.
  • the locking bolt 50 is mounted in a radially directed manner in a suitable passage 35 in the wall of the sleeve-shaped coupling receptacle 30. In the locking position shown, the coupling bolt 50 projects inwards into the receiving hole 33.
  • the locking bolt 50 At the radially outer end of the locking bolt 50, it is connected to a connecting pin 52 with a Z-shaped, lever-like actuator 42.
  • the actuator 42 is mounted on the coupling receptacle 30 so that it can pivot about a pivot axis 43. Furthermore, the actuator 42 is provided with a slot-like elongated hole 46 into which the connecting pin 52 of the locking bolt 50 projects.
  • the actuator 42 Due to the own weight of the actuator 42, it is pushed downwards into the in Fig. 3 Position shown pressed, with the locking bolt 50 being pushed radially inwards into the receiving hole 33 via the connecting pin 52.
  • the actuator 42 By means of a handle-like unlocking device 60 at the free end of the actuator 42, the actuator 42 can be pivoted upwards about the pivot axis 43.
  • the locking bolt 50 is moved radially outwards into its unlocking position.
  • the upward force on the actuator 42 is eliminated, it can move back down again due to its own weight, with the locking bolt 50 being pushed back into the locking position.
  • the adjustment mechanism 40 can in principle be designed in any other suitable manner, with a vertical orientation of the drill pipe coupling 10 exerting a sufficient weight force, through which the locking bolt 50 is pushed radially inwards into a locking position and held there.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bohrgestängekupplung mit einer hülsenförmigen Kupplungsaufnahme, einem zapfenförmigen Kupplungsglied, welches zum Bilden einer drehfesten Verbindung in die Kupplungsaufnahme axial einsteckbar ist, und mindestens einem Riegelbolzen, welcher quer zur axialen Kupplungsrichtung gerichtet ist, und sich in einer verriegelten Kupplungsposition von der Kupplungsaufnahme in eine Verriegelungsausnehmung an dem Kupplungsglied erstreckt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Bohrgestängekupplung ist beispielsweise aus der DE 3 642 387 A1 bekannt, bei der ein Betätigungsring am Bohrgestänge aufgrund seiner Gewichtskraft nach unten gleitet und die Verriegelungsbolzen in ihrer verriegelten Stellung sichert. Hierbei sollen über den einzigen Betätigungsring alle Riegelelemente in ihrer verriegelten Stellung gehalten werden, so dass bei Blockierung des Betätigungsringes, beispielsweise durch Verschmutzung oder Verkantung, die Verriegelung nicht mehr sicher ist.
  • Eine weitere Bohrgestängekupplung ist beispielsweise aus der DE 10 2011 109 001 A1 bekannt. Diese Bohrgestängekupplung wird häufig auch als eine sogenannte Kellybox bezeichnet. In der eingesteckten Kupplungsposition wird eine axiale Verriegelung dadurch bewirkt, dass ein quer gerichteter Riegelbolzen in die Kupplungsaufnahme und das Kupplungsglied eingebracht wird, so dass eine formschlüssige Verbindung erreicht ist.
  • Bekannte Bohrgestängekupplungen erfordern jedoch sowohl beim Verriegeln als auch beim Entriegeln manuelle Tätigkeiten von Bedienpersonal. Diese sind grundsätzlich zeitaufwändig. Zudem können sich bei Bohrgestängeelementen, welche eine Länge von mehreren Metern aufweisen können und die in der Regel vertikal ausgerichtet sind, die Kupplungsanordnungen mehrere Meter über dem Boden befinden. Zur Betätigung werden daher Steighilfen oder sogar Hubfahrzeuge benötigt, was ebenfalls aufwändig ist. Zudem sind Arbeiten in größeren Höhen über dem Boden und auch im unmittelbaren Wirkungsbereich eines Bohrgestänges aus Gründen der Arbeitssicherheit problematisch und sollten daher auf ein erforderliches Mindestmaß reduziert werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrgestängekupplung anzugeben, welche besonders einfach betätigbar ist.
  • Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Bohrgestängekupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Bohrgestängekupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Riegelbolzen mittels einer schwerkraftabhängigen Verstellmechanik an der hülsenförmigen Kupplungsaufnahme radial verstellbar zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition gelagert ist, dass die Verstellmechanik mindestens ein bewegbares Stellglied aufweist, welches zwischen einer unteren Einschubposition, in welcher der Riegelbolzen in die Verriegelungsposition geschoben ist, und einer oberen Rückzugsposition bewegbar ist, in welcher der Riegelbolzen aus der Verriegelungsaufnahme in die Entriegelungsposition rückgezogen ist, und dass das Stellglied durch die Schwerkraft in der unteren Einschubposition gehalten ist.
  • Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, eine zumindest halbautomatische Bohrgestängekupplung vorzusehen, bei welcher der Riegelbolzen an der äußeren Kupplungsaufnahme durch eine schwerkraftabhängige Verstellmechanik zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition verstellbar ist. Die Verstellmechanik weist mindestens ein bewegbares Stellglied auf, welches durch die Schwerkraft nach unten gezogen wird, wobei durch die Verstellmechanik der Riegelbolzen in eine Einschubposition geschoben und darin gehalten wird.
  • Zum Entriegeln ist es somit lediglich erforderlich, dass mindestens ein außenliegendes Stellglied entgegen der Schwerkraft in eine obere Rückzugsposition zu bewegen, wobei durch die Verstellmechanik der Riegelbolzen aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition rückgezogen wird. Zu einem erneuten Verriegeln ist lediglich die Haltekraft zu entfernen, welche das mindestens eine Stellglied in der oberen Rückzugsposition hält. Bei Entfallen dieser Haltekraft wird das Stellglied wieder in die untere Einschubposition bewegt, wobei der Riegelbolzen erneut in die Entriegelungsposition geschoben wird.
  • Vorzugsweise kann so ein Bohrgestänge mit der Kupplungsaufnahme oder dem Kupplungsglied in einfacher Weise axial mit einem zugehörigen Kupplungsglied beziehungsweise einer Kupplungsaufnahme eines anderen Bohrgestängeelementes gekuppelt werden, wobei durch die axiale Einschubkraft der Riegelbolzen mit dem Stellglied entgegen der Schwerkraft kurzzeitig verdrängt wird, bis der Riegelbolzen durch die schwerkraftabhängige Verstellmechanik wieder zurück in die Verriegelungsposition geschoben wird, um die beiden Bohrgestängeelemente zu verriegeln. Das Kupplungsglied und der Riegelbolzen können an ihrem freien Ende hierzu angeschrägt sein.
  • Erfindungsgemäß wird eine gewünschte Stellkraft auf das mindestens eine Stellglied dadurch erreicht, dass an dem mindestens einen Stellglied ein Lastgewicht angeordnet ist. Das Lastgewicht ist dabei lösbar an dem Stellglied angebracht. Durch ein entsprechendes Vergrößern oder Verkleinern des Lastgewichtes kann so eine gewünschte Stellkraft vorgegeben werden.
  • Eine besonders zuverlässige Verbindung wird nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung dadurch erzielt, dass mehrere Riegelbolzen vorgesehen sind, welche, vorzugsweise gleichmäßig, verteilt über den Umfang der hülsenförmigen Kupplungsaufnahme angeordnet sind. Insbesondere können zwei bis vier Riegelbolzen verteilt um den Umfang der Kupplungsaufnahme angeordnet sein.
  • Grundsätzlich kann die Verriegelungsausnehmung als ein Sackloch oder ein Durchgangsloch in dem Kupplungsglied ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass die Verriegelungsausnehmung als eine ringförmige Nut ausgebildet ist, welche sich entlang des Umfangs des zapfenförmigen Kupplungsglieds erstreckt. Bei einer derartigen Gestaltung der Verriegelungsausnehmung an der Außenseite des Kupplungsgliedes kann ein automatisches Kuppeln vorgesehen werden. Eine Querschnittskontur der Nut entspricht dabei einem Teil der Außenumfangskontur des Riegelbolzens. Vorzugsweise hat die Nut einen halbkreisförmigen Querschnitt.
  • Grundsätzlich kann zum Entriegeln das bewegbare Stellglied der Verstellmechanik von Hand oder durch ein von Hand betätigtes Werkzeug nach oben geschoben werden, so dass der Riegelbolzen rückgezogen wird. Bevorzugt ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass an der Verstellmechanik eine Entriegelungseinrichtung angeordnet ist, mit welcher das mindestens eine Stellglied in die obere Rückzugsposition bewegbar ist. Die Entriegelungseinrichtung kann dabei energiebetätigt sein. Insbesondere kann eine Entriegelungseinrichtung etwa an einem Bohrantrieb vorgesehen sein, an welchem grundsätzlich bereits eine Energieversorgung vorgesehen ist. Die Entriegelungseinrichtung kann dabei elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entriegelungseinrichtung mit einer Betätigungsstange betätigbar ist. In einem einfachen Fall kann die Entriegelungseinrichtung ein einfaches Hakenelement oder eine sonstige Aufnahme für eine derartige mechanische Betätigung oder ein einfacher Handgriff sein.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Entriegelungseinrichtung ein Ringglied aufweist, an welchem ein oder mehrere Stellglieder angelenkt sind. Das Ringglied kann dabei die Kupplungsaufnahme ringförmig umgeben, so dass etwa bei Betätigung mit einer Betätigungsstange die Entriegelungseinrichtung von jeder Umfangsposition aus betätigt werden kann.
  • Für eine besonders gute Drehmomentübertragung ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung bevorzugt, dass die Kupplungsaufnahme und das Kupplungsglied eine polygonale Querschnittsform, insbesondere einen Vierkantquerschnitt aufweisen. Es ist jedoch auch ein dreieckiger oder sonstiger mehreckiger Querschnitt möglich, welcher eine Drehmomentübertragung zwischen der Kupplungsaufnahme und dem Kupplungsglied ermöglicht. Die entsprechenden Steckbereiche von Kupplungsaufnahme und Kupplungsglied sind dabei als eine Spielpassung ausgebildet.
  • Weiterhin umfasst die Erfindung eine Bohrgestängeanordnung mit der zuvor beschriebenen Bohrgestängekupplung. Bevorzugt ist es dabei, dass die Bohrgestängekupplung zwischen zwei Bohrgestängeelementen angeordnet ist. Die Bohrgestängeelemente können dabei an ihrer Außenseite mit einer Förderwendel, Rührelementen oder ohne jegliche Elemente rein zylindrisch ausgebildet sein.
  • Weiterhin ist nach der Erfindung eine Bohrgestängeanordnung mit einer solchen Bohrgestängekupplung vorgesehen, wobei die Bohrgestängekupplung zwischen einem Bohrgestängeelement und einem Bohrwerkzeug oder einem Bohrantrieb vorgesehen ist. Allgemein ist bei einer Bohrgestängeanordnung das zapfenförmige Kupplungsglied vorzugsweise oben angeordnet, während die hülsenförmige Kupplungsaufnahme relativ zum zugehörigen Kupplungsglied unten angeordnet ist. Als Bohrwerkzeug kann eine Bohrschnecke, ein Kastenbohrer, ein Verdrängerbohrer oder ein sonstiges Bohrwerkzeug vorgesehen werden, welches drehend angetrieben wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die Kupplungsaufnahme und/oder das Kupplungsglied lösbar an einem Bohrgestängeelement, einem Bohrwerkzeug oder einem Bohrantrieb angebracht sind. Die Kupplungsaufnahme und/oder das Kupplungsglied können somit als eine Art Adapter zwischen der erfindungsgemäßen Bohrgestängekupplung und herkömmlichen Kupplungselementen, etwa einer Kellybox oder einem Kellysteckglied, ausgebildet sein. Dies ermöglicht auch eine einfache Nachrüstung bestehender Elemente.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
  • Fig. 1
    eine schematische, teilgeschnittene Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Bohrgestängekupplung;
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung der Bohrgestängekupplung von Fig. 1 unmittelbar vor einem Zusammenstecken; und
    Fig. 3
    eine Teilquerschnittsansicht zu einer möglichen Verstellmechanik für die erfindungsgemäße Bohrgestängekupplung.
  • Gemäß Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Bohrgestängekupplung 10 ein zapfenförmiges Kupplungsglied 20 auf, welches an einem nur teilweise dargestellten Bohrgestängeelement 2 angebracht wird. Das Kupplungsglied 20 kann grundsätzlich fest an dem Bohrgestängeelement 2 angeschweißt oder sogar daran einstückig ausgebildet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Nachrüstmöglichkeit dargestellt, wobei das Bohrgestängeelement 2 einen Verbindungsabschnitt 3 aufweist. Der Verbindungsabschnitt 3 kann eine herkömmliche Kellyverbindung mit einem Vierkantbereich sein.
  • Das zapfenförmige Kupplungsglied 20 weist einen zylindrischen Vorderabschnitt 22 und einen hülsenförmigen Rückabschnitt 26 auf. Der Verbindungsabschnitt 3 des Bohrgestängeelementes 2 kann passend und drehfest in den hülsenförmigen Rückabschnitt 26 des Kupplungsglieds 20 eingesteckt und durch quergerichtete Bolzen darin axial fixiert werden.
  • Entlang des Außenumfangs des zapfenförmigen Vorderabschnitts 22 des Kupplungsglieds 20 ist eine ringförmige Nut 25 als eine Verriegelungsausnehmung 24 eingebracht. Die Nut 25 weist im Querschnitt etwa eine Halbkreisform auf. Weiter ist am freien Ende des Vorderabschnitts 22 ein verjüngender Kopf 23 mit einem nach unten abnehmenden Durchmesser ausgebildet.
  • Die hülsenförmige Kupplungsaufnahme 30 wird in der dargestellten Ausführungsform an einem Bohrwerkzeug 7 angebracht. Das Bohrwerkzeug 7 weist einen schematisch dargestellten Grundkörper 8 auf, an dessen Oberseite zentrisch zu einer Längsachse ein hülsenförmiger Verbindungsbereich 9 angebracht ist. Das Bohrwerkzeug 7 kann beispielsweise ein Bohreimer mit einer entsprechenden Abtragseinrichtung zum Abtragen von Bodenmaterial sein. Grundsätzlich kann die hülsenförmige Kupplungsaufnahme 30 auch fest an dem Bohrwerkzeug 7 angebracht sein, etwa durch Schweißen.
  • Die Kupplungsaufnahme 30 weist eine Umfangshülse 32 mit einem mittigen gestuften Aufnahmeloch 33 auf, welches vorzugsweise entsprechend einer Außenkontur des zapfenförmigen Kupplungsgliedes 20 einen viereckigen Querschnitt aufweist. Eine Unterseite der Umfangshülse 32 ist mit einem plattenförmigen Boden 34 verschlossen, an dessen Unterseite ein zapfenförmiges Verbindungselement 36 nach unten vorsteht. Das Verbindungselement 36 ist vorzugsweise gleich zu dem Verbindungsabschnitt 3 an dem Bohrgestängeelement 2 ausgebildet, so dass die Kupplungsaufnahme 30 ebenfalls in einfacher Weise als ein Nachrüstteil für bestehende Kellyverbindungen eingesetzt werden kann. Das zapfenförmige Verbindungselement 36, welches vorzugsweise als ein Vierkant ausgebildet ist, ist passend axial in den hülsenförmigen Verbindungsbereich 9 am Bohrwerkzeug 7 einsteckbar. Hierin kann es durch entsprechende quergerichtete Bolzen axial fixiert werden, so dass eine drehfeste und axial gesicherte Verbindung zwischen dem Bohrwerkzeug 7 und der Kupplungsaufnahme 30 gebildet ist.
  • An der Kupplungsaufnahme 30 ist eine Verstellmechanik 40 angeordnet, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei hebelartige Stellglieder 42 aufweist, welche jeweils über eine Schwenkachse 43 an einem Durchgang an der Umfangshülse 32 der Kupplungsaufnahme 30 schwenkbar gelagert sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Riegelbolzen 50 an einem nach innen in das Aufnahmeloch 33 hineinragenden freien Ende einstückig mit dem hebelförmigen Stellglied 42 ausgebildet. Über ein Lastgewicht 44 am äußeren Ende jedes Stellgliedes 42 ist dieses nach unten in eine Einschubposition gedrückt, bei welcher der Riegelbolzen 50 radial nach innen in das Aufnahmeloch 33 in eine Verriegelungsposition gedrückt oder geschoben ist.
  • An den Lastgewichten 44 sind jeweils eine Ausnehmung 62 einer Entriegelungseinrichtung 60 ausgebildet. In die Ausnehmung 62 kann eine Betätigungsstange eingesetzt werden, mit welcher das Lastgewicht 44 und damit das Stellglied 42 nach oben in eine Rückzugsposition bewegt werden kann. Dabei wird der Riegelbolzen 50 radial nach außen in eine Entriegelungsposition geschoben, in welcher der Riegelbolzen 50 nicht mehr in eine Verriegelungsausnehmung 24 eines axial eingesteckten Kupplungsgliedes 20 eingreift. In dieser Entriegelungsposition kann somit ein Kupplungsglied 20 wieder aus der Kupplungsaufnahme 30 herausgezogen werden.
  • In Fig. 2 ist nochmals schematisch dargestellt, wie ein am Bohrgestängeelement 2 angebrachtes Kupplungsglied 20 in Richtung des gezeigten Pfeiles axial in die hülsenförmige Kupplungsaufnahme 30 am Bohrwerkzeug 7 eingesteckt werden kann. Bei diesem axialen Einstecken können die beiden Riegelbolzen 50 bei Aufbringen einer vorgegebenen Axialkraft aus der dargestellten Verriegelungsposition entgegen der Schwerkraftwirkung der Verstellmechanik 40 radial nach außen in ihre Entriegelungsposition rückgeschoben werden. Bei Erreichen der axialen Endposition des zapfenförmigen Kupplungsgliedes 20 können die Riegelbolzen 50 durch die Schwerkraftwirkung der Verstellmechanik 40 in ihre Verriegelungsposition radial nach innen rückbewegt werden, wobei die Riegelbolzen 50 in die Verriegelungsausnehmung 24 am Kupplungsglied 20 hineinreichen. In dieser Verriegelungsposition ist nunmehr das Kupplungsglied 20 axial gesichert in der hülsenförmigen Kupplungsaufnahme 30 aufgenommen.
  • Eine alternative Ausgestaltung der Verstellmechanik 40 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist der Verriegelungsbolzen 50 radial gerichtet in einem passenden Durchgang 35 in der Wand der hülsenförmigen Kupplungsaufnahme 30 gelagert. In der dargestellten Verriegelungsposition ragt der Kupplungsbolzen 50 nach innen in das Aufnahmeloch 33 hinein.
  • Am radial äußeren Ende des Riegelbolzens 50 steht dieser mit einem Verbindungsstift 52 mit einem Z-förmigen, hebelartigen Stellglied 42 in Verbindung. Das Stellglied 42 ist um eine Schwenkachse 43 schwenkbar an der Kupplungsaufnahme 30 gelagert. Weiter ist das Stellglied 42 mit einem kulissenartigen Langloch 46 versehen, in welches der Verbindungsstift 52 des Riegelbolzens 50 hineinragt.
  • Aufgrund des Eigengewichtes des Stellgliedes 42 wird dieses nach unten in die in Fig. 3 gezeigte Position gedrückt, wobei über den Verbindungsstift 52 der Riegelbolzen 50 radial nach innen in das Aufnahmeloch 33 vorgeschoben wird. Durch eine handgriffartige Entriegelungseinrichtung 60 am freien Ende des Stellgliedes 42 kann das Stellglied 42 nach oben um die Schenkachse 43 geschwenkt werden. Hierdurch wird aufgrund der Verbindung über das Langloch 46 und den Verbindungsstift 52 der Riegelbolzen 50 radial nach außen in seine Entriegelungsposition bewegt. Sobald die nach oben gerichtete Kraft an dem Stellglied 42 entfällt, kann sich dieses aufgrund seines Eigengewichtes wieder zurück nach unten bewegen, wobei der Riegelbolzen 50 wieder zurück in die Verriegelungspositon geschoben wird.
  • Die Verstellmechanik 40 kann grundsätzlich in jeder anderen geeigneten Weise ausgebildet werden, wobei bei einer vertikalen Ausrichtung der Bohrgestängekupplung 10 eine hinreichende Gewichtskraft ausgeübt wird, durch welche der Riegelbolzen 50 radial nach innen in eine Verriegelungsposition geschoben und dort gehalten wird.

Claims (10)

  1. Bohrgestängekupplung mit
    - einer hülsenförmigen Kupplungsaufnahme (30),
    - einem zapfenförmigen Kupplungsglied (20), welches zum Bilden einer drehfesten Verbindung in die Kupplungsaufnahme (30) axial einsteckbar ist, und
    - mindestens einem Riegelbolzen (50), welcher quer zur axialen Kupplungsrichtung gerichtet ist und sich in einer verriegelten Kupplungsposition von der Kupplungsaufnahme (30) in eine Verriegelungsausnehmung (24) an dem Kupplungsglied (20) erstreckt,
    - wobei der Riegelbolzen (50) mittels einer schwerkraftabhängigen Verstellmechanik (40) an der hülsenförmigen Kupplungsaufnahme (30) radial verstellbar zwischen einer Entriegelungsposition und einer Verriegelungsposition gelagert ist,
    - wobei die Verstellmechanik (40) mindestens ein bewegbares Stellglied (42) aufweist, welches zwischen einer unteren Einschubposition, in welcher der Riegelbolzen (50) in die Verriegelungsposition geschoben ist, und einer oberen Rückzugsposition bewegbar ist, in welcher der Riegelbolzen (50) aus der Verriegelungsausnehmung (24) in die Entriegelungsposition rückgezogen ist, und
    - wobei das Stellglied (42) durch die Schwerkraft in der unteren Einschubposition gehalten ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass am äußeren Ende an jedem des mindestens einen Stellglieds (42) ein Lastgewicht (44) lösbar angeordnet ist,
    - wobei durch ein entsprechendes Vergrößern oder Verkleinern des Lastgewichtes (44) eine gewünschte Stellkraft vorgebbar ist.
  2. Bohrgestängekupplung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere Riegelbolzen (50) vorgesehen sind, welche, vorzugsweise gleichmäßig, verteilt über den Umfang der hülsenförmigen Kupplungsaufnahme (30) angeordnet sind.
  3. Bohrgestängekupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verriegelungsausnehmung (24) als eine ringförmige Nut (25) ausgebildet ist, welche sich entlang des Umfangs des zapfenförmigen Kupplungsglieds (20) erstreckt.
  4. Bohrgestängekupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Verstellmechanik (40) eine Entriegelungseinrichtung (60) angeordnet ist, mit welcher das mindestens eine Stellglied (42) in die obere Rückzugsposition bewegbar ist.
  5. Bohrgestängekupplung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Entriegelungseinrichtung (60) mit einer Betätigungsstange betätigbar ist.
  6. Bohrgestängekupplung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Entriegelungseinrichtung (60) ein Ringglied aufweist, an welchem ein oder mehrere Stellglieder (42) angelenkt sind.
  7. Bohrgestängekupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kupplungsaufnahme (30) und das Kupplungsglied (20) eine polygonale Querschnittsform, insbesondere einen Vierkantquerschnitt, aufweisen.
  8. Bohrgestängeanordnung mit einer Bohrgestängekupplung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bohrgestängekupplung (10) zwischen zwei Bohrgestängeelementen (2) vorgesehen ist.
  9. Bohrgestängeanordnung mit einer Bohrgestängekupplung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bohrgestängekupplung (10) zwischen einem Bohrgestängeelement (2) und einem Bohrwerkzeug (7) oder einem Bohrantrieb vorgesehen ist.
  10. Bohrgestängeanordnung nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet.
    dass die Kupplungsaufnahme (30) und/oder das Kupplungsglied (20) lösbar an einem Bohrgestängeelement (2), einem Bohrwerkzeug (7) oder einem Bohrantrieb angebracht sind.
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